目标导向灌注的体外循环管理策略的探讨

周秀娟，周荣华，刘 斌

近年来，随着心脏外科和体外循环（extracorporeal circulation，ECC）技术的提高，心脏术后死亡率有所下降，但中枢神经系统并发症、急性肾损伤（acute kidney injury，AKI）等依然是术后常见并且严重的并发症，直接影响患者的愈后。这迫使人们优化ECC管理策略，保证机体灌注。为此，一些专家将感染性休克治疗中的目标导向治疗概念引入ECC领域，并被定义为目标导向灌注（goal-directed perfusion， GDP）［1-2］，以维持 ECC 中充分而合理的灌注，降低心脏手术死亡率和术后并发症。

1 GDP概念

长期以来，ECC中以体重及体表面积为标准来计算灌注流量，然而，在不同的温度、血液稀释度、酸碱状态、麻醉深度等条件下，如何保证最佳灌注或者如何衡量灌注流量（perfusion flow，PF）是否充分？传统的反映ECC非生理灌注的指标包括PF、灌注指数、红细胞比容、平均动脉压（mean arterial pressure，MAP）、氧分压、二氧化碳分压、混合静脉血氧饱和度（SVO2）、乳酸（lactic acid，Lac）、近红外光谱（near infrared spectrum，NIRS）等。GDP是在上述指标的基础上，结合氧供（DO2）、氧耗（VO2）、二氧化碳生成指数（VCO2i）等氧代谢指标，在循证的基础上将其中某些指标作为灌注的目标，以指导ECC灌注流量及血压管理等，是整合各种监测手段的精细化、个体化ECC灌注策略，其中氧供指数（DO2i）及最佳血压是GDP管理的核心指标［1-2］。GDP策略有利于早期发现ECC中组织器官的低灌注状态，并及时进行干预，提高ECC质量，以期望改变患者的愈后。

2 GDP实施策略

ECC灌注的核心原则是维持机体氧供需平衡，保证组织灌注，常用的衡量组织氧供需平衡的指标包括SVO2、Lac及尿量等，然而这些参数也存在一定局限性或滞后性。当外周血管收缩，尤其是微循环功能障碍，因其周围组织灌注不良，组织氧摄取降低，此时尽管在DO2不足的情况下，SVO2也可不变、甚至高于正常。并且，SVO2仅能反应全身的氧供需平衡，由于各器官的供血和VO2量不同，即使SVO2正常，亦不足以说明各个器官均已获得了良好的灌注和DO2。Lac是组织无氧酵解的产物，但在ECC低温、外周血管收缩等情况下，组织低灌注不会即刻引起Lac升高，Lac的变化具有滞后性［3-4］。Shahbazi等［4］研究显示，ECC 术中高 Lac血症与 SVO2并无相关性。再者，若患者处于代偿性休克状态，虽然组织灌注不足，但因机体的自身调节作用保证心脑肾重要器官灌注，生命体征（血压、心率、尿量）仍然处于正常。以上各因素都影响组织氧供需失衡及器官灌注不足的早期诊断。而GDP的提出无疑为此提供了一种更灵敏的方法，现将以DO2、VO2为核心的GDP策略及实施方法介绍如下。

2.1监测氧代谢指标，指导ECC灌注

2.1.1DO2i ECC 期间的全身 DO2通过泵流量乘以动脉血氧含量来计算［5］。 DO2i＝ PF［ml／（min·m2）］×［1.36×动脉血红蛋白含量（Hb，g／L）×动脉氧饱和度（SaO2，%）＋0.0031×动脉氧分压（PaO2，mm Hg）］。DO2比各独立的血液氧合、Hb和PF指标更能综合的反应机体DO2，因此，DO2i是ECC“最佳”灌注的最重要决定因素之一。

正常清醒及麻醉状态下，PF为 2.3～2.6 L／（m2·min），假设 Hb 为 120 g／L，DO2i约为 350～500 ml／（m2·min）。 ECC 期间，由于血液稀释，Hb降低至 70～80 g／L，如果 ECC 流量维持 2.2～2.4 L／（m2·min），则 DO2将降至 200～ 300 ml／（m2·min），此时，如果全身VO2不变，则需要增加氧摄取率来补偿减少的DO2，因此，ECC过程中DO2、VO2之间的安全界限可能会缩小［5］。

临界DO2i阈值也称为最小安全DO2i。随着DO2降低，机体通过增加氧提取率以维持VO2不变，当DO2低至临界值时，氧提取率达到最大值；如果DO2继续下降，DO2与VO2将呈线性相关，会导致全身VO2下降、组织氧合下降及代谢性酸中毒，因此，维持DO2i高于临界DO2i至关重要［5］。麻醉状态下，临界 DO2i约为 330 ml／（m2·min）。

维持ECC期间DO2高于临界DO2i，是 GDP管理的重要理念和方法，数项临床研究探讨ECC中临界DO2i，但尚无统一的标准。早在2005年、2006年，Ranucci教授研究团队通过前瞻性观察性临床研究，在探寻ECC中高Lac血症的相关因素及与预后相关性时，他指出 DO2i低于 260 ml／（m2·min）会导致Lac明显增加［3］；而关于冠状动脉旁路移植术中DO2i与术后AKI相关性的研究表明，DO2i低于272 ml／（m2·min）是术后 AKI的重要预测因子［6］。随后，de Somer等［7］回顾性分析意大利两所不同医院心脏手术患者临床资料，结果显示DO2i低于262 ml／（m2·min）是术后 AKI的独立相关因素，与之前的研究结果相似。2018年，一项多中心随机对照试验显示，ECC 中维持 DO2i大于 280 ml／（m2·min），能显著降低心脏术后 AKI发生率［8］。Leenders等［9］在对357例行冠状动脉旁路移植术患者进行回顾性研究发现，ECC 中 DO2i＜300 ml／（m2·min）与术后谵妄发生率有显著相关性。Magruder等［10］报道 ECC 中 DO2i＜300 ml／（m2·min）与脑损伤特异性标志物泛素c-末端水解酶L1升高之间存在独立相关性。其它的文献显示临界DO2i的范围为225～300 ml／（m2·min），数值的差异可能与 ECC 中不同的温度有关［11-13］。同时，还需要大样本多中心的临床研究进一步探讨ECC中DO2i的临界阈值及靶控DO2i对心脏手术患者预后的影响。

临界DO2i的概念提示，ECC灌注流量不应该机械地只参照患者体重、体表面积及温度，还应该结合血液稀释程度、膜肺性能等因素灵活地进行调整，并根据需要进行超滤、输注红细胞、调整复温速度等，以做到最佳灌注。

然而只关注临界DO2i来评估机体DO2并不全面，还应该结合ECC中DO2低于临界DO2i持续的时间对患者的影响。近年，在持续监测DO2i数值的基础上，研究者绘制ECC中DO2i时间曲线，计算DO2i高于及低于临界值的曲线下面积，来衡量ECC中氧的运输及与预后的相关性，研究显示，DO2i低于临界值的曲线下面积与患者预后负相关［14-15］。

2.1.2VCO2i 通过二氧化碳（CO2） 分析仪测量ECC膜肺出口CO2的生成量（VCO2），除以体表面积（BSA），而得到 VCO2i，以反映 ECC中机体氧耗［16-17］。 VCO2i［ml／（m2·min）］ ＝ ［呼气 CO2（eCO2，mm Hg）×气体流量（Ve，L／min）×1 000／760］／BSA（m2）。 正常成人，清醒状态下，VCO2i约为 100 ml／（m2·min）［16-17］。

ECC中，由于麻醉、血液稀释、低温等因素的影响，VCO2i较正常成人有所下降。导致VCO2i升高的主要原因为DO2不足、复温时VO2增加等因素导致机体无氧代谢增加，ECC中VCO2i临界阈值约为60 ml／（m2·min）［16-17］。 与 DO2i相比，VCO2i能更好地预测ECC中高Lac血症［17］。然而，2011年Somer等［7］研究 DO2和 VCO2与术后 AKI的关系，结果显示单纯VCO2i测量并不提高AKI预测的准确性，但是，结合 DO2测量（DO2／VCO2比值），VCO2的测量在检测缺氧方面具有较好的优势，是判断ECC中临界低灌注的重要指标。

2.1.3最低 DO2／VCO2正常状态下，DO2是 VO2量的 4～5 倍，DO2／VCO2比值综合反映 DO2与 VO2，与DO2i、VCO2i均属于重要的 GDP 监测指标［7］。Ranucci等［17］研究显示，ECC 中 DO2／VCO2＜5 是高Lac血症的预测因子，弥补了Lac滞后的不足，比单纯监测血Lac水平能更好的反映组织灌注。另有研究报道，最低 DO2／VCO2比值＜5.3与心脏术后 AKI发生率及预后相关［7］。ECC过程中，非生物材料接触、平流灌注、血液有形成分的破坏与激活、炎症反应等因素都会影响微循环和器官灌注，监测DO2／CO2比值可能是评估微循环的第一步，为进一步的干预提供依据［18］。

2.2维持ECC中最佳血压，保证重要脏器灌注ECC中血压管理目的是维持器官灌注，最佳血压是与氧代谢相关而又独立的指标，它依赖于脑血流自动调节的血压范围，把自动调节的压力下限作为最低安全血压，经验性地维持ECC中MAP目标值为：成人≥50 mm Hg、儿童≥30 mm Hg［5］。 其中，主张较低血压的维持成人ECC中MAP在50～60 mm Hg，而支持较高血压的选择70～80 mm Hg；较低血压的优势在于减少大脑栓塞及脑水肿、减少血液有形成分破坏，而较高血压则有利于维持较好的组织灌注，尤其是对于晚期动脉粥样硬化、高龄、高血压、糖尿病等高危患者［5］。大量临床研究比较不同血压对ECC术后死亡率及并发症的影响，然而，至今尚无确切定论［5，19］。

近年，有关 ECC对脑血流量（cerebral blood flow，CBF）自动调节功能的影响及最佳血压，约翰霍普金斯医院研究团队进行了大量研究，通过超声标记NIRS及经颅多普勒实时监测脑血流，计算脑血流速率与MAP的线性相关系数、得到脑血流速度指数（brain blood flow velocity index， CFX），进而测定CBF自动调节功能，而最佳血压是指具有最佳自动调节功能的血压，即CFX最低或CFX与血压变化相关性最小的血压［20-21］。 Ono 等［22］报道，ECC中20%的患者CBF自动调节功能受损；且在复温过程中，受损比例是低温时的两倍［23］。 Hoshino 等［24］回顾分析了ECC下行房间隔缺损或室间隔缺损手术患儿，发现CBF自动调节机制在婴幼儿是不成熟的。 Joshi等［25］研究显示，ECC中 CBF自动调节压力下限平均值为66 mm Hg，但是下限压力范围很广（40～90 mm Hg）且存在广泛的个体变异，很难基于术前人口统计学和血压数据预测。Hori等［21］报道ECC中CBF自动调节压力下限、上限平均值分别为65 mm Hg、84 mm Hg，最佳血压为78 mm Hg 且 ECC中17%的患者脑自动调节压力下限高于此最佳血压，而29%的患者脑自动调节压力上限低于最佳血压。

以上数据均提示，ECC中以往经验性的血压管理可能导致MAP低于或高于CBF自动调节范围；而实时监测CBF自动调节功能、指导血压的个体化管理，对于确保心脏手术中有效的器官灌注至关重要。已有研究显示，心脏术中MAP超出CBF自动调节范围的幅度和持续时间与术后中枢神经系统并发症（如谵妄、中风［26-27］）、主要并发症（如中风、AKI、机械通气＞48 h，血管活性药物＞24 h，及主动脉内球囊反搏使用）及死亡率有关［28］。并且，维持ECC中血压在脑自动调节范围内也是维持其它重要脏器灌注的有效保证，研究显示ECC中MAP低于脑自动调节下限与心脏术后AKI相关［29-30］。

2.3NIRS监测局部组织氧饱和度 以上阐述了NIRS在监测CBF自动调节功能及指导ECC中血压管理的应用，心脏术中还采用NIRS连续无创地监测颅内Hb氧含量的变化，计算得出局部脑氧饱和度（rScO2），以反映脑氧供需平衡［31］。 NIRS 不同于传统动脉氧饱和度监测，rScO2是脑动脉和静脉氧饱和度的混合（其中动脉所占比例为30%，静脉占70%），rScO2正常值为55%～75%，心脏术中rScO2及变化趋势是反映CBF的重要指标［31］。

ECC术中影响rScO2的主要因素包括：脑灌注压、动脉氧分压、Hb浓度、麻醉深度和体温，同时，年龄、颅骨厚度、NIRS探头放置位置、pH等也对rScO2监测数值有一定影响［31］。心脏术中当rScO2下降超过基线值15%～20%或rScO2绝对值＜50%，提示大脑低灌注；当rScO2下降超过基线值30%或rScO2绝对值＜40%时，则会出现中枢神经系统损伤［31-32］。多项研究显示［33-34］，心脏术中 rScO2降低幅度与术后拔管时间、ICU停留时间及住院时间延长呈正相关。通过调节灌注流量、输血、超滤等措施干预术中rScO2值（如术中维持 rScO2降低幅度＜基础值的20%），可以预防心脏术后中枢神经系统并发症，改善患者预后。

同时，NIRS监测对于指导主动脉弓部手术中选择性脑灌注、肺动脉内膜剥脱术中停循环及低流量的管理、小儿ECC中超滤及改良超滤的使用等具有重要意义。同时，ECC中还可以采用NIRS同时监测肾氧、肌氧（前壁及下肢），与脑氧一起，综合反映机体灌注状态。

NIRS不足之处在于只能反映局部组织的氧饱和度，而不能反映器官全部组织的氧饱和度。如NIRS监测脑氧，只能反映一侧大脑氧饱和度，而不能反映另一侧情况；若患者存在脑血管疾病，需监测双侧 rScO2。

2.4GDP监测系统的研发 GDP策略是整合上述各氧代谢参数、血流动力学和NIRS监测的综合性管理措施，随着ECC领域对GDP理念及策略的认同，国外已经研发出GDP监测系统，如M4系统和CONNECT系统［11］，能够在 ECC 中实时记录、计算各项GDP参数，指导ECC灌注。然而国内还没有相关GDP监测系统使用的报道。

3 展望

GDP提供了一种更安全的灌注模式，是未来ECC管理的一个趋势，但是，仍然需要大样本、多中心临床研究深入探讨GDP策略及对患者预后的影响，并形成共识和指南。同时，以下领域仍然是空白，如DO2i的温度校正、婴幼儿ECC中DO2i标准、GDP指导婴幼儿ECC管理策略［35］、氧摄取率监测VO2在GDP管理中的作用等［1］，亟需进一步深入的研究。