感染性休克患者的氧代謝監測及臨床應用進展

吳 超，孫 明

(徐州醫科大學附屬宿遷醫院/南京鼓樓醫院集團宿遷市人民醫院，江蘇 宿遷 223800)

感染性休克為臨床常見的嚴重威脅人類健康的危重癥，是重癥加強護理病房(ICU)患者死亡的主要原因[1]。組織器官灌注不足導致的缺氧、缺血是休克的本質，及時發現并糾正患者組織器官的缺血、缺氧是休克復蘇的根本目標。經干預治療后臨床上現有的血流動力學監測指標和液體復蘇評價指標常在組織灌注與氧合尚未改善前已經趨于穩定，因此傳統監測指標往往無法對機體的氧合狀態及組織灌注的改變具有敏感的反應。近年來隨著對感染性休克認識的不斷加深，發現對感染性休克患者積極的氧代謝監測觀察組織細胞所處缺氧狀態并及時評估經過液體復蘇后組織缺氧的糾正情況，對于感染性休克的治療具有至關重要的指導意義[2]。本文就感染性休克患者的氧代謝監測及臨床應用的最新進展做一論述。

1 氧代謝監測臨床意義

機體氧代謝的3個重要環節包括氧的攝取、輸送及消耗，而持續不斷的氧供為機體組織細胞正常活動的先決條件[3]。嚴重膿毒癥及膿毒癥休克患者的全身炎癥反應導致組織氧利用和微循環障礙，而缺氧會刺激炎癥因子釋放增多，由此形成惡性循環，因此隨著缺氧程度的不斷加深，組織細胞出現嚴重的代謝障礙，進而引起組織細胞的壞死。組織缺氧是休克的本質，由此決定了在感染性休克患者中氧代謝監測具有極其重要的臨床意義。

2 氧代謝的監測手段

大致可以分為全身、器官和組織細胞3個層次。

2.1全身的氧代謝監測 氧輸送(oxygen delivery，DO2)、氧消耗(oxygen consumption，VO2)、氧攝取率(oxygen extraction ratio，ErO2)、動脈血氧含量(Arterial oxygen content，CaO2)、乳酸(lactate)、乳酸清除率(lactate clearance，LCR)、混合靜脈血氧飽和度[Arterial oxygen saturation，Sv(O2)]和中心靜脈血氧飽和度[Central venous oxygen saturation，Scv(O2)]、混合靜脈-動脈二氧化碳分壓差[Mixed venous-to-arterial carbon dioxide difference，pv-a(CO2)]、中心靜脈-動脈二氧化碳分壓差[Central venous-to-arterial carbon dioxide Difference，pcv-a(CO2)]。

2.1.1氧輸送(DO2)、氧消耗(VO2) 及氧攝取率(ErO2) DO2是指心臟單位時間內(每分鐘)通過血液向外周組織輸送氧的量，它主要取決于動脈血氧含量(CaO2)及心排血量(CO)[4]。它們之間關系為DO2=CO×CaO2；器官的血流分布和微血管舒縮狀態則影響組織ErO2，其最主要是受到血紅蛋白、組織血管的自主調節、組織水腫以及與氧結合能力等因素影響。其中CI是最重要的因素，因為當血紅蛋白和Sa(O2)水平出現突然下降導致組織缺氧時，機體短期內可通過增加回心血量、增加心肌收縮力等方式升高CI來進行代償，反之則不行。VO2是指機體在單位時間內的耗氧量。一般情況下，VO2反映機體對氧的需求量，其主要與動脈血氧含量、靜脈血氧含量及CI等有關，它們之間的關系為 VO2=10×CI×(CaO2-CvO2)。對于感染性休克患者，研究發現VO2達不到機體實際需要水平與病死率呈正相關[5]。因此提高DO2同時適當降低氧需求有益于改善組織的缺氧。氧攝取率(ErO2=VO2/DO2)是指機體每分鐘對氧的利用率，反映組織攝取氧的能力，正常值為20%～25%。在一般情況下VO2不依賴于DO2可滿足機體氧代謝需要，當氧需求大于 DO2時，機體通過改變氧攝取率維持VO2穩定，此時VO2仍非依賴于DO2。但當DO2下降到臨界氧輸送(DO2Crit)值約為330 mL/(min·m2)以下時，ErO2無法進一步增加，VO2開始出現下降，而無法滿足組織的氧需求，此時DO2與VO2呈依賴關系，組織器官將從有氧代謝向無氧代謝轉化，如果得不到很快糾正，就會因乳酸產生過多積聚而導致乳酸酸中毒。組織灌注不足、細胞缺氧及對氧需求增加而同時伴有氧攝取和利用障礙，是產生氧債的原因。正常情況下ErO2是相對恒定的，而在休克患者中，ErO2異常降低則提示組織器官利用氧的能力受損。因此ErO2亦可作為評判患者預后的重要指標。

2.1.2Sv(O2)和Scv(O2)Sv(O2)通常是通過肺動脈漂浮導管導管抽取肺動脈血所測得，其正常參考值為0.70～0.75，其數值可動態反映全身的氧平衡狀態[6]。在感染性休克患者中，Sv(O2)降低意味著氧輸送降低、組織氧攝取增加或兩者同時存在，異常升高提示組織氧輸送高于氧需求，或組織細胞氧耗降低，或動靜脈短路[7]。Scv(O2)是通過中心靜脈導管抽取上腔靜脈血所得，主要反映上半身氧平衡情況，而Sv(O2)反映的是包括腹部及下肢的氧供需狀況。由于各部位機體對氧的需求不同，通常下肢及腹部的血氧飽和度高于上腔靜脈。在健康志愿者中Scv(O2)比Sv(O2)比的絕對值要低，而感染性休克患者，由于血流的重分布以及CO的改變，Scv(O2)比Sv(O2)高，諸多研究發現，Sv(O2)和Scv(O2)具有較好相關性，兩者在變化上是相互平行的。Scv(O2)較Sv(O2)升高約3%～8%，臨床上因此常用Scv(O2)代替Sv(O2)。Dueck等[8]研究發現，其相關性與中心靜脈導管末端植入的位置密切相關，當其右心房開口15 cm時，Scv(O2)較Sv(O2)升高大約8%，當其位于右心房時，Scv(O2)較Sv(O2)升高僅1%左右。

Rivers等[9]研究發現，Scv(O2)≥70%聯合尿量、CVP、MAP作為液體復蘇目標值，與傳統治療方案相比，能夠顯著降低感染性休克患者住院死亡率，縮短住院時間。Rampal等[10]研究發現，Scv(O2)升高和降低的膿毒休克患者死亡率均顯著高于ScvO2正常患者，通過多變量分析顯示，Scv(O2)初始升高的患者(而不是降低的患者)均具有高死亡率。在肝臟切除的患者中觀察到，術中ScvO2降低10.2%及平均SVV上升13.6%可預測術后肝功能障礙，這組患者平均最低Scv(O2)并不低于70%。Scv(O2)雖然有其獨特的優勢，但SvO2和ScvO2均不能單獨用于指導診療，臨床上需要結合其他檢查指標，如CVP、CI、乳酸等的變化及患者自身病情綜合分析，才對患者病情更加正確的分析評估。

2.1.3pv-a(CO2)和pcv-a(CO2)Pv-a(CO2)是指混合靜脈血二氧化碳[pv(CO2)]與動脈血二氧化碳分壓[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，組織低灌注和缺氧導致的酸中毒，機體通過H2CO3/HCO3-系統緩沖，導致CO2生成增多；SIRS反應和缺氧刺激更多的炎癥因子釋放引起機體的高代謝狀態，同樣導致CO2大量產生；另外，感染性休克時常出現CO和組織低灌注，機體無法正常帶走體內產生過多的CO2導致體內蓄積。因此，感染性休克患者，pv-a(CO2)常會出現異常升高。在感染性休克患者中，pv-a(CO2)主要反映機體組織的灌注水平，特別是CO水平。當CO降低到某一臨界值時，pv-a(CO2)則會明顯升高，當CO下降時，流經肺的血流下降，從而導致單位容量的血通過肺循環的時間增加，因此CO2彌散增多，pv-a(CO2)升高[12-13]。Squara等[14]研究發現，pv-a(CO2)≥6 mmHg患者較正常的CO明顯下降。提示兩者的變化值具有良好的相關性。低pv-a(CO2)的患者較高pv-a(CO2)的患者其CO明顯升高，而其MAP水平和基礎乳酸值無顯著差異。

pv-a(CO2)可以作為反映機體組織細胞缺氧的指標，但需抽取肺動脈血，因而在臨床應用上受到一定的限制。已有研究證明，pcv-a(CO2)一定條件下可替代pv-a(CO2)[15]。近期有研究提出將pcv-a(CO2)作為感染性休克患者復蘇目標的一個補充目標有助于早期液體復蘇的治療。趙紅杰等[16]的研究顯示pcv-a(CO2)與心排血量(CI)具有良好的負相關性，可以一定程度上反映感染性休克患者組織灌注。陳輝民等[17]研究顯示△pcv-a(CO2)與△CI具有良好的負相關性，提示復蘇治療后pcv-a(CO2)的降低與心排血量提高使感染性休克患者組織中CO2清除增加有關。同樣，Scv(O2)與pcv-a(CO2)同時達標其乳酸清除率較Scv(O2)組更高。Vallee等[18]在感染性休克患者的觀察中發現，較高pcv-a(CO2)值其SOFA評分更高。不僅如此高pcv-a(CO2)的患者病死率較低pcv-a(CO2)患者病死率明顯升高，因此pcv-a(CO2)可用于判斷感染性休克患者的疾病嚴重程度。pcv-a(CO2)能早期反映感染性休克患者的組織灌注與機體所需血流量之間的不匹配關系，可作為識別早期液體復蘇是否充分的有效指標，通過及時提高心排血量改善組織低灌注和器官功能。并通過血流動力學及氧代謝指標重新標評有利于改善患者預后。

2.1.4動靜脈血氧差[Ca-v(O2)]Ca-v(O2)是動脈血氧含量與靜脈血氧含量所得的差值，其正常值約4～6毫升%[7]。Ca-v(O2)反應組織的氧消耗量。各個器官組織耗氧量不一樣，因此Ca-v(O2)不同。Ca-v(O2)的變化由組織器官從單位容積內血液攝取氧的量大小來決定。當動脈氧分壓明顯降低時，動脈血與組織內氧分壓梯差縮小；由于微循環中的動靜脈吻合支開放，促使真毛血管血流量減少；使得血液的流變性發生異常改變；紅細胞變形能力下降或聚集，使組織細胞攝取氧的量減少，利用氧能力下降，Ca-v(O2)變小。但在組織處于淤血狀態血流緩慢時，由于血流緩慢和氧解離曲線右移，組織細胞從單位容積血液攝取的氧增多[19]，Ca-v(O2)反而增加。因此對于不同類型缺氧導致的動靜脈血氧差的變化要具體情況具體分析。

2.1.5乳酸濃度及乳酸清除率(LCR) 乳酸的主要來源是通過細胞葡萄糖無氧酵解產生，紅細胞、心、腦、胃腸道和骨骼肌是機體產生乳酸的主要場所，通過肝腎進行排泄[20]。正常情況下，血乳酸濃度在0.5～1.0 mmol/L。臨床上將血乳酸濃度>2 mmol/L稱之為高乳酸血癥。乳酸濃度>5 mmol/L并且伴有代謝性酸中毒定義為乳酸酸中毒。高乳酸血癥分為A型和B型。A型高乳酸血癥主要是指由于組織細胞缺氧引起乳酸產生增多導致的乳酸升高。組織缺氧最常見原因的是低心排(CO)引起的組織低灌注，還可見于諸如重度貧血導致動脈血氧含量下降等因素。B型高乳酸血癥主要是指患者機體的DO2雖在正常范圍，但由于機體的線粒體功能障礙或氧化磷酸化過程受阻等原因導致的血乳酸升高[21]。在感染性休克患者中，A型高乳酸血癥最為常見，提示可能存在低灌注、低容量或嚴重貧血等。有研究表明基礎乳酸水平可預測危重患者的預后。

感染性休克引起組織低灌注，組織缺氧導致葡萄糖無氧酵解增加，尤其是骨骼肌和紅細胞的無氧酵解增加是乳酸生成的主要來源，從而導致血乳酸水平升高。因此高乳酸血癥提示組織灌注不良和細胞內缺氧。乳酸是機體重要的代謝指標之一，感染性休克患者的乳酸監測已成為臨床上重要的監測手段，用于評估患者機體的氧代謝狀態和組織灌注。在感染性休克早期液體復蘇過程中監測乳酸清除率可判斷液體復蘇終點。研究發現，乳酸濃度與患者的疾病嚴重程度具有良好的相關性[22]。患者的病死率與乳酸水平呈正相關。以乳酸作為指導進行液體復蘇，可明顯降低重癥患者病死率，基于此，可將乳酸用于危重患者病情嚴重程度的評估。

低LCR是感染性休克患者發生死亡風險的獨立危險因素。Lauten[23]在對比一組膿毒性休克患者中發現，復蘇6 h內血管活性藥物用量復蘇6 h內 LCR大于10%的感染性休克患者，血管活性藥物用量明顯低于LCR小于10%的患者，并且高LCR組患者的病死率明顯低于低LCR組(47.2%比72.7%，P<0.05)。Bakker等[24]研究提出“高乳酸血癥時間”，即 Lac超出正常水平所持續的時間，能夠對感染性休克患者死亡風險具有更高的預測價值。另一項研究發現，心肺復蘇術后基礎乳酸水平無顯著差異的患者，乳酸清除率存活組顯著高于死亡組。因此對于感染行休克患者，動態監測乳酸水平對于預測患者的預后更有效。所以，不論何種原因引發的高乳酸血癥都須積極糾正。感染性休克早期，在血流動力學監測指標異常改變之前，組織缺氧與低灌注已經存在，血Lac水平已經開始升高，而且血Lac水平及 LCR的動態變化趨勢在組織器官缺氧缺血的早期判斷，甚至休克復蘇治療指導方面可能更有為重要的指導意義[25]。

2.2器官的氧代謝監測 經皮氧分壓[Tcp(O2)]/經皮二氧化碳分壓[Tcp(CO2)]，胃黏膜二氧化碳分壓pg(CO2)、黏膜-動脈血二氧化碳分壓差[pr-a(CO2)]與胃黏膜pH值(pHi)。

2.2.1Tcp(O2)/Tcp(CO2) 經皮氧分壓監測技術已有近40年發展歷史，目前主要用于新生兒替代有創氧分壓監測， Tcp(O2)在成人監測的準確性受諸多復雜因素的影響，包括如皮膚部位及厚度、酸中毒、組織器官灌注不良及循環呼吸狀態等。以上因素可以影響CO2自皮膚毛細血管床往經皮氧分壓監測儀(TCM)電極膜擴散的速度。有學者質疑其在成人ICU的臨床應用價值。但有研究證明Tcp(CO2)/Tcp(O2)與p(CO2)/p(O2)有良好的相關性，尤其是Tcp(CO2)與p(CO2)之間具有更好的相關性。研究發現感染性休克患者存活組二氧化碳偏移度比死亡組明顯降低，組織灌注改善后，Tcp(CO2)及Tcp(O2)同樣也有改善，提示Tcp(CO2)及Tcp(O2)與微循環改善有關，通過ROC曲線發現，二氧化碳偏移度與血乳酸正相關，且較APACHE Ⅱ評分及乳酸濃度具有更好的敏感度和特異度(曲線面積分別為0.836，0.730，0.804)[26]。二氧化碳偏移度可以較好地反映感染性休克患者早期組織氧代謝和微循環灌注情況，可以作為新的微循環監測指標。何懷武等[27]研究發現：10 min氧負荷值[10 min-OCT=吸入純氧10 min后Tcp(O2)-基礎Tcp(O2)]結果大于66 mmHg的患者，預后較高，小于66則預后較差，與動脈血乳酸有良好的正相關性。同樣氧負荷指數[10 min-OCT/吸入純氧后p(O2)-基礎p(O2)]能夠敏感的反映Scv(O2)。因此Tcp(CO2)及Tcp(O2)監測作為無創組織氧代謝監測手段具有廣闊的應用前景。

2.2.2胃黏膜二氧化碳分壓[pg(CO2)]、黏膜-動脈血二氧化碳分壓差[pr-a(CO2)]與胃黏膜pH值(pHi) pHi是近年來用于臨床監測局部組織血流灌注與氧合狀態新技術。臨床常用的DO2、VO2、乳酸和Scv(O2)等全身的氧代謝監測指標不能敏感地反映局部組織器官的氧代謝狀態，而某些器官的氧代謝監測對休克患者的預后有重要預測價值[28]。研究發現感染性休克患者血液重新分布，缺氧缺血最早發生在胃腸道，且腸道黏膜對氧輸送靈敏度和可靠性均較高。因此pHi可以作為重癥休克患者組織低灌注狀態的早期監測指標。pg(CO2)反映的是局部胃腸黏膜組織酸堿狀況，當休克患者腸道黏膜灌注受損時，CO2在胃腸道內蓄積使組織CO2產生與清除不平衡，導致胃腸黏膜p(CO2)與動脈血p(CO2)的差值升高。研究表明pg(CO2)及pr-a(CO2)升高與感染性休克患者預后不良具有顯著相關性。因此，Pr-a(CO2)是反映胃腸黏膜組織灌注及氧合狀態的較為敏感的監測指標[29]。

3 氧代謝監測的局限及應用前景

氧代謝監測幫助我們掌握患者氧供需平衡的關系，為感染性休克復蘇目標提供指導依據。但是臨床上進行氧代謝監測存在一定的局限，要獲得DO2、VO2等指標，需要患者放置脈搏指示連續心排血量監測技術(PiCCO)導管或肺動脈漂浮導管(Swan-Ganz導管)。少數研究認為Scv(O2)取決于導管尖端放置的位置和患者的狀態，不能很好地反映Sv(O2)，動態監測變化趨勢則能更準確的反映患者整體發展的過程。近年側流暗視野顯微鏡(SDF)和正交光譜成像技術(OPS)等監測技術已經在臨床開始進行研究，使床旁微循環監測成為可能[30-31]。也有少數的研究證實，舌運動和分泌物、操作者對舌黏膜施壓不當、腹內壓增高、機械通氣、應用血管活性藥物都可能會對局部的微循環灌注產生影響，其次不能實時監測灌注血管[31]。目前SDF和OPS軟件和設備在臨床上尚未達到實時床邊監測微循環的要求[32-33]，有待進一步改進。

綜上所述，氧代謝監測可以反映組織灌注及體內氧代謝狀態，對于感染性休克的復蘇治療提供了很多幫助和指導，臨床上常用氧代謝監測方法很多，但重癥患者病情復雜，治療中不能依靠單一的氧代謝指標，仍需要聯合血流動力學監測等進行綜合分析和判斷。使氧代謝監測更為有效地用于休克復蘇，為治療重癥膿毒癥及休克患者的預后提供更大幫助。