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许多医师在处理急性循环功能障碍和休克时会运用强调左心室的生理的分析手段, 这可能是因为在医疗培训时强调了左室在缺血性心脏病中的作用, 而这是发达国家最为常见的死亡原因. 重症医师会处理各种心血管异常包括休克状态, 该临床问题可主要由血管功能异常和其他心脏以外的原因导致(如感染性, 低血量或梗阻性休克). 本综述的第一部分(危重和休克患者静脉回流: 第一部分: 生理学基础)阐述的心血管生理将心脏和血管因素结合起来, 这对重症医师而言比完全集中在左心室生理更为有用. 综述的第二部分将描述各种休克状态, 以及关于静脉回流(VR)和心输出量(CO)曲线的相关知识如何协助诊断和治疗重症常见的血流动力学问题. 本文的关键概念在综述的第一部分有详述. 鼓励读者在继续本病理生理学综述先复习先前的生理学综述.
复习一下, 仅一部分的全血容量(Vt)形成循环中所产生的压力[1-6]. 非应激血管内容量(Vo)定义为充满循环系统所需, 但不会增加心血管跨壁压的血容量. 非应激容量之上所加的应激性容量(Vs)能产生心血管跨壁压. 抗凝的实验动物被动放血会造成大量的血液丢失. 这个外出血量可以代表Vs. 而留在循环中的则为Vo.
体循环平均充盈压(Pms)是整个循环系统(心脏/动脉/毛细血管/静脉)的平均压力. 在心脏短暂停止时循环系统各处压力相同最易测定[2, 7]. 流动的循环中和Pms压力相同的位置在内脏血管床的小静脉/微静脉. 因此可以认为Pms是驱动VR的上游压力(VR = Pms – PRA/RV, 其中PRA是右心房压, RV是静脉阻力). 另一个重点是RV是本文中静脉回流曲线图中斜率的倒数.
病理生理状态下的VR和CO
低血容量
低血容量和低血量性休克时心功能和VR曲线的改变见图1. 正常循环状态用A点表示, 此点为心功能(不同右心房压力范围下的CO)和VR曲线(在相同右心房压力范围下的VR)的交点. 急性低血容量时总血容量(Vt)和应激性血容量降低, 平均提循环充盈压(Pms)降低, VR曲线向左移动[8]. 从而和CO曲线的交点更低, 最终结果是VR/CO降低(A点到B点). 注意从A点到B点的移动并未考虑交感神经/内源性儿茶酚胺驱动的代偿性心肌收缩力增加(心功能曲线的斜率未改变)或静脉阻力增加(VR曲线斜率未改变).
然后需要考虑维持CO/VR的一系列代偿性反应. 首先以下机制能增加Pms. 交感神经和肾上腺髓质的内源性儿茶酚胺能早期引起静脉容量性血管收缩, 导致血管内血容量从非应激性容量(Vo)转化为应激性容量(Vs)[6]. 另外间质液能缓慢的向血管内转移. 这是因为毛细血管前阻力升高而毛细血管后的阻力降低, 同时生理应激下血浆内蛋白产生增加, 胶体渗透压升高, 液体从间质向血管内转移[9]. 这能部分纠正Vt和Vs. 虽然这些过程能迅速发生, 但需要6到12小时才能达到临床显著的血容量(需要数百毫升)水平, 并根据失血量不同在约3天内反应达到顶峰(> 0.5L)[10, 11]. 如果低血容量并未被纠正, 这些代偿性改变会在数小时到数天内促使Vs, Vt, Pms和VR曲线向正常方向恢复(图1中从B点回到C点). 低血容量时发生的第二个代偿性机制是分泌内源性儿茶酚胺. 这能早期引起心功能曲线上抬和左移(图1中从C点变为D点). 这可以在中度失血(
初始为晶体液的静脉输液恢复足够的Pms是低血容量显而易见的治疗手段. 在图1中显示同样为从B点到C点改变(同样代表了上文所述代偿性液体转移反应). 由于Vt和Vs的增加部分恢复了Pms, 同时内源性儿茶酚增加心肌收缩力, 使CO/VR比基线水平更高(图1, 点C到D). 这种治疗还会稀释血液改善红细胞的流变学/液体粘滞度(血红蛋白水平是血液粘滞度的主要决定因素), 对于降低RV有即时的影响. 之后循环中的介质和NO也会扩张血管从而降低RV[12-14]. 这些效应能够使恢复的VR曲线斜率变大, 增加CO/VR(图1, 从D点到E点). 儿茶酚胺刺激下的心功能曲线斜率变大, 以及血液稀释引起的VR阻力(RV)下降解释了为何轻中度失血(一般
如上文所述, 中等程度的低血容量时血液从Vo向Vs的转移可以维持接近正常的CO和平均动脉压(MAP). 但患者的储备功能显著降低, 进一步的血管内容量明显丢失能引起VR/CO和MAP的明显下降. 这在创伤患者麻醉时得到了很好的证明. 除了负性肌力作用, 几乎所有的麻醉诱导药物都能显著增加静脉容量(降低相同Vt下Vs和Vo的比值). 在低血容量患者中, 这能显著降低VR/CO , 死亡风险很高.
低血容量, 低血压患者液体复苏的同时也会使用升压药物维持正常的血压. 选择不同的升压药物其实可能对CO造成不利影响. 使用单纯α受体激动剂如去氧肾上腺素使VR曲线的斜率变小, 从而使CO降低, 但同时能维持接近正常的血压. 这在重要脏器血流有效自身调节的允许范围内能短暂的维持血压.
图1 低血容量和低血容量性休克. 箭头表示指标的升高或降低(具体见正文). 注意本文中所有图片均为示意性, 能够最好的展示关键性概念. 特别是其并不表明随着充盈压的升高心功能曲线不存在平台期. Pms 体循环平均充盈压; Vt 血管内总容量
心源性休克
心力衰竭和心源性休克有多种病因. 大部分为后负荷增加, 心肌收缩力下降(缺血, 梗死等), 心律失常, 以及机械性瓣膜衰竭增加PRA从而影响VR. 这会降低静脉血流的驱动压力(Pms – PRA)从而降低VR, 直接限制CO.
如图2所示, 心力衰竭和心源性休克时由于收缩力下降, 心功能曲线向下向右移动(曲线更为平坦). 从而和VR曲线的交点在比正常CO更低的位置(图2, 从点A到B). 注意在B点, Pms(VR曲线和横轴的交点)保持不变, 而且虽然PRA比正常值显著升高, VR/CO明显降低. 图2中PRA是从B点到横轴的垂直线. 这和补液引起的Pms, VR/CO和PRA增加效应相反. 如上文所述较高的PRA降低血液流向右心房的梯度. 所以虽然在这种情况下的PRA及测定的中心静脉压更高, 但VR/CO降低.
内源性儿茶酚胺的代偿性释放引起Vs相对于Vo的增加, 从而增加Pms[6]. 补液还能增加Vt和Vs而不改变Vo, 从而增加Pms. 两者都会引起相似的VR曲线右移(忽视粘滞度的效应). 但由于心肌功能严重障碍导致心功能曲线显著压低变平, 输液或是交感神经激活导致的Pms增加所引起的任何有益的效应都很有限(图2, 点B到C). 进一步输液并不会显著增加CO, 但会增加肺静脉压力从而引起肺水肿. 如果心肌收缩力并非严重降低(更好的维持且心功能反应曲线斜率更大), 那么CO/VR初始的降低不会那么明显, 且一定的输液便能足够使其恢复到正常的范围.
使用强心药物是几乎任何病因的心力衰竭和心源性休克的标准治疗. 最常见的药物为多巴酚丁胺, 一种合成儿茶酚胺, 以及米力农, 一种磷酸二酯酶抑制剂. 两者对心血管系统有相似的效应, 中等程度的增加心脏收缩例, 及轻中程度的舒张小动脉和静脉(其中多巴酚丁胺的剂量范围更低[15-18]). 这些效应对心衰都有益处. 心脏收缩力的增加和肺血管后负荷的降低形成了斜率更大的Starling心功能曲线. 如果单用而不和液体联用, 能部分纠正压低的Starling曲线, 显著改善VR/CO(图2, 点B到D). 但如果假设在一定输液支持后Vs和Pms能够保持或增加, 那曲线上CO/VR交点向着正常水平上移, 即使收缩力仍有一定的降低(和正常相比心室反应曲线下移)(图2, 点D到E). 另外这两种药物的静脉扩张作用会降低RV(VR斜率变大, 图2未示), 由于血管舒张药物本身的效应能够降低Vs相对于Vo的比值及降低Pms, 假设补液后Vs和Pms保持不变, 那这会进一步增加CO/VR.
如果心脏的损伤足够严重, 收缩伴舒张功能障碍能导致心室反应曲线显著下移(平缓)并右移. 这会显著增加PRA引起Pms和PRA的压力梯度降低. 由于这种梯度驱动VR, VR/CO的降低如果足够严重, 就会表现为心源性休克. 在这种情况下, 通常需要多巴胺或去甲肾上腺素等有强心剂缩血管药物的正性肌力药物. 和米力农和多巴酚丁胺相反, 这些药物可能会增加Vs占Vt的比值. 最终的效应为弱于多巴酚丁胺和米力农的正性肌力作用, 以及维持休克低血压患者所需的强有力的升压作用[19].
虽然缺血性心肌损伤主要为左心, 但这种损伤(如心肌梗死)通常也会导致右心功能障碍. 除了左室心梗通常有右室直接损伤的因素, 左心功能障碍的所有病因都能够引起肺动脉压力和右心室后负荷的增加. 这时右心室收缩射血的障碍, 导致右心的Frank-Starling曲线变得低平. 同时PRA增加相关的右心功能障碍导致VR梯度降低(Pms – PRA), VR/CO降低. 如上文所述, 静脉生理中PRA增加是心功能异常导致VR降低的唯一机制.
图2 心力衰竭和心源性休克. 箭头表示指标的升高或降低(具体见正文). Pms 体循环平均充盈压.
分布性休克
分布性休克是低血压伴小动脉和静脉显著扩张的一类病理生理学状态的总称. 血容量和血流分布改变也具有特征性. 感染性休克是造成分布性休克最为典型的疾病, 虽然重症患者的其他疾病也会表现为相似的血流动力学改变(全身炎症反应, 过敏性/过敏样反应, 血管舒张性药物, 肝衰竭, 肾上腺功能不全, 过敏性休克, 硫胺素缺乏, 类癌综合征等).
严重感染的炎症瀑式反应的激活可释放内源性介质如细胞因子(肿瘤坏死因子-α, 白介素-1β等), 类花生酸(前列环素, 前列腺素, 白三烯)等[20, 21]. 这些因子很多都能上调诱导性一氧化氮合成酶(NOS)产生一氧化氮, 这被认为是舒张心血管系统血管平滑肌的最终介质[22-26]. 从而引起RV和Pms的降低. 另外细胞因子介导的NOS活性可能不同程度的在心肌抑制中发挥着广泛作用, 这在脓毒症和感染性休克中十分常见[27, 28]. 图3中图形化显示了感染性休克时的改变.
感染性休克在早期病程便有Pms降低. 其中一个主要原因是小静脉/微静脉的主动扩张增加了静脉容量, 应激性血容量(Vs)向非应激性血容量(Vo)移动. 在实验狗和猪的内毒素血症动物模型中也证实了这种非应激容量增加(Vo)和应激容量降低(Vs)[29-31]. 另外总体循环血量(Vt)和应激容量(Vs)可能因为液体向组织间隙丢失, 不显性丢失的增加及经口摄入减少而降低. 早期未经复苏的感染性休克患者Pms降低的结果是VR及CO通常降低(图3, 从A点到B点). 感染性休克也和大静脉扩张及动脉血流和低阻力(快时间常数)血管床(见本综述第一部分)之间的短路相关, 两者都能降低RV并增加VR[31, 32]. 液体向组织间隙丢失增加, 不显性丢失增加及液体摄入的减少引起血液浓缩, 增加血液粘滞度, 缓解RV的降低并限制VR的增加[30]. 总之虽有血液浓缩, RV降低, VR曲线的斜率变得更大(图3, 点B到C). 但RV降低一般并不能完全代偿未经复苏感染性休克患者降低的Pms, 因此CO通常会降低. 感染性休克未复苏状态通常提示为低血流动力学及低CO状态. 患者通常表现为湿冷, 脉压差降低(低动力型休克). 此时中心和混合静脉血氧饱和度通常很低[33-35].
随后感染性休克的液体复苏会显著增加Vt. 虽然临床实践中通常在24小时中给予5到10L的晶体液[36, 37], 但即使是医嘱给予少的多的0.5到2L液体可能都足以增加Vt[35, 38]. 液体复苏能纠正Vs和Pms(甚至增加), 使RV降低(VR曲线斜率更大)并表现为VR/CO的增加(图3, 点C到D)甚至到正常两倍以上[31]. 血液稀释和血液粘滞度下降相关的RV下降(图中未示)进一步加强了这种高动力性循环. 未经液体复苏时明确的感染性休克一般并不表现为这种高动力性血流动力学(高CO/低SVR)[39-42]. 但仅仅中等程度的液体复苏就足以让降低的RV表现为CO的增加.
根据心脏超声和核素心室成像, 大部分感染性患者也会发生一定程度的左右心室心肌抑制, 表现为射血分数降低(伴左右心室扩张)[43-45]. 但降低的RV及液体复苏恢复的Vs通常会掩盖收缩抑制, 所以患者仍表现为显著的高动力性伴VR/CO的增加. 这些效应见图3(点D到E). 一小组亚群的患者心肌抑制程度足够严重, 即使在复苏后仍有VR/CO的降低(图3, 点F). 这种情况下需要强调正性肌力药物支持而不是更为普遍的升压药物治疗.
图3 感染性休克. 箭头表示指标的升高或降低(具体见正文). 圆圈中的“N”表示“正常”(具体见正文). Pms 体循环平均充盈压; RV 静脉阻力.
梗阻性休克
以下几种病理生理学改变可导致梗阻性休克. 如张力性气胸, 心包填塞, 或是继发于腹腔间室综合征或怀孕的下腔静脉挤压都能够导致梗阻性休克引起的CO降低. 大的肺栓塞也能引起梗阻性休克, 并且和心源性休克的表现非常相似. 考虑到张力性气胸有趣而复杂的病理生理学, 可以作为梗阻性休克的示例.
张力性气胸时胸腔内压力升高, VR降低. 发生张力性气胸时VR和心功能曲线发生的一系列变化见图4. 气胸引起的梗阻性休克最主要的病理生理学改变是增加的胸内正压(PPL)而并非PRA成为了流向右心血流的限制性因素[46, 47]. 当PPL超过PRA时, VR的计算公式(VR = Pms – PRA/RV)变为Pms – PPL. PRA降低时VR不再增加. 正常情况下PRA达到Patm时VR达到平台. 而张力性气胸时PPL(当PRA = 0时其值大于Patm)限制了VR. 假设Pms和RV不变, 这可以引起VR曲线平台的折点向下, 向右移动(平台下移)但斜率(1/RV)及其与横轴的交点(Pms)并不变. 但如果没有其他的效应, 那这在生理上并不可能; 心功能曲线和VR曲线的交点(也就是VR/CO)会移动到VR曲线的平台期, 伴随VR/CO仅一定程度的降低(图4, 点A到A1). 这个理论上的点并不可能, 因为当胸腔内压(表示为PPL)超过心室腔内压力(表示为PRA)时心室腔内将无血容量.
但对PPL增高的部分反应为心功能曲线向右移动. 这种右移的原因是胸内压力的升高会对心脏顺应性产生不利影响. 心室舒张时的扩张(前负荷)和Starling反应依赖于心室壁的跨壁压力梯度. 张力性气胸时PPL增加, 跨壁压力梯度降低且心室充盈障碍. 维持心室充盈的压力(PRA)显著升高. 这种效应使心功能曲线右移. 在这种情况下, VR/CO会从A点移动至B点(而不是A1点), 见图4.
其他的血流动力学生理病理学改变如下. 增加的PPL会挤压胸腔内的大静脉增加RV, 使VR斜率变小, 这会进一步降低VR/CO(图4, 点B到C). 除了心功能曲线的右移, 由于气胸引起的肺塌陷和急性低氧血症(增加肺血管阻力)显著增加了右心后负荷, 使心功能曲线变得低平[47]. 这会进一步降低VR/CO(图4, 点C到D).
为简单起见, 图中未显示显著的代偿性机制. 内源性儿茶酚胺的释放导致Vo向Vs的转移, 但并不会改变Vt并增加Pms. 大静脉和下腔静脉的收缩作用引起的RV增加, VR曲线变平缓, 会部分抵消这种效应. 另外这种应激相关交感神经性儿茶酚胺的释放也会增加心肌收缩力, 使Starling反应曲线斜率增加, 虽然这并不会抵消右心后负荷的增加.
根据血流动力学受累程度的权宜治疗手段可能是有用的. 首先采用的治疗通常是血管内复苏扩容, 这能够增加Vt, Vs和Pms, 将VR曲线右移, 使其与心功能曲线交点在略高的CO/VR位置(图4, 点D到E). 这仅在PPL中等程度升高的气胸时有效. 但如果右心后负荷增加, 心功能曲线显著降低变平, 大量补液虽然可以显著增加Pms但VR/CO增加却小到可以忽略不计. 如补液反应不佳, 常启用正性肌力药物. 补液和正性肌力药物的联合使用比两者单独使用更为有效(图4, 点E至F). 但即使这样积极的支持治疗, CO/VR鲜有恢复到正常水平, 除非是在血流动力学受累的早期. 液体的另一局限是过度的容量会增加静水压从而导致毛细血管滤过的增加. 随着进一步病理生理学的进展, 支持手段并不能够充分的改变曲线改变, 仅有减压才有效.
张力性气胸的低血压很常见, 如果使用单纯血管升压药物(如去氧肾上腺素)治疗, 结果则是进一步降低CO/VR, 因为RV的增加以及潜在肺循环后负荷的增加.
如果梗阻性休克的病因是心包填塞, 那就和张力性气胸的病理生理机制相同. 不同的是阻碍VR的是心包压力(PPer)而不是PPL, 而计算VR的方程则变成了Pms – PPer. 和张力性气胸相同, 初期输液和正性肌力药物会些许改善CO, 但随着病理生理的进展, 只有心包填塞的减压治疗才有效.
图4 张力性气胸作为梗阻性休克举例. 箭头表示指标的升高或降低(具体见正文). Pms 体循环平均充盈压; RV 静脉阻力; Vs 应激性血容量.
正压通气对VR和心功能的影响
机械通气对心功能和VR的效应本质上和张力性气胸相似, 但在幅度上较小. 如图5所示, 机械通气的正压对VR和心功能曲线造成类似的(与张力性气胸相比较)改变, 偶尔(根据心功能和容量状态)可以造成低血压. 负压通气变为正压通气时由于胸腔内静脉和腔静脉收到挤压从而RV增加(VR曲线斜率变小). 结果是图5中从点A移动到B. 另外机械通气产生的平均胸腔内正压降低了有效心室顺应性, 使心功能曲线右移. 同时胸腔内正压也增加了肺血管阻力, 使右心后负荷增加从而使曲线出现些许压低/平缓(图5, 点B到C).
虽然内源性儿茶酚胺释放能逆转一部分这些变化, 通常需要输液标准治疗使CO/VR恢复到正常范围(图5, 点C到D). 但如果患者已有容量不足伴低Pms(图5, 点C到E), 或者胸腔内压力显著升高(高水平呼气末正压[PEEP]或是慢性阻塞性肺疾病/哮喘相关内源性PEEP)引起的RV增加(未显示)及更为显著的心功能曲线右移和压低(图5, 点C到F), 那么CO/VR受累则会尤为显著. 有趣的是, 在VR曲线的C点绘制和横坐标的垂直线(交点代表了PRA), 同样在A点绘制向横坐标的垂直线, 很明显在正压通气时虽然CO/VR降低, 但PRA实际上是升高的. 这部分解释了在机械通气的患者中, 前负荷的预测指标如PRA并不能充分预测CO和容量反应性[48-53].
图5 机械通气的效应. 箭头表示指标的升高或降低(具体见正文). Pms 体循环平均充盈压; RV 静脉阻力; Vs 应激性血容量.
结论
理解循环生理对于重症患者的治疗至关重要. 传统的方法集中在左心和决定左心CO的因素. 但如读者所见, 很多类型的休克涉及血管系统和其他心外因素的改变. 在这种情况下, VR的概念对于理解和治疗这些复杂的病人中起到重要作用.
Bayliss和Starling在115年前就初步描述了血管系统在调节CO中的作用, 而后在1950年代Guyton进行了进一步的阐述, 直到今天在处理有着复杂病理生理学改变的患者时依然有临床意义.
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本文荟萃自，只做学术交流学习使用，不做为临床指导，本文观点不代表数字重症立场。
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