第四节　重症心脏超声评估容量反应性

一、机械通气时心肺相互关系的评价

心肺相互关系的背景知识是重症超声评估容量反应性的临床应用理论基石，并且有助于理解为什么使用重症超声评估，且有利于临床更好地将重症超声应用于重症患者的救治。ICU的重症患者多数为使用机械通气的休克患者，有评估容量反应性的临床迫切性，且要求判断机械通气时容量反应性的简便性。

（一）生理学理论背景

1.呼吸系统内在每一个呼吸周期存在3种压力（图2-4-1）。

（1）肺泡压：是指肺泡内的压力，呼吸系统（包括肺及胸壁）的顺应性影响其数值。自主呼吸时，呼气末是0，患者维持功能残气量，吸气末亦是0；但是在吸气期是负压，呼气期是正压。机械通气时，在整个呼吸周期中完全是正压，并在吸气末达到最大值。

（2）胸腔内压：是指胸腔内的压力，胸壁顺应性部分影响其数值。自主呼吸时，在整个呼吸周期中完全是负压，代表了吸气期的驱动力，并且影响静脉回流系统。机械通气时，在整个呼吸周期中大部分是正压，特别是给予呼气末正压（PEEP）时。

（3）跨肺压：是指肺泡压与胸腔内压的差值，肺顺应性部分影响其数值。跨肺压代表肺的扩张压，其力作用于肺泡。

2.长期以来，心肺相互关系一直用于研究心内压的变化，但是需要注意，有2种心内压需要进一步加以鉴别。鉴别这两种压力在以下2种临床情况下非常重要：心脏压塞和机械通气。

（1）腔内压：是指导管放入心血管腔内，实际测量到的压力，如实时测量的中心静脉压（CVP），腔内压差产生血流。

（2）跨壁压：是指心血管的扩张压，如心血管管壁的顺应性是一定的，跨壁压决定管腔内的血容量的大小。计算公式：跨壁压＝腔内压－腔周围压。

（二）反奇脉现象

机械通气患者血流动力学改变受心肺相互关系的影响，这一现象在1973年就被发现，Massumi等将其命名为“反奇脉现象”。反奇脉现象的定义是在机械通气的呼吸周期中，在吸气期动脉收缩压上升，而在呼气期动脉收缩压下降。应用呼气末暂停，得到一条参考基准线，由此可以把动脉压的改变分成2部分：①dUp，在吸气期动脉收缩压的绝对上升值；②dDown，在呼气期动脉收缩压的绝对下降值（图2-4-2）。dUp和dDown的改变是在机械通气时跨肺压和胸腔内压周期性改变对左心室及右心室造成的功能改变。

1.dDown左心室直接接受肺静脉的血充盈，并不接受系统体循环静脉回流，所以很多影响肺静脉血流的因素会对左心前负荷产生瞬时的影响，并影响左心室每搏量。正常情况下，肺循环总血量大约500ml，肺动脉血80m l，120ml在肺毛细血管中，还有300ml血在肺静脉中。正压通气时，胸腔内压及跨肺压的增加，使右心每搏量下降，通过几个心动周期，在呼气期导致左室前负荷的下降，并最终使左室每搏量下降。

右心室的每搏量在机械通气时有2种机制使其上升：系统静脉回流下降、右心室后负荷增加。研究表明，增加胸腔内压，并不改变跨肺压，降低右房跨壁压，会由于降低静脉回流导致心输出量的下降；而增加跨肺压，导致右心室后负荷增加，即便右心房跨壁压增加，同样会导致心输出量的下降。

（1）系统静脉回流的降低：在正压通气时，胸腔内压是增加的，通过压力传导，增加右房压，降低了静脉回流梯度，减少了静脉回流，并最终减少了右室前负荷，也就是减少了右心房的跨壁压，并最终导致右室每搏量的减少。

还有一种机制解释机械通气时静脉回流的减少，机械通气使上腔静脉的塌陷，当低血容量时，上腔静脉受胸腔内压的影响，周期性塌陷，静脉回流周期性减少，形成dDown的成分。

（2）右心室后负荷的增加：在机械通气时，跨肺压增加，使肺毛细血管阻力增加。早在1960年，有研究就揭示了跨肺压和肺血管阻力的非线性关系，在一定的压力下，轻微增加的跨肺压即会明显增加肺血管阻力，这种现象的改变和“West's区域”相关。在2区，肺泡压高于肺静脉压力；在1区，肺泡压甚至高于肺动脉压力，导致部分肺毛细血管塌陷。这种右心后负荷的改变是急性的，且是周期性的，使得右心每搏量周期性减少。

（3）机械通气时血流动力学作用：右心室前负荷还是后负荷？每个具体的患者其血流动力学状态在机械通气时的改变是因为右心室前负荷改变还是后负荷改变，取决于患者的血流动力学状态及呼吸机制。在低血容量、肺顺应性正常或仅仅轻度降低时，患者以降低系统静脉回流，影响右心室前负荷为主。在这种情况下，机械通气时，胸腔内压的改变几乎影响肺泡压力的50%。而在容量状态合适、但肺顺应性明显下降的患者，机械通气主要以影响右心室后负荷为主，肺泡压主要是机械通气给予的正压，跨肺压代表其中绝大部分压力数值，而胸腔内压不及其中50%。

由此可知，右室每搏量下降可影响dDown的大小，但是处理方法并不一样，可以通过扩容纠正低血容量因素，通过限制跨肺压达到降低右室后负荷的目的。

2.dUp正压通气间断辅助将肺毛细血管内的血挤向左心室，提高左室充盈压，增加左室每搏量，这也就是dUp的作用。通过记录肺静脉血流入左房及左房的大小，重症超声在记录并呈现这一现象时非常有用，并且可以通过判断鉴别患者肺循环是否正常充盈，来判断是否存在容量过负荷的状态。

降低左室后负荷也通常被用做机械通气提高左室射血的原因，提高胸腔内压减低左室后负荷。

综上所述，心肺相互关系理念的正确理解，对于正确使用ICU中血流动力学监测系列工具很有帮助，对重症超声结果的判读有重要意义。

二、评估容量反应性

（一）评估容量反应性

在很多临床情况：低血压、休克、急性肾衰竭、少尿、有实验室或者临床证据表明有脱水，低血容量需排除。低血容量状态分为相对低血容量和绝对低血容量2种情况：绝对低血容量指循环内全血容积减少，与大量失血失液有关；相对低血容量是指血容量在外周循环与中心循环分配相对不足。在感染性休克时，两种低血容量状态都有可能。

作为ICU医师，当你怀疑低血容量时，必须做以下两件事：其一，容量反应性判断或者容量负荷试验。当做容量负荷试验时，必须评估血压、CO的上升，以及心脏前负荷静态压力指标，如CVP或PAWP；以及需评估组织灌注的变化或休克状态的改变。而在容量反应性判断过程中，需分析判断预测给容量是否会带来CO的上升。重症心脏超声无创性，给容量反应性预测判断以帮助，始终给重症医学医师带来无尽的兴趣，并且建立起一套从诊断到治疗的系列流程，并且超声把休克患者血流动力学的诊断及治疗向前大力推进。

本章将简述重症超声的各项预测容量反应性参数，具体应用常常是很复杂的ICU场景，如感染性休克患者初始容量复苏后，而并非简单的临床情况，如伴有显著失血、失液的低血容量休克。

（二）Frank-Starling曲线

Frank-Starling曲线包含两部分，第一部分是陡直的上升部分，在这部分，前负荷和SV呈线性关系，前负荷的明显改变，会带来SV的明显改变，患者处于前负荷依赖期；第二部分是平台期，在这部分改变心室前负荷，并不会带来SV的改变，患者处于前负荷非依赖期。

低前负荷意味着给予容量会增加静脉回流，进而增加SV、CO以及组织灌注。但另一方面，由于心脏收缩功能不同而有不同的Starling曲线，给定的心脏前负荷并非对应一定的心输出量。所以，前负荷的绝对数值不能预测容量反应性，评估容量反应性，心脏需要评估至少2种前负荷状态，实现2种状态的评估可以输液，评估输液前后前负荷状态，也可以通过机械通气对静脉回流的影响来动态评估。

（三）前负荷的静态指标

前负荷的静态指标是指在某一特定心室前负荷状态下，评估单心室或者双心室容量反应性。

1.和CVP相类比的指标 最常见的指标是通过经胸超声测量下腔静脉直径（thediameter of inferior vena cava），而随着呼吸条件不同，下腔静脉（IVC）随呼吸变化也不同，自主呼吸患者IVC在吸气期塌陷图2-4-3，机械通气患者吸气期扩张图2-4-4，但通常都测量呼气末IVC直径。在自主呼吸的患者，有研究将IVC直径与CVP做类比研究，当IVC直径＜20mm时，CVP＜10mmHg。机械通气时，并将IVC直径和CVP比较相关性，结果发现两者的相关性低。

Feissel等指出IVC直径的绝对数值和CVP的绝对数值一样，不能准确预测感染性休克患者容量反应性，其原理亦如CVP的绝对值不能预测容量反应性一样；但是IVC直径的绝对数值也是有意义的，如果非常小或者非常大，亦如CVP的绝对值一样，也可以判断大多数患者在相应范围内有无容量反应性，感染性休克机械通气患者通常＜10mm有容量反应性，＞20mm没有容量反应性。

2.和PAWP相类比的指标通过重症心脏超声评估，重症医师希望寻找能和最接近左室前负荷压力指标PAWP相类比的指标，曾用跨二尖瓣血流E峰/A峰、组织多普勒（E/E'）、彩色多普勒（E/Vp）等图2-4-5。如果跨二尖瓣血流提示患者处于限制性充盈状态时，提示左室充盈压升高，几乎没有容量反应性。研究表明，E/E'和PAWP之间具有相关关系，目前是重症心脏超声中常用的反映左室压力前负荷的参数。

3.反映心脏前负荷容积指标 右心室及左心室的直径、面积及容积是反映心脏前负荷最直接的指标，同时这一类参数也是血流动力学治疗中床旁监测能获得的无创、直观、最接近心脏前负荷的参数，是重症超声的特色指标。很多研究希望单纯凭借心室大小的参数，来准确预测容量反应性，但是均因为患者个体差异而失败。

但是如果将右心室及左心室的直径、面积及容积等反映心室前负荷指标与心脏功能指标相联系，结合分析，则更具有临床意义。如果左心室是小的、高动力型，则反映左心室容积的系列指标提示有容量反应性。此类情况提示患者心脏前负荷不足，且存在左室收缩增强代偿。而右心室舒张末期容积、右心室舒张末期面积如果结合右心室收缩功能共同判断，也能提供较准确的容量反应性预测。

（四）前负荷的动态指标

1.机械通气患者前负荷的动态指标

（1）最大主动脉流速和流速时间积分（velocity-time integral，VTI）变化：

机械通气对胸腔压力的影响以及SV在此过程中的动态改变用于预测容量反应性的原理如前所述，SV随呼吸变异可以通过经胸超声或者经食管超声动态评估。如果患者没有自主呼吸努力，左心室SV会在吸气期增加，呼气期降低。Slama等在动物实验中用主动脉血流速随呼吸变异来预测有无容量反应性。在后来的临床试验中发现VTI的改变也具有很高的敏感性和特异性，可以预测休克患者随着扩容的增加，CO的增长。主动脉最大流速伴随呼吸变异度12%是临界值，VTI随呼吸变异度超过20%是临界值，以区别有变异和无变异人群图2-4-7。测量VTI主要技术细节是注意测量线与左室流出道成角尽量小，如果形成夹角30°会低估SV约13%。

（2）外周动脉峰流速在呼吸周期中的变异

外周动脉如桡动脉、肱动脉峰流速会伴随呼吸周期而改变，监测机械通气患者随呼吸周期，外周动脉峰流速的变异某种程度能替代测量左室流出道峰流速及VTI的变化，其优点在于避免了测量点与流出道夹角问题，同时结合被动抬腿试验（P L R）等方法简单，便捷；缺点是患者大动脉弹性各不相同，外周动脉峰流速的改变程度会受动脉弹性的影响而放大。

（3）IVC和上腔静脉（SVC）直径随呼吸变异：

IVC和SVC直径随呼吸变异经常被用于预测有无容量反应性，常用方法是经胸超声在剑突下长轴平面用M超记录IVC直径随呼吸变化。如果机械通气患者没有自主吸气努力，IVC在吸气期直径达到最大值，呼气期则为最小值。IVC的扩张指数可以预测容量反应性，阈值大致为 12%（IVCmax－IVCmi n）/IVCme a n，或者为1 8%（IVCma x－IVCmin）/IVCmi n图2-4-7。经食管超声上腔静脉长轴切面，旋转晶片90°～100°，可观察SVC直径随呼吸变异，变化趋势与经胸超声下IVC正相反，在没有自主呼吸时，在吸气期塌陷达到最小SVC直径，呼气期扩张达到最大SVC直径。判断容量反应性的SVC塌陷指数（SVCma x－SVCm i n）/SVCma x的阈值36%图2-4-8。

机械通气患者前负荷的动态指标应用有明显的方法学局限。首先，必须都是机械通气患者，并且均需要没有自主呼吸努力，很多指标还需满足窦性心律的要求（但SVC、IVC随呼吸变异度除外）。很多研究关于ARDS患者实施肺保护要求患者潮气量低于7ml/kg，如果遵循此通气原则，很多患者用动态指标预测容量反应性都是假阴性。基于此，呼吸的周期性改变不足以引起心脏前负荷的改变。最近研究基于肺泡驱动压，调整呼吸的改变（肺泡压－总呼气末正压）使得预测容量反应性更加准确。还有，关于容量反应性的研究大多数基于脓毒症患者，但并没有大规模临床试验针对心功能不全患者，特别是右心功能不全的患者。这些患者可以有假阳性的结果。

技术层面的问题也需要考虑，测量IVC和SVC需要很好的超声影像，例如假设IVC切面是圆形的，伴随超声声束的移动，IVC直径的测量值会改变，只有测到最大直径才是真正的直径。另外，在测量主动脉血流流速时，多普勒取样容积点的位置一旦改变会导致主动脉流速的改变，会得出错误的测量结果。

2.自主呼吸患者的前负荷的动态指标

（1）被动抬腿试验（passive leg raising，PLR）：

前述很多动态指标在自主呼吸患者并不能应用，最近PLR越来越多地应用于临床，用以预测容量反应性。这种操作可以快速将约300m l下肢自体血回输患者，类似扩容反应，并且这种扩容反应是可逆的。PLR试验不要求患者窦性心律，对呼吸条件无要求，广泛适用于自主呼吸的患者。PLR实施的具体步骤：将患者体位调成45°半坐位，然后将体位转为上半身平卧，下肢抬高45°的体位。并在改变体位后约1分钟时用重症心脏超声测量SV并获得CO，最常用的方法是经胸超声测量主动脉流出道的VTI，获得SV的变化。

Lamia等发现如果PLR后通过 VTI测算SV增加15%，预测容量有反应的灵敏度77%，特异性100%。并且比一些常用的静态指标如E/E'预测容量反应性要更准确。在Maizel等的研究中，入选人群为自主呼吸的气管插管患者，PLR时SV上升＞12%，可以判断患者此时处在低血容量状态，在PLR过程中CO的上升和扩容后CO的上升有明显相关性。特别值得注意的是，PLR可以用于心房颤动的患者，同样PLR也适用于机械通气的患者。

下列情况中，PLR可能提供临床假阴性的结果。在极其严重的低血容量休克时，下肢也没有多少血，下肢很少量的血提供心脏前负荷很有限，并不能引起明显VTI上升及SV增加。相似的，如果患者下肢穿着弹力袜，在静脉已经存在压力梯度促进静脉回流，做PLR时也有可能出现假阴性结果。而在做PLR时，最好是改变床的位置实现体位的改变，而不仅仅是将下肢抬起。另外，如果患者存在腹腔内高压时，PLR的反应大打折扣。对于外科术后如果PLR操作会对患者疼痛感觉产生变化，也不适用于PLR。

（2）下腔静脉吸气塌陷率：

自主呼吸时，测量下腔静脉吸气塌陷率在近期的研究中，预测容量反应性的准确程度受到挑战：在4 0例休克患者，下腔静脉吸气塌陷率高（＞4 0%）能预测有容量反应性，但相关度不如使用跨二尖瓣血流频谱估测系列静态参数（E峰速度、E/A、E/E'）等，且下腔静脉吸气塌陷率低并不能完全除外有容量反应性。而下腔静脉塌陷率准确性受限的主要原因之一是测量误差，测量下腔静脉直径的常用位置有2个，其一是肝静脉以远2cm，其二是下腔静脉汇入右房前，但是后者非常容易受到膈肌收缩的影响，故而测量自主呼吸患者下腔静脉塌陷率必须以前者为准；此外，为了进一步观察呼吸周期对下腔静脉直径的影响，在M超测量时应采用中等速度（2 5 mm/s）以完整记录3个呼吸周期。

（五）临床应用

当临床怀疑低血容量状态时，需要评估容量反应性，流程如图2-4-9所示。重症医师依赖重症超声完善容量反应性的判断，通常也可以结合静态指标对容量状态有大体判断，使得进一步进行容量负荷试验时更加安全、有效。

三、容量负荷试验时评价容量反应性

（一）容量负荷试验重症超声评估的意义

重症患者液体治疗是ICU工作中很重要的一部分，尤其是脓毒症患者，但是输液会带来肺水肿的风险，尤其是肺血管通透性增高的患者，这往往决定患者的预后。容量负荷试验的指征包括患者目前存在组织灌注不足的临床表现，以及根据容量反应性的评估得到的结论是患者目前存在容量反应性。

重症心脏超声具有可以迅速、准确、实时了解患者是否有扩容、增加心输出量的作用。然而，给患者输液并不是一件很简单的事，如果患者现正存在活动性出血、失血性休克，输液的必要性及容量的反应性是显而易见的，但是多数患者没有这么简单，需要重症超声评估，评估内容包括患者是否能从输液中获益，在输液中有什么不良反应，以及两者间风险获益配比关系。在ICU中，合并ARDS的患者很多，他们是扩容后肺水肿的高危人群；而右心功能不全的患者可能常常没有容量反应性，左室舒张功能障碍的患者扩容，肺水肿风险也较高。ICU医师在输液时需考虑液体选择及给液速度，重症超声评估容量反应性及评估容量耐受性。

（二）如何进行容量负荷试验

1.液体选择及给液速度

重症超声评述晶体和胶体的区别有点超范围，但是我们还是应该明确在扩容的瞬间，晶体和胶体液的扩容效力是相等的，但是随着时间的延长，两者后续效应并不相同，胶体持续更久，或者胶体有可能给机体带来的总扩容效力超过扩容液体体积。

在绝大多数文献中，容量负荷试验是指在30分钟内给予1000ml晶体，或者是500ml胶体，但是必须注意的是，整体容量负荷试验不是必须完成，如果患者出现不耐受症状，或者是扩容目标已经达到，该试验是可以随时终止的。

然而，容量负荷试验的最佳血流动力学操作是给予的液体越少越好，同时能准确判断是否有容量反应性；也就是说用最少的液体判断患者处于Frank-Starling曲线的何种位置上。近年来微扩容技术因为重症超声的发展而广泛应用。有研究使用100m l胶体1分钟快速扩容，监测VTI变化率可以预测容量反应性。此后又有研究证实扩50m l胶体亦有类似结果。

2.评估容量反应性

判断容量反应性的金指标是患者心输出量是否上升，而重症心脏超声判断CO和SV上升具有快速、实时的特点。常用操作方法是经胸心脏超声左心室流出道（LVOT）测算每搏量：首先，胸骨旁左心室长轴测量左心室流出道直径；其次，获得清晰心尖五腔观，脉冲取样容积置于主动脉瓣环中央，测量左心室流出道血流速度（v）并描记速度曲线下面积，获得时间-速度积分（VTI）。结合机器内置公式通过左心室流出道内径获得的左心室流出道面积，由此得到左心室流出道的每搏量（SV）：SV（ml）＝面积（cm2）×VTI。心输出量（CO）＝SV×心率（HR）。当患者处于低血容量状态下，VTI随呼吸周期有变异，故应选择固定时点测量，多数研究选择呼气末VTI计算，如果扩容后复查呼气末VTI上升10%～15%，则认为患者存在容量反应性。

3.评估容量耐受性

循环内容量增加后，由于静水压的增加，肺水肿的风险则会上升，但是肺水肿的风险度并不与循环内舒张末容积增加能带来CO增加的幅度绝对相关。换句话说，并不是患者有容量反应性，给予液体的过程就是绝对安全的，仍然需要承受如毛细血管通透性增加带来的肺水的增加。

如何监测肺水的增加？我们可以在呼吸支持条件不变的情况下观察SaO2，也可以抽血气查PaO2，监测氧合改变的灵敏度不够；或者有PiCCO监测的患者在扩容前后对比血管外肺水（EVWL）。但是无论是氧合改变还是肺水改变均会有延迟性，并不一定能反映扩容即刻导致静水压升高及肺水肿的形成。重症肺部超声应用B线评估肺水肿可能给临床提供更多的直观信息参考。

重症心脏超声可以通过评价PAWP来评估容量耐受性，常用的参数包括E/E'。在心室充盈压增加时，E'速度减低而E速度增加，因此E/E'常用来评估左室充盈压。常用E/E'＞14来作为阈值，而E/E'＜8也常是左室充盈压正常的证据，如果E/E'为8～14，那么可能需要更多的指标辅助判断。

跨二尖瓣血流E/A也有参考价值。Vignon等报道，血透患者超滤量增加后，可以看见患者E/A下降。而Lamia等报道，在脱呼吸机过程中，尤其是脱机失败患者人群E/A进行性增加。所以有人在扩容前后用E/A来判断扩容中静水压的改变。但是，很难在扩容中定义一个E峰最大值或者E/A的最大值作为容量负荷试验过程中的安全上限，但是通过床旁心脏超声的监测，的确可以发现伴随扩容是否有VTI、SV、CO的上升，过程中有无左室压力前负荷过度上升致肺水肿的增加图2-4-10。

另外，在扩容中还可以观察扩容导致右室的变化。在ICU的患者中，尤其是ARDS患者给予高PEEP以改善氧合，有可能进展为右心功能不全，以及肺栓塞导致肺动脉高压患者中，扩容导致右室容量急性增加，甚至右室容积超过左心室，最终容量反应性是阴性的。所以在扩容中动态监测左、右心室的比例是必需的，多数有容量反应性患者RV/LV舒张末期内径的比例接近0.6，没有容量反应性的患者RV/LV舒张末期内径的比例接近1.0。在临床中，有经验的重症超声医师还可动态观察扩容过程中患者的室间隔运动情况来提早发现容量无反应的患者及时终止扩容。

综上所述，容量负荷试验是指在限定短时间内输注一定量液体，并充分评估其作用，重症心脏超声综合评价容量负荷试验有以下三种结果：①阳性：主动脉流出道测VTI上升10%～15%，提示伴随扩容SV上升；②阴性：扩容后跨二尖瓣血流E峰上升或者E/A上升超过10%，或主动脉流出道测VTI不足10%，这提示扩容后左心压力前负荷上升以及足够大，但是并没有SV显著上升；③不确定：主动脉流出道测VTI不足10%，但扩容后跨二尖瓣血流E峰上升或者E/A上升低于10%，这提示扩容后没有足够的SV上升达到容量负荷试验阳性的标准，同时前负荷增加也没有足够多，根据临床情况仍可以继续尝试扩容。

四、超声容量反应性评估时的注意事项

在评估液体反应性时，一定要认真考虑以下因素：

第一，液体反应性的评估需要多个参数的测量，因为没有任何一个指标是绝对的，是排他的，临床上应该结合临床情况联合应用，最终有助于准确评估液体反应性；第二，心脏超声获得心肺相互作用评估液体反应性的动态指标不但有助于评估液体反应性，同时易于发现非超声获得动态指标的假阳性（尤其严重右心衰竭），但依然需要更多的研究来证明临床价值。

总之，心脏超声在评估前负荷及液体反应性方面可用、有效，且极具前景。在应用心脏超声时，无论评估的流程还是指标的选择均有一定科学内涵，我们应该在应用时进一步设计合理的临床研究来证明临床有效性，期待能够对死亡率以及并发症发生率产生影响，最终改善预后。

（杜 微 王小亭）