重症监测技术：氧供、氧耗和氧的供需平衡

生理机能

血液循环系统

血液循环的基本途径

血液循环为人体细胞提供营养和氧的供给。心血管系统包括由动脉与静脉组成的整个血管系统。血液自心脏泵入动脉，经静脉回流至心脏。心脏作为实现泵血功能的肌肉型器官位于整个循环的中心，通过节律性收缩，将心脏内血液重复泵入血管系统。

血液循环由肺循环和体循环组成。在肺循环中，血液从心脏至肺部再回流至心脏。而在体循环中，血液经动脉流至各器官再回流至心脏。由于体循环途径长于肺循环途径，因而左心需要更大的肌肉收缩强度。

血液循环的生理机能

心血管系统的简要图解

血液循环的过程能简化成饮用水的分装及销售过程。

1. 货车（相当于血液中的血红蛋白）在总批发商处（相当于肺）装载瓶装水（相当于氧气）；

2. 接下来货车驶向零售商（相当于左心）；

3. 瓶装水被零售商出售给消费者（相当于各器官、组织）；

4. 在饮用后空瓶（低含氧血）从消费者手中被零售商（右心）回收；

5. 最终，满载空瓶的货车驶回总批发商处（肺），重新灌装饮用水（氧）。

心血管系统的详细图解

以下是关于左心与右心的血液循环的详细描述：

1. 左心输送高含氧血液经动脉到达身体不同部位，由大动脉到小动脉最后进入毛细血管。在毛细血管中血液与细胞进行氧气及其他气体的交换。

2. 在完成交换后，低含氧血液经小静脉，静脉汇入上腔静脉及下腔静脉回流至右心。

3. 右心泵出低含氧血进入作为氧气与其他气体交换场所的肺，在肺泡中，吸入的氧气通过弥散作用进入血液。

4. 由此产生的高含氧量血液经肺静脉，回流至左心。随后血液自左心泵出经动脉至全身各器官，完成了一次循环过程。

氧气

氧气的重要性

在我们体内存在着数万亿细胞，每一个细胞都需要都氧气来维持存活与机能。心血管系统的首要目标是为细胞供氧及排出代谢产物。缺氧会导致重要器官不可逆损伤。

人类可在不摄入营养物的条件下生存3周，缺水条件下生存3天，而在缺氧条件下只能生存3分钟。这就意味着氧气的摄入与分配对机体而言是最重要的。

氧输送

以下将详细描述氧气从空气输送到单个细胞的过程：

步骤：

1）氧摄入

通常在空气中含有21%的氧气，当空气中的氧气通过呼吸到达细支气管末端的肺泡，氧气就在肺泡内扩散到毛细血管，与血红细胞中氧的携带者-血红蛋白结合。

2）氧运输

氧气与血液中的血红蛋白结合并通过动脉、小动脉和毛细血管到达各个器官。每毫升血液所运输的氧气主要取决于血红蛋白的数量和血氧饱和度（由氧合血红蛋白所占的百分比表示，正常值约为98%），每分钟氧气运输量同时也取决于血液流速。

3）氧摄取

当氧气被血液输送至单个细胞时，与氧气摄入肺部血管的过程相反，血液中的氧气通过弥散作用从毛细血管转移到细胞中。

4）氧消耗

细胞中的线粒体具有类似于发电站的功能，它通过消耗氧气来产生ATP（三磷酸腺苷）

氧的平衡

人类的生存依靠从大气中获取氧气，并将氧气输送到机体中的每一个细胞，使细胞完成必要的代谢过程。心血管系统的首要目标就是将氧气输送给机体内的每一个细胞。缺氧将导致重要器官的不可逆的损伤。某些细胞能够在缺氧条件下短时间内低效地产生能量（无氧代谢）。其他的器官（比如大脑）中的细胞只能在持续供氧的条件下产生生存所必需的能量（有氧代谢）。尽管不同的组织进行分化以适应缺氧的情况，但大脑和心脏是最为敏感的。最初的缺氧会影响器官的功能，缺氧持续一段时间后，器官将发生不可逆转的损伤（对于大脑而言，仅需数分钟）而且是无法复活与再生的。

当需氧增加时，正常人体能够通过调节心脏和肺的机能来适应需求，比如：增加心率及呼吸频率。

重症病人的正常生理机能已经受损。对于氧平衡的问题并不在于供氧量高低的差异，而在于是否能满足需求。

氧供（DO2）

氧供（DO2）是指心脏通过血液向全身组织提供的氧输送量，它可以用动脉氧气含量（CaO2）乘以心输出量（CO）来计算。

DO2 [毫升氧气/每分钟] = CaO2 [毫升氧气/每100毫升血液]×10*×CO [升/每分钟]

*10为单位转换（毫升/100毫升转换为毫升/升）

动脉氧含量是指在100毫升动脉血液中所含的氧气量。绝大多数氧气实际是由血红蛋白结合并运输的，只有小部分氧气是通过物理方式溶解及运输的。在大部分临床实践中，当计算氧气含量或运输时，这小部分氧气可被忽略不计。

1克血红蛋白（Hb）能够结合1.34毫升的氧气（理论上最大结合量是1.39毫升氧/每克血红蛋白，但直接测量结果为1.34，并且霍夫尼常数也支持这一结果）。

所以动脉氧气含量（不含物理溶解的氧气）计算公式为

CaO2 [毫升氧气/每100毫升血液] = Hb [克/每100毫升] ×1.34 [毫升氧气/每克血红蛋白]×SaO2

正常成年男性的动脉血氧含量由动脉血氧饱和度（SaO2）100%乘以15克/每100毫升的血红蛋白计算得出，约为20.1毫升/每100毫升血液。

这一结果再乘以心指数所得即为氧供（不包含溶解在血液中的氧）。

DO2 [毫升氧气/每分钟] = Hb [克/每100毫升]×1.34[毫升氧气/每克血红蛋白]×SaO2×10×CO[升/每分钟]

所以如果使用静息时的正常心输出量5升/每分钟进行计算，每分钟约有1000毫升氧气被输送至全身组织。

当使用心指数（与体表面积相关联的心输出量）参与计算时，可得出氧输送的正常值为400-650毫升/每分钟/每平方米。

氧供在下列情况时，会发生减少：

• 气体交换功能障碍

  ——动脉血氧饱和度降低

• 贫血

  ——血红蛋白数量减少

• 心输出量减少

  ——心输出量极低

氧耗(VO2) 

氧耗指被器官所消耗的氧气量。通常器官并不会消耗血液输送的全部氧气，这就意味着有一部分氧气回到右心和肺。因此可通过计算氧输送量及氧在静脉血中回流并被摄入肺动脉的量之差得出氧气的消耗量。类似于动脉氧含量，静脉氧含量（CvO2）可通过下列公式计算（血液溶解的氧气不计）：

CvO2[毫升氧气/每100毫升血液]=Hb[克/每100毫升]×1.34[毫升氧气/每克血红蛋白] ×SvO2

按照混合静脉氧饱和度（SvO2）的正常值75%计算，静脉氧含量约为15毫升/每100毫升血液。

因为VO2=CaO2×CO-CvO2×CO=（CaO2-CvO2）×CO，所以就可推导出：

VO2[毫升氧气/每分钟]=Hb[克/每100毫升]×1.34[毫升氧气/每克血红蛋白]×（SaO2-SvO2）×10×CO[升/每分钟]

通过这个公式，计算出氧气消耗量的正常值为200毫升/每分钟，这就意味着在静息状态下，人体每分钟消耗200毫升氧气。

在临床中，可用中心静脉氧饱和度（ScvO2）来替代混合静脉氧饱和度（SvO2）来计算和解释氧气的消耗。

此外还可以结合心指数计算氧耗指数（VO2I），其正常值为125-175毫升/每分钟/每平方米。

下列情况可使氧耗指数升高：

• 炎症，脓毒血症

• 肌肉运动（颤抖，呼吸）

• 应激

• 发热

中心静脉氧饱和度ScvO2/氧气的供需平衡

正如先前所描述的，部分被输送至全身组织的氧气未被消耗又回到右心和肺。在正常情况下只有25%的氧气被消耗。

如果氧供减少以及/或氧气的消耗增加，那么氧气的输送量就不再满足全身组织对氧的需求，这也意味着回流至右心的氧气减少。这种情况可以通过混合静脉氧饱和度和中心静脉氧饱和度来反映。通过使用静脉血气分析或CeVOX-探头可以得到连续ScvO2，进而获得病人体内氧气供需情况的重要信息。

• 中心静脉氧饱和度就像天平上的中心点，它反映氧供和氧耗之间的平衡。

• 如果失去平衡，中心静脉氧饱和度必须尽快复原以确保充足器官供氧。

PiCCO技术

1. 为什么使用PiCCO？

PiCCO（来源于Pulse Contour Cardiac Output）监测提供连续的心脏功能信息。除了连续的CO（心排量）和连续的SV（每搏量），也包括GEDV（全心舒张末期容积——非连续），EVLW（血管外肺水——非连续），PPV（脉压变异——连续）和SVV（每搏量变异）——对危重患者尤其是脓毒症、肺损伤和循环性休克患者的容量管理有显著的帮助。PiCCO监测需要单机（PiCCO2或带PiCCO模块的PulsioFlex）或监护仪带PiCCO模块（例如德尔格、飞利浦、迈瑞、GE等）。

使用PiCCO的指征是什么？

PiCCO用于：

• 评估心脏功能

• 评估容量状态

• 评价治疗

• 如何工作？

患者将被置入两根导管。一根是可能已经放置好的中心静脉导管，另一根是PiCCO动脉导管，通常置于患者的腹股沟（股动脉）。通过使用这两根导管，PiCCO不但告知医生患者是否需要更多/少的静脉输液，而且提供大量心脏功能的信息。

PiCCO的指征包括：

• 休克

• 脓毒症

• 心功能不全

• 急性呼吸窘迫综合症（ARDS）

• 心脏、腹部、整形外科大手术

• 移植术后

1.1 PiCCO技术是什么？

PiCCO技术结合了经肺热稀释方法和脉搏轮廓分析法。

它可以评估心功能、容量状态和评价治疗，例如使用正性肌力药物的效果。

PiCCO比肺动脉导管创伤小，除了放置在动脉（如股动脉或腋动脉）的热稀释导管外，可以使用任何中心静脉通路。导管型号完整，PiCCO技术也可以应用于儿科患者。

PiCCO结合脉搏轮廓分析法和经肺热稀释方法。经肺热稀释是指冰水从中心静脉导管注入后经过肺部，然后通过动脉导管测量温度的变化，得到热稀释曲线。

通过中心静脉导管三次注射冰盐水，动脉导管在留置点探测温度变化之后，机器可以结合非连续信息和动脉波形得到校准过的连续心排量（12秒更新）。

通过脉搏轮廓分析得到的心排量与肺动脉导管得到的心排量相关性非常好。除此还可获得血压、心率、每搏量（SV）、全身血管阻力（SVR）、每搏量变异（SVV）和脉压变异（PPV）等信息。动脉压力波形得到的SVV和PPV可用于评估完全机械通气患者的容量反应性。

经肺热稀释方法还可以计算一些具有潜在临床应用价值的参数包括反映心脏前负荷的全心舒张末期容积（GEDV）和胸腔内血容积（ITBV）、以及与急性肺损伤程度相关的血管外肺水（EVLW）。

2. 为什么使用CeVOX？

重症监护医学最重要的目标之一是保证组织充足的氧供。监测全身氧平衡不但能在遇到失衡情况时作为一个需要临床快速干预和适当治疗的报警，而且对早期识别氧供、氧耗失衡非常有用。由此而论，监测中心静脉氧饱和度（ScvO2）这个参数是比较理想的，因为它是实时的而且敏感性很高。

ScvO2表示经过组织循环后血液中残留的氧气。一方面它取决于组织消耗前血液的含氧量（SaO2），另一方面取决于细胞的氧摄取。当氧供不能满足组织的氧需求时，中心静脉氧饱和度下降。

中心静脉氧饱和度对组织缺氧的识别和治疗管理是非常重要的一个参数。血流动力学稳定、关键参数在正常范围的患者通常连续的ScvO2高于正常范围（70-80%）。持续氧供不足的迹象表明需要进一步的治疗措施。

CeVOX如何工作？

CeVOX探头放入中心静脉导管的远端腔，并与CeVOX模块连接。

应用领域：

• 大手术

• 心脏手术

• 多发伤

• 心源性休克

• 感染性休克

• 烧伤

2.1 什么是CeVOX技术？

CeVOX技术测量静脉中的氧饱和度。

ScvO2通过中心静脉导管测量，作为心输出量的替代参数是非常有用的。

通常低于55%的数值表示心输出量下降，可能是心衰的表现。

ScvO2已被用来衡量组织灌注是否充足。它与心输出量有直接的关联。

血红蛋白（Hb）和动脉血氧饱和度与新陈代谢率成线性反比。

CeVOX技术只需要中心静脉通路，提供连续的中心静脉氧饱和度（ScvO2）监测。ScvO2 指导氧平衡，低ScvO2明确表明新型血流动力学监测的必要性。

• 对于急诊或手术室的病情较轻的危重患者，ScvO2可以作为基本的血流动力学监测替代心排量监测。

• 对于脓毒症患者，ScvO2有助于确认患者的风险，帮助目标治疗降低死亡率和住院时间。

ScvO2是临床可以评估氧消耗的参数，对组织缺氧有高度的敏感性。

PulsioFlex（又称PiCCO平台）在增加CeVOX技术模块后，可持续监测中心静脉氧饱和度。

CeVOX 探头