感染性休克患者的氧代谢监测及临床应用进展

吴 超，孙 明

(徐州医科大学附属宿迁医院/南京鼓楼医院集团宿迁市人民医院，江苏 宿迁 223800)

感染性休克为临床常见的严重威胁人类健康的危重症，是重症加强护理病房(ICU)患者死亡的主要原因[1]。组织器官灌注不足导致的缺氧、缺血是休克的本质，及时发现并纠正患者组织器官的缺血、缺氧是休克复苏的根本目标。经干预治疗后临床上现有的血流动力学监测指标和液体复苏评价指标常在组织灌注与氧合尚未改善前已经趋于稳定，因此传统监测指标往往无法对机体的氧合状态及组织灌注的改变具有敏感的反应。近年来随着对感染性休克认识的不断加深，发现对感染性休克患者积极的氧代谢监测观察组织细胞所处缺氧状态并及时评估经过液体复苏后组织缺氧的纠正情况，对于感染性休克的治疗具有至关重要的指导意义[2]。本文就感染性休克患者的氧代谢监测及临床应用的最新进展做一论述。

1 氧代谢监测临床意义

机体氧代谢的3个重要环节包括氧的摄取、输送及消耗，而持续不断的氧供为机体组织细胞正常活动的先决条件[3]。严重脓毒症及脓毒症休克患者的全身炎症反应导致组织氧利用和微循环障碍，而缺氧会刺激炎症因子释放增多，由此形成恶性循环，因此随着缺氧程度的不断加深，组织细胞出现严重的代谢障碍，进而引起组织细胞的坏死。组织缺氧是休克的本质，由此决定了在感染性休克患者中氧代谢监测具有极其重要的临床意义。

2 氧代谢的监测手段

大致可以分为全身、器官和组织细胞3个层次。

2.1全身的氧代谢监测 氧输送(oxygen delivery，DO2)、氧消耗(oxygen consumption，VO2)、氧摄取率(oxygen extraction ratio，ErO2)、动脉血氧含量(Arterial oxygen content，CaO2)、乳酸(lactate)、乳酸清除率(lactate clearance，LCR)、混合静脉血氧饱和度[Arterial oxygen saturation，Sv(O2)]和中心静脉血氧饱和度[Central venous oxygen saturation，Scv(O2)]、混合静脉-动脉二氧化碳分压差[Mixed venous-to-arterial carbon dioxide difference，pv-a(CO2)]、中心静脉-动脉二氧化碳分压差[Central venous-to-arterial carbon dioxide Difference，pcv-a(CO2)]。

2.1.1氧输送(DO2)、氧消耗(VO2) 及氧摄取率(ErO2) DO2是指心脏单位时间内(每分钟)通过血液向外周组织输送氧的量，它主要取决于动脉血氧含量(CaO2)及心排血量(CO)[4]。它们之间关系为DO2=CO×CaO2；器官的血流分布和微血管舒缩状态则影响组织ErO2，其最主要是受到血红蛋白、组织血管的自主调节、组织水肿以及与氧结合能力等因素影响。其中CI是最重要的因素，因为当血红蛋白和Sa(O2)水平出现突然下降导致组织缺氧时，机体短期内可通过增加回心血量、增加心肌收缩力等方式升高CI来进行代偿，反之则不行。VO2是指机体在单位时间内的耗氧量。一般情况下，VO2反映机体对氧的需求量，其主要与动脉血氧含量、静脉血氧含量及CI等有关，它们之间的关系为 VO2=10×CI×(CaO2-CvO2)。对于感染性休克患者，研究发现VO2达不到机体实际需要水平与病死率呈正相关[5]。因此提高DO2同时适当降低氧需求有益于改善组织的缺氧。氧摄取率(ErO2=VO2/DO2)是指机体每分钟对氧的利用率，反映组织摄取氧的能力，正常值为20%～25%。在一般情况下VO2不依赖于DO2可满足机体氧代谢需要，当氧需求大于 DO2时，机体通过改变氧摄取率维持VO2稳定，此时VO2仍非依赖于DO2。但当DO2下降到临界氧输送(DO2Crit)值约为330 mL/(min·m2)以下时，ErO2无法进一步增加，VO2开始出现下降，而无法满足组织的氧需求，此时DO2与VO2呈依赖关系，组织器官将从有氧代谢向无氧代谢转化，如果得不到很快纠正，就会因乳酸产生过多积聚而导致乳酸酸中毒。组织灌注不足、细胞缺氧及对氧需求增加而同时伴有氧摄取和利用障碍，是产生氧债的原因。正常情况下ErO2是相对恒定的，而在休克患者中，ErO2异常降低则提示组织器官利用氧的能力受损。因此ErO2亦可作为评判患者预后的重要指标。

2.1.2Sv(O2)和Scv(O2)Sv(O2)通常是通过肺动脉漂浮导管导管抽取肺动脉血所测得，其正常参考值为0.70～0.75，其数值可动态反映全身的氧平衡状态[6]。在感染性休克患者中，Sv(O2)降低意味着氧输送降低、组织氧摄取增加或两者同时存在，异常升高提示组织氧输送高于氧需求，或组织细胞氧耗降低，或动静脉短路[7]。Scv(O2)是通过中心静脉导管抽取上腔静脉血所得，主要反映上半身氧平衡情况，而Sv(O2)反映的是包括腹部及下肢的氧供需状况。由于各部位机体对氧的需求不同，通常下肢及腹部的血氧饱和度高于上腔静脉。在健康志愿者中Scv(O2)比Sv(O2)比的绝对值要低，而感染性休克患者，由于血流的重分布以及CO的改变，Scv(O2)比Sv(O2)高，诸多研究发现，Sv(O2)和Scv(O2)具有较好相关性，两者在变化上是相互平行的。Scv(O2)较Sv(O2)升高约3%～8%，临床上因此常用Scv(O2)代替Sv(O2)。Dueck等[8]研究发现，其相关性与中心静脉导管末端植入的位置密切相关，当其右心房开口15 cm时，Scv(O2)较Sv(O2)升高大约8%，当其位于右心房时，Scv(O2)较Sv(O2)升高仅1%左右。

Rivers等[9]研究发现，Scv(O2)≥70%联合尿量、CVP、MAP作为液体复苏目标值，与传统治疗方案相比，能够显著降低感染性休克患者住院死亡率，缩短住院时间。Rampal等[10]研究发现，Scv(O2)升高和降低的脓毒休克患者死亡率均显著高于ScvO2正常患者，通过多变量分析显示，Scv(O2)初始升高的患者(而不是降低的患者)均具有高死亡率。在肝脏切除的患者中观察到，术中ScvO2降低10.2%及平均SVV上升13.6%可预测术后肝功能障碍，这组患者平均最低Scv(O2)并不低于70%。Scv(O2)虽然有其独特的优势，但SvO2和ScvO2均不能单独用于指导诊疗，临床上需要结合其他检查指标，如CVP、CI、乳酸等的变化及患者自身病情综合分析，才对患者病情更加正确的分析评估。

2.1.3pv-a(CO2)和pcv-a(CO2)Pv-a(CO2)是指混合静脉血二氧化碳[pv(CO2)]与动脉血二氧化碳分压[p(CO2)]的差值，其正常值小于6 mmHg(1 mmHg=0.133 kPa)[11]。在感染性休克患者中，组织低灌注和缺氧导致的酸中毒，机体通过H2CO3/HCO3-系统缓冲，导致CO2生成增多；SIRS反应和缺氧刺激更多的炎症因子释放引起机体的高代谢状态，同样导致CO2大量产生；另外，感染性休克时常出现CO和组织低灌注，机体无法正常带走体内产生过多的CO2导致体内蓄积。因此，感染性休克患者，pv-a(CO2)常会出现异常升高。在感染性休克患者中，pv-a(CO2)主要反映机体组织的灌注水平，特别是CO水平。当CO降低到某一临界值时，pv-a(CO2)则会明显升高，当CO下降时，流经肺的血流下降，从而导致单位容量的血通过肺循环的时间增加，因此CO2弥散增多，pv-a(CO2)升高[12-13]。Squara等[14]研究发现，pv-a(CO2)≥6 mmHg患者较正常的CO明显下降。提示两者的变化值具有良好的相关性。低pv-a(CO2)的患者较高pv-a(CO2)的患者其CO明显升高，而其MAP水平和基础乳酸值无显著差异。

pv-a(CO2)可以作为反映机体组织细胞缺氧的指标，但需抽取肺动脉血，因而在临床应用上受到一定的限制。已有研究证明，pcv-a(CO2)一定条件下可替代pv-a(CO2)[15]。近期有研究提出将pcv-a(CO2)作为感染性休克患者复苏目标的一个补充目标有助于早期液体复苏的治疗。赵红杰等[16]的研究显示pcv-a(CO2)与心排血量(CI)具有良好的负相关性，可以一定程度上反映感染性休克患者组织灌注。陈辉民等[17]研究显示△pcv-a(CO2)与△CI具有良好的负相关性，提示复苏治疗后pcv-a(CO2)的降低与心排血量提高使感染性休克患者组织中CO2清除增加有关。同样，Scv(O2)与pcv-a(CO2)同时达标其乳酸清除率较Scv(O2)组更高。Vallee等[18]在感染性休克患者的观察中发现，较高pcv-a(CO2)值其SOFA评分更高。不仅如此高pcv-a(CO2)的患者病死率较低pcv-a(CO2)患者病死率明显升高，因此pcv-a(CO2)可用于判断感染性休克患者的疾病严重程度。pcv-a(CO2)能早期反映感染性休克患者的组织灌注与机体所需血流量之间的不匹配关系，可作为识别早期液体复苏是否充分的有效指标，通过及时提高心排血量改善组织低灌注和器官功能。并通过血流动力学及氧代谢指标重新标评有利于改善患者预后。

2.1.4动静脉血氧差[Ca-v(O2)]Ca-v(O2)是动脉血氧含量与静脉血氧含量所得的差值，其正常值约4～6毫升%[7]。Ca-v(O2)反应组织的氧消耗量。各个器官组织耗氧量不一样，因此Ca-v(O2)不同。Ca-v(O2)的变化由组织器官从单位容积内血液摄取氧的量大小来决定。当动脉氧分压明显降低时，动脉血与组织内氧分压梯差缩小；由于微循环中的动静脉吻合支开放，促使真毛血管血流量减少；使得血液的流变性发生异常改变；红细胞变形能力下降或聚集，使组织细胞摄取氧的量减少，利用氧能力下降，Ca-v(O2)变小。但在组织处于淤血状态血流缓慢时，由于血流缓慢和氧解离曲线右移，组织细胞从单位容积血液摄取的氧增多[19]，Ca-v(O2)反而增加。因此对于不同类型缺氧导致的动静脉血氧差的变化要具体情况具体分析。

2.1.5乳酸浓度及乳酸清除率(LCR) 乳酸的主要来源是通过细胞葡萄糖无氧酵解产生，红细胞、心、脑、胃肠道和骨骼肌是机体产生乳酸的主要场所，通过肝肾进行排泄[20]。正常情况下，血乳酸浓度在0.5～1.0 mmol/L。临床上将血乳酸浓度>2 mmol/L称之为高乳酸血症。乳酸浓度>5 mmol/L并且伴有代谢性酸中毒定义为乳酸酸中毒。高乳酸血症分为A型和B型。A型高乳酸血症主要是指由于组织细胞缺氧引起乳酸产生增多导致的乳酸升高。组织缺氧最常见原因的是低心排(CO)引起的组织低灌注，还可见于诸如重度贫血导致动脉血氧含量下降等因素。B型高乳酸血症主要是指患者机体的DO2虽在正常范围，但由于机体的线粒体功能障碍或氧化磷酸化过程受阻等原因导致的血乳酸升高[21]。在感染性休克患者中，A型高乳酸血症最为常见，提示可能存在低灌注、低容量或严重贫血等。有研究表明基础乳酸水平可预测危重患者的预后。

感染性休克引起组织低灌注，组织缺氧导致葡萄糖无氧酵解增加，尤其是骨骼肌和红细胞的无氧酵解增加是乳酸生成的主要来源，从而导致血乳酸水平升高。因此高乳酸血症提示组织灌注不良和细胞内缺氧。乳酸是机体重要的代谢指标之一，感染性休克患者的乳酸监测已成为临床上重要的监测手段，用于评估患者机体的氧代谢状态和组织灌注。在感染性休克早期液体复苏过程中监测乳酸清除率可判断液体复苏终点。研究发现，乳酸浓度与患者的疾病严重程度具有良好的相关性[22]。患者的病死率与乳酸水平呈正相关。以乳酸作为指导进行液体复苏，可明显降低重症患者病死率，基于此，可将乳酸用于危重患者病情严重程度的评估。

低LCR是感染性休克患者发生死亡风险的独立危险因素。Lauten[23]在对比一组脓毒性休克患者中发现，复苏6 h内血管活性药物用量复苏6 h内 LCR大于10%的感染性休克患者，血管活性药物用量明显低于LCR小于10%的患者，并且高LCR组患者的病死率明显低于低LCR组(47.2%比72.7%，P<0.05)。Bakker等[24]研究提出“高乳酸血症时间”，即 Lac超出正常水平所持续的时间，能够对感染性休克患者死亡风险具有更高的预测价值。另一项研究发现，心肺复苏术后基础乳酸水平无显著差异的患者，乳酸清除率存活组显著高于死亡组。因此对于感染行休克患者，动态监测乳酸水平对于预测患者的预后更有效。所以，不论何种原因引发的高乳酸血症都须积极纠正。感染性休克早期，在血流动力学监测指标异常改变之前，组织缺氧与低灌注已经存在，血Lac水平已经开始升高，而且血Lac水平及 LCR的动态变化趋势在组织器官缺氧缺血的早期判断，甚至休克复苏治疗指导方面可能更有为重要的指导意义[25]。

2.2器官的氧代谢监测 经皮氧分压[Tcp(O2)]/经皮二氧化碳分压[Tcp(CO2)]，胃黏膜二氧化碳分压pg(CO2)、黏膜-动脉血二氧化碳分压差[pr-a(CO2)]与胃黏膜pH值(pHi)。

2.2.1Tcp(O2)/Tcp(CO2) 经皮氧分压监测技术已有近40年发展历史，目前主要用于新生儿替代有创氧分压监测， Tcp(O2)在成人监测的准确性受诸多复杂因素的影响，包括如皮肤部位及厚度、酸中毒、组织器官灌注不良及循环呼吸状态等。以上因素可以影响CO2自皮肤毛细血管床往经皮氧分压监测仪(TCM)电极膜扩散的速度。有学者质疑其在成人ICU的临床应用价值。但有研究证明Tcp(CO2)/Tcp(O2)与p(CO2)/p(O2)有良好的相关性，尤其是Tcp(CO2)与p(CO2)之间具有更好的相关性。研究发现感染性休克患者存活组二氧化碳偏移度比死亡组明显降低，组织灌注改善后，Tcp(CO2)及Tcp(O2)同样也有改善，提示Tcp(CO2)及Tcp(O2)与微循环改善有关，通过ROC曲线发现，二氧化碳偏移度与血乳酸正相关，且较APACHE Ⅱ评分及乳酸浓度具有更好的敏感度和特异度(曲线面积分别为0.836，0.730，0.804)[26]。二氧化碳偏移度可以较好地反映感染性休克患者早期组织氧代谢和微循环灌注情况，可以作为新的微循环监测指标。何怀武等[27]研究发现：10 min氧负荷值[10 min-OCT=吸入纯氧10 min后Tcp(O2)-基础Tcp(O2)]结果大于66 mmHg的患者，预后较高，小于66则预后较差，与动脉血乳酸有良好的正相关性。同样氧负荷指数[10 min-OCT/吸入纯氧后p(O2)-基础p(O2)]能够敏感的反映Scv(O2)。因此Tcp(CO2)及Tcp(O2)监测作为无创组织氧代谢监测手段具有广阔的应用前景。

2.2.2胃黏膜二氧化碳分压[pg(CO2)]、黏膜-动脉血二氧化碳分压差[pr-a(CO2)]与胃黏膜pH值(pHi) pHi是近年来用于临床监测局部组织血流灌注与氧合状态新技术。临床常用的DO2、VO2、乳酸和Scv(O2)等全身的氧代谢监测指标不能敏感地反映局部组织器官的氧代谢状态，而某些器官的氧代谢监测对休克患者的预后有重要预测价值[28]。研究发现感染性休克患者血液重新分布，缺氧缺血最早发生在胃肠道，且肠道黏膜对氧输送灵敏度和可靠性均较高。因此pHi可以作为重症休克患者组织低灌注状态的早期监测指标。pg(CO2)反映的是局部胃肠黏膜组织酸碱状况，当休克患者肠道黏膜灌注受损时，CO2在胃肠道内蓄积使组织CO2产生与清除不平衡，导致胃肠黏膜p(CO2)与动脉血p(CO2)的差值升高。研究表明pg(CO2)及pr-a(CO2)升高与感染性休克患者预后不良具有显著相关性。因此，Pr-a(CO2)是反映胃肠黏膜组织灌注及氧合状态的较为敏感的监测指标[29]。

3 氧代谢监测的局限及应用前景

氧代谢监测帮助我们掌握患者氧供需平衡的关系，为感染性休克复苏目标提供指导依据。但是临床上进行氧代谢监测存在一定的局限，要获得DO2、VO2等指标，需要患者放置脉搏指示连续心排血量监测技术(PiCCO)导管或肺动脉漂浮导管(Swan-Ganz导管)。少数研究认为Scv(O2)取决于导管尖端放置的位置和患者的状态，不能很好地反映Sv(O2)，动态监测变化趋势则能更准确的反映患者整体发展的过程。近年侧流暗视野显微镜(SDF)和正交光谱成像技术(OPS)等监测技术已经在临床开始进行研究，使床旁微循环监测成为可能[30-31]。也有少数的研究证实，舌运动和分泌物、操作者对舌黏膜施压不当、腹内压增高、机械通气、应用血管活性药物都可能会对局部的微循环灌注产生影响，其次不能实时监测灌注血管[31]。目前SDF和OPS软件和设备在临床上尚未达到实时床边监测微循环的要求[32-33]，有待进一步改进。

综上所述，氧代谢监测可以反映组织灌注及体内氧代谢状态，对于感染性休克的复苏治疗提供了很多帮助和指导，临床上常用氧代谢监测方法很多，但重症患者病情复杂，治疗中不能依靠单一的氧代谢指标，仍需要联合血流动力学监测等进行综合分析和判断。使氧代谢监测更为有效地用于休克复苏，为治疗重症脓毒症及休克患者的预后提供更大帮助。