脓毒症的氧输送和氧耗问题和细胞病性缺氧.docx

脓毒症的氧输送和氧耗问题和细胞病性缺氧时间：2010-08-23 17:15:27 来源： 作者： 姚咏明、柴家科、林洪远主编：现代脓毒症理论与实践，科学出版社，2005 对包括脓毒症在内的危重病人往往需要给予强有力的循环和呼吸支持，这些治疗归根结底是为了使机体能够获取足够的氧并被输送至外周组织，满足外周组织和细胞代谢的需要。因此，治疗上达至氧输送与氧需求平衡是危重病人治疗的重要指标。自上世纪八十年代美国学者Shoemaker提出“高氧输送治疗目标”的策略以后，氧输送与氧需求平衡的重要性和评估方法被高度重视，了解相关领域的知识、进展和评价对于脓毒症治疗是十分有益的。 一、基本概念氧输送（DO2，oxygen delivery）：是指每分钟通过左心室向主动脉输出的氧量，在健康成人约1000ml/min，计算公式如下：DO2=1.34HbSaO2CO+0.003PaO2除了“氧输送”外，也有学者用“氧转运”（oxygen transport） 或“氧供”（oxygen supply） 表达，内涵基本是一样的。但如果在同一著作里出现“氧输送”（oxygen delivery）和“氧转运” （oxygen transport）两种提法的话，所表达的意思就可能不同。这时，“氧转运”指的是每分钟通过左心室向主动脉输出的氧量；而“氧输送”却是指能够真正进入组织中的氧量。正常情况下，氧输送与机体的氧需求是相匹配的。当氧需求增加时，机体的反应首先是增加氧输送，并主要通过提高心排量实现；只是在氧输送达致极限后，机体才通过增加氧提取满足代谢需要。因此，高心排量和氧提取率增加在提示氧供危机的同时，也说明机体有较完备代偿机能。氧耗（VO2，oxygen consumption）：是指每分钟机体实际消耗的氧量，并由氧需求和氧输送两个因素所决定，正常成人约200ml250ml，通常的计算公式（逆Fick氏法）如下：VO2=（CaO2CvO2）CO不难看出，正常时氧输送量远大于机体氧耗量（45倍），表明氧输送有较充足的储备。这种储备能力具有重要的生理和病理学意义，可以在出现氧输送危机时仍然能够满足机体有氧代谢的需要。关注氧耗除了可以了解机体的代谢状态以外，还可以了解机体利用氧的有效性，后者对脓毒症病人具有特殊意义。由于脓毒症在病理生理学上存在一系列损害氧摄取和利用的因素，并且难以纠正，所以该类病人出现低氧耗比高氧耗更令人担忧。如果病人出现与病情极不相称的低氧耗，同时又存在乏氧的证据，往往提示机体氧代谢已经陷入衰竭，是濒临死亡的表现。氧需求（oxygen demand）：指机体为维持有氧代谢对氧的需求量，与氧输送量无关，是机体代谢状态所决定的，正常成人约200ml250ml，与氧耗相一致。但必须明确，氧需求和氧耗是不同的概念。在正常或病理情况的一定限度内（如氧输送有一定程度降低），氧需求和氧耗的量是一致的。这时，可以把氧耗量视为氧需求量。但在危重病人，如果氧输送下降超过阈值，则氧耗量达不到氧需求量。此外，如果细胞不能有效利用氧，其实际氧耗也达不到氧需求。氧债（oxygen debt）：氧耗与氧需求之差。氧债形成可能是由于氧供不足，但也可以是细胞氧利用障碍所致。危重病人个体的氧需求无法直接精确测量，通常仅能根据病人代谢状态用公式计算，或用后面将要介绍到的氧输送/氧耗关系间接地评估。氧债将对脓毒症病人构成严重威胁。Shoemaker提供的一组资料显示，最大氧债为8.01.5L/m2的病人可全部存活，且无器官并发症；如最大氧债为26.87.0L/m2，病人虽可存活，但合并器官衰竭；而最大氧债达到32.58.1L/M2的病人，则全部并发器官衰竭并死亡。 氧供脱依赖（oxygen supply independence）：指氧耗不会跟随氧输送变化而发生变化的状态。氧供脱依赖通常标志氧输送已经满足机体氧需求，或至少说明即使存在缺氧，也非通过增加氧输送所能解决。氧供依赖（oxygen supply dependence）：指当氧输送不足并达到某一阈值时，氧耗不能维持稳定而呈现伴随氧输送变化而变化的情况。氧供依赖将使机体进入乏氧代谢，是临床应该避免并积极纠正的。 二、正常动物氧输送与氧需求和氧耗的关系对于氧输送、氧需求和氧耗之间的关系早在六、七十年代即有了解。Cain对健康麻醉狗的研究显示（J Appl Physiol，1965；J Appl Physiol，1977），在相对恒定的代谢状态下，正常或超高水平的氧输送均不会导致氧耗和氧提取率的改变。通过贫血使氧输送逐渐下降，在一定范围内也不会改变氧耗，但氧提取率会逐渐增加。但当氧输送降至某一临界值（阈值）后，氧耗不再能够维持稳定，而是伴随氧输送变化而波动，与此同时，出现高乳酸血症等机体缺氧的证据（图1）。前面所提到过的所谓“氧供脱依赖”和“氧供依赖”的概念即是由此而来。通过氧输送/氧耗这种关系，可以得出以下结论：机体代谢状态规定了一个相匹配的氧需求量和不容氧输送量过低的阈值。在此阈值以上，无论氧输送如何变化，氧耗均可保持稳定，表现为“氧供脱依赖”。如果氧输送低于阈值，氧需求便不能满足，氧耗只能依赖于氧输送的高低而表现为“氧供依赖”。所以，在予置的氧需求量下，氧耗可以按照氧输送的水平变化呈现双相变化。以上是探讨氧代谢理论和决定临床治疗对策的基本着眼点。研究显示，健康麻醉狗的氧输送阈值为8ml/Kg，此时的氧提取率为70（Nelson，J Appl Physiol，1987）。 三、人类病理状态的氧输送与氧需求和氧耗的关系学者们相信，人类具有与动物相似的氧代谢关系，但由于可以理解的原因，迄今没有获得健康人的氧输送阈值。如果以最大氧提取率为7075推算，那么健康成人的氧输送阈值可能在250ml300ml/min左右。但来自人类疾病状态下的测量报告显示，氧输送阈值可能远远高于上述估计的数值。在ARDS、Sepsis、MODS等以脓毒症为基础的病症，使用间接/逆Fick氏法（indirect /reverse Fick）测量发现，绝大部分病人虽然氧输送处于正常或者超高状态，但仍然表现为氧供依赖现象。即使继续增加氧输送，也难以显示氧输送阈值（图2），Nelson称此现象为“病理性氧供依赖”（J Appl Physiol，1988）。根据最终能否出现氧供阈值和氧供脱依赖平台，可以将病理性氧供依赖分为两个类型（图2）：“型病理性氧供依赖” 指在超高氧输送下可以显示较高的氧供阈值和氧供脱依赖平台；“型病理性氧供依赖” 指始终不能显示氧供阈值和氧供脱依赖平台。除了难以显示氧输送阈值和氧供脱依赖平台以外，病理性氧供依赖还有一明显特征，即氧最大提取率明显降低，通常仅在50左右或更低，因此，该类病人的静脉血氧含量往往相对较高发生病理性氧供依赖的确切原因还不十分清楚，实验研究发现（Long，J Crit Care，1988），内毒素血症和菌血症可以使氧输送阈值提高50达到12ml/Kg，而该阈值下的氧提取率则降至51。同时还发现，氧提取率下降的组织主要发生在胃肠道，而骨骼肌的氧提取率基本保持不变。另外，研究还证实，单纯肺损伤并不会造成病理性氧供依赖。所以，作为全身炎性损害的一部分，ARDS的病理性氧供依赖现象更可能是脓毒症而不是肺损伤本身的结果。但与上述的观察相反，Ronco等（JAMA，1993）在18例放弃救治的脓毒症和非脓毒症病人，通过顺序撤除升压药、降低吸氧浓度和撤机等逐渐降低氧输送的手段测量氧输送阈值。结果显示，脓毒症并不比非脓毒症病人有更高的氧输送阈值，其氧输送阈值仅4.5ml/kg/min。因此认为，由所谓的氧提取缺陷并导致氧供依赖并不构成脓毒症病人主要的病理学特征。另外，一些用逆Fick氏法显示病理性氧供依赖的病例，在改用间接卡路里法（indirect calorimetry）测量后却可以显示氧供脱依赖平台（图3）。因此，对于病理性氧供依赖的成因和意义存在不同的解释和争议。 四、测量氧耗的方法及评价测量氧耗是评估氧输送/氧耗关系的关键，目前主要有三种方法可选择：1，逆Fick氏法：是目前最普遍使用的方法，运用氧耗计算公式，只须测量Hb、SaO2、SvO2和CO，然后代入公式计算：VO2=（CaO2CvO2）CO。2，间接卡路里法：使用代谢车（metabolic chart）进行测量。通过分析和计算吸入与呼出气体的成分，使用以下公式计算出氧耗：Vo2=（FIO2VI）（FEO2VE）质谱分光光度仪（mass spectrophotometry）测量：该方法是根据气体的电磁现象定量地将不同的气体颗粒进行分离，然后对呼吸气体的氧进行直接测量而得出氧耗。无论采用哪一种测量方法，均要求病人处在平稳和安静的状态，目的是使其代谢率不发生变化。吸痰、理疗等操作可使代谢率增加50；寒战增加100；而体温每升高1则增加代谢率10（Weissman，Chest，1991；Crit Care Med，1993 ）。因此，在测量氧耗期间上述情况均要求避免出现，而且尽可能缩短测量时间。在以上三种方法中，质谱分光光度仪测量法被认为是具有最高精确度的测量方法，所获结果被视为“金标准”，但是由于设备复杂、成本高昂，目前还难以在临床推广使用。现临床使用的主要是逆Fick氏法和间接卡路里法。 参考文献1. 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Crit Care Med 2002；30：974980严重感染和休克时发生在细胞水平的能量代谢失 衡越来越被危重病学者所重视，特别是以线粒体 功能障碍为核心的细胞病性缺氧cytopathic hypoxia），被视为是在全身性感染（sepsis）和 感染性休克时最重要的病理生理学改变之一，是 导致多脏器功能障碍综合征（MODS）的重要原 因。 有多种复杂的机制参与休克从发病到MODS、直 至死亡的病理生理过程。 细胞的所有功能表现都是能量从一种形式 转化为另一种形式的结果，所以维持能量 的合成和消耗之间的平衡是细胞进行正常 生理活动的基本要求。 休克时组织能量代谢失衡是导致细胞性缺 氧的核心问题。 掩盖在全身血流动力学指标“正常化”下 的组织细胞究竟发生了什么异常改变？概念 因组织血管自主调节能力受损，导致病理 性血流分布异常或微循环功能障碍或存在 细胞氧代谢能力障碍，导致细胞正常的生 理功能不能维持，出现组织氧摄取障碍或 氧利用障碍。 1997年Fink等首先详细论述了细胞病性缺 氧的概念，他们指出细胞病性缺氧的定义 是指尽管细胞或细胞内线粒体达到正常的 氧分压，但是ATP的合成仍然受限的状态。 2004年Spronk和Ince等提出了微循环和线 粒体窘迫综合征（MMDS）的概念，即组 织氧摄取障碍是由微循环衰竭和线粒体窘 迫所致。 这个概念比较清晰的把全身性氧输送不足 与发生在组织细胞层面的氧摄取和利用障 碍区分开来。 2005年Singer等系统阐述了代谢衰竭的概 念。其概念基础是细胞在遭受侵害时，分 泌TNF-、IL-1等细胞因子是本能的防御机 制，但也正是这些活性物质参与休克、创 伤、感染时器官功能障碍的病理生理过程， 对于这一矛盾现象，用“过度炎症反应、 免疫功能紊乱”来解释并不令人信服。 另一些研究提示，严重创伤、休克、感染 时MODS的发生可能是机体主动防御反应 的结果，而不是细胞被动致死，其基本病 理生理改变是细胞呈“