心功能监测方法在临床中的应用

李颖　　通耀威　　郭驹　　王毅　　陈军仿　　宋云林

[摘要] 心臟手术围术期血流动力学易发生较大波动，若不及时发现及迅速纠正血流动力学紊乱，将导致灾难性地后果，因此，心功能监测在心脏手术围术期极为重要。关于心功能监测的方法一直都是研究的重点，以期应用最安全、最快速地技术获取最准确地监测以指导血流动力学治疗，改善患者预后。近年来，国内外学者为达最优化的心功能监测，在传统监测方法（肺动脉导管）基础上，研发了许多新型监测技术，如脉搏指示连续心排量（Pulse-indicated continuous cardiac output，PiCCO）、锂稀释心排量（Lithium-indicated dilution cardiac output，LiDCO）、FloTrac/Vigileo、ProAQT/PulsioFlex监测系统、经食管多普勒（Transesophageal doppler，TD）、Nexfin、无创超声心排量监测（Ultrasonic cardiac output monitoring，USCOM）、经胸生物电阻抗（Thoracic electrical bioimpedance，TEB）等，临床上应根据实际条件及监测要求选择适当的方法。本文介绍每种方法的基本原理、临床应用以及优缺点，为心功能监测在临床中的应用提供新思路。

[关键词] 心脏围术期;心功能;监测方法;临床应用

[中图分类号] R446.6          [文献标识码] A          [文章编号] 1673-9701（2021）16-0188-05

Application of cardiac function monitoring method in clinic

LI Ying   TONG Yaowei   GUO Ju   WANG Yi   CHEN Junfang   SONG Yunlin

Intensive Care Unit， the First Affiliated Hospital of Xinjiang Medical University， Urumqi   830054， China

[Abstract] Perioperative hemodynamics of cardiac surgery are prone to large fluctuations. If hemodynamic disorders are not detected and quickly corrected in time， it will lead to catastrophic consequences. Therefore， cardiac function monitoring is extremely important in the perioperative period of cardiac surgery. The method of cardiac function monitoring has always been the focus of research， in order to apply the safest and fastest technology to obtain the most accurate monitoring to guide hemodynamic therapy and improve patient prognosis. In recent years， scholars at home and abroad have developed many new monitoring technologies based on traditional monitoring methods （pulmonary artery catheters） in order to achieve optimal cardiac function monitoring， such as pulse-indicated continuous cardiac output （PiCCO），lithium-indicated dilution cardiac output （LiDCO）， FloTrac/Vigileo， ProAQT/PulsioFlex monitoring system， transesophageal Doppler （TD）， Nexfin， non-invasive ultrasound cardiac output monitoring （ultrasonic cardiac output monitoring） Output monitoring （USCOM）， transthoracic electrical bioimpedance （TEB）， etc.， which should be selected clinically according to actual conditions and monitoring requirements.This article introduces the basic principles， clinical applications， advantages and disadvantages of each method， and provides new ideas for the clinical application of cardiac function monitoring.

[Key words] Cardiac perioperative period; Cardiac function; Monitoring method; Clinical application

心脏手术围术期心功能监测的主要目的是维护组织氧气供给和需求之间的平衡，在各种情况下心脏手术围术期血流动力学常有较大波动，易造成不良后果，需提供有效的监测方法以动态监测患者心功能状态[1]。理想的监测方法应易于使用且容易获取，可独立操作、快速响应，并且可有效、精确地指导治疗，具有最优成本—效果关系。随着医学技术的发展，近年来涌现出许多新型技术，趋于无创、精准、动态、实时地监测心功能[2]。目前心功能监测方法分为有创、微创和无创，主要目标均为防止组织缺氧以及早期目标-导向治疗（Early goal-directed therapy，EGDT）。本文总结近年来最新研究进展，希望为医务工作者在临床中应用心功能监测方法提供新思路。

1 有创监测方法

肺动脉导管（Pulmonary artery catheter，PAC），即Swan-Ganz漂浮导管，能够提供可靠的血流动力学参数，可实时管理血流动力学紊乱，是监测心排量（Cardiac output，CO）的“金标准”[3]。使用漂浮导管，通过中心静脉穿刺引导顺血流方向漂浮至右心直到肺动脉，利用热稀释法可以测量肺动脉压、肺动脉嵌顿压、右心房压、CO、混合静脉血氧饱和度（Oxygen saturation of mixed venose blood，SvO2）、右心室容积及右心室射血分数，评估心脏前负荷、后负荷及心功能状态，指导精准治疗。Joseph等[4]对心脏术后常规应用PAC的安全性和有效性的研究显示，PAC对患者死亡率、并发症发生率、重症监护病房（Intensive care unit，ICU）住院时间、总住院时间并无明显改善，治疗费用较高，而且还可能增加高危患者的死亡率，故对于接受心脏手术有较低血流动力学紊乱风险的患者，不应常规使用。PAC使用过程中存在很多并发症，如肺动脉破裂、气胸、心包填塞、心律失常、感染、导管打结、血栓形成导致栓塞等，以及测量误差如温度的变化、热敏电阻故障、导管尖端凝血、导管盘绕或注射时间>4 s等都可能导致不准确的数值[5]。PAC可精准地监测血流动力学参数以指导围术期循环稳定的治疗，但操作方法相对复杂、非连续监测、并发症较多且严重，风险较高，因此在使用过程中应权衡利弊、正确选择。

2 微创监测方法

2.1 脉搏指示连续心排量监测（Pulse-indicated continuous cardiac output，PiCCO）

PiCCO由一个动脉导管和其尖端的5 mm固态热敏电阻及一个连接到标准中心静脉导管远端腔的注射装置共同组成，通过脉搏波轮廓分析进行实时、连续监测并与经肺热稀释法相结合[6]，可获得CO、全心舒张末期容积（Global end diastolic volume，GEDV）、全心射血分数（Cardiac ejection fraction，GEF）、胸腔内血容量（Intrathoracic blood volume，ITBV）、血管外肺水（Extravascular lung water，EVLW）、心功能指数（Cardiac function index，CFI）、每搏输出量变异度（Stroke volume variation，SVV）、脈压变异率（Pulse pressure variation，PPV）、全身血管阻力（Systemic vascular resistance，SVR）、肺血管渗透指数（Pulmonary vascular permeability index，PVPI）、左心室收缩力指数（dp/dt max）等。PiCCO不但可以测量连续CO，还可以测量ITBV和EVLW，能更好地反映心脏前负荷和肺水肿，而且不需要X线帮助确定导管位置[7]。除测量参数较多以外，还具备损伤小、操作简单、各类参数更为直观、实时监测CO、受人为干扰因素少等优点。但存在心内分流、主动脉瘤、主动脉狭窄、体外循环、血管顺应性差、设备中气泡、导管中凝血、严重心律失常等时会影响测量数据的精准性[8]。郎利等[9]对30例不停跳冠脉搭桥术中应用PiCCO监测患者血流动力学，结果显示30例患者均顺利康复，无并发症发生。潘传亮等[10]在一项前瞻性观察性研究中发现，对体外循环心脏术后患者应用PiCCO目标导向地指导治疗能够降低急性肾损伤的发生率并能改善病情严重程度。PiCCO能够准确、连续、实时、全面地监测患者心功能，具备操作简单、并发症少以及微创等特点，对心脏手术围术期患者的监测和治疗起到了重要作用，近年来在心脏重症领域应用越来越广泛。

2.2 锂稀释心排量监测（Lithium-indicated dilution cardiac output，LiDCO）

LiDCO由一个连接在动脉导管上的锂传感器组成，锂指示剂通过中心静脉或外周静脉注入，并使用连接至压力线的锂传感器探头测量外周动脉中的锂浓度来构建锂衰减曲线，联合脉搏波轮廓分析技术，可获得连续实时CO、ITBV、平均动脉压（Mean arterial pressure，MAP）、SVR、每搏输出量（Stroke volume，SV）、SVV、PPV等，其准确性已获得验证，但临床应用尚不广泛[11]。LiDCO侵入性更小，只需要一个动脉和一个外周静脉通路，而且还可以提供特殊参数，如SVV和PPV。但是，在以下情况下，LiDCO的准确性会受到影响：主动脉瓣返流、严重心律失常、严重的外周血管收缩以及接受锂疗法的患者[12]。Asamoto等[13]在非体外循环冠脉搭桥手术期间比较LiDCO与PAC在固定采样点同时测量心脏指数（Cardiac index，CI），结果显示LiDCO测量误差约为-0.38 L（/min·m2），百分比误差为53.5%，尤其当CI值较高时，LiDCO测量值往往偏低。因此，此方法在心脏外科围术期心功能监测中的应用价值受限。

2.3 FloTrac/Vigileo系统

FloTrac/Vigileo系统由连接至动脉导管和Vigileo监护仪的血流传感器（FloTrac）组成，通过分析外周动脉波形和预置数据库来监测心血管功能，不需要外部校准即可测量CO、SV、SVV、SVR等，并通过使用肺动脉导管来降低侵袭性[14]。其优点在于创伤小，提供连续实时CO，且操作简单、参数易于获得，但其准确性在病情不稳定、严重心律失常、严重主动脉瓣返流和其他干扰动脉波形的因素中受到限制。虽然此系统每一次更新都显示出精度的提高，但最新一代在准确性上仍然难以和“金标准”相提并论。Kusaka等[15]在一项前瞻性研究中，对30例接受体外循环的心脏手术患者应用最新一代系统（第四代）与PAC对比进行监测时发现，其在心脏手术围术期仍然缺乏准确性和预测能力，而且CO测量的差异取决于SVR。Maeda等[16]在对26例腹主动脉瘤患者手术中应用第四代系统监测血流动力学，结果显示其准确性不可接受。因此，临床医生应该认识到在心脏手术围术期使用该方法时的适当用途和局限性。

2.4 ProAQT/PulsioFlex监测系统

ProAQT/PulsioFlex是一种新型脉搏轮廓分析设备，与PiCCO相似，但有所不同的是此方法不需要外部校准，主要应用一種创新的专有运算实现自动校准[17]。一项多中心随机对照试验显示[18]，应用此方法监测围术期患者血流动力学，并以此为基础的EGDT可改善患者预后。Weil等[19]在中高危风险腹部手术中应用此方法监测患者血流动力学的研究显示，其准确性是可靠的。Biais等[20]在探讨SVR对此方法准确性的影响中发现，当SVR变化较大时，尽管有自动校准，也无法跟踪CI的变化。有学者[21]在非体外循环冠脉搭桥术中应用其监测患者心功能，结果显示CO的测量仍存在局限性。因此，此方法在心脏手术围术期的应用还需进一步探究和验证。

2.5 经食管多普勒（Transesophageal doppler，TD）

TD使用多普勒超声和基于年龄、身高和体重的列线图测量胸主动脉降支血流，从而测量连续CO及容量反应的动态参数。TD克服了经胸超声心动图的许多局限性，可避免肋骨、肺对声束的干扰，且食管紧邻心脏和大血管，可以获得高品质图像，对心功能和主动脉血流状态可进行很好的监测。虽然TD熟练操作需要时间，但其优势明显，尤其对于心脏外科围术期患者血流动力学评估非常有价值，而且很少引起严重并发症，操作过程因并发症而被迫停止检查的比例小于1%，致命性并发症发生率更是低于万分之一，检查前必须除外食管及胃部疾病[22]。其应用价值在于[23]：①可提供急性循环系统疾病的全面而重要的信息，是某些情况下确定休克原因的不可替代的手段;②对于经胸心脏手术的患者，若高度怀疑心包填塞，其可快速、准确地检测;③可快速、定性地评估血流动力学异常的原因，明确治疗方向;④可准确评估容量状态及预测液体反应性，且特别适合心脏功能的准确定量评估;⑤与有创血流动力学监测相比，TD损伤更小，感染风险更低，安全性更高;⑥对于俯卧位通气的患者，是首选的血流动力学监测方法;因此，TD作为微创心功能监测方法，可实时评估心脏的形态和功能，作为心脏外科围术期心功能监测的质量标准，值得推广应用。

3 无创监测方法

3.1 Nexfin系统

Nexfin基于光电容积描记技术、生物反应设备和部分气体交换系统，利用血管卸载原理，通过一个手指充气袖套（连续血压监测）与一种新型脉搏轮廓法结合，是一种无创监测方法，能够连续监测血压、SV、CO、SVV、SVR等，广泛应用于心脏重症监护室（Cardiac intensive care unit，CCU）、门诊或急诊[24]。Fischer等[25]对45例心脏手术患者分别应用Nexfin和PiCCO监测血流动力学，结果显示，其测量结果与PiCCO相关性很差，主要表现在给予液体后，该方法不能很好地反映CI的快速变化，不能预测心脏术后液体反应性。也有学者认为，Nexfin设备安装迅速，使用方便、简捷，对CO的测量是可靠地，可以在危重患者给予更准确的有创监测前使用，以防心功能突然恶化[26]。但缺点在于不适用微血管生理改变以及活动的患者，这在一定程度上限制了在危重患者和清醒患者中使用。因此，应根据患者病情的轻重缓急个体化地选择合适的监测方法。

3.2 无创超声心排量监测（Ultrasonic cardiac output monitoring，USCOM）

USCOM是一个便携式的设备，通过应用在胸骨上方的多普勒超声探头来测量CO，超声探头位于胸骨上切迹处，用于测量升主动脉的血流速度，此系统中集成了一个算法来估计瓣膜的横截面积，可以根据测量的主动脉瓣或肺动脉瓣的流速来计算CO[27]。USCOM可对重症患者进行便捷、快速、可靠地血流动力学监测，可用于急诊科、CCU和非心脏手术室，甚至在病房可以由一个训练有素的护理人员使用，Hodgson等[28]做了一项关于此方法学习曲线和测量可靠性的试验，结果显示在有经验的操作员对志愿者进行不到5 h的培训后，志愿者即可应用此方法对急诊住院患者进行可靠、准确地心功能评估。Meyer等[29]应用此方法监测心脏术后患者血流动力学，发现在测量CO、CI、SV参数时与PAC所获得的参数有良好的相关性。张云等[30]在USCOM与热稀释法监测重症患者心功能比较的Meta分析中显示，USCOM监测重症患者心功能CO、CI指标与热稀释法具有较好的一致性。因此，此方法是一种很有前景的监测心脏手术围手术期患者心功能的新型技术。

3.3 经胸生物电阻抗（Thoracic electrical bioimpedance，TEB）

TEB原理是在胸腔中传递低振幅高频电流，测量阻抗的感应电极分别放置在上、下胸部，血流动力学参数由TEB设备根据心电周期中胸廓电导率随胸主动脉血流变化的变化进行测量。通过测量由动脉搏动血流产生的阻抗变化，及变化之间的时间间隔，可以计算出SV，是一种完全无创的连续心功能监测方法[12]。其优势在于便捷、迅速且无创，在床旁即可连续监测心功能，应用成本低，不存在感染风险及其他并发症，但其信号质量会受到患者运动、电干扰（如起搏器、手术中电刀）、心律失常和机械通气等因素干扰，也会因患者的肥胖、胸腔积液、肺水肿、主动脉瓣疾病、SVR显著变化、主动脉夹层等影响测量结果[31]。其监测CO和SV的准确性已在健康人群中得到很好的验证，但在临床实际应用中，其测量准确性与“金标准”相关性较差，且不同设备之间的一致性存在较大差异。Faini等[32]应用新一代TEB设备（Hotman System）与PAC进行对比，在51例心脏重症患者进行连续测量CI，结果显示两者测量结果有较好的相关性。随着数字信号处理和新算法的发展，此方法测量的准确性必然会得到提升，是一种非常有应用前景的新技术。

综上所述，在心脏手术围术期心功能监测非常重要。随着医疗技术的不断发展及监测设备的技术更新，有创、微创、无创的监测方法将用于更明确和更具体的患者群体。目前心功能监测方法在不断趋向于无创化、实时化、精确化发展，相信未来一定会出现一种理想化的监测方法，在各种情况下都能无创并动态及时精准监测血流动力学。作为临床医生，有必要熟悉并掌握目前所有的心功能监测方法，了解其缺陷及优势并灵活应用，加强心脏手术围术期血流动力学监测和调控，提高临床应用能力。

[参考文献]

[1] Sander D，Dusse F.Leitlinien in der praxis：Der herzchirurgische patient in der intensivmedizinischen versorgung，S3-guideline intensive care therapy of cardiac surgery patients-A practical approach[J].Anasthesiol Intensivmed Notfallmed Schmerzther，2020，55（10）：635-642.

[2] Saugel B，Thiele RH，Hapfelmeier A，et al. Technological assessment and objective evaluation of minimally invasive and noninvasive cardiac output monitoring systems[J].Anesthesiology，2020，133（4）：921-928.

[3] Lee M，Curley GF，Mustard M，et al.The swan-ganz catheter remains a critically important component of monitoring in cardiovascular critical care[J].Can J Cardiol，2017，33（1）：142-147.

[4] Joseph C，Garrubba M，Smith JA，et al. Does the use of a pulmonary artery catheter make a difference during or after cardiac surgery？[J].Heart Lung Circ，2018，27（8）：952-960.

[5] Thurman P. Mixed shock states：A case for the pulmonary artery catheter[J].AACN Adv Crit Care，2020，31（1）：67-74.

[6] Beurton A，Teboul JL，Monnet X. Transpulmonary thermodilution techniques in the haemodynamically unstable patient[J]. Curr Opin Crit Care，2019，25（3）：273-279.

[7] 劉大为.实用重症医学[M].2版.北京：人民卫生出版社，2017：89.

[8] Pour-Ghaz I，Manolukas T，Foray N，et al. Accuracy of non-invasive and minimally invasive hemodynamic monitoring：Where do we stand？[J].Ann Transl Med，2019，7（17）：421.

[9] 郎利，傅润乔，张凤英.脉波指示连续心排量监测技术在老年患者不停跳冠状动脉旁路移植术中血流动力学监测的应用[J]. 解放军医学院学报，2013，34（8）：845-847.

[10] 潘传亮，刘剑萍，胡星. 基于PiCCO变量的目标导向集束化治疗对体外循环心脏术后患者AKI的防治作用：一项前瞻性观察性研究[J]. 中华危重病急救医学，2019， （6）：731-736.

[11] Lorne E，Diouf M，de Wilde RBP，et al. Assessment of interchangeability rate between 2 methods of measurements：An example with a cardiac output comparison study[J].Medicine （Baltimore），2018，97（7）：e9905.

[12] Geisen M，Ganter MT，Hartnack S，et al. Accuracy，precision，and trending of 4 pulse wave analysis techniques in the postoperative period[J].J Cardiothorac Vasc Anesth，2018，32（2）：715-722.

[13] Asamoto M，Orii R，Otsuji M，et al. Reliability of cardiac output measurements using LiDCO rapid and FloTrac/Vigileo across broad ranges of cardiac output values[J].J Clin Monit Comput，2017，31（4）：709-716.

[14] Maeda T，Hamaguchi E，Kubo N，et al. The accuracy and trending ability of cardiac index measured by the fourth-generation FloTrac/Vigileo system and the Fick method in cardiac surgery patients[J].J Clin Monit Comput，2019， 33（5）：767-776.

[15] Kusaka Y，Ohchi F，Minami T. Evaluation of the fourth-generation floTrac/vigileo system in comparison with the intermittent bolus thermodilution method in patients undergoing cardiac surgery[J].J Cardiothorac Vasc Anesth，2019，33（4）：953-960.

[16] Maeda T，Hattori K，Sumiyoshi M，et al. Accuracy and trending ability of the fourth-generation FloTrac/Vigileo System in patients undergoing abdominal aortic aneurysm surgery[J].J Anesth，2018，32（3）：387-393.

[17] Grensemann J，Defosse JM，Willms M，et al. Validation of radial artery-based uncalibrated pulse contour method （PulsioFlex） in critically ill patients：A observational study[J].Eur J Anaesthesiol， 2017，34（11）：723-731.

[18] Salzwedel C，Puig J，Carstens A，et al. Perioperative goal-directed hemodynamic therapy based on radial arterial pulse pressure variation and continuous cardiac index trending reduces postoperative complications after major abdominal surgery：A multi-center， prospective， randomized study[J].Crit Care， 2013，17（5）：R191.

[19] Weil G，Motamed C，Eghiaian A，et al. Comparison of Proaqt/Pulsioflex and oesophageal Doppler for intraoperative haemodynamic monitoring during intermediate-risk abdominal surgery[J].Anaesth Crit Care Pain Med，2019， 38（2）：153-159.

[20] Biais M，Mazocky E，Stecken L，et al.Impact of systemic vascular resistance on the accuracy of the pulsioflex device[J]. Anesth Analg，2017，124（2）：487-493.

[21] Smetkin AA，Hussain A，Kuzkov VV，et al. Validation of cardiac output monitoring based on uncalibrated pulse contour analysis vs transpulmonary thermodilution during off-pump coronary artery bypass grafting[J].Br J Anaesth，2014，112（6）：1024-1031.

[22] 王小亭，尹萬红，李易，等.发展重症经食管心脏超声 完善重症超声体系[J].中华内科杂志，2019（12）：865-868.

[23] 尹万红，王小亭，刘大为，等.中国重症经食管超声临床应用专家共识（2019）[J].中华内科杂志，2019（12）：869-882.

[24] Ramsingh D，Ma M，Kim JK，et al. Feasibility evaluation of non-invasive cardiac function technology during echocardiography-based cardiac stress testing[J].J Clin Monit Comput，2020，34（4）：655-661.

[25] Fischer MO，Coucoravas J，Truong J，et al. Assessment of changes in cardiac index and fluid responsiveness：A comparison of Nexfin and transpulmonary thermodilution[J].Acta Anaesthesiol Scand，2013，57（6）：704-712.

[26] Aritürk C，A？觭il M，Ulug？觟l H，et al. Is the Nexfin finger cuff method for cardiac output measurement reliableduring coronary artery bypass grafting？ A prospective comparison with the echocardiography and FloTrac/Vigileo methods[J].Turk J Med Sci，2016，46（2）：291-295.

[27] Gregory SD，Cooney H，Diab S，et al. In vitro evaluation of an ultrasonic cardiac output monitoring （USCOM） device[J].J Clin Monit Comput，2016，30（1）：69-75.

[28] Hodgson LE，Venn R，Forni LG， et al. Measuring the cardiac output in acute emergency admissions： Use of the non-invasive ultrasonic cardiac output monitor （USCOM） with determination of the learning curve and inter-rater reliability[J].J Intensive Care Soc，2016，17（2）：122-128.

[29] Meyer S，Todd D，Wright I，et al. Review article：Non-invasive assessment of cardiac output with portable continuous-Wave Doppler ultrasound[J].Emerg Med Australas，2008，20（3）：201-208.

[30] 張云，王琰，季冬东，等. USCOM与热稀释法监测重症患者心功能比较的Meta分析[J]. 中华危重病急救医学，2019，（12）：1462-1468.

[31] Saugel B，Cecconi M，Hajjar LA.Noninvasive cardiac output monitoring in cardiothoracic surgery patients：Available methods and future directions[J].J Cardiothorac Vasc Anesth，2019，33（6）：1742-1752.

[32] Faini A，Omboni S，Tifrea M，et al. Cardiac index assessment：Validation of a new non-invasive very low current thoracic bioimpedance device by thermodilution[J].Blood Press，2014，23（2）：102-108.

（收稿日期：2020-11-09）