应用经肺热稀释技术评价幼猪心输出量和容量负荷

张 陈，梁雪村，黄国英，盛 锋，刘豫阳

1首都医科大学附属北京安贞医院小儿心脏科，北京 100029 2复旦大学附属儿科医院心内科，上海 200032

应用经肺热稀释技术评价幼猪心输出量和容量负荷

张 陈1，梁雪村2，黄国英2，盛 锋2，刘豫阳2

1首都医科大学附属北京安贞医院小儿心脏科，北京 1000292复旦大学附属儿科医院心内科，上海 200032

目的评价经肺热稀释法 (TPTD)测量心输出量 (CO)的准确性，以及该方法测量的胸内血容量指数 (ITBVI)用于评价容量负荷的有效性。方法研究10只幼猪，体重 (20．6±1．9)kg。分别在基础血容量、高血容量和低血容量状态下进行同步的肺动脉热稀释法 (PATD)测量CO(COPA)和TPTD测量CO(COTP)、ITBVI，每种状态下连续测量3次，同时记录中心静脉压 (CVP)和心率。分析不同血容量状态下CVP、ITBVI与心指数 (CI)、每搏输出量指数(SVI)的相关性。结果共进行90次同步热稀释法测量CO。COTP与COPA相关系数为0．977(P＜0．001)，平均偏差为(0．25±0．26)L/min(95%CI：0．20～0．30 L/min，P＜0．001)。COTP变异系数为3．7%，COPA变异系数为5．4%。与基础血容量状态比较，高血容量状态下CVP和ITBVI均显著升高 (P=0．002、0．019)，低血容量状态下ITBVI显著下降 (P＜0．001)，但CVP的差异无统计学意义 (P=0．050)。相关分析显示ITBVI与CI和SVI在基础血容量状态下呈高度正相关(r=0．741，P=0．014;r=0．885，P=0．001)，在高血容量和低血容量状态下均无显著相关性;CVP与CI和SVI在各种血容量状态下均无显著相关性。结论 TPTD在不同血容量状态下测量CO的准确度和精确度均理想，其测量的ITBVI与CVP比较可更有效地反映容量负荷。

经肺热稀释;肺动脉热稀释法;心输出量;胸内血容量;中心静脉压

Acta Acad Med Sin，2014，36(3)：249-254

心输出量 (cardiac output，CO)和容量负荷是临床心功能评价及血流动力学监测的重要内容。经肺热稀释 (transpulmonary thermodilution，TPTD)法是近年来发展起来的一种新技术，创伤性小，安全性高，可同时测量CO和容量负荷指标［1］。本研究采用TPTD技术测量不同容量负荷幼猪模型的CO和容量指标胸内血容量 (intrathoracic blood volume，ITBV)，并分别与肺动脉热稀释法 (pulmonary artery thermodilution，PATD)测量的CO以及传统的充盈压力指标中心静脉压 (central venous pressure，CVP)比较，评价 TPTD技术的准确性和有效性。

材料和方法

实验动物及准备幼年白猪10只 (购自上海青浦养殖场)，其中雄性4只，雌性6只;平均年龄(9．0±1．2)周 (6．5～10．5周);平均体重 (20．6± 1．9)kg(17．0～23．0 kg)。

肌肉注射氯胺酮30 mg/kg进行基础麻醉。分离颈内动脉和颈内静脉。切开颈内动脉插入4Fr PiCCO热稀释导管，连接PiCCO plus循环监测仪 (德国Pulsion公司);切开颈内静脉插入7．5Fr Swan-Ganz四腔热稀释漂浮导管 (美国Baxter公司)，连接SC9000热稀释生理记录仪 (德国Siemens公司)，其近端孔外连接端串联PiCCO温度感受器并连接到PiCCO plus循环监测仪。

血流动力学指标测定将Swan-Ganz导管插入右心系统，使其远端孔位于肺小动脉，近端孔位于中心静脉右房口附近。抽取0℃冷生理盐水 (事先置冰水混合物中预冷30 min以上)5 ml，在呼吸周期的随机相快速由近端孔外连接端注入，同步进行PATD和TPTD测量。SC9000监测仪自动描记PATD曲线并读出CO(COPA)，PiCCO plus检测仪描记TPTD曲线并记录CO(COTP)及ITBV，连续测量3次。同时测量CVP、动脉血压和心率。

建立异常血容量动物模型测量基础状态的血流动力学指标后，在15～20 min内向中心静脉注入生理盐水 (50 ml/kg)，建立高血容量状态动物模型，连续进行3次PATD和TPTD测量。

注入生理盐水结束后1～2 h，待血流动力学指标(CVP、动脉血压、PiCCO plus监测仪连续监测的CO)恢复至基础值并稳定后，在15～20 min内从外周动脉抽血 (25 ml/kg)，建立低血容量状态动物模型，再次进行3次PATD和TPTD测量。

统计学处理采用SPSS 18．0统计软件，所有数据以均数±标准差表示，有关指标的绝对值除以体表面积 ［猪体表面积 (m2) =0．094×体重 (kg)2/3］得到指数值;TPTD和PATD测量CO的一致性和重复性比较采用Bland-Altman分析［2］，其中重复性分析采用每个测量点的第1、2次测量值;不同血容量状态下CVP及ITBV指数 (ITBV index，ITBVI)的比较采用配对样本t检验;ITBVI、CVP与心指数 (cardiac index，CI)、每搏输出量指数 (stroke volume index，SVI)的相关性采用Spearman相关分析;P＜0．05为差异有统计学意义。

结果

TPTD与PATD测量的CO比较10只幼猪在3种不同血容量状态下共进行90次TPTD和PATD测量，相关分析显示两种方法测得CO的相关系数为0．977 (P＜0．001，图1A)。对两种方法测得CO差值的平均值作Bland-Altman散点图，可见绝大多数测量 (78/ 90)的COTP高于COPA，平均偏差为 (0．25±0．26) L/min(95%CI为0．20～0．30 L/min，P＜0．001)，并且随着CO增加，两者差值的离散程度有增加趋势(图1B)。两种方法的重复性分析显示COTP重复系数为0．26 L/min，变异系数为3．7%;COPA重复系数为0．34 L/min，变异系数为5．4%。不同血容量状态下的测量结果及其分析指标见表1。

ITBVI与CVP评价容量负荷比较10只幼猪在不同血容量状态下CVP和ITBVI的变化见图2。与基础血容量状态下的测量值比较，高血容量状态下的CVP和ITBVI均显著升高 (CVP，P=0．002;ITBVI，P= 0．019);低血容量状态下的 ITBVI显著降低 (P＜0．001)，CVP差异无统计学意义 (P=0．050)(表2)。

表1 TPTD与PATD测量CO的一致性和重复性分析 (n=10)Table 1 Analysis of agreement and repeatability of TPTD and PATD in measuring CO(n=10)

图1 COTP与COPA的线性回归分析图 (A)和Bland-Altman散点图 (B)Fig 1 Linear regression analysis figure(A)and Bland-Altman scatter diagram(B)of COTPand COPA

ITBVI与CI、SVI在基础血容量状态下均呈高度正相关(r=0．741，P=0．014;r=0．885，P=0．001)，但在高血容量及低血容量状态下均无显著相关性。CVP在3种血容量状态下与CI、SVI均无显著相关性(表3)。

图2 10只幼猪在3种血容量状态下的CVP与ITBVI变化趋势图Fig 2 The changes of CVP and ITBVI in 3 different blood volume statues in 10 immature pigs

表2 3种血容量状态下CVP和ITBVI比较 (n=10)Table 2 The changes of CVP and ITBVI in 3 blood volume statuses(n=10)

表3 CVP、ITBVI与CI、SVI的相关性分析结果Table 3 Analysis of the potential correlation of CVP and ITBVI with CI and SVI

讨论

PATD测量CO具有高度准确性，一直是临床上评价其他检测方法的“金标准”。但是肺动脉导管的潜在危险性限制了其临床应用，尤其是难以用于较年幼的患者［3-4］。TPTD测量CO与PATD的原理类似，不同之处在于使用外周动脉导管代替肺动脉导管感受温度指示剂引起的血温变化，因避免了导管进入心脏，可以降低心脏机械损伤、感染、严重心律失常和肺栓塞的风险［5］。同时，由于检测点改变，TPTD的热稀释曲线中包含了比PATD更多的信息，即指示剂通过心肺系统的平均运输时间和指数衰减时间，据此可以进行有关血容量的测算［6］。近年来TPTD已被应用于各种临床状态的患者［7-12］。

本研究显示TPTD测量CO与PATD一致性较好，与国外已有的一些临床和动物研究结果相似［13-14］。鉴于目前鲜有研究报道血容量状态对TPTD测量CO准确性的影响，笔者比较了不同血容量状态下两种方法的一致性，结果显示基础血容量状态下的相关性最好、偏差最小，高血容量状态下的一致性最差，但各种状态下的测量偏差均无临床意义。本研究结果还显示COTP的大多数测量值略高于 COPA，这可能是因为TPTD的温度指示剂在经过肺组织和大血管时有少量损失，导致热稀释曲线下面积减小;或由于TPTD的指示剂运输时间较长，因此冷水注入引起的暂时性心率下降对其影响要小于对PATD的影响。但这种系统偏差很小，临床上可以忽略。

在精确度方面，本研究显示TPTD和PATD测量CO的重复性均较理想。其中TPTD的重复性 (变异系数3．7%)略优于PATD(变异系数5．4%)。这可能是因为PATD的指示剂运输时间较短，因此更易受冷水注入时所处呼吸相的影响。固定呼吸相注入指示剂可以提高精确度，但可能影响准确度，因此笔者主张采取随机呼吸相多次注入指示剂的方法进行测量。

临床液体治疗要求一方面维持足够的前负荷和器官灌注，另一方面避免容量负荷过重引起心力衰竭和肺水肿，因此准确评估血容量状况具有重要意义。CVP作为评估心脏前负荷的重要传统指标，除了与充盈血量有关外，还受心室收缩性、血管顺应性、胸内压等其他因素影响，在指导容量治疗方面的作用不尽人意，尤其是对于进行机械通气的患者。TPTD测量的ITBV作为直接的容量指标，为容量负荷的评估提供了新的选择。但目前有关该指标的优越性尚存在争议［15］。

本研究显示，对于每一个体而言，CVP和ITBVI的变化都能基本反映血容量的变化趋势，但在不同血容量状态下ITBVI的个体差异 (变异系数)小于CVP，同时其变化的数值也大于CVP的变化值。尤其是在低血容量状态下，CVP与基础状态的差异无统计学意义，可能是因为在急性失血早期代偿性静脉收缩，血液再分布而集中于中心静脉。这说明ITBV反应容量负荷的敏感性和特异性均优于CVP。

由于本实验中没有使用血管活性药物，因此CO的变化可以看作主要与前负荷有关。研究显示ITBVI与CI、SVI有很好的相关性，并且基础血容量状态下的相关系数较高，与Frank-Starling定律关于一定范围内充盈血量与心搏出量的线性关系相吻合。而CVP在各种血容量状态下与CI、SVI均无相关性，说明其在反映前负荷方面不如ITBVI可靠。鉴于TPTD计算ITBV的公式中包含CO，有作者怀疑两者的相关性仅仅是缘于数学上的关联［16］。但也有研究者否定了这一观点，他们发现用药物改变CO而容量负荷未变时，ITBV的测值不受影响［17-18］。本研究结果也为否定数学关联的可能性提供了更多的证据：(1)如果ITBV与CO仅仅存在数学上的关联，则其相关性与血容量状态应该无关，但本研究显示ITBVI与CI、SVI的良好线性关系仅限于基础血容量状态，而一定范围内的线性关系正是Frank-Starling定律的特点;(2)本研究显示ITBVI与SVI的相关性优于与CI的相关性，但ITBV计算公式涉及的是CO，而容量负荷却是与SV有着直接的Frank-Starling关系。因此笔者相信，ITBVI与CI和SVI的相关性主要是缘于Frank-Starling定律，说明ITBVI是有效反映容量负荷的指标。

综上，本研究显示，TPTD在不同血容量状态下测量CO的准确度和精确度均理想，同时其测量的容量指标ITBVI可较传统充盈压力指标CVP更有效地反映血容量状况，但其临床应用价值尚需要进一步研究和检验。

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Assessment of Cardiac Output and Volume Load by Transpulmonary Thermodilution Technique in Immature Pigs

ZHANG Chen1，LIANG Xue-cun2，HUANG Guo-ying2，SHENG Feng2，LIU Yu-yang2

1Department of Pediatric Cardiology，Beijing Anzhen Hospital，Capital Medical University，Beijing 100029，China2Department of Cardiology，Children’s Hospital of Fudan University，Shanghai 200032，China

ZHANG Chen Tel：010-64456201，E-mail：021zhangchen@126．com

Objective To assess the accuracy of cardiac output(CO)measured by transpulmonary thermodilution technique(TPTD)and explore the validity of intrathoracic blood volume index(ITBVI)for assessment of circulatory volume status．Methods Ten immature pigs with a mean weight of(20．6±1．9)kg were studied during the conditions including normovolemia，hypervolemia，and hypovolemia．Simultaneous CO was measured in each condition using pulmonary artery thermodilution(PATD)method and TPTD．More specifically，CO(COPA)was determined with PATD，while CO(COTP)and ITBVI were determined with TPTD．All measurements were repeated 3 times．Central venous pressure(CVP)and heart rate were measured at the same time．The potential correlations of CVP and ITBVI with cardiac index(CI)and stroke volume index(SVI)in each blood volume status were analyzed．Results A total of 90 simultaneous measurements of COPAand COTPin 3 different blood volume conditions were made．The correlation coefficient between the two measurements was 0．977(P＜0．001)and the mean difference was(0．25±0．26)L/min(95%CI：0．20-0．30 L/min，P＜0．001)．The coefficient of variation of COTPwas 3．7%，while COPAwas 5．4%．Compared with those in normovolemia，CVP and ITBVI in hypervolemia significantly increased(P=0．002，0．019)，ITBVI in hypovolemia decreased significantly(P＜0．001)，and CVP in hypovolemia decreased insignificantly(P=0．05)．Correlation analysis revealed a significant correlation between ITBVI with CI and SVI in normovolemia(r=0．741，P= 0．014;r=0．885，P=0．001)．In contrast，correlations between CVP with CI and SVI were poor．Conclusions TPTD can accurately and precisely measure CO in different blood volume conditions．ITBVI measured by TPTD has better validity for the assessment of circulatory volume status than CVP．

transpulmonary thermodilution;pulmonary artery thermodilution;cardiac output;intrathoracic blood volume; central venous pressure

张 陈 电话：010-64456201，电子邮件：021zhangchen@126．com

R725．4

A

1000-503X(2014)03-0249-06

10．3881/j．issn．1000-503X．2014．03．004

2014-04-02)

·论 著·