The Effects of Posture Changes on Heart Rate and Tip Perfusion Index<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />

罗宝蓉　　博士研究生
王保国* 　教　授
罗　芳　　医学博士
程　灏　　主治医师

首都医科大学附属北京天坛医院麻醉科，北京 100050
Bao-Rong Luo, Bao-Guo Wang*, Fang Luo, Hao Cheng,
Department of Anesthesiology，Beijing Tiantan Hospital，Afflilate of Capital University of Medical Sciences，Beijing 100050

ABSTRACT

　　Objective：Tip perfusion index(TPI) is a dimensionless number scaled from 0-100 and it is transformed form pluse oximetry plethysmographic waveforms by mathematical methods through computer. TPI represents the relative blood volume of the finger tip arteries. This study was designed to evaluate the value of TPI in monitoring the changes of sympathetic tone during posture changes.
　　Methods：50 healthy volunteers sequently took postures of sitting，squatting，standing and lying. SpO₂，HR and TPI were recorded every two seconds for 30 seconds after each posture. The maximum changes of HR and TPI caused by each posture alteration were denoted as △HR and △TP，and the corresponding times were denoted as T_△HR and T_△TPI. The changes of △HR and/or △TPI more than 5% were defined as positive in reflecting the sympathetic tone changes.
　　Results：The sensitivities of HR and TPI were 84.5% and 98% in reflecting the sympathetic tone changes during posture alterations. The change of △TPI was higher than that of △HR，whereas the T_△TPI was shorter the T_△HR，P＜0.05. There was negative correlation between the △TPI and the △HR (r=-0.721,P＜0.01)；there were positive correlation between the △HR and the T_△HR (r=0.437,P＜0.01), as well as between the △TPI and the T_△TPI (r=0.414,P＜0.01)，respectively.
　　Conclusion：TPI can reflect the change of sympathetic tone as HR can，but more promptly and sensitively than HR does.
　　Key words：Posture；Heart rate；Tip perfusion index
　　Corresponding author：Bao-guo Wang；E-mail:wbgttyy@sina.com

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　　理想的临床医学监测手段应该无创、连续、方便而且能够实时反映机体生理或病理变化^[1]。交感神经活动具有广泛性，尤其在围术期应激，本研究的目的是寻找一种理想的监测交感神经功能状态的方法。脉搏血氧饱和度探头随动脉搏动吸收光量，能探测搏动的血容量而不受静脉、毛细血管等非搏动性血容量的影响，指容积波的波幅代表了动脉血容量的大小^[2]。一般指容波幅变化解释为交感刺激，曾有将它作为麻醉深度监测指标的报道^[3]，但因为信号的非参数性，不易进行定量分析。末梢灌注指数是把由指脉搏氧饱和度探头采集到的每搏容积波形用数学的方法经计算机处理后转化成数字为0－100的指数，它克服了非参数指标的缺陷,便于定量分析。已知体位改变时植物神经张力也随之变化，如头高位诱发交感张力增加(重力应激)^[4]。本文通过观察体位改变对末梢灌注指数(TPI)和心率(HR)的影响，旨在评价TPI在交感张力监测方面的价值。

一、资料与方法
　　一般资料 随机选择健康自愿者50例作为观察对象，年龄18-45岁,男22例，女28例，身高155～176cm,体重43～78kg，均无心血管疾病、糖尿病及神经系统病史。
监测方法 采用哈尔滨华翔公司HXD-I型监测仪，将脉搏血氧饱和度探头置于观察对象任一手指，并使监测手指与心脏保持同一水平。然后变换体位，依次行坐→蹲→站→躺→坐，每间隔2秒记录一次SpO₂、HR和TPI，每种体位记录30秒，共连续记录150秒。
交感张力变化的定义 体位改变前与体位改变后30秒内HR和TPI的最大变化值用△HR和△TPI表示，相应时间用T_△HR和T_△TPI表示。△HR或△TPI的变化幅度＞5%定义为HR或TPI反映交感张力变化阳性。
统计学分析 数据以均数±标准差(±S)表示。应用SPSS11.0软件包进行数据处理，TPI与HR的变化幅度及相应时间比较，用配对T检验，对△HR和△TPI，△HR和T_△HR及△TPI和T_△TPI进行相关分析，p＜0.05为有显著意义。

二、结　果
　　不同观察对象及不同体位变化时SpO₂无明显改变，在96%-99%之间。HR和TPI的基础值(坐位)分别是76.85±15.63(次/分)和23.53±12.07。
　　体位改变引起HR和TPI的变化情况见表1：
(1)HR和TPI的增减变化相反，即HR增加时，TPI减少；HR减少时，TPI增加。
(2)每种体位改变，△TPI的变化幅度都明显大于△HR的变化幅度(p＜0.05)，前者的均值约是后者的1.5-3倍；而T_△TPI明显短于T_△HR(p＜0.05)，T_△TPI的均值比T_△HR的均值快5-6秒。
(3)不同体位改变，HR和TPI的变化幅度和变化时间也不同。坐→蹲、站→躺都表现为HR减少、TPI增加，HR减少的幅度(%)分别是5.28±3.46 和16.45±4.67(p＜0.01)，T_△HR分别是15.84±5.57(秒) 和20.08±5.71(秒)(p＜0.05),TPI增加幅度(%)分别是19.47±17.89 和36.58±26.85(p＜0.01)，T_△TPI分别是9.04±5.36(秒)和14.64±4.58(秒)(p＜0.05)。蹲→站、躺→坐都表现为HR增加、TPI减少，HR增加的幅度(%)分别是27.07±10.56 和13.93±5.24(p＜0.01)，T_△HR分别是14.24±4.85(秒) 和12.64±5.55(秒)(P＞0.05)，TPI减少幅度(%)分别是42.79±10.77 和25.95±12.93(p＜0.01)，T_△TPI分别是9.80±5.04(秒) 和7.08±4.43(秒)(p＜0.05)。
　　50例观察对象四种体位改变共计200人次，HR变化幅度大于5%的169人次，反映交感张力变化的灵敏度是84.5%；而TPI变化幅度大于5%的196人次，灵敏度是98%。
　　体位改变引起机体心血管交感张力的变化见图1、2。
　　相关分析，△HR和△TPI之间呈负相关，相关系数0.721(p＜0.01)；△HR和T_△HR之间及△TPI和T_△TPI之间都呈正相关，相关系数分别是0.437(p＜0.01)，0.414(p＜0.01)。

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三、讨　论
　　将指(趾)脉搏血氧饱和度探头采集到的血氧容积波形经过数字化离散及微分处理获得独立容积波峰，对此容积波峰取积分得到波峰下面积B，将此面积进行指数化，规一化，得到0-100的指数，即TPI。公式为：TPI=(1－(1^(B/400))*100，可见指(趾)端动脉的血容量越大，容积波峰下面积B越大，指数值越大；所以TPI的大小反映了指(趾)端动脉血容量的相对大小。
　　体位改变时机体的植物神经系统对循环系统起重要的调节作用。体位改变时由于重力对静脉回流的影响导致回心血量和心输出量变化，机体通过神经和体液等调节机制对心输出量和外周血管阻力进行调节以适应当时机体所处的状态，所以体位改变时植物神经张力也随之变化^[5]。人在直立时，身体中大多数容量血管都处于心脏水平以下，由于身体低垂部分的静脉充盈扩张，比在卧位时多容纳400-600ml的血液，为维持回心血量和心输出量不变，机体通过增加交感张力进行代偿，所以站位时心血管交感张力最高，卧位时最低，即头高位诱发交感张力增加(重力应激)^[6]。根据重力应激原理本文观察了四种体位变化，坐→蹲、蹲→站、站→躺、躺→坐，其中坐→蹲、站→躺诱发交感张力降低，蹲→站、躺→坐诱发交感张力增加，以此观察HR和TPI 反映交感张力变化的情况。以HR或TPI的变化幅度大于5%定义为反映交感张力变化阳性，以上四种体位变化时HR反应交感张力变化的灵敏度是84.5%，TPI是98%。TPI的变化幅度明显比HR的高，而变化时间明显比HR的短，显示了体位改变时外周血管对回心血量的调节比心脏对回心血量的调节灵敏而迅速。产生以上结果的原因是动脉的舒缩主要受神经支配，而小动脉及微动脉的交感缩血管神经纤维分布最密，并且多数只接受交感缩血管纤维的单一支配^[7-8]，这些神经分布特点是末梢灌注指数能够迅速而灵敏地监测交感神经状态的基础；然而心脏受交感和付交感神经的双重支配，HR的变化是二者平衡的结果。TPI变化灵敏的另一原因是末梢动脉灌注还直接受心输出量的影响^[9]。末梢动脉的血容量变化除了受交感神经的影响外，还受低血容量、低碳酸血症、低温和各种血管活性药物等许多因素的影响^[3]。体位改变引起末梢动脉血容量的变化排除其他因素的影响，主要反映了交感神经的功能状态。
　　研究不同体位对植物神经张力影响的许多报道^[10-12]是利用心率变异的方法，需要在体位变换后稳定5 -10分钟进行心率变异分析，而不能动态地、连续地监测体位改变后短时间内机体的植物神经调节过程。由于TPI代表了每次心搏指端动脉血容量的相对值变化，可以实时反映机体的交感功能状态，无须进行复杂分析。本文观察了不同体位改变后30秒内机体的心血管调节过程，由图1、2可见体位改变后TPI和HR的变化迅速并形成峰(谷)值，随后变化较缓和。原因是体位改变引起的重力应激首先触发神经调节系统，神经调节的特点是迅速、灵敏，随后由于体液调节的参与，表现较缓和。由图1、2还可以看出，TPI的变化趋势比HR的变化趋势离散，说明不同观察对象末梢血管收缩反应的变异比HR的变异大。
　　TPI和HR变化幅度之间的相关性，说明：
(1)TPI和HR一样可以反映交感张力的功能状态；
(2)体位改变引起回心血量变化时，机体同时改变HR和外周血管阻力以最快的方式对回心血量进行调节。TPI或HR的变化幅度和变化时间之间的相关性，揭示了回心血量变化大时，机体对心血管的调节幅度也大,需要的时间也长；回心血量变化小时机体的调节过程相反。

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四、结　论
(1)体位改变时TPI可以迅速、灵敏地反映交感张力变化。
(2)重力应激首先触发交感神经系统，引起TPI和HR迅速变化并形成峰(谷)值。

参 考 文 献
1. 安刚,薛富善,主编,现代麻醉学技术,第1版,北京:科学技术文献出版社,1999:723-724.
2. Iijima T, Lwao Y, Sankawa H. Circulating blood volume measured by pulse plethysmography. Anesthesiology, 1998,89:1329-1335.
3. Dolar JC, Nijboer JA. Photoelectric plethysmography as a monitoring device in anaesthesia. Br J Anaesth,1985,57:524-530.
4. Montano N, Ruscone TG, Porta A, et al. Power spectrum analysis of heart rate variability to assess the changes in sympathoragal balance during graded orthostatic title. Circulation, 1994,90(4):1826-1831.
5. Btomqvist CG, Stone HL. Cardiovascular adjustment to gravitational Stress. Handbook of Physiology. Maryland:Am. Physiol. Soc.,1983:1025-1063.
6. Ludwig DA, Convertino VA. Predicting orthostatic intolerance：Physics or physiology. Aviat Space Environ Med, 1994,65(5):404-411.
7. Shimodo O, Ikuta Y, Sakamoto M, et al. Skin vasomotor reflex predicts circulatory responses to laryngoscopy and intubation. Anesthesiology,1998,88:297-304.
8. 姚泰,主编.生理学.第5版.人民卫生出版社,2001.103.
9. Haruna M, Kumon K, Yahagi N，et al. Blood volume measurement at the beside using ICG pluse spectrophotometry. Anesthesiology,1998,89:1322-1328.
10. Fritsch-yelle J M，Beightol LA. Spaceflight alters autonomic regulation of aiterial pressure in humans. J, Appl. Physiol，1994,77(4):1776-1783.
11. Saul JP. Beat-to-beat variations of heart rate reflect modulation of cardiac autonomic outflow. NIPS,1990;5(1):32-37.
12. Bungo MW, Johson PC. Cardiovascular examination and observations of deconditioning during the space shuttle orbital flight test program. Aviat. Space Environ. Med.,1983;54：1002-1004.