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全身静脉回流的决定因素和正压通气的影响
当Patterson和Starling描述后来被称为Starling的心脏机制时，他们的第一个结论是 "心脏的输出量等于并决定于流入心脏的血液量，并可根据流入量在非常大的范围内增加或减少"。- 静脉循环作为主要的血液储存库，在调节心输出量方面发挥着积极作用，而不是被动的回流管道；
- Starling 机制，即每搏输出量对心室压力的依赖性，不是心输出量的主要决定因素，而是适应静脉流入量短期变化的适应性机制.
在描述 Starling机制之后的半个多世纪，Arthur Guyton才通过实验描述了静脉回流及其各自的组成部分。为了理解静脉回流的概念框架，有必要将循环分为两个子系统，即作为泵的心脏和作为回路的血管。体外循环泵的发明使盖顿能够通过机械泵的速度控制心脏功能，并将泵的作用与作为回路的血管树分开。通过系统地逐步提高右心房压力（RAP），他显示了静脉回流与RAP的反比关系（图1）。他在零RAP的情况下实现了最大的静脉回流。通过泵功能的增加而进一步增加的流量受到了胸腔内血管塌陷的限制。当他将RAP增加到零以上时（即超过大气压），泵的流量和静脉回流将下降，直到流量完全停止。他将零流量时的压力称为平均体循环充盈压（MCFP）。通过体积扩张或肾上腺素影响MCFP，他可以在不改变泵功能的情况下增加静脉回流。由此，Guyton推断，在稳态循环中，静脉回流（以及由此得出的心输出量）是由静脉回流驱动压力（VRdP = MCFP减去RAP）除以静脉回流阻力（RVR）驱动： CO = VR = (MCFP – RAP)/RVR图 1 RAP 的逐步增加导致静脉回流和心输出量下降。在静止状态下，可以测量 MSFP。Starling 曲线（心脏功能）和静脉回流曲线（血管功能）在平衡状态下相互交叉。这个平衡点的 RAP 反映了 VR 曲线的静脉回流的背压和 Starling 曲线的前负荷压力。箭头指示 VRdP。VR，静脉回流；CO，心输出量；RAP，右房压；MSFP，平均体循环充盈压；VRdP，静脉回流驱动压。循环的这种简单的欧姆表示法允许心脏通过泵送静脉系统提供的血液而向前行动。由于它只能促进流入心脏的血液，在生理（或非心力衰竭）条件下，心输出量完全依赖于静脉回流。因此，如果不同时增加静脉回流，就不可能增加心输出量（=每搏量乘以心率），例如在静脉回流稳定时增加心率。这一点在静脉回流概念的最初推导几年后被证实。心输出量只有在VRdP增加的情况下才能提高，要么是上游压力的增加或下游压力的减少（这将是心脏功能增加的结果），要么是RVR的减少。尽管对 Guyton 的概念提出了相关批评，但其功能性后果已在各种动物和临床实验中重现，无论有无机械循环辅助。这个概念提供了一个有用的框架，它整合了血容量、中心静脉压或 RAP 和心输出量，并描绘了休克状态下心脏限制的循环因素。我们将描述静脉回流的成分，即平均循环充盈压和体循环充盈压（MCFP 和 MSFP）、RAP 和 VRdP、RVR，并将这些成分与循环内的血容量联系起来。特别强调机械通气引起的胸内压变化的影响以及该概念在动态情况下的适用性，因为这些构成了功能性血流动力学监测和心肺相互作用的基础。围绕概念的争议和不同的解释将在每个单独的组件中讨论。稳定状态下的血容量相对恒定，由于静脉顺应性比动脉顺应性大得多，高达 70% 的血容量存在于静脉系统中。血流只会将大约 10% 的少量血液从静脉重新分配到动脉系统。只有部分体积在血管壁上产生张力，引起弹性反冲压力。这种“膨胀容积”被称为张力容积。张力容积小得惊人，约占总血量的 25%。总血量的大部分只是填充血管结构而不会产生任何张力。这种不受压力的容积不会促进流动，而是作为身体的体积储备。非张力容积可以通过血管床顺应性的变化被回复到张力容积中，这是低血容量时心输出量的一种保护机制。在Guyton之前，人们早就对零血流时的血压进行了研究。Weber在1851年描述了 "静态充盈压"（statischer Füllungsdruck）。Guyton观察到当RAP超过一定值时，血流停止，从而得出结论，如公式所述，存在一个上游压力（MCFP），驱动静脉回流，对抗RAP（或中心静脉压）作为下游压力，对抗RVR。MCFP是整个血管床（包括心室和肺）压力平衡后，在零血流时的压力，代表整个血管的弹性反冲力，是总血量和整个血管顺应性的函数。平均体循环充盈压是指系统血管的弹性回缩压，不包括心脏和肺的容积和顺应性。这个参数侧重于系统回路的回流功能，这对于描述改变的血管状态和临床应用的概念最为相关。由于MSFP不包括循环的中心部分，它不仅取决于血量（如上所述），而且还取决于停流前从中心（即心室和肺血管床）到外周血管床的容积转移。MSFP 是全身血管顺应性和血容量的函数，反之亦然，即血管系统的容量和弹性特性决定了压力。张力和非张力的血容量可以通过容量输注或出血引起的 MSFP 的阶跃变化以及血容量的测量来估计（图 2）。图2 改变容积将改变平均体循环充盈压。通过容积/压力对的外推，可以计算出全身血管的顺应性以及零压力截点处的张力和非张力容量。文献中对 MSFP 和 MCFP 存在相当大的混淆，排除肺血管系统是对静脉回流概念的批评来源。MCFP 和 MSFP 的区别在临床上可能并不重要，因为它们的价值非常相似并且难以准确估计或区分。尽管如此，在讨论胸内压的影响时，肺膨胀可能会将部分肺和心脏血容量转移到体循环，从而增加 MSFP，同时保持 MCFP 不变。关于体循环及其在重症监护中对各种疾病状态的作用，我们依赖于MSFP的描述，公式1可以改写上游压力 MSFP 可以用两种方式解释。第一种解释将 MSFP 视为体循环的枢轴压力，第二种解释为由血管顺应性加权的平均全身压力，从而代表全身张力血容量。在任何情况下，血流所需的压力梯度都是由心脏降低 RAP 产生的。如果从这个平衡的静止压力 MSFP 重新开始循环，心脏会根据围绕这个枢轴压力的各种血管床的顺应性重新分配容量（图 3）。在枢轴处，压力主要独立于心脏，强调了这种压力的“血管性质”。很容易说明，心脏的泵送会根据周围血管段的顺应性来改变容积枢轴压力。枢轴还在小动脉系统和毛细血管后面提供径流压力，这解释了血流如何在小动脉床后继续流动，这些小动脉床显示出关键闭合压和血管瀑布。批评者认为，为循环停止定义的压力不能存在于正在进行的循环中，并且它在脉管系统中的确切位置将是未知的。此外，这样的压力决不能驱动稳态流动，因为排空会降低压力而无需不断地重新充盈。这些批评者忽略了包括高弹性静脉储存器在内的排空机制对于可实现的流量至关重要。此外，由于在持续循环过程中存在张力容量，因此其相关压力也必须存在。静脉的大顺应性将使 MSFP 保持恒定，因为它会抑制每搏输出量对压力的影响。因此，心脏的功能可以看作是循环中张力容量的不断恢复。有实验证据表明内脏区域可能在接近 MSFP 的压力下运作。内脏血管床具有低阻力、高顺应性的理论前提。图3 该图描述了沿血管树从左心室到右心房的压力下降。在循环静止状态下，整个系统的压力和容积在平均体循环充盈压下达到平衡。体积根据每个节段的顺应性分布，从压力大幅下降的动脉侧到具有高顺应性和高容量吸收的静脉。平衡压力与张力容量有关，与心脏的功能无关。如果心脏重新启动，血液循环恢复，容量就会以MCFP为支点重新分布。LV，左心室；RA，右心房；Art，动脉血管；cap，毛细血管；ven，静脉。我们赞成将 MSFP 解释为全身脉管系统中的平均压力，由各个部分的顺应性加权。这种解释在处理全身张力容量及其对心输出量的影响时很有用，并且可以解释从中心循环到外周循环的容量变化，这将在本文的第二部分发挥重要作用。因此，RVR 也应解释为平均全身循环要素遇到的阻力，不包括肺和心脏。
Repessé 等人测量了重症死亡患者的 MSFP，发现心脏停止跳动一分钟后的平均值为 12.8±5.6 mmHg，这可能受到正在进行的反射和肺和心脏容量交换的影响。用外推法估计心脏跳动的危重病人的血压范围为 18 mmHg 至 33 mmHg。这些值远高于在受控条件下进行的动物实验，发现值低于 10 mmHg。MSFP 似乎在物种之间是恒定的 。Guyton 概念中的下游压力是 RAP。在恒定的 MSFP 下，RAP 越高，VR 和心输出量越低，反之亦然。Starling 曲线与静脉回流曲线相交处的 RAP 表示给定心脏功能和血管循环可以工作的平衡点（图 1）。请记住，Starling 的实验是在开放大气中进行的，而不是在封闭的胸腔内进行的，即透壁 RAP 不受胸内压力波动的影响。如果向大气测量的 RAP 由于较低的胸内压而下降，例如在自发吸气期间，静脉回流和透壁 RAP 都会增加。RAP 的下游作用是心肺相互作用的核心。仍然存在对其作用的其他解释，导致对 VR 概念的严厉批评。Guyton 使用一个可移动的 Starling resistor来控制 RAP，同时保持循环中的容量恒定，他的准备工作只绕过了右心，将血液送回肺动脉。批评者说，RAP 不能成为 VR 的独立背压，因为它是通过使用 Starling resistor 改变的，并且心脏功能没有完全控制，因为左心室仍在运作。Levy 进行了一项右心搭桥实验，并通过改变泵速来改变 RAP。Guyton 通过可折叠管（Starling resistor）的高度改变了 RAP。Levy 将 RAP 解释为流量改变的结果。Guyton对因果关系的这种相反解释无法在正在进行的理论辩论中得到解决。我们最近进行了一项猪实验，该实验没有使用 Starling resistor，而是进行了完整的心脏搭桥和肺动脉结扎，以完全控制由于肺膨胀引起的泵和容量变化。我们用泵改变 RAP 以定义 RAP 和泵功能的关系，然后通过改变气道压力在恒定泵功能下改变 RAP。我们可以消除以前批评的所有因素，并验证 RAP 作为对静脉回流的背压的作用。这证实了之前的类似心跳实验。在这种理论因果讨论的背后，仍有一些未解决，临床医生必须意识到 RAP 本身受胸内压条件、肺膨胀和肺顺应性、心包约束和心脏功能的高度影响。在这种复杂性的背后，RAP 的微小变化可能会极大地促进 VRdP 的变化。VRdP 很小，只有几毫米汞柱。与MSFP的振荡相比，心脏泵功能引起的RAP变化和胸内压变化较大。每搏输出量和呼吸周期产生的 RAP 变化将始终主导 MSFP 的变化，因为大血管顺应性限制了单搏输出量对 MSFP 的压力影响。改变胸内压对 RAP 有很大影响。在自主呼吸中，胸膜压始终为负，即使向大气测量的 RAP 为零，透壁 RAP 仍为正值。零 RAP 导致最大的静脉回流。随着机械通气，胸膜压升高，甚至可能变为正值。RAP（朝向大气）上升，从而降低 VRdP，而透壁 RAP（内部减去外部压力）下降。机械通气期间右心室后负荷增加也可能导致 RAP 升高。心输出量和中心静脉或 RAP 在床边随时可用且可靠，只要注意适当的归零和调平。静脉回流和心输出量的真正影响因素，即张力血管容量、血管顺应性和阻力无法在持续循环期间进行评估。在生理实验室，可以通过多种方式测量静止压力[心室颤动、体外循环停止、右心房球囊阻塞或乙酰胆碱]。根据肺的容积变化，每个过程都会产生略微不同的值。如果有可能发生容量转移，如在心室颤动中，则测量MCFP。如果右心房阻塞，则可获得MSFP。这种测量在床边是不可行的。临床评估依赖于类似于MSFP的代用压力和外推法。除了MSFP类似物的数学模型和用高压袖带排除四肢血管外，临床上适用的方法是依靠心肺相互作用。胸腔内压力的增加，从而使RAP增加，将通过减少VRdP来降低静脉回流和心输出量。当在不同的气道压力下测量RAP和心输出量对时，可以通过线性回归推断出静止压力或MSFP（图4）。这些测量是由Versprille和Jansen在动物模型中引入的，用于逐步提高平台压或由Pinsky进行缓慢的单次呼吸充气，验证了心肺相互作用的概念性框架。最近，Maas和他的同事以及其他人在一系列的实验中把这些操作带到了床边，发现了相当高的MSFP估计值。这些方法依赖于稳定的MSFP作为静脉回流的上游压力和变化的RAP。我们最近观察到，这种操作可能会导致VR曲线右移，并导致高估右心房球囊闭塞时测量的MSFP。下面将讨论可能的机制。
图 4 气道压会提高右心房压力并降低 VRdP 和静脉回流。可以在压力/流量数据对之间的线性回归的零流量截距处找到静止压力。VRdP，静脉回流驱动压。机械通气引起的胸腔内压力的潮汐变化构成动态瞬态。VR的概念是针对稳态条件制定的。RVR和MSFP通常被认为是稳定和恒定的，因此胸内压的主要影响在于RAP作为静脉回流的背压，如上所述。MSFP是由张力血管容量和系统血管顺应性或阻力产生的。如果MSFP发生变化，它的一个或所有的决定因素必须改变。因此，胸腔内压力可能影响MSFP。胸腔内压力对静脉回流最突然的影响是血管瀑布。当胸膜外压力过高导致跨膜血管压力（内压减去外压）接近零时，RAP与MSFP的关系被破坏。Guyton认为这种瀑布和关闭条件是流量增加的主要限制。在动物模型中和通过超声心动图观察到危重病人的腔静脉的闭合情况，并与他们的容量状态有关。大静脉比右心房更容易塌陷，因此塌陷区被认为是在腔静脉-心房边界。大静脉的压迫可能影响静脉回流的阻力。
临床观察发现，高胸腔内压力降低了心输出量，这被认为主要是RAP升高的影响，因此VRdP降低。实验结果是有争议的。对于静态压力的变化（呼气末正压的增加），VRdP通过增加MSFP来维持。Fessler等人发现在零到15cmH2O PEEP之间VRdP是稳定的，尽管静脉回流下降，但RAP和MSFP有类似的增加。他们得出结论，PEEP通过反射和独立于腹压的机械因素增加了对静脉回流的阻力，后来在心脏搭桥模型中验证了他们的结果。Nanas 和 Magder 证实，在 PEEP 的 10 到 20 cmH2O 之间，VRdP 稳定，心输出量下降，因此增加了对静脉回流的阻力。Jellinek 等人在持续充气状态下接受植入式心脏复律除颤器测试的患者中发现了稳定的 VRdP 和增加的 RVR 的类似结果。Chihara 等人在大鼠模型中描述了随着驱动压降低而 RVR 不变。我们调查了具有稳定气道平台压的较低水平 PEEP（5 至 10 cmH2O），发现对静脉回流、MSFP 或 RVR 没有影响。我们的模型反映了当前低潮气量和有限气道驱动压的通气实践。这些较小的压力和容积可以解释与较早研究的不同结果，以及与热稀释法相比的实时每搏输出量测量。PEEP 增加 MSFP 的机制尚不清楚。Nanas 发现血管容量随着张力容积的增加而降低。 有人建议对腹腔加压，但未得到证实。基于我们发现的静脉回流曲线与吸气保持动作的体积相关的左移，我们提出了一个肝内脏瀑布，它可以增加容量。在潮气通气期间，MSFP 理论上通过脉管系统的机械特性保持恒定。排空静脉系统的时间常数比正常呼吸周期长得多，限制了 MSFP 在呼气时下降的可能性。潮气通气期间每搏输出量的变化很小，并且受到大血管顺应性的抑制，因此当 RAP 增加时，MSFP 可能不会因每搏输出量减少导致的小容量变化而上升。Repessé等人最近报告说，在心脏骤停后的危重病人中，气道驱动压力为14cmH2O时，潮汐式充气使MSFP增加约2mmHg。由于呼吸周期的时间很短，反射性适应是一个不太可能的机制，因为MSFP的反射性增加在大约10秒后才变得明显。观察到的吸气性MSFP的增加与估计的从肺部进入系统循环的容积转移相吻合。这种从肺部或中央隔间到周围的容积转移是众所周知的，但被认为是很小的。目前还没有实验证明肺部对MSFP变化的贡献。然而，在短期动态情况下，MSFP的变化意味着受压容积的急性转变。这些可能发生在中央和外周隔室之间或体循环内。我们最近在具有完全心肺旁路和排除肺血管系统的动物模型中显示，VRdP 可能在潮气通气期间动态变化。气道压力对 VR 的影响似乎主要受其对下游压力的影响，即对 RAP 的影响。最重要的是，为稳态条件制定的 VR 概念在动态情况下是有效和有用的，即使 上游压力 MSFP 的精确值可能无法确定。静脉回流的概念提供了一个整合血容量、血管和心脏功能的有用框架。Starling 观察到心脏泵送从身体返回的血液，这强调了心脏和血管系统之间的相互作用。在心脏病学和重症监护中，Starling 机制主导了休克状态的思考和解释。但正是 VR 概念使人们能够专注于 ICU 中普遍存在的临床问题，如右心衰竭或血管麻痹。它构成了心肺相互作用和功能性血流动力学监测的基础。师兄和俺建立了资分享群，邀您互相交流，微信gabstudy
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