液体治疗对血流动力学的影响

一、液体动力学

1．一室模型基于以下假设　①输液过程中，液体以恒定速度ki进入一个可扩张的体液间隙，容量为v。②此间隙有一个目标靶容量V，即在无输液负荷下的容量。输液时，机体通过肾、内分泌调节等各种代偿机制，极力使其得到维持；V又可指在病理状态下有效血容量需快速达到的数值。如有效血容量低于或高于靶容量，机体需通过各种机制调节维持靶容量。③v中液体的清除通过两种机制实现：kb是液体的基本清除速度，包括呼吸和基本尿量；kr则是与扩容相关的液体清除速率常数，与v偏离V的程度成正比。根据以上假设，单位时间内容量v的变化（dv／dt）用微分方程表示：

dv／dt＝ki－kb－kr（v－V）／V

2．二室模型基于以下假设　①输注液体首先以恒定速度ki进入中央室，容量为v1，继而再进入另一个可扩张空间，即周边室，容量为v2，这是一个液体再分布的过程；②v1中液体的清除除了通过kb和kr外，与v2间也存在交换，交换速率由液体分布速率常数k1决定，k1与两个体液间隙各自靶容量的差值有关；③两个体液空间的靶容量分别为V1和V2，机体通过调控kr以及v1、v2间的液体交换来实现靶容量的维持。根据以上假设，可得微分方程：

dv1／dt＝ki－kb－kr×［（v1－V1）／V1］－kt［（v1－V1）／V1－（v2－V2）／V2］

dv2／dt＝kt［（v1－V1）／V1－（v2－V2）／V2］（图4－3）

3．当输注高张液体时，渗透压的差异将引起水分在细胞内、外液间转移，为此，在2002年液体的三级动力学模型建立，引入一个新的参数v3，代表一个更远的体液间隙。水分从v3进入v2或直接进入v1，速度由两侧渗透压的差值决定，转移量为f（t）。同时，伴有相反方向的液体流动，由分布速率常数k23或k13控制（图4－4）。如果模型建立中不能确定v2的存在，则假设液体在v1和v3之间分布。代表v1和v3容量变化的方程为：

dvl／dt＝ki－kb－kr（v1－V1）／V1＋f（t）－k13（V3－v3）／V3

dv3／dt－k13（V3－v3）／V3－f（t）

图4－3　上图为一室模型，下图为二室模型

图4－4　液体三级动力学模型

二、输注液体的分布

液体输注引起血浆扩容（PVE）的静态模型：液体在体内主要分布在细胞内液及细胞外液，细胞外液动态变化受到渗透压等多因素的影响。Starling定律为其中最著名的定律，根据生理间隙容积和各种液体的分布特点，输液后血浆的扩充量可用公式预测：PVE＝IV×（PV／VD），其中IV为静脉液体输注量，PV为血浆容量，VD为液体分布容积。但是用上述静态模型研究液体在体内的血浆扩充效应和分配时存在很大缺陷，即其液体分布是假定在一个固定的液体间隙中。而事实上，除血管本身具有顺应性外，液体进入机体后也不是一成不变地局限于血管内，而是通过各种神经体液调节机制随时在血管内外、组织间隙、细胞内外进行流动转移，并将多余水分生成尿液排出体外。因此，用静态方法分析液体治疗的效果是不完全的，液体的这种流动性也为研究带来了困难。

以体重70kg的患者急性失血2　000ml为例，分别输注5%葡萄糖、乳酸林格液、5%白蛋白、25%白蛋白后的静态扩容效力以下面公式计算：

移项后得到下面公式：

输注容量＝预期增加的容量×所输液体的分布容积正常血浆量

如果使用5%的葡萄糖液，预期增加的容量为2　000ml，5%葡萄糖分布于机体总水中，因此分布容积为机体总水，70kg患者的分布容积为42ml，估计的血浆量为3L，因此需要输注5%的葡萄糖液位28L。

如果应用乳酸林格液，预期增加的容量为2　000ml，乳酸林格液分布于细胞外液，因此分布容积为14L，血浆量为3L，因此需要输注的容量为9．3L。

如果使用5%白蛋白，由于胶体渗透压接近血浆胶体渗透压，因此输注后主要存在血管内，25%的白蛋白扩容效力明显，可将组织间液吸引入血管内增加循环血量，输注100ml扩容效力接近400ml。

但是输注的液体在体内并不是简单的分布于上述假定的分布容积，而是在血管内、组织间液与细胞内液之间不断的动态变化，维持血管内液体、组织间液与细胞内液在很小的范围内波动。机体通过排出过多的液体，而容量不足时机体通过各种代偿机制恢复有效血容量。

液体动力学模型：液体动力学的一级和二级数学模型于1997年提出，模型指液体间隙的容量模型，以类似药动学方法来研究静脉输液后血浆容量的扩张效应；PVE相当于药动学里的药物浓度，利用其动态变化探索静脉输液后扩容的峰效应、清除速率等。但它和传统药动学模型的不同之处在于后者是随溶剂进入体液，有一定结合部位，所以其分布容量是相对固定的，其目标容量也是相对固定的。

液体在体内的分布不同于药物，液体输注是可膨胀的，它的分布空间是可变的。机体内的不同组织对于液体具有不同的顺应性，按功能可将其划分为两部分，一部分具有扩张性，液体进入后使其容量增加；另一部分则是非扩张的，其顺应性较差，液体可以分布于该区域，但只是同其中的水分子发生等量交换，并不引起容量的增加。液体动力模型研究主要指体内可扩张的液体间隙。

输注液体的分布主要与患者体重、水在各个生理隔室的分布以及Starling定律有关。正常情况下，血浆总渗透压约为5　400mmHg，其中胶体渗透压仅占一小部分（约24mmHg），但却是影响液体在毛细血管与组织间隙间移动的重要因素。Starling定律阐述了等渗、非胶体液在血浆和组织间隙间移动的规律为液体渗出量＝Kf［（Pc－ Pi）－Rc（Πc－Πi）］（Pc．毛细血管静水压；Pi为组织间隙静水压；Πc为毛细血管胶体渗透压；Πi为组织间隙胶体渗透压；Kf为滤过系数；Rc为校正系数），但在脑、肾和肺脏中，它应做适当修改为①与外周血管相比，脑毛细血管通透性明显降低，胶体、离子在血管内外移动受限，即使血浆胶体渗透压明显改变，但由于它只占总渗透压的很小部分，胶体驱动的水移动很少；②在肾脏，肾小球毛细血管床面积巨大，静水压和通透性均很高，而组织间隙静水压却很低，因此，肾小球每天滤过重吸收的液体高达180L，而别的部位仅4L；③肺脏具有以下特点：肺泡壁薄且暴露于肺泡压中，毛细血管表面积巨大，是一高流低压系统。根据Starling定律，肺的重吸收功能很强，可保持“干”的状态而有利于气体交换。肺泡性肺水肿发生前，增宽的肺组织间隙可储存大量液体，同时，肺内淋巴管还可吸收组织间隙内清蛋白，降低Πi，从而减轻静水压增高引起的间质性肺水肿的临床表现。

三、液体治疗对血流动力学的影响

麻醉期间麻醉药物或麻醉方法的扩血管效应引起的相对血容量不足及对心脏的抑制作用。可导致血流动力学剧烈波动。而术前禁食、禁饮以及一些非正常的体液丢失，如呕吐、利尿、腹泻和一些不显性失液。如过度通气、发热、出汗及手术创伤刺激、术中失血又会进一步加重体液内环境不稳定，因此，液体治疗是围术期麻醉管理的重要内容之一，围术期液体治疗对血流动力学的影响主要集中在胶体液。

1．容量反应阳性　容量反应性与容量负荷是两种不同的生理状态。心脏前负荷是指心脏收缩前的负荷，在细胞水平是指心肌细胞收缩前的初长度，在器官水平则是指心室舒张期末容积（VEDV）。早在1914年Starling提出Frank—Starling定律，即在一定范围内心肌纤维收缩前的初长度越长，心肌产生的收缩力越大，心脏每搏量（SV）越大。每位患者都具有独特的Frank—Starling曲线，其受心脏前负荷及心肌细胞收缩功能的影响，当SV最大时，机体的容量负荷为最佳状态，对组织灌注及代谢最有利。如果心脏前负荷处于曲线的上升支，SV将随前负荷的增加而增加，即机体的容量反应阳性，进一步扩容治疗将对患者有益。

容量反应性是指快速输注250ml胶体液后SV增加超过15%。如果心脏前负荷处于曲线的平坦支，扩容治疗不仅不会增加SV，反而会产生血液稀释、肺及其他组织水肿等不良反应，增加病死率。在相同前负荷条件下，心肌收缩力降低时SV随之降低，因此，即使同一位患者，由于心肌细胞收缩功能的变化，容量负荷相同时，心肌细胞也可能处于曲线的不同阶段，有不同的容量反应性。有报道指出ICU内只有50%血流动力学不稳定的患者呈容量反应阳性，需进一步扩容治疗。

2．围术期输注胶体液对血流动力学的影响　主要有通过血液稀释，降低血液黏滞度，改善血液流变学特征，从而改善组织的灌注和氧合；增加红细胞表面的负荷，保持血液有形成分的稳定性，降低红细胞的聚集和全血黏度，起到改善微循环的作用；万汶对毛细血管堵漏作用，可减少白蛋白渗漏，减轻组织水肿，保持血管内的渗透压；防止毛细血管内皮细胞与白细胞黏附，抑制白细胞自内皮细胞壁向组织间隙移行，减低细胞黏附分子在血浆中的浓度。在麻醉诱导前使用羟乙基淀粉10ml／kg进行预扩容30～45min，可使血流动力学参数如心排血量（CO）、心排血指数（CI）等升高。其中CO、CI显著升高，表明适度的扩容治疗除了可以降低血液黏滞度和微循环阻力，增加静脉回流。还可兴奋心脏功能。代偿麻醉手术对于心脏功能的抑制，有利于保持术中血流动力学的稳定。

有研究者认为，蛛网膜下腔阻滞时，低血压的发生主要是由于血液流向了股部所致，而输注的液体主要补充了中央血容量V1，并且kt低，即补充外周血容量（V2）少，因此防止了低血压的发生。而注射率太慢的话不会增加V1达到125～150ml，就不能防止低血压的发生。在麻醉前输液体也不会防止低血压的发生，因为那时kt高，故效率低。有研究显示了蛛网膜下腔阻滞前后输注乳酸林格液及6%HES的动力学差异。显示只有阻滞即刻输注乳酸林格液方能减少低血压的发生率，但不管是麻醉前还是麻醉即刻输注6%HES都可减少低血压的发生率。

3．液体治疗对血液流变性和微循环的影响　血管内液体量是由血浆及有形成分（血细胞）所构成。有效循环血容量是维持机体正常代谢的基本保证，可以为组织、细胞提供营养和带走废物。从维持有效循环血量角度看，胶体渗透压仅发挥着保持血管内容量这一方面的作用，而要使循环血量达到其有效性，则不能仅考虑这一个因素。影响有效性的另一重要因素是血液的黏度，这一点不容忽视。传统观念认为，为保证组织的氧供，应该积极提高病人的血红蛋白（Hb）浓度。但应该认识到过分提高Hb浓度后反而会出现一些不良后果。研究表明，靠提高Hb浓度来保证组织的氧供是很片面的做法，过分地提高Hb浓度必然会导致血液黏度的升高，后者则使微循环不畅通，最终影响组织的正常代谢。中等程度的血液稀释，即血细胞比容（Hct）处在27%～33%时，血液黏度较低，心排血量代偿性增加，可使氧输送能力明显提高。

氧输送（DO2）及氧消耗（VO2）是组织代谢过程中的关键环节。虽然Hb值与氧输送直接相关，但更重要的影响因素是动脉血氧含量（CaO2）及每分钟心搏指数（CI）。通常的CaO2及CI值分别为200ml／L及5L／（min·m2）。通过公式计算可测得的氧输送量很高，可达400～600ml／（min·m2）。关于机体组织氧耗量的计算，除上述两项参数之外，还有动脉血氧饱和度（SaO2）与混合静脉血氧饱和度（SvO2）之差。通常的氧耗量值为150～200ml／（min·m2）。由此可见，机体所能提供的氧输送量是组织氧消耗量的数倍，存在很大的安全空间。因此在轻度贫血状态下（Hb70～100g／L），只要CI值无明显下降，氧输送量也就不会有明显减少，不会导致组织缺氧。为保证足够的氧输送，关键在于保持稳定的CI值，而不是过分提高血红蛋白值。

在清醒自愿者的轻度失血后，输注的晶体液与血容量正常者相比，有更大比例保留于血管床内；在异氟烷深麻醉下，给绵羊输注晶体液时血浆丢失的速度与清醒状态下相同，但液体的丢失主要是在异氟烷作用下积聚于组织间隙而不是形成尿液排出体外。而输注质量分数为6%的羟乙基淀粉1　000ml即可使循环容量增加700～1　000ml，其液体动力学结果：靶容量V只有血容量的50%，为1．48L，清除速率常数kr较高，为56ml／min，基础清除速度kb则为－3．7ml／min，其负值说明血管外液体流至管内，显示了羟乙基淀粉的扩容作用。

通过比较全身麻醉诱导前后应用林格液进行扩容，并用一级动力学和二级动力学进行分析。结果表明，诱导前kr明显比诱导后大，kt在诱导前也明显较大。说明麻醉前大容量快速扩容后液体迅速向周围转移，血容量扩张量小，在血管内保留时间短。而麻醉后大容量快速扩容后血容量扩张量大，清除慢，在血管内保留时间长。因此我们认为麻醉后大容量扩容效率高。

一项实验发现在麻醉前按20～30ml／（kg·h）的速度分别输注6%羟乙基淀粉（HES）和乳酸林格液，结果发现，输注6%羟乙基淀粉后红细胞的平均变形能力加大，从而增加微循环的有效灌注；而乳酸林格液组血浆黏度、红细胞的聚集性和红细胞变形性明显下降，可致血管通透性增加，血浆外渗，造成组织水肿。在一项有关万汶对临床40名外伤患者血流动力学、血液流变学等的影响研究中，证实万汶扩容作用持续稳定4～6h，血管内半衰期为3h。万汶还可能减少内皮细胞损害。起到进一步改善微循环的作用。

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