Starling曲线和中心静脉压

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Starling曲线和中心静脉压

浙江大学附属邵逸夫医院重症医学科

翻译：杨娜 审校：郭丰

重症行者翻译组

摘要

近期的一些研究挑战CVP作为心脏前负荷指标的可靠性。本综述追溯了最早Starling关于心输出量的研究内容以及其后关于CVP循环系统生理学实验的研究历程。总而言之，CVP是一个重要的生理学指标，但并非影响心输出量的独立变量。

概述

1914年英国生理学家Starling提出了一条反映右房压与心输出量之间关系的曲线，随后临床医生们开始使用中心静脉压（central venous pressure, CVP），即右房压作为判断循环血容量是否充足以及心脏前负荷的指标。

临床医生们根据Starling曲线推测，作为横坐标的CVP越低，液体复苏患者的心输出量及每搏输出量应该越高。然而实际上，许多临床操作指南反而推荐低灌注的患者应进行液体复苏直至CVP上升至正常水平。其后随着临床实践经验的积累，这些原有的认知逐渐受到挑战。最开始一项报道指出CVP与全身血容量的金标准检测结果无相关性，随后，两项系统回顾综述指出CVP不能预测重症患者补液实验后心输出量的变化。这些研究结果可能导致对经典Starling曲线的可靠性产生质疑。事实上，上述研究结果与Starling曲线所代表的经典循环系统生理学并不矛盾。

本篇综述追溯了心功能曲线的发展历史以及其在循环系统生理学中所扮演的角色。为了正确使用CVP以及心功能曲线，我们需要认识到研究心功能曲线的动物模型中，CVP是静脉回流量以及心功能的因变量。研究心功能曲线的动物模型与临床实际情况存在一定区别，该模型排除了一些在重症患者中很常见的因素，即心周压力。

心功能曲线

1914年，Starling使用狗离体心肺模型研究影响心输出量的因素（图1）。狗在正压通气下麻醉后进行胸廓切开术，在不伤及肺循环和冠脉循环的情况下，分离下腔静脉及主动脉弓；在主动脉弓处连接一根套管A，将体内循环血液引流至体外循环。左心室通过该套管将血液泵至一个位置较高的储血容器中，重力促使容器中的血液通过另一根套管B回流至上腔静脉。缓慢打开套管B上的夹钳，逐渐增加储血容器回流至右心房的血流量，Starling发现在一定范围内，回流至右心房的血液有多少，左心室可泵出多少血量。由于右心房回流量与主动脉泵血量相同，Starling将这两项均称为心输出量。

打开夹钳后，容器中的血液回流至右心房的速度逐渐增加，右房压起初缓慢升高。然而，心脏所能承受的血液回流速度是有上限的，超过这个限制之后，用Starling的话说，心脏变得“疲乏”，血液淤积在右心房，导致右房压迅速升高。Starling将9次重复实验的结果以9条曲线呈现在同一张图中，其数据未进行统计学分析（图2a）。不过Starling的图中是以右房压为Y轴，以心输出量为X轴。有人说Starling和他的同事没有意识到通常情况下应该将自变量放在X轴，因变量放在Y轴。后人在重新制作Starling曲线的时候，旋转图片将右房压调整到X轴（图2b）。然而Starling的文中并未提及右房压是控制每博射血量或者心脏功能的自变量。实际上，Starling实验的自变量应该是夹钳打开的程度。Starling强调说右房压随回心血量的增加而升高。他认为这个结果说明了在一定范围内心脏能够适应回血血量的变化；当回心血量超过生理上限时，就会导致血液淤积在心脏、心输出量下降。换言之，右房压迅速升高仅提示循环血量可能超过了心脏的正常负荷。

Starling发表的原始图片中心输出量和右房压的关系经常令现在的读者疑惑不解。根据上一段的描述，他的实验中的X轴和Y轴都不是自变量，实际的自变量应该是夹钳打开的程度。按照现在的习惯来说，夹钳打开的程度应该算作X轴，心输出量和右房压应该分别出现在Y轴上（图3）。Starling曲线说明了哺乳动物心脏具备根据回心血量自我调节的能力。一旦回心血量超过心脏负荷能力，右房压迅速升高，心输出量维持不变或者下降。因此，Starling曲线并不意味着右房压升高可增加心输出量。譬如在一些实验中，Starling增加主动脉泵出阻力后，右房压也随之升高，而心输出量并未变化。

实际上，Starling并未积极推广过他的上述结果，在他关于心脏的Linacre课程中，他并未提及这一成果。他自编的课本中也没有提到Starling曲线。对Starling来说，这条曲线仅仅是他陈述心脏工作原理（1aw of the heart）工作中的一小部分。

其他心功能曲线

在Starling发表他的结果的四十年后，Sarnoff和Berglund更全面地阐释了心脏的工作原理。他们在正压通气下麻醉实验狗，进行胸廓切开术，主动脉和左右心房均连接套管，通过一个位置较高的容器向右心房供给血液和液体，通过主动脉上的电磁流量计测量心室功能及心输出量。他们发现，随着回心血量的增加，每搏功和每博射血量上升至一个生理阈值。他们以心房压为X轴绘制结果，其表述方式更贴合现代医生的习惯（图4）。Sarnoff和Berglund的实验是在开胸模型上完成的，在这些实验中，由于容器的高度决定了回心血液的速度，因此心房压力是前负荷的决定因素。然而当存在心包内压及胸膜腔内压时，右房压和心输出量之间的直接关系便不存在，表现为右房压升高与回心血量增加无关，相反随着右房压升高，每搏输出量反倒下降。这提示实际测得的CVP是由回心血量、心包压力及胸膜腔内压共同决定的综合变量。在开胸实验中，心脏周围的压力经常容易被忽略。临床实践中关于CVP的疑惑便大多来源于未把心包压力及胸膜腔内压（统称心周压力，juxta-cardiac pressures）考虑在内。

Sarnoff和Berglund通过增加左心室后负荷及诱导冠脉缺血，降低了心肌顺应性，结果发现，右房压升高而每搏输出量并未升高。他们总结道，对每只实验动物来说，都存在一系列曲线来描述心房压和每搏功或心输出量之间的关系。他们并不认为右房压可以作为调控心输出量的独立变量。

20世纪60年代，Braunwald及其同事在患者中评估了Starling曲线的可靠性。他们把一个金属标记物置入心室，通过放射性电影照相术测量心室容积。Braunwald测量了房颤患者的心室容积，结果发现每搏输出量随心室舒张末容积变化，心室充盈升高会增加每搏输出量。他也发现在做valsalva动作时右室收缩偏倚随心室充盈情况而改变（图5），这是因为深吸气降低了胸廓内压，右房压随之降低，回心血量升高，每搏输出量增加。

以上的实验证明了心脏具备根据前负荷大小进行调节的能力，增加舒张末容积及心肌初长度可加强心室收缩力。心包填塞、正压通气以及心室后负荷增加均会导致心房压力升高而每搏输出量无明显变化。通常人们习惯将CVP设为X轴，但事实上CVP是一个由多个因素所决定的回心血量的指标而已，并非一个独立变量。

Guyton曲线

20世纪50年代到70年代，Guyton明确了外周器官的代谢活动是调节静脉回心血量的关键因素。根据Guyton的模型，静脉回心血量由体循环平均充盈压与右心房之间的压力梯度决定。因此，右房压升高可抑制静脉血的回流，CVP是临床常用的反映右房压的指标。平均充盈压受血容量及容量血管压力影响，而基本不受左心室收缩的影响。

Guyton联合了静脉回流曲线及心功能曲线来模拟体内循环，两条曲线的交叉点决定了心输出量（图6）。静脉回流速度曲线（蓝色）表示静脉血回心的速度，由平均充盈压、右房压及血管阻力共同决定，平均充盈压升高则曲线上移。心功能曲线（红色）表示心输出量，决定于心室后负荷、自主神经张力及许多其他内在因素。心功能下降时该曲线向右下方移位，与静脉回流曲线的交点位置下降，心输出量下降。心功能保持稳定情况下，静脉回心血量上升，与红色曲线交点升高，心输出量升高。红色曲线的平台意味着心脏适应静脉回心血量的增加是有限度的。如果静脉回心血量超过了这个阈值，血液淤积在心脏，心房压力迅速升高。更重要的是，蓝色曲线不变情况下，如心功能不全，两条曲线的交点会发生变化，心输出量下降，右房压升高。

Starling曲线和Sarnoff-Berglund曲线是心脏反应性实验的结果。Guyton将前人的结果进行了整合。当然，循环系统工作机制的复杂程度和补偿机制难以简单地预测和描述。对于患者来说，每个心输出量的决定因素之间都是相互关联的。我们很难仅仅改变单个变量便预测心输出量的反应。正如我们所见，CVP与心输出量之间是相互影响的关系。尽管Guyton将CVP放在了X轴上，并不意味着Guyton认为CVP决定心输出量。

CVP和Starling曲线的临床应用

如上所述，Starling曲线描述了心脏的工作机制，但并未强制说明通过液体复苏提高CVP到一个不正常水平就可以增加心输出量。尽管CVP不能作为一个独立变量预测心输出量，其仍具有较重要的临床意义。首先，CVP升高可能意味着静脉回流阻力增加。临床医生应寻找心周压力升高的原因，包括张力性气胸，心包填塞，过度正压通气。尤其重要的是，CVP升高可以作为未发现的内源性呼气末正压（由肺过度充气所致）的标志物，内源性呼气末正压可能导致休克和死亡。当心周压力过高抑制静脉血回流，临床医生应当考虑补液及使用血管收缩药物以恢复正常压力梯度。

此外，CVP也可作为静脉回流量是否超过心脏适应能力的指标，但值得注意的是，当左心衰及肺水肿时，CVP可保持正常水平。在充血性心力衰竭的患者中，CVP升高而心指数不变，意味着肝肾淤血出现功能不全。CVP上升至4mmHg时死亡风险升高。CVP升高也是严重脓毒症患者肾衰的一个有效的血流动力学标志。

当排除心周压力升高及三尖瓣疾病时，CVP升高常与肺血管阻力增加所致的右心衰相关，通常由于ARDS或急性肺栓塞导致，常见于重症患者。这种情况下，CVP升高可能比肺动脉高压更有预警作用。当肺毛细血管阻力超过右心室的补偿能力之后，肺动脉压力下降，心输出量亦下降。然而，CVP仍会继续升高，血液继续淤积在右心。CVP升高会导致右心室收缩压与舒张压迅速升高，最终导致右室心肌的冠脉灌流梯度下降，灌流减少。

结论

上一节列举了低灌注情况下CVP升高可能存在的情况。可以推测，CVP正常时则不可能存在右房压过高或者心周压力升高等情况。由于CVP可以通过无创的方式测得，临床医生更应该考虑其临床应用。自主通气状况下，超声测量下腔静脉充盈程度可以很好地预测CVP。单独的CVP或者其他任何血流动力学指标，都不能简单地描述循环系统的状态。不过，当病史和体格检查不足提供证据时，临床医生应考虑检查CVP及其他血流动力学指标及超声心动图。

Starling1914年的那篇小样本缺乏统计的论文放到今天，可能很难通过同行评议。然而，接下来一个世纪的研究证实了这条曲线的可靠性。尽管仍存在些许疑惑，Starling曲线仍在循环生理学史上占据重要地位。