中华急诊医学杂志  2015, Vol. 24 Issue (8): 872-877
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孙昀, 郑瑶, 余维丽, 杨翔, 罗平, 胡蕾, 耿小平, 张新书. 呼气末正压对超声测量下腔静脉直径及变异度的影响[J]. 中华急诊医学杂志, 2015, 24(8): 872-877.
Sun Yun，Zheng Yao，Yu Weili，Yang Xiang，Luo Ping，Hu Lei，Geng Xiaoping，Zhang Xinshu. Effects of different positive end-expiratory pressures on internal caliber of inferior vena cava and variation of cardiac output after volume expansion measured by transthoracic echocardiography in patients under mechanically respiratory support[J]. Chin J Emerg Med, 2015, 24(8): 872-877.
呼气末正压对超声测量下腔静脉直径及变异度的影响
孙昀, 郑瑶, 余维丽, 杨翔, 罗平, 胡蕾, 耿小平, 张新书     
230601 合肥，安徽医科大学第二附属医院重症医学科(孙昀、郑瑶、余维丽、杨翔、耿小平)，超声诊断科(罗平、胡蕾、张新书)
收稿日期: 2015-03-16
通信作者: 张新书，Email: zhangxsh@mail.HF.AN.cn
摘要 目的 应用床旁超声测量机械通气患者下腔静脉(IVC)内径及其呼吸变异度来评估其容量反应性，并观察呼气末正压(PEEP)对上述指标的影响。 方法 前瞻性选取2013年2月至2014年12月入住安徽医科大学第二附属医院重症医学科行机械通气患者40例。PEEP=0时超声测量IVC最大径(IVCDmax)、最小径(IVCDmin)，计算IVC扩张指数(dIVC)。依据补液试验后心输出量增加是否≥15%将患者分为容量反应(+)组和(-)组。ROC曲线分析IVCDmax、dIVC预测容量反应性的价值；将PEEP依次设置为5、10、15 cmH2O (1 cmH2O=0.098 kPa)后，再次测量并分析IVCDmax、dIVC与PEEP的相关性及变化趋势。 结果 容量反应(+)22例，(-)18例。IVCDmax和dIVC预测容量反应性的ROC曲线下面积分别为0.85(95%CI 0.79～0.91)和0.95(95%CI 0.91～0.98)，均P＜0.001；以液体负荷前IVCDmax 2.03 cm为阈值预测容量反应性的敏感度、特异度分别为68.1％、94.3％；以dIVC 12.40％为阈值预测容量反应性的敏感度、特异度分别为80.7％、98.6％。随PEEP递增，容量负荷试验(+)组的dIVC组间存在总体差异性(P＜0.05)，IVCDmax线性趋势检验P值＜0.01。PEEP与IVCDmax(r=0.35，P=0.001)、dIVC(r=-0.59，P=0.000)变化存在相关性。容量负荷试验(-)组IVCDmax线性趋势检验P值＜0.05，dIVC组间比较及其线性趋势检验均P值＞0.05。PEEP与IVCDmax变化存在相关性(r=0.28，P=0.019)；与 dIVC变化无相关性(r=-0.04，P=0.771)。 结论 超声测量IVCDmax及dIVC可用于评价患者容量反应性，dIVC预测价值更高。PEEP可对该两项指标测量产生影响，尤其对容量反应阳性者。
关键词： 经胸超声心动图     呼气末正压     下腔静脉变异度     容量反应性    
Effects of different positive end-expiratory pressures on internal caliber of inferior vena cava and variation of cardiac output after volume expansion measured by transthoracic echocardiography in patients under mechanically respiratory support
Sun Yun，Zheng Yao，Yu Weili，Yang Xiang，Luo Ping，Hu Lei，Geng Xiaoping，Zhang Xinshu     
Department of Intensive Care Unit，Ultrasonic Diagnosis Department, The Second Affiliated Hospital to Anhui Medical University，Heifei 230601，China
Corresponding author: Zhang Xinshu，Email：zhangxsh@mail.HF.AN.cn
Abstract: Objective To evaluate the variation of internal caliber of inferior vena cava (IVC) during volume expansion measured by transthoracic echocardiography in patients under mechanically respiratory support with different positive end-expiratory pressure (PEEP). Methods Forty mechanical ventilated patients admitted to ICU from February 2013 to December 2014 were enrolled for prospective study. The maximum diameter of IVC (IVCDmax) and minimum diameter of IVC (IVCDmin) during PEEP=0 were measured by using transthoracic echocardiography, and the dilatation index of IVC (dIVC) was calculated. The patients were divided into positive fluid responsiveness group and negative fluid responsiveness group according to the cardiac output (CO) increased over 15% or not after fluid therapy. ROC curve was employed to analyze dIVC and IVCDmax to predict the value of responsiveness. The relevance and variation trend among IVCDmax, dIVC and PEEP were measured and analyzed after setting up the PEEP levels to 5, 10, 15 cm H2O successively. Results Of 40 patients, there were 22 assigned into positive group and 18 into negative group. The areas under ROC curve of volume responsiveness predicted by IVCDmax and dIVC were 0.85 (95%CI 0.79-0.91) and 0.95 (95%CI 0.91-0.98), respectively (both P < 0.01). The sensitivity and specificity of predicted responsiveness by transthoracic echocardiography were 68.1% and 94.3%, respectively, when 2.03 cm was the optimal cut-off point of IVCDmax before fluid therapy. The sensitivity and specificity were 80.7% and 98.6%, respectively, when 12.40% was the optimal cut-off point of dIVC. In the fluid responsiveness positive group, as PEEP increased, there were differences in dIVC between groups (P < 0.05), and the P value of linear trend test of IVCDmax was < 0.01. There were correlations between PEEP and IVCDmax (r=0.35，P=0.001), dIVC (r=-0.59，P=0.000). In the fluid responsiveness negative group, as PEEP increased, the P value of linear trend test of IVCDmax was < 0.05. The P values of inter-groups and linear trend test of dIVC were >0.05. There was correlation between PEEP and IVCDmax (r=0.28，P=0.019), no correlation between PEEP and dIVC (r=-0.04，P=0.771). Conclusion Both IVCDmax and dIVC measured by transthoracic echocardiography could be employed to evaluate responsiveness of patients, and the value of dIVC was higher. PEEP could influence the measurement of the two parameters, especially in fluid responsiveness positive patients.
Key words: Transthoracic echocardiography     End-expiratory pressure     Variation of inferior vena cava     Fluid responsiveness    

床旁超声检查具有快捷、无创及可动态观察等优点，越来越广泛地被应用于ICU危重患者的诊治。根据“心肺交互”作用机制，利用经胸超声心动图(transthoracic echocardiography，TTE)获取动态容量指标，可用来评价心脏的前负荷和对前负荷的反应性[1, 2]，是一种安全、有效的检查手段。

ICU收治的危重患者常需应用机械通气，呼气末正压(positive end-expiratory pressure,PEEP)是其常用的功能设置。但PEEP会不同程度地增加胸内压，引起血流动力学改变，特别是对于心功能低下患者[3]。这种效应会对TTE测量IVC扩张指数(dispensability index of the inferior vena cava，dIVC)等呼吸变异度指标产生何种影响，目前报道尚不多见。

1 资料与方法 1.1 一般资料 1.1.1 研究对象

选取2013年2月至2014年12月入住安徽医科大学第二附属医院重症医学科需行机械通气治疗患者42例。其中男性20例，女性22例；年龄22～72岁，平均(47.45±13.28)岁；平均急性生理学与慢性健康状况评分系统Ⅱ(APACHE Ⅱ)评分(13.48±3.53)分。其中结肠穿孔，弥漫性腹膜炎术后，感染性休克17例；重症肺炎10例；重症急性胰腺炎6例；严重创伤，肝脾破裂并发失血性休克6例；上消化道出血3例。

1.1.2 入选标准

(1)有创机械通气,未使用或已撤离血管活性药物；(2)窦性心律。

1.1.3 排除标准

(1)补液试验禁忌症(急性冠状动脉综合征、心源性休克和容量过负荷的证据)；(2)明显的右室功能障碍，右心衰、三尖瓣返流等；(3) 年龄 < 18岁；(4)妊娠；(5)腹腔高压，经导尿管测膀胱压＞16 cmH2O (1 cmH2O=0.098 kPa)；(6)有未经引流的气胸或肺大疱等。

本研究符合医学伦理学标准，并经过医院伦理委员会批准，所有治疗及检查均获得患者和/或家属的知情同意。

1.2 研究方法 1.2.1 机械通气模式及参数设置

以咪达唑仑和/或丙泊酚给予患者充分镇静，应用PB840呼吸机(Nellcor Puritan Bennett公司，美国)行有创机械通气，辅助/控制通气(A/C)模式。潮气量: 6～8 mL/kg，维持PaCO2 35～45 mmHg (1 mmHg=0.133 kPa)。初始设置PEEP=0 (PEEP 0)，记录平均气道压(Pmean)、气道峰压(Ppeak)等呼吸指标，同时超声测量相关指标。Intellivue MP60监测仪(Phillips公司，德国) 常规监测HR、BP、ECG和SpO2；然后行容量负荷试验，再次测量记录各指标。此后PEEP分别增至5 (PEEP 5)，10 (PEEP 10)，15 (PEEP 15) cmH2O，每次均维持5 min后再测量并记录各指标。同时观察若患者Pmean>35 cmH2O或Ppeak>45 cmH2O则中断试验。

1.2.2 超声检查方法及监测指标

完全机械通气控制模式下，应用M-Turbo型床旁超声仪(SonoSite，美国)1～5 MHz宽频相控阵探头测量以下参数：(1)心输出量(CO) ；(2)二维超声剑突下视角距肝静脉汇入IVC近心端2 cm处[4]测得吸气末最大直径(IVCDmax)、呼气末最小直径(IVCDmin)，并计算dIVC= (IVCDmax-IVCDmin)/0.5 (IVCDmax + IVCDmin) [5]。超声检查由一名有经验的超声科医生和一名经培训的重症医学科医生分别完成；每个观察指标均测3次，取平均值。

1.2.3 补液试验阳性标准

20 min内静脉快速输入生理盐水500 mL后，TTE测量CO增加≥15％定义为容量有反应性，< 15％为容量无反应性[6]。期间患者出现容量超负荷表现(明显气急、肺部湿啰音增多或心电图示心肌缺血等)，立即终止补液试验。

1.2.4 主要观察指标

① TTE测量IVCDmax、dIVC预测液体反应性的阈值及其敏感度和特异度；②分别观察液体反应组和无反应组，PEEP递增对Pmean、Ppeak及TTE测量CO、IVCDmax和dIVC等指标的影响。

1.3 统计学方法

用SPSS 17.0统计软件包，计量数据以均数±标准差(x±s)表示，两样本均数比较采用t检验；受试者工作特征曲线(ROC)分析IVCDmax、dIVC预测容量反应性价值，以曲线下面积和95％CI表示；组间变量比较采用方差分析及线性趋势检验，两两比较采用dunnet-t检验；变量相关性采用Spearman相关分析；以P< 0.05为差异具有统计学意义。

2 结果 2.1 基本情况

42次容量负荷试验中2例出现超负荷表现，予以终止试验。最终试验(+)22例，(-)18例。全组未发生气胸等并发症。两组病例试验前后Ppeak、Pmean、IVCDmax及dIVC各指标比较差异均无统计学意义，但两组试验后CO均明显增大(P=0.00)；两组病例在不同PEEP值下的TTE测量参数分别见表 1和表 2。

表 1 容量负荷试验(+)组不同PEEP值下的气道压力及TTE测量参数比较(x±s)Table 1 Comparison of airway pressure and TTE indicators under different PEEP in volume expansion test (+) group(x±s)
参数 PEEP F值 P值 P值趋势
0(负荷试验前) 0(负荷试验后) 5 10 15
P peak 15.41±1.59 15.73±1.39 19.59±2.46 25.14±2.13 29.26±1.63 211.60 ＜0.01 ＜0.01
P mean 5.24±0.51 5.35±0.43 9.84±0.82 14.24±1.34 19.78±2.04 491.70 ＜0.01 ＜0.01
CO 4.88±0.35 5.81±0.46 5.64±0.46 a 5.38±0.35 5.09±0.27 16.08 ＜0.001 ＜0.01
IVCD max 1.51±0.30 1.53±0.31 1.53±0.40 1.71±0.33 1.77±0.32 b 2.58 0.06 ＜0.01
dIVC 26.74±18.67 26.66±18.72 22.70±13.45 17.94±13.13 14.07±7.60 c 3.58 ＜0.05 ＜0.01
注：负荷试验后与试验前比较，P peak( P=0.48)，P mean( P=0.44)，IVCD max( P=0.83)，dIVC( P=0.99)，CO( P=0.00)；与PEEP 0 cmH 2O(负荷试验后)比较， a P=0.29， b P=0.03， c P=0.01
表选项
表 2 容量负荷试验(-)组不同PEEP值下的气道压力及TTE测量参数比较(x±s)Table 2 Comparison of airway pressure and TTE indicators under different PEEP in volume expansion test (-) group(x±s)
参数 PEEP F值 P值 P值趋势
0(负荷试验前) 0(负荷试验后) 5 10 15
P peak 10.78±1.22 11.17±1.54 19.44±1.42 23.39±1.04 29.28±1.49 540.16 ＜0.01 ＜0.01
P mean 5.13±0.45 5.18±0.45 9.47±0.67 15.39±0.92 19.00±1.85 554.34 ＜0.01 ＜0.01
CO 5.00±0.31 5.80±0.37 5.57±0.55 a 5.41±0.44 5.13±0.39 7.19 ＜0.001 ＜0.01
IVCD max 1.94±0.23 1.96±0.23 2.03±0.24 2.07±0.25 2.12±0.23 1.40 0.25 ＜0.05
dIVC 7.61±3.46 7.58±3.44 6.86±3.03 7.15±2.55 7.02±2.13 0.22 0.89 0.64
注：负荷试验后与试验前比较，P peak( P=0.41)，P mean( P=0.74)，IVCD max( P=0.80)，dIVC( P=0.98)，CO( P=0.00)；与PEEP 0 cmH 2O(负荷试验后)比较， a P=0.30
表选项
2.2 ROC曲线分析IVCDmax、dIVC预测容量反应性

IVCDmax预测容量反应性的ROC曲线下面积为0.85(95%CI 0.79～0.91，P＜0.01)，以负荷试验前IVCDmax 2.03 cm为阈值预测容量反应性的敏感度为68.1％，特异度为94.3％(图 1)。dIVC预测容量反应性的ROC曲线下面积为0.95(95%CI 0.91～0.98，P＜0.01)，以负荷试验前dIVC 12.40％为阈值预测容量反应性的敏感度为80.7％，特异度为98.6％(图 2)。

图 1 IVCDmax预测患者液体反应性的ROC曲线 Fig 1 ROC curve of IVCDmax predicting fluid responsiveness
图选项
图 2 dIVC预测患者液体反应性的ROC曲线 Fig 2 ROC curve of dIVC predicting fluid responsiveness
图选项
2.3 PEEP对气道压力及TTE测量指标的影响

容量负荷试验(+)组，随着PEEP递增，Ppeak、Pmean 、CO及dIVC组间存在总体差异性(P＜0.05)。IVCDmax组间比较P＞0.05，但其线性趋势检验P值＜0.01。分别将PEEP 5、10、15时的各指标与PEEP 0(负荷试验后，以下同)时行dunnet-t检验进行两两比较发现，IVCDmax和dIVC都只在PEEP 15时与PEEP 0时比较差异具有统计学意义(P=0.03，P=0.01)；而CO在PEEP 5时与PEEP 0时比较，差异无统计学意义(P=0.29)。见表 1。

容量负荷试验(-)组，随着PEEP递增，Ppeak、Pmean及CO组间存在总体差异性(P＜0.05)。IVCDmax组间比较P＞0.05，分别将PEEP 5、10、15时的IVCDmax与PEEP 0时两两比较，差异无统计学意义。但其线性趋势检验P值＜0.05。dIVC组间比较及其线性趋势检验均P值＞0.05。CO在PEEP 5时与PEEP 0时比较，差异无统计学意义(P=0.30)。见表 2。

2.4 Spearman变量相关性分析

容量负荷试验(+)组PEEP与CO(r=-0.60，P=0.000)、IVCDmax(r=0.35，P=0.001)和dIVC(r=-0.59，P=0.000)变化存在相关性。容量负荷试验(-)组PEEP与CO(r=-0.54，P=0.000)、IVCDmax(r=0.28，P=0.019)变化存在相关性; 与dIVC变化无相关性(r=-0.04，P=0.771)。

3 讨论

恰当的液体管理常是决定危重患者治疗成功与否的关键因素。临床中常用的容量指标如中心静脉压(CVP)等属静态指标，受心血管顺应性、心肌收缩力及腹腔压力等因素影响较大[7]。动态容量指标通过观察患者自体血容量重新分布对循环系统的改变来判断容量反应性，对临床补液具有更客观的指导意义[8]。

正压通气吸气相时，患者膈肌下降，腹内压增高，与右房压力梯度增加，IVC充盈，至吸气末时效应最大[9]。一些研究将通过TTE获取的IVC直径和CVP[6, 10, 11]、右房压[12, 13]等比较，认为它们之间存在相关性。本研究结果表明，以容量负荷前IVCDmax 2.03 cm为阈值预测容量反应性的敏感度为68.1％，特异度为94.3％。而以容量负荷前dIVC 2.40％为阈值预测容量反应性的敏感度为80.7％，特异度为98.6％；与Feissel等[5]研究结果近似。可见dIVC判断容量反应性的价值明显高于IVCDmax。

合适的PEEP可以扩张萎陷的小气道、肺泡，提高肺顺应性，改善通气血流比例失调。但PEEP同时也改变了胸腔内压及跨肺压，从而会对“心肺交互”作用机制为基础的动态容量反应性指标产生影响。此前有学者针对每搏量变异度(SVV)等与PEEP关系的研究也证实了这一点[11, 14]。

本研究发现，容量反应(+)组与(-)组患者随着PEEP增大，Ppeak和Pmean都明显增高，组间比较P值及P值趋势均小于0.001。这是因为PEEP增加了跨肺压和胸内压，进而增大了气道内压[15]；胸内压及跨肺压的增高又会引起腔静脉回心血量下降，右室前负荷减少，最终左室每搏量下降。故本研究两组患者CO均呈下降趋势。但两组CO在PEEP 5与PEEP 0比较，差异均无统计学意义，提示机体能发挥一定程度代偿功能，抵消PEEP轻度增加后对循环的影响。有研究认为PEEP 的心血管效应在容量不足时更明显[16, 17]。本组资料未体现出这种差异，可能与容量反应(+)组容量不足程度较轻有关。

有学者曾研究PEEP对机械通气患者IVC管径及呼吸变异率的影响，但未区分患者是否具有容量反应性[18]。本研究显示容量反应(+)组IVCDmax随PEEP增大逐渐增大，组间比较P值趋势小于0.01。 PEEP 15时IVCDmax与PEEP 0时比较差异有统计学意义。而容量反应(-)组IVCDmax虽然也随着PEEP增大而增大，组间比较P值趋势＜0.01，但PEEP增高各组与PEEP 0比较，差异均无统计学意义。提示PEEP对容量反应(-)组IVCDmax的影响相对较小。上述现象说明PEEP会降低IVCDmax对容量评估的预测价值。这与Schefold等[19]的研究结果一致。

与SVV随PEEP增大而增大[11, 14]不同的是，本研究容量反应(+)组dIVC随PEEP增大而逐渐降低，组间比较P值＜0.05，P值趋势小于0.001。dIVC在PEEP15时与PEEP 0时比较差异具有统计学意义。分析可能因为PEEP设置虽然导致吸气末IVC直径变大，但呼气末IVC直径也较前增大，且增大幅度高于吸气末。从而使dIVC变小，这一效应在患者容量状态位于Frank-Starling曲线的上升支会更显著。Kircher等[20]针对自主呼吸患者的研究认为塌陷指数(IVC直径在自主呼吸吸气末下降的比例)小于50%是预示右房压超过10 mmHg的有效指标；也提示右房压力越高，IVC的呼吸变异度越小。这与本研究的结论一致。

而对于容量反应(-)组，随着PEEP增大，dIVC组间比较P值、P值趋势均大于0.05；Spearman变量相关性分析结果提示PEEP与dIVC变化无相关性。Wilkman等[21]的研究也发现，感染性休克患者随着PEEP增高，平均动脉压降低是否显著，可用来判断患者的容量反应性。这些结果可能均与患者容量充足状态下，机体自我调节机制发挥作用，受PEEP影响较小有关。

本研究纳入病例涉及病种较多，其不同的病理生理状态可能会对研究结果产生影响；而PEEP设置不仅改变了患者胸腔内压和跨肺压等，同时还有可能通过增加功能残气量和/或降低因低氧诱发的肺血管收缩等机制来改变心脏负荷，进而对动态容量反应性评估指标产生影响；本研究参照经典容量负荷实验标准[6]行容量负荷试验，虽然(+)组负荷前后各参数比较差异无统计学意义，但无法避免前负荷增加对此后观察PEEP效应所造成的干扰等等。这些都需要今后设计更加严谨的动物实验和临床研究来进一步阐明其内在联系。

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