低血压预测指数的研究进展

本文原载于《中华麻醉学杂志》 2021年第10期

术中低血压(IOH)目前尚无标准定义。Bijker等[1]的队列研究中，收集了15 509例非心脏手术成年患者的资料，将IOH定义为MAP<65 mmHg(1 mmHg＝0.133 kPa)，持续时间≥1、5或10 min时，其发生率分别为65.2%、49.4%和31.3%。IOH与不良术后结局相关，包括心肌梗死、急性肾损伤甚至死亡[2,3,4,5,6,7,8]。回顾性大样本队列研究证实，在所有年龄段、任何时长、任何程度的IOH均是术后严重心血管事件的高危因素[9]。依靠传统技术很难预测IOH的发生及了解其真实原因，往往只能在发生后采取被动经验性治疗，势必导致一定时长的IOH状态，无法完全避免不良后果。如能提前发现IOH的迹象并发出预警，提示准确诱因，就能尽早采取针对性的纠正措施，避免IOH的发生，从而完全避免IOH的有关危害，是围术期血压管理的新策略。

2018年由美国Edwards Lifesciences有限公司基于EV1000监测系统研发的低血压预测指数(HPI)可根据动脉波形特征预测低血压的可能性。HPI采用的低血压定义为MAP<65 mmHg，持续时间≥1 min。HPI范围从0到100，数值越大反映即将发生低血压的可能性越高。该系统还提供多种先进的血流动力学信息，如CO、每搏变异度(SVV)、左室压力最大上升速率(dp/dtmax)和动态动脉弹性(Eadyn)等，从而提示发生低血压的可能原因[10]。该算法已获准在欧洲和美国使用，并取得了一些临床验证成果。本文就其算法原理及临床应用现状进行综述。

一、预测IOH的意义

在1项104 401例接受非心脏手术成年患者的大规模观察性研究中，IOH(定义为MAP阈值50~80 mmHg)持续时间的增加与30 d死亡率相关[3]。在另1项18 756例接受非心脏手术患者的回顾性队列研究中，MAP<49 mmHg超过5 min的队列，30 d死亡率显著增加，其中MAP在40~49 mmHg的优势比(OR)值及其95%可信区间为2.433(1.285~4.608)，而MAP<40 mmHg的OR值及其95%可信区间为20.826(8.884~48.822) [4]。此外，多项研究表明，IOH与术后心肌损伤和急性肾损伤相关[5,6,7,8]。IOH也与缺血性脑卒中的发生有关，当MAP较基线水平下降30%时，发生缺血性脑卒中的OR值及其95%可信区间为1.013(1.000~1.025)[11]。更为重要的是，血压更低时，即使是短暂的IOH也与不良结局有关。例如，在1项33 330例接受非心脏手术患者的研究中，当MAP<55 mmHg仅1~5 min，术后心肌损伤和肾损伤的OR值及其95%可信区间分别为1.30(1.06~1.50)和1.18(1.06~1.31)[5]。在无法预测和完全避免IOH发生时，随机化的低血压实验有悖伦理，因此仅能根据上述回顾性研究推测，预测并避免IOH的发生，能够减少术后不良事件，改善患者预后。

二、HPI的算法原理

HPI算法是一种基于机器学习的算法，以高保真有创动脉波形为输入变量，以持续1 min以上的低血压(MAP<65 mmHg)和非低血压(MAP>75 mmHg)为输出变量。该算法综合了来自手术室(670例)、重症监护室(668例)、多参数重症监护数据库(MIMIC-Ⅱ，326例)的混合人群队列(共1 684例)，累计25 461例次低血压事件，区分和归纳与低血压或非低血压时段相关的波形特征，通过培训-交叉验证-内部验证过程，产生HPI算法。该算法多维度分析即刻动脉波形，并以0~100的数值显示其与低血压发生前波形的相似度，数值越高代表发生低血压的可能性越大，从而预警低血压的发生。

具体而言，该算法首先使用FloTrac算法检测单个脉搏波并消除伪差，并以20 s的时间帧分割动脉压力波形，将每个心跳周期的波形分成收缩期、舒张期、收缩上升期、收缩衰退期、总衰退期共5个时相，分别检测该段波形的8个特征，即波形的时间、振幅、面积和斜率特征，FloTrac算法特征(心输出量、每搏量、血管张力)，CO-Trek特征(主动脉输入阻抗、周围血管阻力与顺应性、心输出量、每搏量、收缩期脉搏面积)，压力反射特征，复杂性特征，变异性特征，能量频谱特征，改变量特征。然后，对动脉波形中所有3 022个变异性或复杂性特征进行线性和非线性组合，并产生能够体现独立特征间非线性效应及动态相互作用的综合特征。基于低血压发生前的动脉波形，数以千计的衍生血流动力学特征，代偿机制的交互效应，经大样本综合分析而建立低血压预测模型并体现为HPI。该指数与MAP<65~70 mmHg的低血压事件呈线性相关。经交叉验证及内部验证，临近低血压事件时，动脉波形与低血压特征的符合度显著增多，HPI急剧增加，与源数据库中低血压事件前5、10、15 min相匹配的灵敏度和特异度分别为91.8%和92.2%、89.3%和89.5%以及87.5%和87.3%。在1项纳入204例手术患者，总计1 923例次低血压事件的验证队列中，提前5 min预测低血压的灵敏度和特异度为86.8%、88.5%，10 min为84.2%、84.3%，15 min为83.6%、83.3%[10]。

三、HPI提供的新型血流动力学参数

为了有效纠正低血压，往往需要了解更多的血流动力学变量，从而恰当地治疗。当HPI上升，预计可能发生低血压时，可利用该系统提供的包含SVV，dp/dtmax，Eadyn的决策树，有针对性地了解和纠正前负荷、心肌收缩力和后负荷。

1．SVV：

是一种公认的评估前负荷的动态变量。本质上，SVV依赖于机械通气过程中的心肺互动，反映了机械通气对静脉回心血量及每搏量的影响。因此，当SVV>13%时，表明低血压是由容量不足引起，可通过增加输液量，提高前负荷而降低SVV，增加CO，从而有效纠正低血压。而当SVV≤13%时，提示容量充足，继续补液治疗弊大于利[12,13]。

2．dp/dtmax：

即左室压力最大上升速率，是依据收缩期有创动脉压力波形产生的变量，反映左室内压随时间的最大变化和左心室的正性肌力状态。当dp/dtmax<400 mmHg/s时，提示需要使用正性肌力药物。当≥400 mmHg/s时提示心肌收缩力正常，可考虑其他导致低血压的因素[13,14,15]。

3．Eadyn：

即动态动脉弹性，为脉压变异率(PPV)和SVV这2个动态变量的商(即PPV/SVV)，可用于评估后负荷。其中，PPV是基于压力的变量，源于脉压的变化，反映收缩压和舒张压差值的改变。SVV主要是基于流量的变量，源于每搏输出量的变化。主动脉弹性的变化导致PPV和SVV发生不对等变化，引发Eadyn的改变。运用Eadyn可以区分是继发于其他原因的低血压(Eadyn≥0.9)，还是继发于血管麻痹的需要提高血管阻力的低血压(Eadyn<0.9)[13,16,17]。

四、HPI的临床应用现状

1．HPI阈值的探索

2019年的1项研究中发现随着HPI的增加，IOH的发生率更高，发生IOH的中位时间更短(见表1)，HPI>85时，15 min内发生低血压事件的可能性为84.8%[18]。Wijnberge等[19]同样对HPI阈值进行了探究，当HPI报警阈值为85时，从报警至低血压发生的中位时间为2.7 min，阳性预测值及其95%可信区间为79.9%(77.7%~82.1%)。而HPI报警阈值为75则阳性预测值较小，IOH的预警期较长。

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表1

不同阈值下HPI与IOH发生率及发生时间的关系

HPI

IOH发生率(95%可信区间，%)

IOH发生时间(95%可信区间，min)

2．HPI预测IOH的准确性

Davies等[18]的研究分析了255例非心脏大手术患者的动脉血压波形数据，进一步评估了HPI预测IOH的临床效果。HPI在IOH前5、10和15 min的预测灵敏度和特异度均为85.8%、81.7%及80.6%，而MAP的灵敏度和特异度均为73.8%、68.4%、65.8%。MAP变化量的灵敏度和特异度为53.5%、51.4%、51.0%，每搏量的灵敏度和特异度仅为52.2%、52.1%、52.1%。Shin等[20]探究了HPI在体外循环心脏手术中的预测能力，发现HPI在IOH前5、10和15 min的预测灵敏度和特异度分别为84%和84%、79%和74%、79%和74%。

3．HPI在非心脏手术中的应用

多项随机研究，评估了HPI预测或治疗IOH的临床效果。Schneck等[21]的研究纳入99例患者，将HPI目标导向治疗(HPI，25例)、与常规麻醉(CTRL，24例)和历史对照队列(hCTRL，50例)进行比较。与其他2组相比，HPI组每小时低血压事件数的中位数为0，而CTRL组为5，HCTRL组为2(P<0.001)。HPI组IOH的持续时间的中位数显著缩短至0 s，CTRL组为640 s，hCTRL组为660 s(P<0.001)。HPI组IOH时间占总麻醉时间的百分比的中位数也显著缩短为0，而CTRL组为6%，hCTRL组为7%(P<0.001)。Wijnberge等[22]将68例非心脏手术患者随机纳入HPI预警组和常规管理组，以MAP<65 mmHg的时间加权平均MAP(TWA-MAP)的中位数为主要研究指标。HPI组的TWA-MAP中位数为0.10 mmHg，而常规管理组为0.44 mmHg，中位数差异为0.38 mmHg(P<0.001)。HPI组IOH持续时间的中位数为8.0 min，常规管理组为32.7 min，中位数差异为16.7 min(P<0.001)。常规管理组中有2例患者因严重不良事件导致死亡，而预警组无死亡。Grudmann等[23]回顾性分析了100例接受中高风险非心脏手术的患者，根据使用HPI或FloTrac进行有创动脉监测分为2组，并实施个体化治疗方案。FloTrac组中42例(84%)发生IOH，而HPI组26例(52%)发生IOH(P＝0.001)。FloTrac组MAP<65 mmHg的TWA-MAP的中位数为0.266 mmHg，而HPI组为0.10 mmHg(P值＝0.001)。FloTrac组每次IOH持续时间的中位数为2.75 min，HPI组为1.00 min(P值＝0.002)。研究结果证明与Flotrac相比，基于HPI的血流动力学管理能有效降低IOH的发生率和持续时间。

但也有研究得出消极结论。在Maheshwari等[24]的研究中，214例患者被随机分成2组，分别在有(105例)或没有HPI指导的情况下进行血流动力学治疗。HPI组MAP<65 mmHg的TWA-MAP中位数为0.14 mmHg，对照组为0.14 mmHg，中位数差异为0 mmHg(P值＝0.757)。结果表明，HPI导向治疗未能显著减少MAP<65、60或55 mmHg的IOH。未能得出阳性结果的可能原因是这项试验中的治疗策略过于复杂且难以实施，手术操作引起的急性IOH难以预测及响应时间不足，以及参与研究的麻醉医生对HPI缺乏熟悉度和信任感，未能及时执行HPI的预警提示及纠正建议。因此，50%以上的预警没有进行干预，如果仅分析麻醉医生响应HPI预警及建议，采取针对性干预的数据，HPI组的IOH发生率下降50%。

4．HPI用于无创连续动脉监测

虽然HPI是依据有创动脉波形开发和验证的，但有研究表明，HPI也能分析无创动脉血压波形，并很好得预测IOH。该项研究纳入320例使用无创连续动脉监测的患者，发现HPI提前5 min预测IOH的灵敏度和特异度均为86%。提前10 min的灵敏度和特异度均为83%。提前15 min的灵敏度和特异度均为75%。阈值为85时，HPI的阳性预测值为83%(79%~87%，95%可信区间)[25]。Wijnberge等[19]的研究也展示出类似的结果，当HPI阈值为85时，灵敏度为92.7%，特异度为87.6%。鉴于非心脏手术患者大多接受无创血压监测，将HPI技术用于无创连续动脉监测将扩大可能受益的患者范围。

5．HPI导向治疗对术后低血压的影响

Schenk等[26]探究了术中HPI导向血流动力学管理与常规管理对术后低血压(POH)的影响，结果显示，2组间MAP<65 mmHg的TWA-MAP的中位数差异为-0.03 mmHg(P值＝0.295)，POH发生次数的中位数差异为-3(P值＝0.221)、POH持续时间的中位数差异为-8.0 min(P值＝0.333)，POH持续时间占比的中位数差异为-2.33%(P值＝0.222)。术中HPI导向血流动力学管理并不能降低POH的发生率及严重程度。但该研究样本量仅有54例，未来需要更大样本量的研究验证HPI的远期效果。

五、HPI的问题

值得关注的是，某些因素影响了HPI的应用价值。首先，HPI无法顾及IOH的某些特殊诱因，如梗阻性休克、大面积气胸、肺栓塞、心包填塞、离子紊乱、血糖异常、体温失调、冠脉栓塞、药物中毒以及低氧等。其次，某些非血流动力学因素会迅速导致血压的变化，是HPI无法预测的，如手术刺激的剧烈增强或减弱，追加速效麻醉剂等。同时，临床试验中常指定HPI数值85作为IOH的预警阈值，可能影响结果的普适性。再者，HPI算法将低血压事件定义为MAP<65 mmHg，非低血压事件定义为MAP>75 mmHg，而未对MAP介于65与75 mmHg之间的数据进行分析，虽然可以提升算法的精度，但可能影响HPI的实际应用。此外，HPI是基于有创动脉波形研发的，数据库人群比普通人群病情更重，手术更大，发生低血压的风险更高，因此在不同人群中使用HPI的受益程度可能不同。尤为重要的是，临床医生对HPI及其决策树中参数的信任程度，会显著影响针对性干预的执行度，进而影响HPI的实际应用效果。最后，尚无大样本随机研究直接证明使用HPI对改善患者远期转归及预后的效果及效益成本比，需要进一步明确适宜的应用范围及临床推广程度。

六、总结与展望

如何更好地避免及治疗IOH仍是麻醉学的难题，HPI的出现提供了新的解决方案。多数研究均支持HPI可以提前5~15 min可靠地预测低血压，从而将血压管理的模式从传统的被动反应式转变为主动干预式。同时，该系统还实时、连续、精确地显示前负荷，心肌收缩力和后负荷的参数，并提供决策树，从而提示更具有针对性的最佳治疗方案，从而最大限度地减少低血压的程度，频率及持续时间，可能有助于降低围术期并发症和死亡率。同时，基于有创动脉波形而产生的HPI，还可用于连续无创连续动脉波形监测，从而协助更多患者的血流动力学管理和治疗。然而，还需要更多的随机对照研究支持其近期及远期收益，才能使更多临床医生信任及采纳HPI的建议。