中心静脉-动脉血二氧化碳分压差/动脉-中心静脉氧含量差在危重症领域研究进展

王 娜, 李小悦遵义医科大学第五附属(珠海)医院 重症医学科,广东 珠海 519041

氧代谢障碍是诸多急危重症共同的病理生理学基础，危重患者常发生氧供需平衡异常。应激或手术疼痛反应引起组织细胞高代谢，对氧的需求增加[1]。发生感染甚至脓毒症等时，出现微循环瘀滞，组织细胞对氧的摄取能力降低引起缺氧，若不能早期纠正缺氧，组织细胞可产生炎症反应等导致血管内皮损伤，血管通透性增加，细胞间隙水肿造成氧弥散障碍，进一步细胞氧供氧耗平衡异常，甚至引起组织器官功能衰竭[2-3]。早期、准确评估氧代谢状态并纠正氧代谢障碍是提高急危重症患者抢救成功率的关键。现有的乳酸、中心静脉血氧饱和度(central venous oxygen saturation，ScvO2)、中心静脉-动脉血二氧化碳分压差(central venous-arterial carbondioxide difference，Pcv-aCO2)等氧代谢指标可一定程度上表现微观意义的氧代谢障碍，但以上指标达标后仍可能存在组织低灌注，仍有相当数量的患者进展为多器官功能障碍甚至死亡[4]。近年来，Pcv-aCO2/动脉-中心静脉氧含量差(arterial-central venous oxygen content difference，Ca-cvO2)被用于指导脓毒症休克等血流不稳定患者的血流动力学监测，但因其作为呼吸熵的衍生公式，存在理论和实践的误差，其作为危重患者复苏目标存在争议。本研究对Pcv-aCO2/Ca-cvO2在急危重症领域的研究进展做一综述，分析其对氧代谢的评估价值。

1 Pcv-aCO2/Ca-cvO2的概念及理论依据

Pcv-aCO2指物理溶解在中心静脉血中的CO2产生的张力与物理溶解在动脉血中的CO2产生的张力之差。Pcv-aCO2/Ca-cvO2应用于临床氧代谢评估最早来源于呼吸熵(respiratory quotient，RQ)的衍生公式，RQ可反应无氧代谢水平，即RQ =CO2产生量(VCO2)/氧耗量(VO2)，由于生物体大多以糖类和脂肪供能，VCO2/VO2比值范围约为0.7～1.0。目前，直接测定VCO2/VO2较为繁琐，操作难度较大，由于VO2与心脏指数和动脉-混合静脉氧含量差(mixed vein-arterial oxygen content difference,Ca-vO2)成正比， VCO2与心脏指数和混合静脉-动脉CO2含量差(mixed vein-arterial carbon dioxide content difference,Cv-aCO2)成正比，由于混合静脉需放置肺动脉导管操作复杂而中心静脉置管临床较常用，且Cv-aCO2与中心静脉-动脉CO2含量差(central vein-arterial carbon dioxide content difference,Ccv-aCO2)之间存在很好的一致性，所以可近似用Ccv-aCO2代替Cv-aCO2，同理可用Ca-cvO2代替Ca-vO2，因此，VCO2/VO2可简写成Ccv-aCO2/Ca-cvO2，因临床上Ccv-aCO2操作及计算复杂，根据CO2解离曲线，CO2含量和CO2分压几乎成线性关系，因此Pcv-aCO2约等于K×Ccv-aCO2，K为相关系数。所以VCO2/VO2可表示为Pcv-aCO2/Ca-cvO2。在休克的病理状态下，无氧代谢增强，CO2释出增多，Pcv-aCO2升高。而Ca-cvO2可以表示组织氧摄取情况，正常情况下氧分子形成氧浓度梯度差以弥散形式通过血液进入细胞，组织水肿时，弥散间距增加，细胞出现缺氧，导致Ca-cvO2降低。所以Pcv-aCO2/Ca-cvO2升高表明患者无氧代谢增强，且作为进一步使用Ca-cvO2对 Pcv-aCO2进行校正的结果，可以更有力地作为无氧代谢的标志物。因而，Pcv-aCO2/Ca-cvO2值作为反映机体组织缺氧情况的指标具有理论基础。有研究表明，Pcv-aCO2/Ca-cvO2能预测危重患者预后，且较乳酸、乳酸清除率、ScvO2、Pcv-aCO2等传统氧代谢指标更能反映危重患者氧代谢状态及预测危重患者预后[5-6]。利用Pcv-aCO2/Ca-cvO2可鉴别与组织氧债无关的高乳酸血症，能够检测正在进行的无氧代谢，且比乳酸反应更快，可以弥补氧耗下降时ScvO2升高的不足，因式中有Ca-cvO2对 Pcv-aCO2进行校正，可弥补Pcv-aCO2单独反映无氧代谢的不足。

2 Pcv-aCO2/Ca-cvO2的临床应用

2.1 Pcv-aCO2/Ca-cvO2与乳酸、乳酸清除率具有相关性 乳酸及乳酸清除率可反映危重患者氧代谢水平。有研究表明，脓毒症复苏过程中，纠正异常的Pcv-aCO2/Ca-cvO2比值有助乳酸清除[7]。有学者对89例危重患者进行回顾性研究，发现乳酸升高组Pcv-aCO2/Ca-cvO2大于乳酸降低组，且所有O2和CO2衍生参数中，Pcv-aCO2/Ca-cvO2比值与动脉乳酸水平的相关性最高[8]。有研究表明，脓毒症患者Ccv-aCO2/Ca-cvO2和乳酸水平与患者临床转归独立相关，且 Ccv-aCO2/Ca-cvO2和乳酸均异常组患者出现严重器官功能受损率明显高于其他组，说明Ccv-aCO2/Ca-cvO2联合乳酸可以更好的识别死亡风险高的脓毒症患者[9]，也为Pcv-aCO2/Ca-cvO2识别脓毒症患者死亡风险提供依据。也有研究表明，Pcv-aCO2/Ca-cvO2与血浆乳酸浓度具有较好的相关性[10]。以上均提示Pcv-aCO2/Ca-cvO2和乳酸均可反映危重患者氧代谢水平。

2.2 反映无氧代谢能力 Pcv-aCO2/Ca-cvO2可反映危重患者组织器官无氧代谢能力。有研究表明，对98例因感染性休克相关的急性循环衰竭患者进行液体复苏，液体反应被定义为心脏指数增加≥15%，与VO2无应答者相比，VO2应答者(VO2≥15%)具有更高的乳酸水平和Pcv-aCO2/Ca-cvO2比值,且Pcv-aCO2/Ca-cvO2和Ccv-aCO2/Ca-cvO2是比乳酸更可靠的全球厌氧代谢标志物,ScvO2不能预测整体组织缺氧的存在[5]。且另有研究表明Pcv-aCO2/Ca-cvO2比中心静脉氧饱和度更能准确反映氧代谢状态[6]。程书立等[11]将43例感染性休克患者分为Pcv-aCO2/Ca-cvO2<1.8和Pcv-aCO2/Ca-cvO2≥1.8两组，两组ScvO2均≥70%，发现Pcv-aCO2/Ca-cvO2比值能反映组织细胞氧摄取情况，与Pcv-aCO2/Ca-cvO2比值≥1.8的患者比较，Pcv-aCO2/Ca-cvO2<1.8 的患者组织氧供改善显著。

2.3 指导液体复苏 有学者通过用生理盐水对患者进行液体复苏，补液后心输出量増加>10%定义为液体有反应性，发现液体有反应性组补液后Pcv-aCO2/Ca-cvO2显著下降[12]。另有学者将52例感染性休克患者分为两组，分别予Pcv-aCO2/Ca-cvO2和脓毒症休克指南进行液体复苏指导，发现Pcv-aCO2/Ca-cvO2组患者治疗后心输出量、VO2升高，心率、乳酸下降，APACHEⅡ评分下降，住 ICU时间及28 d病死率短于脓毒症休克指南组[13]。在对接受脓毒症休克液体复苏的108例患者进行回顾性筛查中，在液体复苏后6 h，根据Ccv-aCO2/Ca-cvO2比值将患者分为Ccv-aCO2/Ca-cvO2>1和Ccv-aCO2/Ca-cvO2≤1两组，发现Ccv-aCO2/Ca-cvO2>1组第3天器官衰竭序贯评估评分、第7天和第35天病死率高于Ccv-aCO2/Ca-cvO2≤1组，也提示Pcv-aCO2/Ca-cvO2可能能够有效评估复苏成功率[14]。

2.4 反映微循环状态 微循环为组织和细胞提供O2和营养输送，维持血液流动，从而满足细胞O2需求，即使全身供氧充足，但微循环控制紊乱，如发生在感染性休克和其他休克状态，可导致局部组织缺氧[15]。Pcv-aCO2/Ca-cvO2被证明可以间接反映微循环状态。有研究表明，复苏0、6 h的Pcv-aCO2/Ca-cvO2与微循环参数均存在中等程度相关性，提示Pcv-aCO2/Ca-cvO2的变化可反映微循环变化[16]。有研究发现，早期感染性休克患者中，Pcv-aCO2和Pcv-aCO2/Ca-cvO2的升高反映微循环水平的不同改变，Pcv-aCO2与整体血流有关，而Pcv-aCO2/Ca-cvO2与局部氧利用受损和微血管反应性减弱有关[17]。

2.5 预测脓毒症患者预后 有学者选择脓毒症患者复苏后24 h ScvO2高的61例患者进行分析，发现在复苏后的第24天，病死组的Pcv-aCO2、Pcv-aCO2/Ca-cvO2、动脉乳酸水平显著升高，乳酸清除率明显降低， Pcv-aCO2/Ca-cvO2是复苏后高ScvO2脓毒性休克患者ICU病死率的独立预测因子[18]。有研究表明，与脓毒症存活组患者比较，脓毒症病死组患者入院时Pcv-aCO2/Ca-cvO2显著增高，乳酸水平显著增高，ScvO2显著降低，心输出量降低，APACHEⅡ评分增高，Pcv-aCO2/Ca-cvO2在预测患者死亡中的曲线下面积高于Ca-cvO2、Pcv-aCO2、乳酸、ScvO2和 急性生理与慢性健康评分[19]。也有研究表明，Pcv-aCO2和Pcv-aCO2/Ca-cvO2比值均可较好预测重症患者28 d病死率[20]。

2.6 预测心脏术后及先心病术后并发症发生率 准确评估体外循环术后患者的心肌氧供和氧耗非常重要。心脏手术后， ScvO2和血清乳酸浓度常用于指导复苏。然而，这两个指标都不是完全可靠的整体组织缺氧指标。Pcv-aCO2/Ca-cvO2指导复苏较ScvO2和血清乳酸浓度更具特异性和敏感性[21]。有学者选取94例心脏手术容量负荷试验后氧输送(DO2)增加≥10%的患者进行研究，受试者工作特征曲线分析得出Pcv-aCO2、Pcv-aCO2/Ca-cvO2分别判断VO2/DO2依赖的受试者工作特征曲线下面积为0.750、0.965，乳酸、ScvO2对判断VO2/DO2依赖无价值，提示Pcv-aCO2/Ca-cvO2是反映体外循环心脏术后VO2/DO2依赖的良好指标[22]。有学者采用受试者工作特征曲线和多因素Logistic回归分析得出体外循环心脏手术后Pcv-aCO2/Ca-cvO2为主要器官发病率和病死率的显著预测因子，但也同时表明，Pcv-aCO2/Ca-cvO2或Pv-aCO2/Ca-vO2虽可预测心脏手术术后并发症，但单独的Pcv-aCO2预测术后并发症的能力优于Pcv-aCO2/Ca-cvO2或Pv-aCO2/Ca-vO2，原因可能为Pcv-aCO2/Ca-cvO2的计算比较复杂及其为VCO2/VO2衍生公式，受干扰因素较多[23]。也有学者提出心脏手术后患者Pcv-aCO2/Ca-cvO2与总体无氧代谢无关，不能预测液体刺激时VO2增加的能力，提出可能原因为不同研究人群之间的差异，例如脓毒症人群和心脏手术人群可能存在不同的微循环病理生理改变，心脏手术的微循环改变可能是由体外循环血液稀释和手术期间的温度变化引起的，血液稀释可以改变CO2压力和CO2含量之间的关系，这些变化与动静脉氧差、全身氧消耗、CO2和O2扩散的改变有关，因而存在不同O2和CO2相关的全身参数[24]，因此Pcv-aCO2/Ca-cvO2预测心脏手术后无氧代谢能力尚存在争议。有学者选取30例紫绀型先心病心肺转流期间接受心脏手术的患儿，比较各时间点高Pcv-aCO2/Ca-cvO2和高乳酸婴幼儿中急性肾损伤发生率，结果显示 Pcv-aCO2/Ca-cvO2高于0.35时能判断低氧且对术后急性肾损伤的预测价值优于乳酸[25]。

3 Pcv-aCO2/Ca-cvO2尚存在的不足

3.1 Pcv-aCO2和Ccv-aCO2的理论误差 CO2解离曲线在CO2含量最高的范围内，二者的关系趋于平缓，CO2含量的进一步增加会导致CO2分压增加，即两者变化程度趋于一致，从理论上讲，Pcv-aCO2/Ca-cvO2可能代替Ccv-aCO2/Ca-cvO2，但是受荷尔登效应影响，组织摄取O2后，血红蛋白优先与血液中的CO2结合，导致出现Pcv-aCO2比Ccv-aCO2升高[9]。代谢性酸中毒,血液稀释,血红蛋白等改变CO2从血红蛋白解离的因素也会增加Pcv-aCO2，而Ccv-aCO2可能保持不变，对Pcv-aCO2与Ca-cvO2的比值的影响甚至高于实际RQ变化所产生的影响，因此，Pcv-aCO2/ Ca-cvO2误导真实的RQ值[26]。根据CO2解离曲线的曲线特征，在较高的CO2含量范围内，Pcv-aCO2与Ccv-aCO2的一致性较好，而当解离曲线的斜率变平缓时，Pcv-aCO2的大幅增加实际上可能代表少量Ccv-aCO2增加。此外，在再灌注损伤和血液稀释的实验研究中，Pcv-aCO2/Ca-cvO2与实际RQ相关性较差[27]。当多巴酚丁胺导致心排血量和氧转运量大幅增加及其他高心输出状态(如败血症休克)中，尽管存在明显的低灌注，Ca-cvO2降低，然而Pcv-aCO2保持不变。动静脉瘘形成、合并甲亢、合并慢性贫血等病理性心脏高排血量时，对患者进行Pcv-aCO2检测，异常的心输出将掩盖CO2的真实生成与蓄积情况[9，26]。因此，Pcv-aCO2/Ca-cvO2是否可以替代呼吸商，在氧代谢研究领域存在争论。

3.2 中央静脉和混合静脉样本之间的理论误差 由于采血部位不同，使用混合静脉血监测的Pv-aCO2理论上比Pcv-aCO2更能反映整体循环的CO2清除状况和无氧代谢水平，临床工作中混合静脉需放置肺动脉导管，指标较难测得，因而使用中心静脉进行测定，但中心静脉并不能完全代替混合静脉样本，有学者研究23例留置肺动脉导管的脓毒症患者，利用Bland-Altman图分析得出Pv-aCO2/Ca-VO2与Pcv-aCO2/Ca-cvO2的一致性较差，Pv-aCO2与Pcv-aCO2的一致性较差,Pv-aCO2/Ca-vO2明显依赖于血红蛋白水平,尚不能相互取代,这两种测量方法是不可互换的[26]。

3.3 SvO2和ScvO2的误差 Pcv-aCO2/Ca-cvO2计算公式中需要计算ScvO2，SvO2能够反映全身氧代谢，但对其监测需放置肺动脉漂浮导管，増加操作的难度。因此临床上，常用ScvO2代替SvO2。但对于SvO2和ScvO2的一致性仍存在争议。有研究表明，在一定条件下，ScvO2可替代SvO2评估患者氧代谢情况，具有较好的相关性，且ScvO2与SvO2的变化值较其绝对值的相关性更好。然而，也有硏究表明，二者缺乏良好的一致性。有学者发现两者的相关性与中与静脉导管置入的位置密切相关，当中心静脉导管末端距右心房开口15 cm时，ScvO2较SvO2升高约8%，当导管末端位于右心房时，ScvO2较SvO2升髙仅1%[28]。且临床上重症患者经常放置的是股静脉导管，股静脉血氧饱和度(femoral venous oxygen saturation,SfvO2)与ScvO2存在显著差异，超过50%的ScvO2和SfvO2值偏离超过5%[29]。在一项研究中，100例病情稳定的心脏病患者、30例外科患者和30例危重患者被纳入研究，尽管检测到SfvO2和ScvO2值之间存在显著相关性，但一致性较差[30]。

3.4 Pcv-aCO2/Ca-cvO2比值不能反映组织局部低氧及低灌注情况 通过Pcv-aCO2/Ca-cvO2计算的是血流流经全身后的数据，反映全身无氧代谢情况，缺乏局部组织灌注的局部监测,在全身性炎症、脓毒症和休克状态下，大循环血流是正常的，而微循环血流是可变的，微循环功能障碍可能在器官衰竭的病理生理过程中起关键作用，因为其在气体和营养交换中起着基础性作用。影响微循环调节的因素很多，在某些疾病状态下，组织的氧耗或氧输送，以及流向毛细血管的血液分布都可能存在变异。因此，在评估和监测全身氧代谢指标的同时，还要对微循环进行评估和监测。目前，非侵入性微循环评估方法包括近红外光谱、多普勒血流测定、胃张力测定、舌下碳量测定、经皮CO2测量等。同时，肺部通气血流比异常时，Pcv-aCO2/Ca-cvO2也受其影响，例如当心排血量出现下降，肺血流下降，单位体积的血通过肺循环的时间更长，气血交换时间更长，即使没有额外的CO2生产，由于CO2弥散増多，式中Pcv-aCO2出现升高。可能导致结果存在一定误差[12]。

3.5 RQ本身表示无氧代谢欠缺标准参考值 由于RQ受摄入物质种类影响，大致取值0.7～1.0，但缺乏具体定值，所以应以其衍生公式Pcv-aCO2/Ca-cvO2的增值来表示无氧代谢，而不是设定一具体值表示无氧代谢。

3.6 变量增多增加测量误差并减少可重复性 可重复性是指在相同的测量条件下，对相同参数的重复测量的相似程度。变量增多增加测量误差，减少可重复性，因此，公式中的变量越多，结果的不确定性就越大。即Pcv-aCO2/Ca-cvO2比值的内在可变性是显著的，即使它所依赖的参数在受试者内部可变性很小，其在短时间间隔内重复测量会发生变化。有研究表明，Pcv-aCO2较Pcv-aCO2/Ca-cvO2的重复性较好[31]。临床医师应考虑到这种内在的可变性，并根据这些做出合理的临床决策。

综上所述，Pcv-aCO2/Ca-cvO2用于评估危重患者氧代谢水平有理论和实践的可行性，但也应该注意其存在的误差及应用局限性，临床工作中应结合多个氧代谢指标及其他传统血流动力学指标进行综合评估，以便准确评估危重患者氧代谢状态，提高危重患者救治水平。