CN1140582A - 评价心血管功能的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分析连续测量的相应于一系列预置的气道压力或潮气量变化而改变的血流动力学参数变化的方法。所述的方法通常叫做“呼吸收缩压变化测试”(RSVT)。分析相应于这些气道压力动作对血流动力学参数的变化的方法作为一种无创伤的或最小创伤评估心血管状态，特别是评价病人心搏量反应的方法。

Description

评价心血管功能的方法

本发明涉及一种评价心血管状态的方法，这种方法是通过分析相应于预定的在呼吸量上的变化的血流动力学参数的改变来评价机械呼吸的病人的心血管状态。

对于那些在麻醉和外科手术时或由于某些疾病引起机械呼吸的病人，必须经常地对其心血管功能进行监测。这种监测的目的主要是评价病人的血容量状态是否正常和评价病人心功能的好坏。心血管功能的评价一般采用简单地测量血压和心率的方法，然而，用这些参数评价和跟踪病人心血管变化太不敏感，且太不具有特异性，因而只用这些参数是不行的。

有很多测量机械呼吸病人的心血管功能的较为先进的方法。方法之一就是把心导管通过静脉引入右心房或它的附近来测量中心静脉压(CVP)^[1]，然而，右心房的压力(CVP)总是不能反映心脏左侧部份的压力，亦即，不能反映作为主要泵血机构的左心室的充盈压力。此外，由于右心的独立性病变或某些肺部病变，中心静脉压可能升高，而左心房的压力实际上是较低的。最后，用测量压力的方法估算心腔的充盈容量会受到心腔页应性的影响。

另一种经常用于危重病人或经受大手术的病人的方法是使用一种装在肺动脉(SwanGanz)导管顶端的气囊，通过它可测量出用于估计左心房压力的肺毛细血管楔压。(PCWP)^[2]然而，和中心静脉压(CVP)一样，肺毛细血管楔压(PCWP)也会受到左心室顺应性的影响。此外，由于肺循环处于导管头和左心房之间，所以在病人机械呼吸时所形成的高气道压力可能人为地造成肺毛细血管楔压(PCWP)的升高。

这些问题和其它一些众所周知的在测量充盈压时的缺陷，使得当这种方法应用于患循环性疾病的病人时，和应用于那些患循环疾病需立即进行病理机制诊断以便进行进一步治疗的病人时，必须给病人加分级液体载荷^[3]。这样的过程耗时很多并不能经常进行。

众所周知，除测量CVP值和PCWP值时缺陷之外，CVP检查的插入物，特别是肺动脉导管的价格昂贵，医生还需要经过必要的培训，并且还要考虑它还有许多已经发现的并发症^[2]。

另一种用于心血管评价的新技术叫做经食道超声心动图，这是一种图像技术，主要用于估算心脏腔体的大小和心肌收缩性的状态^[4]。然而，这种方法也非常昂贵，医生进行操作需要经过大量的训练，并且这种方法每次只能对一个病人进行检查，不能进行长时间连续监护，并且很难进行实时检查。

最近又出现了一种叫做压力波形分析法。根据这种方法，临床测量一个机械呼吸周期内收缩压的变化，以用于心血管评价。通常情况下，动脉压按双相方向相应于机械呼吸。收缩压最初的升高(delta up，dU_p)是由于心搏量的暂时升高引起的，在delta up之后继之有一个在收缩压上的下降(delta down，dDown)，这是由于流回右心的血量(静脉回流)下降引起的，也间接地是因为在机械呼吸过程中胸内压的升高引起的。在一个机械呼吸周期内收缩压的最大值和最小值之差定义为“收缩压变化”(SPV)，众所周知，SPV和dDown是检测心脏充盈状态的一个十分敏感的指标，且与PCWP和CVP相比它们能更好地反映心脏充盈状态^[5、6、7]，然而，压力波形分析法至今仍没有投入商业使用。

本发明的目的是提供一种没有上述已有技术的方法缺陷的，能用于评价机械呼吸病人的心血管功能的新方法。

这种新方法是通过对病人静脉液体给药来评价病人的反应性，而避免现行使用的这种评价方法所需要的实际容量加载进和进行的创伤性测量。

上述目的可以通过权利要求书中所界定的方法和装置实现。

本发明的呼吸动作由几个预定的可变量值大小的连续潮气量序列组成，优选的是2到10个，更为优选的是2，3或4个，该潮气量序列可以分级方式对灌注的心脏起作用。通常，这种气道压力的增长变化是作为对心血管系统的一种负荷，是与机械呼吸相应的气道压力增高将引起一系列的心腔灌注和性能上的变化。

这种呼吸动作的最重要的血流动力学作用通常包括：

(a)随着与右心房和右心室的相对排空，静脉回流减少可最终导致左心室心搏量的暂时下降和引起收缩压的暂时下降。

(b)左心房和左心室充盈的早期增高是由于从肺血管流回的血液的挤压所引起的。在机械呼吸期间，这种前负荷的增大可导致左心室心搏量的早期暂时升高。

(c)特别是在有充血性心脏病时，左心室后负荷的下降也可以导致左心室心搏量的增长。这种现象的主要机制是，气道压力的升高部份地传导到左心室和与膈下主动脉相关联的胸主动脉上。

因而，右心室心搏输出量对机械呼吸的正常反应是双相的，在早期的升高之后继之有一个后下降。

更具体地讲，由于机械呼吸的主要心血管作用是使静脉回流降低，因此一系列逐渐升高的潮气量将导致静脉回流的逐步的下降。这种静脉回流的逐渐下降对心输出量的作用通常通过左心室的心搏输出量的逐渐降低反应出来，并可在受其影响的生理学参数通过如动脉压，体积描记信号，多普勒信号等反应出来。

此外，呼吸动作还可导致血流动力学参数(dUp)的相应提高，它表明以加气道压力的正向的心血管效果，这些变化显示出有心脏病或无心脏病时心脏液体超负荷的特性^[5，8]。

根据本发明，可以测量相应于一系列的呼吸动作的上述参数的变化。这种参数的变化可用心血管参数的绝对计量值单位表示，优选的是用相应于每单位气道压力变化和潮气量变化(预设值或实测值)的心血管参数的百分数变化值表示。

本发明的方法也叫做“呼吸收缩压变化测试”(RSVT)。

在进行以上描述的呼吸动作之前，最好还应有一个暂短的呼吸暂停。

本发明还提供一种实现上述呼吸动作的装置，也就是说提供几种可变量值的连续的潮气量，最好在暂短的呼吸暂停之后，并监测相应于这些可变量值的潮气量的血液动力学的变化。本发明的装置主要由一个呼吸机组成，优选的是该呼吸机连接到一个监视器上，所述的呼吸机和监视器最好配有专用软件。呼吸器根据预置特征和供气率自动地或根据需要提供一系列具有可变量值的潮气量，优选的是在暂短的呼吸暂停之后。本发明对潮气量值的要求并不严格，可以根据病人的体重(如5，10，15，20毫升/公斤体重)或根据压力预设值进行预设和设置，即呼吸器可根据可变的压力预设值按程度提供潮气量，最好是使用压力控制供气模式。预设值，实测量或压力值都可以用于结果的计算。

两个潮气量之间的时间差和相应的整个潮气量序列的时间长度要求都不严格，可根据实际情况由本专业的技术人员预设和选择。例如，两个潮气量间的时间差在4至10秒范围内，与之相应的呼吸序列(假设包括4个不同量级的连续潮气量)的总时间长度可以在16秒至40秒范围之内。

所述的监视器最好配有专用软件，以便在气道压力变化过程中及变化之后测量血流动力学参数(如血压、体积描记信号、多普勒回声等)的变化。在每一步气道动作之后，记录所选择的血流动力学参数信号的最小收缩压值，并给出一条最佳拟合的直线。然后计算出代表着血流动力学参数相应于气道压力或气道量值变化的这条直线的斜率，并根据所测量的参数用适当的单位表示它们，如，毫米汞柱血压/毫升潮气量，毫米汞柱血压/厘米水柱气道压，收缩压变化百分数/厘米水柱气道压，体积描记振幅变化百分数/每毫升潮气量，等。最好还对病人实际呼吸的潮气量或气道压力进行测量并绘成曲线。除此之外，也可用预设的潮气量或压力绘制曲线。

除以上所述的最小值之外，在气道压每次变化之后，最好还应测量每次呼吸后的血流动力学信号的最大值，如记录收缩压的最大值。同样，最好绘出这些参数相应于潮气量变化和/或相应于气道压力变化的最佳拟合曲线，并计算其斜率，这一斜率可能是一个评价心输出量随气道压力增长而增高程度的参数。

因而，通过本发明的呼吸动作产生的两条与最小值和最大值相关的最佳拟合直线，它们与水平参考轴线形成了两个角度。这两个角度间的比值为反映血管的灌注状态和心脏功能状态提供了另一个参数。

气道压力动作，即几种增长的供气量/供气压的提供，最好与那些用微处理器控制或电子控制的已有的呼吸机相结合，或可以用一种独立供气设备来提供。用于呼吸收缩压变化测试(RSVT)监测的主要软件可安装在监视器中，也可安装在呼吸机上或安装在一个单独设备上。软件和监视器接收来自呼吸机的信号，如每次呼吸开始的精确时间、呼吸量、气道压力峰值等。在每次机械呼吸开始后及在其每个周期过程中，都将跟踪其血流动力学信号，并记录测试过程中参数的最大值和最小值。在完成呼吸动作之后，监视器可计算并显示血流动力学参数最大值和最小值的斜率，及最大值(上斜率)和最小值(下斜率)变化斜率的角度以及它们的比值。也可以确定其它一些参数，如曲线下的面积，dp/dtmax(用该指标可测量心脏收缩性)等。

监视器最好还应有计算收缩压变化(SPV)的功能，该指标是一个机械呼吸周期内血流动力学生理参数(如血压)最大值与最小值之差。监视器最好还能显示delta up和delta down值，亦即，它们分别反映在吸气前期血流动力学生理参数随着气道操作而相对于其基线升高和下降的程度。

本发明所述的方法可应用于所有机械呼吸的病人，它能连续测量反映该病人左心室心搏量的生理学参数。它可作为确定心脏容积反应性的一种基本诊断测试手段，该容量在弗兰克循环血容量减少时心脏容积反应性很高，而在有充血性心脏病和/或有容积过载时，心脏的容积反应性很低或出现负值。本发明的方法也可以用于被麻醉的病人和其他在任何供气模式下进行机械呼吸的所有病人。用本发明的方法，可利用在任何机械呼吸病人上通常使用的医学设备很容易地测量心血管状态，而无需另外的复杂、昂贵而又不易操作的设备。

图1是本发明的原理示意图。

图2是一种可能的呼吸动作的例子。

图3a至3d展示了在RSVT测试过程中分析收缩压变化的步骤。

图4是在呼吸动作时气道压的轨迹(图4a)，它伴有一条容积反应状态下的动脉血压轨迹(图4b)。

图5是对一个血容量减少病人进行本发明的呼吸收缩变化测试(RSVT)结果。

图6是#1号狗(图6a)和#2号狗(图6b)在放血、再输液和容积过载时RSVT的角度。

图7a和图7b是在主动脉手术时RSVT的下斜率和上斜率变化的图形显示。

图8示出了在上述主动脉手术过程中，RSVT的下斜率与CVP值的关系。

图9示出了在不同CVP同时，上斜率(y)和下斜率(x)的角度比值上的变化。

图10示出了11名病人的下斜率对容积载荷的反应。

下面结合图1至图10对本发明作详细的说明。

图1是阐述本发明原理的示意图。图的下半部分示出了由呼吸机所提供的气道压力，图的上半部分展示了相应的血流动力学参数，即相应的血压。

在T₀和T₁之间进行的是普通的供气。相应的血压对于每一呼吸周期(图中示出了在T₀和T₁之间的7个呼吸周期)是一致的，图中只示出了一些统计学差异。在每个呼吸周期中，可见血压的dU_p和dDown。

从T₁开始，引入了一个(任意的)暂短的呼吸暂停，到T₂为止。显然，在这个呼吸暂停过程中血压保持不变，未见有dU_p或dDown。

在T₂，开始有气道压力变化，这种变化在第一个呼吸周期中从某一气道压力值(如10厘米水柱)开始。并不断增长到第四个呼吸周期(如，40厘米水柱)。在图1的上半部分示出了血压的响应特征。很明显，每一呼吸周期中的血压最大值随着气道压力的升高而升高，而每一呼吸周期中血压的最小值则随着气道压力的升高不断下降。换言之，它显示了dU_p和dDown值对气道压力变化的依赖性。

在T₃，气道压力变化停止，并引入第2个暂短的呼吸暂停(任意的)，由此引出一个用于作为参考值的恒定不变的血压值，该值用于估算气道压力变化对血压的作用。

在T₄呼吸暂停结束，之后连续普通供气。

T₀至T₁时间间隔的典型值在25至50秒范围内，亦即，大约每分钟8至16次呼吸。在普通供气时，气道压力的典型值在15至30厘米水柱范围内。

在气道压力变化时，根据病人情况不同使用不同的最大气道压力，但一般不超过40厘米水柱。

图2示出了一个包括4个连续呼吸的呼吸动作例子。使用的供气模式为压力控制供气模式，供气率为8/分钟，I∶E比值为1∶3。在这个例子中，呼吸动作包括5个压力水平，即0，10，20，30和40厘米水柱。特定的变量，即呼吸次数，和压力水平，压力持续期等特征可根据环境和病人的情况进行调整，也可在仪器中固定设置。零压力水平(或PEEP水平)可用以确定呼吸暂停时的血流动力学参数。

图3a示出了血流动力学参数(在此图中为血压)对图2所示的呼吸动作的反应。图3b举例说明了在每个气道压力变化之后，即在机械呼吸4个周期的每一周期过程中对最小收缩值(x)和最大收缩值(y)的识别。

图3c示出了最小值(x)和最大值(y)的最佳拟合直线。

图3d举例说明了每条直线的斜率的计算，其中，下斜率具有特征角a，上斜率具有特征角b，下斜率x是测量容积反应性，而用上斜率y可测量心搏输出量的增长。

图4示出了一个呼吸动作和一个容积反应性正常的病人的动脉压的最终变化。每次呼吸后收缩压的显著渐次下降(因为最佳拟合直线是一条陡线)对于病人的容积反应性具有显著意义。

图5示出了如果在病人血容量很少时，血流动力学参数(在本例中为血压)是如何对本发明的呼吸动作进行反应的。技术熟练的操作者通过观察连接收缩压最小值(A，B，C，D)的X线的陡峭程度可做出血容量减少症的诊断。即使是连接最大值(1，2，3，4)的y线的斜率也呈轻度的负值，因而进一步确定诊断结果为血容量减少症。

图6说明了对两条狗血压曲线随本发明的呼吸动作变化的分析实例，测试时这两条狗被放掉估计的血容量(A)的30％，又重新输入被放掉的血(B)及附加的容积过载(C)。在这个图中，y轴是相对于4种水平的气道压(x轴)的血压变化的百分数。明显可以看出，随着容积状态的变化，斜率a按方程式y＝ax＋b变化，血容量减少时的斜率最大，而容积过载时的斜率最小。因而，熟练的操作者可通过观察呼吸动作过程中血流动力学斜率的变化，来决定是否对有循环疾病症状的病人进行补液，或判定容积过载是否已经产生，是否还有必要进行其它治疗性检查。

图7a和7b中说明在主动脉手术过程中如何重复使用本发明的方法。第1至13项代表下列手术中事件：

1.由于失血，血容量显著减少(主动脉钳制之前)；

2.主动脉钳制后的瞬间；

3.钳制之后几分钟的血压下降过程；

4.输液1升后，病人在轻度麻醉之中；

5.给病人加一氧化二氮之后；

6.由于血液和血浆的输入使血容量又一次恢复。

7.硬膜外注射25毫克丁哌卡因(麻卡因)之后。

8.解开主动脉钳制之前；

9.在解开主动脉钳制之前输入多巴胺；

10.解开第一支钳制后瞬间；

11.解开第二支钳制后瞬间；

12.由于病人血压过低对血容量恢复不反应，所以服用多巴胺丸药；和

13.由于病人血压过高，给病人加注硝化甘油(0.8毫克/公斤体重/分钟)和硬膜外注射25毫克丁哌卡因(麻卡因)。

图7a说明了在手术过程中4个最低收缩压值的下斜率的变化。在本发明的呼吸动作过程中，很明显可以看到第1-4项和第13项的容积反应性很大，而第7，8，10，11和12项则以收缩压没什么大变化为特征，因而代表一个无容积反应状态，且说明，对一个熟练的操作来讲，如果需要的话，强心剂可增强心脏功能，而可能不需太多使用输血的方法。

图7b说明了上斜率的变化，即在手术过程中，RSTV测试中的最大收缩压的变化。第10至12项的特征为有陡峭的上斜率和平坦的下斜率，由此熟练的操作者可知心脏的充盈压很高，心脏的收缩性可能明显下降(可能有心脏病)。

图8示出了用本发明方法测得的最小收缩压百分数变化与用前面所描述的已有技术方法测得的同例主动脉手术病人的CVP值之间的关系。γ值为-0.69，如果不考虑其它因素，实际上γ值接近于-1。这表明用已有技术的复杂方法测得的CVP值与用本发明的方法很方便地测得的最小收缩值呈显著的相关性。

在图9中，图7中所解释的主动脉手术事件第1，2，9和第11项被用于说明在不同的中心静脉压(CVP)值下下斜率(x)角度与上斜率(y)角度的比值。低CVP值与α₂角增大相关，反映血容量减少，因而为熟练操作者确立这一诊断提供了很有帮助的方法。还应注意到，在CVP升高时，由α₂角表示的x斜率下降，而y斜率(由α₁角表示)上升。

图10示出了在11例病人中容积载荷的作用结果。在这个图中，x轴上的下斜率为两个呼吸动作(20和5毫升/公斤体重)后最小收缩血压之差，即下斜率＝SBP_min20-SBP_min5。y轴的下斜率值为11例病人容积加载后下斜率的变化值。从图中还可以看到，高于基线的下斜率与病人对容积载荷反应显著有关。因而，本发明的方法还可用于跟踪容积给药的效果。

Claims (11)

1.一种用于通过预置潮气量和/或预置压力对机械呼吸的病人的心血管功能的评价方法，包括：

(a)在至少一个呼吸周期中变化潮气量值或压力水平，和

(b)测量对步骤(a)中变量有反应的血流动力学参数。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(a)在暂短的呼吸暂停后施加。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于在步骤(b)中所测量的血流动力学参数为血压、体积描记信号、多普勒或回波信号，或其它任何由左心室输出所反映出的或确定的信号。

4.根据权利要求1至3中任一个所述的方法，其特征在于所述的血流动力学参数是连续测量的。

5.根据权利要求1至4中任一个所述的方法，其特征在于在步骤(b)中所测量是所述血流动力学参数的波峰和波谷值。

6.根据权利要求1至5的任一个所述的方法，其特征在于它包括分析所测量的血流动力学参数的步骤。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于至少进行下列分析运算中的一种分析运算：

(i)在一定的区域内计算所述血流动力学参数曲线下的面积，和/或

(ii)计算所述的波峰绝对值与波谷绝对值之差，或计算相关值和在短暂的呼吸暂停过程中所测量的参考值间的差值，和/或

(iii)分别计算波峰和波谷绝对值最佳拟合直线的斜率或相关值。

8.根据权利要求1至7中任一个所述的方法，其特征在于步骤(a)由外部命令启动或以预置的时间间隔自动启动。

9.根据权利要求1至8中任一个所述的方法，其特征在于使用多个呼吸周期，优选为2至10个，更优选为2、3或4个呼吸周期，并具有可变大小的潮气量值或压力水平。

10.根据权利要求1至9中的任一个用于评价机械呼吸病人心血管功能的装置，包括：

(a)一个至少可以输送两种可变大小的潮气量值或压力水平供气的呼吸机，

(b)用于测量相应于潮气量或压力变化的血流动力学参数的装置，和可有可无的

(c)一个适用于实现相应于所测数据分析计算的计算单元。

11.用于提供数据的根据权利要求1至9中任一个所述的方法或根据权利要求10所述的装置用于：

—评价机械呼吸病人的心血管状态，

—预测病人对血管内液体载荷的反应，

—确定机械呼吸对心血管作用，或

—诊断和区分血容量减少症，充血性心脏病和/或容积过载。

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