脈搏灌注指數變異是新一代脈氧飽和度監測儀上集成的參數。它在預測患者的擴容反應性上敏感性好，特異性高，并且能夠無創、自動、連續地在床旁對患者進行監測，臨床應用前景巨大。現就脈搏灌注指數變異的研究背景、基本原理和測量方法、臨床應用研究進展、局限性等方面作一綜述。
引用本文： 李林佶, 魏新川. 脈搏灌注指數變異在容量治療中的研究進展. 華西醫學, 2015, 30(4): 793-796. doi: 10.7507/1002-0179.20150226 復制
近年來，目標導向性容量治療在臨床實踐中的作用越來越受到臨床醫師的重視。有研究表明，利用它早期對血流動力學進行優化可以改善危重患者的結局[1]，降低大手術患者術后胃腸并發癥[2]及院內獲得性感染的發生率[3]，縮短患者的住院時間[4]，降低患者的重癥醫學科（ICU）入住率[5]。目標導向性容量治療要求采用那些易于監測，并能及時對術中的處理作出反應的監測指標指導容量治療[6]。臨床上對理想“目標”的尋找從未停止過。亦有多項研究表明，目前臨床上常用的一些反映心臟前負荷的傳統靜態監測指標，如中心靜脈壓（CVP）、肺毛細血管嵌壓等，在準確預測患者容量反應性上作用有限[7-8]。用SWAN-GANZ漂浮導管監測心輸出量（CO）一度被認為是對危重患者最好的血流動力學監測方法，但由于操作可能增加并發癥及病死率[9]，限制了其臨床應用。經食道超聲心動圖（TEE）可無創評估術中患者的容量狀況[10]，但設備昂貴，操作技術需專門培訓。近年來出現了一系列基于心肺相互作用，并伴隨機械通氣呈現周期性變化的動態指標，如動脈壓力來源的每搏輸出量變異、動脈脈壓變異、動脈收縮壓變異以及脈搏來源的脈搏氧體表描計圖波形幅度變異（△POP）、脈搏灌注指數變異（PVI）等。研究表明，它們都是預測容量反應性敏感而可靠的指標[8, 11-13]。然而前三者需有創操作，△POP的信號雖可無創獲得，但對其數據的記錄和分析需要專門的軟件以及專門的技術人員人工操作[12]。PVI作為一種無創、自動、瞬時連續的監測指標，已被證實與△POP密切相關[13]，是目前容量治療研究的新熱點。
1 基本原理和測量方法
心肺相互作用是指呼吸周期中胸腔內壓的變化與其導致的相應血流動力學變化之間的關系。吸氣相時，胸腔內壓增大，回心血量減小；呼氣相時，胸腔內壓減小，回心血量增大。CO、脈壓、脈搏波幅等的變化皆由回心血量的變化衍生而來，這些指標的最大值與最小值之間的差異可以反映它們在呼吸周期中的變異程度。由Frank-Starling定律可知，當心臟處于心功能曲線的上升段時，擴容引起的前負荷增加可以顯著增加CO，容量反應性好，這時各指標的變異程度大；當心臟處于心功能曲線的平臺段時，擴容幾乎不能增加CO，容量反應性差，這時各指標的變異程度小[14]。圍手術期血流動力學的優化實際是對機體氧供的優化，而通過擴容使CO達到心功能曲線的平臺段是其重要方面。理論上，這可以通過上述指標變異度的監測得知。可見，上述動態指標可以預測機體的容量反應性，從而指導容量治療。
PVI是新一代脈搏氧飽和度監測儀（Masimo Radical 7，美國Masimo Corporation公司）上集成的參數。將脈氧儀探頭與測量部位[15]連接并避光就可以在顯示屏上連續監測PVI。它的基本原理也是根據測量部位組織對脈搏氧探頭所發出的紅光及紅外光的吸收，將搏動性組織（隨脈搏變化著的末梢小動脈血流）吸收的光量記為AC，非搏動性組織（皮膚、肌肉以及靜脈血等）吸收的光量記為DC，則脈搏灌注指數（PI）定義為搏動性組織與非搏動性組織吸收光量的比值，即PI=（AC/DC）×100%，其數值大小反映了測量部位的局部灌注狀態。PVI反映PI在呼吸周期中的變異程度，將呼吸周期中PI的最大值記為PI），最小值記為PImin，則PVI=（PPImax-PImin）/PPImax×100%。PVI的范圍為1～100，一般認為其值＞15提示患者的容量不足。
2 臨床應用研究進展
2.1 PVI用于“穩定狀態”患者
對于PVI預測容量反應性的研究，首先是在全身麻醉（全麻）機械通氣的“穩定狀態”患者中進行的。Cannesson等[13]選取了25例擇期行冠狀動脈旁路移植術的患者，于全麻誘導后，手術開始前快速輸注500 mL膠體液，以輸液后心指數（CI）增加百分比（△CI）≥15%區分對擴容有無反應性。對擴容前PVI的基線值與△CI作相關性分析并繪制受試者工作特征曲線（ROC曲線）發現：① PVI基線值越高，△CI越高（r=0.67，P＜0.01）；② PVI診斷閾值為14%時，靈敏度、特異度分別為81.0%、100.0%，曲線下面積（AUC）為0.927。蔡勤芳等[16]在25例全麻腹部手術患者中得出的PVI診斷閾值為13.5%，靈敏度、特異度分別為88.2%、87.5%，另一些相關研究也得出類似的結論[17-18]。綜上所述，PVI可敏感而可靠地預測穩定狀態患者的容量反應性。
2.2 PVI用于術中患者
手術中的某些刺激（如疼痛）和操作（如肝臟手術處理下腔靜脈）可能引起血管張力或血流動力學的改變，影響PVI的準確度。Hood等[17]研究了PVI在腸道手術中預測容量反應性的能力，發現與術前穩定狀態相比，手指處PVI值術中的靈敏度和特異度都有所下降。Vos等[19]報道的肝臟切除術中PVI預測容量反應性的AUC值也明顯低于前述穩定狀態。由此可見，PVI能夠預測術中患者的容量反應性，但預測價值較穩定狀態降低。
2.3 PVI用于ICU患者
ICU患者常常伴有血流動力學的不穩定，而擴容往往是首要的必不可少的處理方式。然而過度擴容會導致間質水腫，降低心肌順應性，影響氧氣向組織擴散[20]。Loupec等[21]研究了PVI在40例ICU患者中預測容量反應性的能力，結果發現擴容前PVI值與擴容后CO增加的百分比密切相關（r=0.72，P＜0.000 1），PVI閾值為17%時，預測容量反應性的靈敏度和特異度分別為95%和91%，AUC為0.88。而最近Monnet等[22]的研究卻發現，以16%為閾值，PVI的靈敏度僅為47%，特異度為90%，AUC也僅為0.68，認為此兩項研究結果的差異可能來自于納入病例中膿毒性休克患者的比例及去甲腎上腺素泵注量的差別。提示在使用PVI監測ICU患者的容量反應性時，應注意患者的基線狀況對PVI測量值的影響。實際上，ICU患者的病情復雜多樣，有很多其他因素（如自主呼吸、機械通氣患者呼吸參數的設置、心律失常、重度心功能不全等）也可能影響PVI的準確性和穩定性，尚需進一步分層研究明確各種因素的影響程度，這與PVI在不同ICU患者中的實際應用價值密切相關。
2.4 PVI用于小兒
對小兒血管內容量狀況的評估一直是臨床工作中懸而未決的難題。小兒的心血管系統尚未發育成熟，臨床常用的監測無創血壓、心率等常常不能對少量的失血和低容量狀況作出及時的反應。而在大多數小兒手術中，由于操作的困難性及可能帶來的并發癥，有創監測（如有創血壓、CVP等）并不常用。因此，對PVI預測小兒容量反應性的研究有其必要性。Renner等[23]研究了27例全麻機械通氣下擬行先天性心臟病手術的患兒，發現主動脈峰值流速在呼吸周期中的變異（△Vpeak，AUC=0.92，P=0.000 2）和PVI（AUC=0.79，P=0.01）都可以有效預測小兒的容量反應性，而心率（AUC=0.53，P=0.75）和CVP（AUC=0.57，P=0.52）無預測價值。Byon等[24]研究了33例全麻機械通氣下行神經外科手術的患兒，也證實了△Vpeak（AUC=0.804）和PVI（AUC=0.767）預測小兒容量反應性的能力。值得注意的是，在該研究中，動脈脈壓變異（AUC=0.544）和動脈收縮壓變異（AUC=0.578）等動態參數未表現出對小兒容量反應性的預測作用，這可能是由于小兒的動脈血管張力較低，CO增加造成的壓力變化容易被管壁吸收，從而無法在壓力波形上得到反映。因為△Vpeak是通過超聲技術獲得，其準確性受操作者經驗水平影響較大，所以PVI作為一種無創、自動、連續的監測手段可能會在小兒容量治療中發揮重要作用。
2.5 PVI用于指導容量治療
Forget等[25]對PVI導向性的容量治療是否能夠改善患者的結局作了初步的探索。他們將82例腹部手術患者隨機分為PVI導向組和對照組（以CVP和平均動脈壓為導向）分別進行術中液體的管理。結果發現：PVI導向組的術中輸液總量、術中最高乳酸水平、術后24 h乳酸水平、術后48 h乳酸水平均顯著低于對照組。由于乳酸水平增高可間接反映組織缺氧及能量代謝障礙[26]，說明PVI導向的容量治療能夠優化患者的容量狀況，改善組織灌注。
3 局限性
PVI作為一種脈搏來源的基于心肺相互作用的動態參數，其準確度和穩定度受到一切與心肺相互作用關系和脈搏信號有關的因素的影響。
首先，心肺相互作用關系的穩定要求患者胸腔閉合，必須為竇性心律，且處于深度鎮靜的機械通氣狀態（容量控制模式）。其次，潮氣量、呼氣末正壓[27]的大小也直接影響心肺相互作用關系。有文獻報道，當潮氣量≥8 mL/kg時，動態參數才對容量反應性具有準確預測能力[28]，這可能是由于過小的潮氣量導致的心肺相互作用不夠顯著，以至于不能被測出。影響脈搏信號最主要的因素是血管張力及測量部位末梢的灌注。導致血管張力改變的原因很多，如血管活性藥物的使用、疼痛的刺激、椎管內麻醉、臂叢麻醉等；末梢的灌注受到各種外周血管病、休克、低溫等的影響。因此，我們在使用PVI預測患者的容量反應性時，應考慮到上述因素對測量結果的影響。
綜上所述，PVI多用于如下情況：① 患者建立有創監測和TEE的風險及損傷大于受益。② 患者的末梢灌注好，足以獲得脈搏信號（一般認為PI＞1時，PVI較為可信）。對于血流動力學及體溫波動巨大的手術（如心內直視手術、肝移植等），TEE及有創監測依舊是必不可少的（因為心肺相互作用關系被破壞及末梢灌注無法保證）。總之，在合適的條件下，PVI預測低血容量（敏感性）及高血容量（特異性）的能力都是可靠的。另外，現有文獻所報道的PVI最佳閾值不盡相同，這可能與納入患者的基線狀況不同有關。目前尚無針對不同患者PVI最佳閾值的多中心、大樣本研究，故不同患者PVI的參考值范圍也尚未確立，需要進一步研究予以明確。
4 結語
PVI作為一種無創、瞬時、自動連續的功能性血流動力學監測指標，可以準確地預測患者的容量反應性，具有廣闊的發展前景。目前針對PVI的研究尚處于初級階段，多停留在探索PVI對不同基線狀況患者容量反應性的預測價值，且多為單中心、小樣本量的研究，也遠未覆蓋各種類型的患者。由于PVI在不同狀況下預測容量反應性的最佳閾值及參考值范圍尚未確立，目前對PVI導向性的容量治療能否改善患者預后尚缺乏足夠證據，這是今后PVI研究的重要方向。另外，由于PVI測量值的準確性和穩定性受到前述多種因素的影響，故臨床上還需結合患者的病史、癥狀、體征及其他血流動力學監測指標等對患者的容量狀況作出綜合判斷，從而更好地指導患者的容量治療。
近年來，目標導向性容量治療在臨床實踐中的作用越來越受到臨床醫師的重視。有研究表明，利用它早期對血流動力學進行優化可以改善危重患者的結局[1]，降低大手術患者術后胃腸并發癥[2]及院內獲得性感染的發生率[3]，縮短患者的住院時間[4]，降低患者的重癥醫學科（ICU）入住率[5]。目標導向性容量治療要求采用那些易于監測，并能及時對術中的處理作出反應的監測指標指導容量治療[6]。臨床上對理想“目標”的尋找從未停止過。亦有多項研究表明，目前臨床上常用的一些反映心臟前負荷的傳統靜態監測指標，如中心靜脈壓（CVP）、肺毛細血管嵌壓等，在準確預測患者容量反應性上作用有限[7-8]。用SWAN-GANZ漂浮導管監測心輸出量（CO）一度被認為是對危重患者最好的血流動力學監測方法，但由于操作可能增加并發癥及病死率[9]，限制了其臨床應用。經食道超聲心動圖（TEE）可無創評估術中患者的容量狀況[10]，但設備昂貴，操作技術需專門培訓。近年來出現了一系列基于心肺相互作用，并伴隨機械通氣呈現周期性變化的動態指標，如動脈壓力來源的每搏輸出量變異、動脈脈壓變異、動脈收縮壓變異以及脈搏來源的脈搏氧體表描計圖波形幅度變異（△POP）、脈搏灌注指數變異（PVI）等。研究表明，它們都是預測容量反應性敏感而可靠的指標[8, 11-13]。然而前三者需有創操作，△POP的信號雖可無創獲得，但對其數據的記錄和分析需要專門的軟件以及專門的技術人員人工操作[12]。PVI作為一種無創、自動、瞬時連續的監測指標，已被證實與△POP密切相關[13]，是目前容量治療研究的新熱點。
1 基本原理和測量方法
心肺相互作用是指呼吸周期中胸腔內壓的變化與其導致的相應血流動力學變化之間的關系。吸氣相時，胸腔內壓增大，回心血量減小；呼氣相時，胸腔內壓減小，回心血量增大。CO、脈壓、脈搏波幅等的變化皆由回心血量的變化衍生而來，這些指標的最大值與最小值之間的差異可以反映它們在呼吸周期中的變異程度。由Frank-Starling定律可知，當心臟處于心功能曲線的上升段時，擴容引起的前負荷增加可以顯著增加CO，容量反應性好，這時各指標的變異程度大；當心臟處于心功能曲線的平臺段時，擴容幾乎不能增加CO，容量反應性差，這時各指標的變異程度小[14]。圍手術期血流動力學的優化實際是對機體氧供的優化，而通過擴容使CO達到心功能曲線的平臺段是其重要方面。理論上，這可以通過上述指標變異度的監測得知。可見，上述動態指標可以預測機體的容量反應性，從而指導容量治療。
PVI是新一代脈搏氧飽和度監測儀（Masimo Radical 7，美國Masimo Corporation公司）上集成的參數。將脈氧儀探頭與測量部位[15]連接并避光就可以在顯示屏上連續監測PVI。它的基本原理也是根據測量部位組織對脈搏氧探頭所發出的紅光及紅外光的吸收，將搏動性組織（隨脈搏變化著的末梢小動脈血流）吸收的光量記為AC，非搏動性組織（皮膚、肌肉以及靜脈血等）吸收的光量記為DC，則脈搏灌注指數（PI）定義為搏動性組織與非搏動性組織吸收光量的比值，即PI=（AC/DC）×100%，其數值大小反映了測量部位的局部灌注狀態。PVI反映PI在呼吸周期中的變異程度，將呼吸周期中PI的最大值記為PI），最小值記為PImin，則PVI=（PPImax-PImin）/PPImax×100%。PVI的范圍為1～100，一般認為其值＞15提示患者的容量不足。
2 臨床應用研究進展
2.1 PVI用于“穩定狀態”患者
對于PVI預測容量反應性的研究，首先是在全身麻醉（全麻）機械通氣的“穩定狀態”患者中進行的。Cannesson等[13]選取了25例擇期行冠狀動脈旁路移植術的患者，于全麻誘導后，手術開始前快速輸注500 mL膠體液，以輸液后心指數（CI）增加百分比（△CI）≥15%區分對擴容有無反應性。對擴容前PVI的基線值與△CI作相關性分析并繪制受試者工作特征曲線（ROC曲線）發現：① PVI基線值越高，△CI越高（r=0.67，P＜0.01）；② PVI診斷閾值為14%時，靈敏度、特異度分別為81.0%、100.0%，曲線下面積（AUC）為0.927。蔡勤芳等[16]在25例全麻腹部手術患者中得出的PVI診斷閾值為13.5%，靈敏度、特異度分別為88.2%、87.5%，另一些相關研究也得出類似的結論[17-18]。綜上所述，PVI可敏感而可靠地預測穩定狀態患者的容量反應性。
2.2 PVI用于術中患者
手術中的某些刺激（如疼痛）和操作（如肝臟手術處理下腔靜脈）可能引起血管張力或血流動力學的改變，影響PVI的準確度。Hood等[17]研究了PVI在腸道手術中預測容量反應性的能力，發現與術前穩定狀態相比，手指處PVI值術中的靈敏度和特異度都有所下降。Vos等[19]報道的肝臟切除術中PVI預測容量反應性的AUC值也明顯低于前述穩定狀態。由此可見，PVI能夠預測術中患者的容量反應性，但預測價值較穩定狀態降低。
2.3 PVI用于ICU患者
ICU患者常常伴有血流動力學的不穩定，而擴容往往是首要的必不可少的處理方式。然而過度擴容會導致間質水腫，降低心肌順應性，影響氧氣向組織擴散[20]。Loupec等[21]研究了PVI在40例ICU患者中預測容量反應性的能力，結果發現擴容前PVI值與擴容后CO增加的百分比密切相關（r=0.72，P＜0.000 1），PVI閾值為17%時，預測容量反應性的靈敏度和特異度分別為95%和91%，AUC為0.88。而最近Monnet等[22]的研究卻發現，以16%為閾值，PVI的靈敏度僅為47%，特異度為90%，AUC也僅為0.68，認為此兩項研究結果的差異可能來自于納入病例中膿毒性休克患者的比例及去甲腎上腺素泵注量的差別。提示在使用PVI監測ICU患者的容量反應性時，應注意患者的基線狀況對PVI測量值的影響。實際上，ICU患者的病情復雜多樣，有很多其他因素（如自主呼吸、機械通氣患者呼吸參數的設置、心律失常、重度心功能不全等）也可能影響PVI的準確性和穩定性，尚需進一步分層研究明確各種因素的影響程度，這與PVI在不同ICU患者中的實際應用價值密切相關。
2.4 PVI用于小兒
對小兒血管內容量狀況的評估一直是臨床工作中懸而未決的難題。小兒的心血管系統尚未發育成熟，臨床常用的監測無創血壓、心率等常常不能對少量的失血和低容量狀況作出及時的反應。而在大多數小兒手術中，由于操作的困難性及可能帶來的并發癥，有創監測（如有創血壓、CVP等）并不常用。因此，對PVI預測小兒容量反應性的研究有其必要性。Renner等[23]研究了27例全麻機械通氣下擬行先天性心臟病手術的患兒，發現主動脈峰值流速在呼吸周期中的變異（△Vpeak，AUC=0.92，P=0.000 2）和PVI（AUC=0.79，P=0.01）都可以有效預測小兒的容量反應性，而心率（AUC=0.53，P=0.75）和CVP（AUC=0.57，P=0.52）無預測價值。Byon等[24]研究了33例全麻機械通氣下行神經外科手術的患兒，也證實了△Vpeak（AUC=0.804）和PVI（AUC=0.767）預測小兒容量反應性的能力。值得注意的是，在該研究中，動脈脈壓變異（AUC=0.544）和動脈收縮壓變異（AUC=0.578）等動態參數未表現出對小兒容量反應性的預測作用，這可能是由于小兒的動脈血管張力較低，CO增加造成的壓力變化容易被管壁吸收，從而無法在壓力波形上得到反映。因為△Vpeak是通過超聲技術獲得，其準確性受操作者經驗水平影響較大，所以PVI作為一種無創、自動、連續的監測手段可能會在小兒容量治療中發揮重要作用。
2.5 PVI用于指導容量治療
Forget等[25]對PVI導向性的容量治療是否能夠改善患者的結局作了初步的探索。他們將82例腹部手術患者隨機分為PVI導向組和對照組（以CVP和平均動脈壓為導向）分別進行術中液體的管理。結果發現：PVI導向組的術中輸液總量、術中最高乳酸水平、術后24 h乳酸水平、術后48 h乳酸水平均顯著低于對照組。由于乳酸水平增高可間接反映組織缺氧及能量代謝障礙[26]，說明PVI導向的容量治療能夠優化患者的容量狀況，改善組織灌注。
3 局限性
PVI作為一種脈搏來源的基于心肺相互作用的動態參數，其準確度和穩定度受到一切與心肺相互作用關系和脈搏信號有關的因素的影響。
首先，心肺相互作用關系的穩定要求患者胸腔閉合，必須為竇性心律，且處于深度鎮靜的機械通氣狀態（容量控制模式）。其次，潮氣量、呼氣末正壓[27]的大小也直接影響心肺相互作用關系。有文獻報道，當潮氣量≥8 mL/kg時，動態參數才對容量反應性具有準確預測能力[28]，這可能是由于過小的潮氣量導致的心肺相互作用不夠顯著，以至于不能被測出。影響脈搏信號最主要的因素是血管張力及測量部位末梢的灌注。導致血管張力改變的原因很多，如血管活性藥物的使用、疼痛的刺激、椎管內麻醉、臂叢麻醉等；末梢的灌注受到各種外周血管病、休克、低溫等的影響。因此，我們在使用PVI預測患者的容量反應性時，應考慮到上述因素對測量結果的影響。
綜上所述，PVI多用于如下情況：① 患者建立有創監測和TEE的風險及損傷大于受益。② 患者的末梢灌注好，足以獲得脈搏信號（一般認為PI＞1時，PVI較為可信）。對于血流動力學及體溫波動巨大的手術（如心內直視手術、肝移植等），TEE及有創監測依舊是必不可少的（因為心肺相互作用關系被破壞及末梢灌注無法保證）。總之，在合適的條件下，PVI預測低血容量（敏感性）及高血容量（特異性）的能力都是可靠的。另外，現有文獻所報道的PVI最佳閾值不盡相同，這可能與納入患者的基線狀況不同有關。目前尚無針對不同患者PVI最佳閾值的多中心、大樣本研究，故不同患者PVI的參考值范圍也尚未確立，需要進一步研究予以明確。
4 結語
PVI作為一種無創、瞬時、自動連續的功能性血流動力學監測指標，可以準確地預測患者的容量反應性，具有廣闊的發展前景。目前針對PVI的研究尚處于初級階段，多停留在探索PVI對不同基線狀況患者容量反應性的預測價值，且多為單中心、小樣本量的研究，也遠未覆蓋各種類型的患者。由于PVI在不同狀況下預測容量反應性的最佳閾值及參考值范圍尚未確立，目前對PVI導向性的容量治療能否改善患者預后尚缺乏足夠證據，這是今后PVI研究的重要方向。另外，由于PVI測量值的準確性和穩定性受到前述多種因素的影響，故臨床上還需結合患者的病史、癥狀、體征及其他血流動力學監測指標等對患者的容量狀況作出綜合判斷，從而更好地指導患者的容量治療。