如何评估组织氧合？

介绍

血流动力学复苏的主要目标是实现充分的组织氧合。氧向细胞的转移是由两个重要的机制驱动的：对流和扩散。扩散对应于氧的“短距离”转移，氧从肺泡加载到肺毛细血管水平的红细胞，以及氧从组织毛细血管通过间质空间卸载到线粒体。对流对应于氧气从肺部毛细血管通过心脏到组织中毛细血管的“长距离”输送。氧合血液从肺部到组织的运输取决于心输出量，决定了全身的氧输送（DO2），驱动区域灌注的器官灌注压，最后在器官灌注和主要是局部因素（内皮功能障碍、后向交流受损、糖萼改变、白细胞和血小板的滚动和粘附）的影响下，流量分配到营养性毛细血管（微循环灌注）。

除灌注外，组织氧合还取决于动脉氧含量，因此取决于血红蛋白和 O2 饱和度。虽然动脉血氧含量很容易通过血气分析确定，但应该注意的是，中心动脉含量可能无法反映微血管动脉含量。首先，由于内皮细胞表面存在血浆层，大动脉中的血红蛋白含量高于毛细血管。其次，由于内皮细胞局部消耗 O2，交换毛细血管中的微血管 PO2 低于上游小动脉 。因此，微血管动脉含量低于中央动脉含量。

因此，组织的氧供应取决于运输系统的对流和扩散部分的适当运作。最后一步是在细胞机制中利用氧，因此取决于线粒体功能。

组织氧合是一个复杂的术语，指的是在组织水平上使用氧。由于给定的耗氧量可能无法反映真实的耗氧量，因此组织氧合通常由替代指标估算。组织氧合的估计包括测量 DO2 和耗氧量 (VO2) 之间的关系、评估组织灌注和评估氧化还原状态。在这篇综述中，我们将讨论这些对危重患者组织氧合作用的估计的各自意义（表 1）。

直接测量组织氧合的技术

全身和局部氧耗/氧输送关系

全身VO2的测量是对身体所消耗的O2总量的直接测量。不幸的是，给定的VO2值信息量很小，因为它不能反映消耗的O2量是否符合氧的需要（休克可能限制细胞可用的O2量）。此外，VO2随细胞代谢而明显变化，而细胞代谢受许多因素的影响，如温度、甲状腺激素、疼痛或镇静、运动等，因此，很难预测特定病人在特定时间的适当VO2水平。估计是否满足 O2 要求的另一种方法是操纵 DO2。如果 VO2 不能满足 O2 要求，则 DO2 的操作将与 VO2 的变化相关（VO2 和 DO2 的协方差），而如果满足 O2 要求，VO2 将独立于 DO2 的变化。

VO2 和 DO2 之间的全身和局部关系在过去得到了广泛探索。当 DO2 因血流量（即心输出量）、血红蛋白浓度（贫血）或血红蛋白饱和度（低氧血症）的减少而急剧减少时，O2 摄取增加 [并且混合静脉血氧饱和度 (SvO2) 降低] 允许 VO2 保持稳定 。通过组织间血流的区域再分配和组织内灌注毛细血管密度的增加，可以获得更大的 O2摄取。然而，当 DO2 低于临界低值 (DO2crit) 时，O2 摄取的增加不足以补偿 DO2 的减少，然后 VO2 开始下降，血乳酸浓度增加。

在实验性脓毒症中，临界O2摄取受到损害，因此在较高的DO2crit值中，VO2变得依赖于DO2。与脓毒症有关的微血管灌注的异质性通过诱发灌注和代谢之间的不匹配而与氧摄取受损有关。

在重症患者中评估 VO2 和 DO2 之间的关系很麻烦，需要操纵 DO2，并且受到方法学的限制。因此，尽管与生理相关，但不再在床边对 VO2/DO2 关系进行分析。

组织氧分压和组织氧饱和度的测量

组织氧分压（PtO2）通常是指组织中的间质PO2。重要的是，PtO2受到几个因素的影响。PtO2取决于与营养毛细血管的距离，因为O2的扩散距离是有限的。第二，O2在转移过程中被周围的细胞所消耗，因此取决于局部的新陈代谢，并随着与营养性毛细血管的距离而减少。第三，毛细血管的PO2比动脉PO2低，而且在营养毛细血管的出口处甚至比入口处还要低。因此，靠近毛细血管末端的间质PO2更低（图1）。最后，PtO2在不同的器官之间，甚至在同一器官内也有变化，这取决于其代谢活动和器官内的血流。因此，PtO2具有高度的异质性，一些组织区比其他组织更容易发生组织缺氧。值得注意的是细胞内，尤其是线粒体 PO2 非常低，因为 O2 在进入细胞时会立即被消耗掉。因此，“组织”PO2 的测量应放在临床环境中，考虑技术的特殊性（真正测量的是什么：血管内、间质、线粒体 PO2？）、所研究器官的特殊性和 PO2 的异质性。

图 1. 间质 PO2 与其营养性毛细血管之间的关系。营养性毛细血管中的微血管 PO2 (PO2mv)（平均值 35 ±6 mmHg）低于动脉 PO2。此外，营养毛细血管出口处的PO2mv 低于入口处。虽然间质 PO2 的平均值为 16 ± 6 mmHg ，但给定点的间质 PO2 取决于它与营养毛细血管的距离以及靠近毛细血管入口或末端的位置。

膀胱 PO2 可以使用配备荧光寿命血氧测定探头的改良膀胱导管进行测量，从而可以进行 PO2 测量。在实验条件下，膀胱 PO2 测量值与肾髓质 PO2 测量值相关，这些值低于肾静脉 PO2，表明该装置可以捕获低 PO2 值。使用此技术收集的大部分数据都是实验性的。在手术过程中，低膀胱 PO2 的发展与急性肾损伤的发展有关。最近的一篇评论总结了对该技术的潜在兴趣。

测量氧饱和度（HbO2）是估计组织氧合的另一种方法。组织氧饱和度在床边通过近红外光谱（NIRS）评估，使用近红外光。通过NIRS获得的测量仅限于血管区，并结合了来自动脉、静脉和毛细血管血液的测量。NIRS主要评估微循环内的总血红蛋白（HbT）和组织氧饱和度（StO2）。HbT的变化反映了血容量、微血管血细胞比容和红细胞速度的综合变化，而StO2的变化将反映静脉氧饱和度的变化，因为大部分血液主要停留在静脉侧。

NIRS 已广泛用于神经重症监护。心脏手术患者也对 NIRS 感兴趣。低 HbO2 脑氧饱和度值与心脏手术患者的不良临床结果有关。同样，HbO2 脑氧饱和度监测可降低择期接受心脏手术的患者的发病率、死亡率和 ICU 停留时间。通过 NIRS 进行的脑血氧测定对于检测 ECMO 患者的脑低氧血症也非常有用。

来自骨骼肌的 NIRS 信号来自 HbO2 和脱氧血红蛋白，但它也包括来自肌红蛋白的信号。使用 NIRS 测量 StO2 受到不同血管段和微血管异质性的可变贡献的限制。虽然它可能有助于检测肢体动脉闭塞中的严重缺血，但检测出血性休克或感染性休克中的灌注不足可能不太敏感。在出血时，严重的静脉收缩会降低小静脉室的相对贡献，从而在不同程度的出血中保留肌肉 StO2。在脓毒症中，尽管存在缺氧区域，但微血管灌注的异质性导致 StO2 保持不变。这解释了为什么靶向肌肉 StO2 在脓毒症中无效。

使用短暂性脑缺血和观察肌肉 StO2 恢复的动态测试更具吸引力。血管闭塞试验（VOT）反映了内皮功能、微血管反应性和肌肉代谢。VOT 变量的改变与脓毒症、外伤和心源性休克患者的临床结果相关。事实上，肌肉中的初始组织去饱和与外伤患者的中心静脉血氧饱和度、酸碱紊乱和乳酸水平升高相关。同样，NIRS 衍生变量与该人群中更严重的器官功能障碍有关。在 COVID-19 中，肌肉 StO2 的改变与 ARDS 严重程度相关。

组织氧合的替代测量

乳酸

高乳酸血症被认为是继发于细胞供氧不足的厌氧代谢的标志。在实验条件下，当 DO2 低于临界 DO2 时，乳酸会急剧上升。然而，乳酸水平也可能因与组织缺氧不同的原因而增加，例如通过 Na+/K+ATPase 刺激的有氧糖酵解、丙酮酸代谢异常或代谢性乳酸清除率改变。使用同位素技术进行了类似的观察。鉴于纠正组织缺氧后乳酸下降延迟，最好将乳酸与其他估计组织灌注的变量结合起来，而不是仅根据乳酸水平指导复苏。

组织氧饱和度

一般来说，中心静脉或混合静脉（ScvO2 或 SvO2）反映了氧消耗和输送到组织的氧之间的平衡。因此，只要血红蛋白和动脉血氧饱和度在正常范围内，低 SvO2 值反映了心输出量不足导致的 O2 输送受损或不足。在脓毒症和败血性休克中，ScvO2 和 SvO2 通常在初始复苏后正常或增加，即使组织灌注仍然改变。

事实上，尽管存在低灌注区域，但微血管异质性与高 SvO2 值相关。基于 ScvO2 的早期目标导向治疗复苏策略受到挑战，但 ScvO2 在大多数患者的基线时已经在目标范围内。因此，如果应用此策略，患者选择至关重要。低 SvO2 或 ScvO2 可以确定应该从进一步复苏工作中获益的患者。相反，高 ScvO2 或 SvO2 值表明组织的氧摄取发生严重变化，这可能反映微血管灌注异质性或线粒体功能障碍。

PCO2 梯度（Pv-aCO2 和 Pv-aCO2/Ca-vO2比率）

Pv-aCO2取决于总二氧化碳(CO2)产生量、心输出量(CO)和微血管灌注，以及CO2分压和CO2血液含量之间的复杂关系。根据 Fick 方程，Pv-aCO2 与心输出量呈负相关（曲线关系）。在耗氧量 (VO2) 和 CO2 生成量 (VCO2) 均稳定的条件下，由于 CO2 的停滞，Pv-aCO2 逐渐增加以响应 CO 的减少。Pv-aCO2 的逐渐增加也可能反映出微循环灌注减少，即使在感染性休克的早期宏观血流动力学似乎已得到纠正。高 Pv-aCO2 可能会识别出仍未充分复苏的患者。初始 Pv-aCO2 值及其对复苏反应的变化都与临床结果相关。然而，仅根据观察性研究很难推荐达到某个特定水平的 Pv-aCO2。

呼吸商或 VCO2/VO2 可以通过分析静脉-动脉 CO2 差异相对于动静脉 O2 差异来估计。增加的呼吸商反映了无氧代谢，无论是在低流量条件下还是在剧烈运动中。Cv-aCO2/Ca-vO2 比值或 Pv-aCO2/Ca-vO2 比值的增加可以检测出高乳酸血症，并且与复苏期间乳酸下降不良有关。对感染性休克患者的观察表明，高乳酸血症和高 Cv-aCO2/Ca-vO2 比值的组合与更严重的器官功能障碍和更差的临床结果相关。虽然 Pv-aCO2/Ca-vO2 比值可区分缺氧和非缺氧引起的高乳酸血症，但它不能区分与低灌注和线粒体代谢受损相关的缺氧，因为它在二甲双胍引起的高乳酸血症中也会增加。有趣的是，液体负荷仅在 Pv-aCO2/Ca-vO2 比率增加的休克患者中增加 VO2。在实验条件下，多巴酚丁胺还通过改善绒毛血灌注降低肠系膜 Cv-aCO2/Ca-vO2。

微循环血流评估

由于组织氧合取决于组织灌注，因此可以考虑直接评估组织灌注。手持式显微镜的引入允许在床边直接观察微循环，从而深入了解各种复苏程序改善组织灌注的功效。自从 2002 年首次描述脓毒症患者的微血管改变以来，这些技术得到了普及，现在它们的使用已标准化。尽管如此，这些技术仍然仅限于研究领域。图像分析的新发展有助于更好地描述微血管灌注模式、根据微血管大小分布微血管灌注、识别白细胞和血小板流量异常以及糖萼改变。这些进展无疑有助于更好地理解微血管功能障碍的病理生理学，但 它们对管理的影响仍然不确定。

微血管功能障碍的关键方面是灌注的异质性。微血管灌注的异质性增加了 O2 扩散距离并损害了 O2 提取，从而降低了 VO2。多项研究证明了微循环血流的这种异质性，存在灌注充足的区域，相邻区域灌注不足或受损。值得注意的是，微血管改变的严重程度与临床结果不佳和器官功能障碍的发展有关。

用 NADH/NADR 自发荧光评估组织氧化还原电位

降低的烟酰胺腺嘌呤二核苷酸 (NADH)/烟酰胺腺嘌呤二核苷酸 (NAD+) 比率反映了氧化还原电位，因此可用于检测组织缺氧。有趣的是，NADH 和 NAD+ 吸收光的方式不同，可以通过 NADH 的紫外吸光度或蓝色荧光来评估氧化还原状态。虽然广泛用于实验室，但它在床边的使用一直是未知的。它最初安装在膀胱导管上，但理论上可以应用于任何显微镜。尽管如此，它的使用离临床实践还有很远的距离。

结论

组织氧合很难在床边直接评估。不幸的是，组织氧合的直接估计受到方法学因素的限制。组织氧合最好在床边通过乳酸、微循环灌注和 PCO2 梯度等替代方法进行。

关键点

1.组织氧合是指组织提供和使用氧气的方式

2.可以通过分析 O2 消耗量 (VO2) 与 O2 输送量 (DO2) 的关系来估计组织氧合。

3.组织 PO2 或 SO2 的测量经常被血流异质性误导。

4.组织氧合的替代指标包括乳酸、SvO2、PCO2 梯度和微循环评估的测量。

来源：How to assess tissue oxygenation?

Curr Opin Crit Care 2023, 29:000–000

DOI:10.1097/MCC.0000000000001046

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