Effect of intrapulmonary shunt on the accuracy of partial CO₂ rebreathing technique for cardiac output monitoring<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />

LIU Ling, QIU Haibo, YANG Yi, et al.

Department of Critical Care Medicine, Zhong-Da Hospital and School of Clinical Medicine, Southeast University, Nanjing, 210009, China

Abstract

Objective:  To evaluate the accuracy of noninvasive cardiac output measurement using partial CO₂ rebreathing method and the effect of intrapulmonary shunt on it. 

Methods:  In twenty-six mechanical ventilated patients, cardiac index was measured by noninvasive cardiac output monitor (NICO monitor), based on the partial CO₂ rebreathing method  (CI_NICO) and by pulmonary artery catheter, based on thermodilution method (CI_TD). Intrapulmonary shunt (Qs/Qt) was calculated by the shunt formula and NICO monitor. Accroding to the Qs/Qt calculated by the shunt formula, patients were divided into low Qs/Qt group (Qs/Q＜15%) and high Qs/Qt group (Qs/Qt>15%).

Results:  In low Qs/Qt group (n=16), no significant difference was found between the Qs/Qt according to NICO monitor and the shunt formula.  In this group, a good correlation was found between CI_NICO and CI_TD (r=0.91，P < 0.01), and the difference between CI_NICO and CI_TD is not significant [(2.24±0.42) L/min.m² vs (2.25±0.40) L/min.m², P =0.84].  In high Qs/Qt group (n=10), the Qs/Qt according to NICO monitor was markedly lower than the shunt formula (P < 0.01).  Markedly correlation was also found between CI_NICO and CI_TD (r=0.81，P < 0.01) in this group, but CI_NICO was significantly lower than CI_TD [(2.56±0.64) L/min.m² vs (2.87±0.64) L/min.m², P < 0.01].

Conclusions:  Correlation between CI_NICO and CI_TD is significant. Qs/Qt is an important factor associated with the accuracy of CI_NICO.

Key words:  Partial CO₂ rebreathing; Cardiac output;  Intrapulmonary shunt

无创心输出量监测具有安全、创伤性小等优点，在临床上的应用日益广泛。1980年Gedeon提出了根据部分CO₂重复吸入技术和改良Fick方程计算心输出量的方法^[1]。在无创心输出量监测仪(NICO监测仪)中此方法进一步发展并计算机化，为临床提供了一种完全无创并可连续测定心输出量的新方法。NICO监测仪利用部分CO₂重复呼吸过程中CO₂生成量和浓度变化测定肺毛细血管血流量(PCBF)，同时利用NICO监测仪监测的经皮血氧饱和度(SPO₂)和吸入氧浓度(FiO₂)根据Nunn分流图^[2]估算出肺内分流量^[3]。将PCBF与肺内分流相加得出心输出量。由于肺内分流量是通过Nunn分流图估算而来，可能与实际值有所差异，影响心输出量测定的准确性。本研究评估了部分CO₂重复吸入法测定心输出量的准确性和安全性，并探讨肺内分流对心输出量测定准确性的影响。为此方法在临床上推广应用提供依据。<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />

1 资料与方法

1.1  研究对象

2003年3月至2003年11月收住东南大学附属中大医院ICU的26例实施机械通气的患者，男16例，女10例。其中冠脉搭桥术后13例，肺部感染及感染性休克3例，急性呼吸窘迫综合征6例，心源性休克2例，中毒1例，多发性创伤1例。

1.2  监测

部分CO₂重复吸入法测定脏指数(CI_NICO)：将NICO监测仪(7300型，美国伟康公司)的部分CO₂重复吸入环形管接在气管插管与呼吸机的Y管之间，输入身高、体重、FiO₂及最近动脉血氧分压(PaO₂)、动脉血二氧化碳分压(PaCO₂)、血红蛋白(Hb)值。稳定10min后监测CI_NICO。

　　热稀释法测定心脏指数(CI_TD)及血流动力学监测：经右颈内静脉置入肺动脉漂浮导管(7.5F，美国Edwards公司)，热稀释法测定CI_TD，监测平均肺动脉压(MPAP)、中心静脉压(CVP)。心电监护仪(1500型，美国Spacelab公司)监测心率(HR)。桡动脉置管监测平均动脉血压(MAP)。

　　肺内分流计算： (1)公式法：每例患者在吸入纯氧10min后抽取动脉和混合静脉血，测定PaO₂及动脉血氧饱和度(SaO₂)，混合静脉血氧分压(PvO₂)及氧饱和度(SvO₂)，计算肺内分流。肺内分流以(CcO₂-CaO₂)/(CcO₂-CvO₂)计算。其中动脉血氧含量(CaO₂) = Hb×1.36×SaO₂ + 0.0031×PaO₂；混合静脉血氧含量(CvO₂) = Hb×1.36×SvO₂ + 0.0031×PvO₂；肺毛细血管血氧含量(CcO₂) = Hb×1.36×1.0+0.0031×肺毛细血管氧分压，以肺泡氧分压粗略估算肺毛细血管氧分压。(2) NICO监测仪：肺内分流计算公式为(NICO监测仪测定的心输出量-PCBF)/ NICO监测仪测定的心输出量。

1.3  分组

根据公式法计算的肺内分流将患者分为两组，肺内分流＜15%为低分流组，肺内分流>15%为高分流组。

1.4  实验观察

患者置入肺动脉漂浮导管并将NICO监测仪部分CO₂重复吸入环形管接在气管插管与呼吸机的Y管之间，输入相关数据后稳定10min。同时测定CI_NICO和CI_TD。抽取动脉血和混合静脉血进行血气分析，根据公式法计算肺内分流，同时根据NICO监测仪计算肺内分流。此后，根据患者需要间断测定CI_NICO和CI_TD，每次测定间隔1h以上。

NICO监测仪测定一次CI_NICO需经过部分CO₂重复吸入前、中、后三个阶段，需时3min。为观察部分CO₂重复吸入对血流动力学的影响，分别在部分CO₂重复吸入前、重复吸入时和重复吸入后测定HR、MAP、CVP、MPAP及CI_TD。将三次CI_TD的平均值与CI_NICO进行比较。

实验期间，以咪达唑仑2-3mg/h或异丙酚20-40mg/h持续静脉注射镇静。采用容量控制通气(Evita 4呼吸机，德国Dr－ger公司)，潮气量6～8 ml/kg，吸气时间1.0～1.2秒，吸气流速40L/min，呼吸频率12～20次/min，呼气末正压4～14cmH₂O(1 cmH₂O = 0.098 kPa)，FiO₂ 0.4～0.7。

1.5  统计学方法<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />

数据以均值±标准差(x ± s)表示，统计学处理采用SPSS 10.0软件。CI_NICO与CI_TD及两种方法计算的肺内分流比较采用t检验。CI_NICO与CI_TD进行线性相关分析。部分CO₂重复吸入前、中、后的血流动力学指标比较采用方差分析。P < 0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1  一般情况

16例患者纳入低分流组。其中男10例，女6例，平均年龄65.4±9.8岁，急性生理与既往健康状况(APACHE) Ⅱ评分15.3±5.8。10例患者纳入高分流组。其中男8例，女2例，平均年龄68.9±7.6岁，APACHEⅡ评分17.2±6.2。两组患者年龄及APACHEⅡ评分无显著差异(P > 0.05)。

2.2  两种方法计算肺内分流的比较

低分流组NICO监测仪计算的肺内分流为(10.9± 2.3)%，与公式法计算的肺内分流[(11.5±1.7 )%]无显著差异(P =0.57)。高分流组NICO监测仪计算的肺内分流为(21.5± 7.3)%，明显低于公式法计算的肺内分流[(28.1± 9.9)%](P < 0.01)。

2.3  　CI_NICO与CI_TD比较

低分流组CI_NICO与CI_TD相关性良好(r=0.91，P < 0.01)，见图1。该组CI_NICO为(2.24±0.42) L/min.m²，CI_TD为(2.25±0.40) L/min.m²，无显著差异(P=0.84)。高分流组CI_NICO与CI_TD亦显著相关(r=0.81，P < 0.01)，见图2。 该组CI_NICO为(2.56±0.64) L/min.m²，明显低于CI_TD[ (2.87±0.64) L/min.m² ] (P < 0.01)。

2.4  部分CO₂重复吸入过程中血流动力学变化

CO₂重复吸入前、中、后血流动力学参数无明显变化，见表1。

4 讨论

部分CO₂重复吸入法测定心输出量操作简便。临床上仅需要在气管插管和呼吸机Y形管之间连接NICO监测仪的部分CO₂重复吸入环形管，并输入患者相关数据，NICO监测仪就可以完全无创、连续的监测心输出量，适用于实施机械通气的危重患者。

NICO监测仪的部分CO₂重复吸入环形管含有一个气动控制阀，可自动使气流通过环行管死腔完成部分CO₂重复呼吸。每3分钟，附加环管部分重复呼吸35秒。NICO监测仪利用部分重复呼吸35秒和正常通气时CO₂生成量(ΔVCO₂)及呼出气CO₂浓度(ΔFETCO₂)的差异来测算PCBF(PCBF=ΔVCO₂/S×ΔFETCO₂，S代表CO₂在血液中的溶解系数)。PCBF代表心输出量中进行气体交换的部分血流。同时利用NICO监测仪监测的SPO₂和FiO₂通过Nunn分流图 (图3) ^[2]来估算肺内分流^[3]，既心输出量中未进行气体交换的部分血流。将PCBF与肺内分流相加得到心输出量。

CI_NICO与CI_TD相关性良好。本研究中高、低分流组患者CI_NICO与CI_TD的相关系数分别为0.81和0.91。以往动物实验及临床研究也证实了NICO监测仪与热稀释法测定心输出量具有良好的相关性。Haryadi 等以狗为实验动物，发现NICO监测仪与热稀释法测定心输出量显著相关(r=0.93) ^[4]。Crespo等对ICU中采用不同机械通气模式的患者进行观察发现，NICO监测仪与热稀释法测定心输出量的相关性良好(r=0.86) ^[5]。证实了NICO监测仪测定ICU危重患者心输出量是准确的。<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />

肺内分流是影响CI_NICO准确性的重要因素。本研究中低分流组CI_NICO与CI_TD相关性优于高分流组(r=0.91对r=0.81)。低分流组CI_NICO与CI_TD值基本相同，而高分流组CI_NICO明显低于CI_TD。提示肺内分流量低时(＜15%) NICO监测仪测定心输出量更加准确。但是并不能因为肺内分流量高(>15%)时NICO监测仪测定的心输出量偏低而否定其临床价值。临床上，心输出量的变化趋势往往比其数值更有指导意义。本研究中，即使在肺内分流量大的情况下，CI_NICO与CI_TD仍显著正相关，两者变化趋势是一致的。因此，对于肺内分流量高的患者，应用NICO监测心输出量变化趋势同样具有重要的临床意义。

肺内分流高时CI_NICO偏低可能的原因是NICO监测仪计算的肺内分流偏低。对两组患者肺内分流的研究发现，低分流组NICO监测仪与公式法计算的肺内分流无显著差异。而高分流组NICO监测仪计算的肺内分流明显低于公式法。NICO监测仪是通过Nunn分流图来估算肺内分流的。以往经验认为，在肺内分流高的情况下根据Nunn分流图估算的肺内分流偏低，本研究结果也支持这一观点。肺内分流是NICO监测仪测定心输出量的一部分，因此，高分流组NICO监测仪计算的肺内分流偏低导致CI_NICO偏低。临床上，间断输入动脉血气值可纠正NICO监测仪肺内分流计算的偏差，提高心输出量测定的准确性^[6]，在严重ARDS等肺内分流量大的情况下尤为重要。此外，是否存在其它影响NICO监测仪测定心输出量准确性的因素目前尚不清楚，仍需进一步研究。

部分CO₂重复吸入不影响血流动力学。本研究证实CO₂重复吸入过程中，患者的血流动力学参数无明显变化。这说明短暂的部分CO₂重复吸入并不影响血流动力学，对血流动力学不稳定的患者同样适用，Murias等的研究也得到同样结论^[7]。但仍应指出，部分CO₂重复吸入过程间歇地增加了呼吸回路的死腔量。有研究发现，部分CO₂重复吸入可能导致PaCO₂短暂上升10%左右。PaCO₂一过性的上升对绝大多数患者没有影响，但对于急性CO₂储留及颅内压急剧升高的患者应慎用^[8]。

总之，NICO监测仪可完全无创、连续的测定心输出量，不影响血流动力学，适用于实施机械通气的危重患者。CI_NICO与CI_TD相关性良好，肺内分流量是影响CI_NICO准确性的重要因素。

参考文献

1. Gedeon A, Forslund L, Hedenstierna G, et al.  A new method for noninvasive bedside determination of pulmonary blood flow.  Med Biol Eng Comput, 1980, 18 (4) : 411-418.

2. Nunn JF.  Applied respiratory physiology.  4th ED.  Oxford, England: Butterworth Ltd, 1993.  152.

Jaffe MB.  Partial CO₂ rebreathing cardiac output-operating priniciples of the NICO system.  J Clin Monit, 1999, 15 (6) : 387-401.

3. Haryadi DG, Orr JA, Kuck K, et al. Partial CO₂ rebreathing indirect fick technique for non-invasive measurement of cardiac output.  J Clin Monit, 2000, 16 (5) : 361-374.

4. Crespo AS, Albuquerque A, Campos LA, et al.  Can NICO be used in intensive care unit on patients with mixed ventilation patterns and low cardiac outputs. Anesthesiology, 2001, 95 (3 suppl) : 536-540.

5. Kuck K, Hargadi DG, Orr JA, et al. Arterial blood gas measurements improve noninvasive cardiac output estimates from patial CO₂ rebreathingfick technique.  Crit Care Med, 1999, 27 (1 suppl) : 109-113.

6. Murias GE, Villagra A, Vatua S, et al.  Evaluation of a noninvasive method for cardiac output measurement in critical care patients.  Intensive Care Med, 2002, 28 (10) : 1470-1474.

7. Odenstedt H, Stenqvist O, Lundin S. Clinical evaluation of a partial CO₂ rebreathing technique for cardiac outpute monitoring in critically ill patients. Acta Anaesthesiol Scand, 2002, 46 (2) : 152-159.