第十四章 Guyton理論與靜脈回流
心輸出量（cardiac output，CO）是血流動力學研究的重要參數，也是反映循環流量的關鍵指標。CO受心率（heart rate，HR）和每搏輸出量（stroke volume，SV）的影響。在 Guyton之前通常認為，SV 的調節主要基于Starling定律，通過前負荷調整心臟泵功能。Guyton在此基礎上，提出了靜脈回流血量是影響CO的重要因素。Guyton在闡述其經典的血流動力學定律時提到：“除非你既考慮到心臟泵功能又考慮到靜脈回流的變化，才能預測出循環系統中的心輸出量將會發生什么改變”。
著名的生理學家Starling很早就闡述了他的一個觀點：CO取決于回心血流量。但Starling重點強調了前負荷對心肌收縮力的影響，并沒有闡述影響靜脈回流的因素。Guyton提出的經典觀點：影響回心血流量主要取決于靜脈回流上游的平均體循環系統壓力，并提出影響靜脈回流的四大因素：張力容量、血管順應性、靜脈回流阻力、右房壓。1957年，Guyton描述了靜脈回流曲線，他給重癥醫學界最重要的貢獻是描繪了融合心功能曲線以及靜脈回流曲線的圖形，以供臨床血流動力學分析使用。
理解循環驅動力的一個重大進步是Starr等人的工作。他們研究了現在所稱的前負荷——靜脈血回流入心臟的驅動力。他們主要的實驗是測量剛死的人的無流壓。心臟停搏后，體循環的無流壓（Pms或系統平均壓）在體循環動脈和靜脈中是相等的。他們的實驗顯示非心源性死者的Pms約為10cmH2O（約8mmHg），而心源性死者的Pms約為前者的2倍。認為Pms在慢性心衰患者中增加，并以此增加靜脈回流，以增加對心臟收縮功能不全的代償。
基于這些發現，Guyton推論，正常的循環并不完全依靠心臟維持循環，還需要依靠靜脈壓力驅動血液回流入心臟。“后面的力量”將血液送回心臟，“前面的力量”由心臟射出等量的血液而與之平衡，平衡即代表循環的平衡狀態。所謂“后面的力量”，Guyton強調了容量血管貯備大部分血液的并具有一定的舒張功能，由此產生了靜脈壓力梯度。Guyton推論，靜脈血由外周回到心臟，依靠一個壓力梯度，體循環平均充盈壓（mean systemic filling pressure，MSFP）是驅動力，右房壓是其逆向壓。因此靜脈回流可被描述成：
MSFP單一數據本身并不決定流量，流量取決于MSFP和右房之間的壓力差，右心房的壓力一方面由心臟來調定，另一方面右心房的壓力也受呼吸等很多因素影響。壓力差從容量靜脈到右心房盡管數值很小但是非常重要，它是將靜脈血推送回心臟的主要驅動力。
Guyton用圖形化形式表示靜脈回流：把右心房壓力放在x軸，因為右心房壓力是受心臟的功能影響；靜脈回流量在穩態時等于心臟輸出量，他將此放在y軸上（圖14－1－1）。當靜脈回流量是零時，右房壓等于MSFP。降低右心房壓力允許更多的靜脈血返回心臟。右心房壓力越低，靜脈回流量越大。但當血管進入胸腔內，下腔靜脈內壓力小于血管外壓力時，再進一步降低右房壓時并不再增加靜脈回流。這種壓力限制機制并不能使血液停止流動，血液在靜脈打開和關閉間振蕩，稱為血流瀑布。右房壓在靜脈塌陷壓之上的任何值均會降低回心血量。
血液流動必須在容量血管和右房間存在壓力梯度。如果靜脈和右房間壓力相等血液就不流動，右房壓力下降時血流增加。當血容量增多時，曲線向右上移位；相反，血容量減少時曲線向左下移位。
張力容量（stressed volume）特指對血管壁產生牽張的容量，因為并不是所有的血容量都能擴張彈性血管壁并產生張力。在基礎情況下，全身血容量僅30%扮演擴張彈性血管壁的角色。所以說，產生正的跨血管壁的壓力的容量才可稱之為張力容量，用數學表達式闡述：使血管內壓力－血管外周圍壓力＞0，這部分血管內容量為張力容量。張力容量的生理學意義是真正產生靜脈回流驅動壓MCFP的物質基礎。
那些充盈血管床并不產生血管壁牽張力的容量被稱為非張力容量（unstressed volume）。非張力容量的生理學意義是血流動力學的應激儲備容量，當應激時在神經－內分泌調節機制下，小靜脈和微靜脈的血管壁平滑肌收縮，使得非張力容量可變成張力容量，產生更多的靜脈回流量，但目前臨床中并不能通過任何監測裝置測量非張力容量。一名患者體內非張力容量儲備了多少我們無法測算，只能通過患者的臨床情況預測，例如已有容量丟失代表已經使用了多少非張力容量的儲備。
如圖14－1－2所示，頂部的貯水池代表靜脈系統的容量（很大），貯水池的高度是MSFP。注意當系統的壓力是0時，有一定的容量保持在貯水池內，即非張力容量V0。此容量即當心臟停搏和MSFP降至0時的血容量（比如，讓一個剛死的患者流血至血不再流動）。因此MSFP是血容量在V0的基礎上增加，構成總的血容量而產生的，增加部分在總的血容量中顯著增加了MSFP。或是血管的張力變化改變了V0，比如張力增加V0降低；血液受到擠壓由非張力容量轉換為張力容量。請記住在人的循環中，動脈壓的改變不直接影響靜脈張力。因此總的血容量的增加、V0降低和血管容積的減少都能使靜脈回流曲線右移。
當患者體內注入任何容量的液體，只要出現可測到的MSFP壓力的改變，那么非張力容量一定已經充滿。那么在此基礎之上可以看到通過擴容改變張力容量（圖14－1－3）。
靜脈收縮可以降低器官內的非張力容量，使得靜脈回流上游的壓力一過性升高，將更多的血流擠入靜脈回流循環內，使得這部分血流由非張力容量向張力容量轉化。這個過程經常發生在門脈系統，主要因為門脈系統含有豐富的神經，當機體處于應激狀態下，門脈血流在神經體液調節作用下交感神經興奮刺激壓力感受器（α－腎上腺素能和β2腎上腺素能受體），門脈血流由非張力容量轉變為張力容量參與靜脈回流，提供更多的靜脈回流量以產生更高的CO。門脈系統的血管順應性低于其他臟器，如腦、腎、肌肉、皮膚等，改變門脈血管順應性對全身靜脈血管總順應性影響較小。因此，門脈系統血管收縮對全身血管總順應性影響小但增加MSFP的作用卻很顯著，對全身CO有重要影響。
這個過程還可以通過或者外源性注射α－腎上腺素能藥物使得非張力容量轉變為張力容量來實現。例如給予去甲腎上腺素（α和β1受體）可以使得門靜脈血管床收縮，并可觀察到MSFP增加，由此可以看出門脈系統血管內容量非張力容量減少，注入體循環轉化為張力容量。盡管最終結果可以看出伴有CO的增加，但加重了腸、肝等臟器的缺血。
另外，正性肌力作用藥物多巴酚丁胺單用于伴有低血壓的心衰患者，如果同時合并患者血容量不足時，可能進一步使得循環惡化加重低血壓。只因多巴酚丁胺增加了血管順應性，進一步降低了張力容量，轉化為非張力容量，盡管增加了心肌收縮力，但是無法彌補回心血量減少引起CO的下降。
其他一些藥物，如硝酸甘油和硝普鈉，可以減少靜脈阻力，增加靜脈順應性，使用這些藥物時如能維持恒定張力容量，可以增加靜脈回流以增加CO。
而單純的α－腎上腺素能受體激動劑，如去氧腎上腺素，可以降低靜脈順應性，從而降低張力容量，轉化為非張力容量，這就解釋了為什么去氧腎上腺素只刺激α－腎上腺素能受體提高動脈壓力但不會增加心輸出量。
這個過程被稱作容積比的改變，即總壓力相對于總容量的改變。在生理學范疇內這個斜率值不會發生改變。那么引申出下一個重要的參數，血管順應性。
Csys是靜態測量值，換句話說，典型特征是測量時沒有流動血流，最關鍵的決定因素是在循環內的血流量。如何在有血液流動的患者床旁測算？根據擴容前后MSFP（Pmsf）變化。如圖14－1－3所示：給患者輸注一定量的液體，并分別在擴容前后測量Pmsf，然后根據下述公式計算：Csys＝Vload/（PmsfHyper－PmsfBaseline）。當計算出血管順應性，則根據患者當時的Pmsf，即可計算出產生如此壓力Pmsf需要多少張力容量。有研究測算正常循環血容量狀態下仰臥位患者平均張力容量為19.5ml/kg，而Magder等人測量的患者平均張力容量為20.2ml/kg，相差并不懸殊。
血液流動的動力源于循環起點和終點之間的壓力差，在循環內血流以脈動為主要形式是源于心臟的收縮，但假如循環閉合環路中所有的血管壁是順應性差的（極硬的），增加循環起點的壓力，例如增加心臟收縮力，可以迅速見到壓力傳導到整個循環系統，并不會形成有壓力差的脈動波。脈動波的產生另外一個主要因素是動脈內一過性被容量占據，隨之又釋放，也就是說循環系統必須有順應性很好的部分可以允許將容量的改變轉化為壓力的改變。靜脈順應性極好，可視為低張力高容量容器，其中產生靜脈壁張力的容量轉化為靜脈回流的容量，靜脈壁的張力是靜脈回流的動力。
盡管目前靜脈回流阻力（resistance for venous return，Rvr）是否是決定靜脈回流量和心輸出量的主要因素尚存爭議，但Guyton做的動物研究顯示靜脈回流阻力的增加和左心輸出量下降是一致的，而且現有研究構建的循環計算模型提示靜脈回流阻力有非常重要的作用并影響預后。然而靜脈阻力的變化可改變靜脈回流曲線的斜率，使其在橫軸上旋轉。
主要根據下述公式推演：Q＝（Pmsf－Pra）/Rvr。而患者的靜脈回流量Q等于同期CO，Rvr＝（Pmsf－Pra）/CO。CVP等同于右房壓，故可以在床旁計算得出。
靜脈回流曲線的斜率是靜脈回流阻力的倒數，所以改變Rvr就意味著改變了靜脈回流曲線的特質。如果Rvr下降，那么在相同的Pmsf、Pra壓力下，有更多的靜脈回流量，也就意味著CO的上升。三個變量影響靜脈阻力：血管本身的結構、血液黏滯性的改變和在不同時間常數靜脈間血液的重新分布。每個血管床有特征性時間常數τ，該參數既反映血管床的容量，又反映通過該血管床的血流速度。比如，皮膚時間常數很慢（高容量低流速），而腎臟時間常數很快（低容量高流速）。分布在快慢血管床的血液分別用Ff和Fs描述。Fs減少和Ff增加加速靜脈回流，與靜脈阻力的降低同方向變化（圖14－1－4）。
1.Rvr產生的本質是靜脈收縮，但是靜脈血管壁平滑肌很薄，不能向動脈血管壁平滑肌那樣收縮，所以靜脈收縮只會輕度增加Rvr。
2.Rvr改變的最主要途徑 神經－體液調節改變血管床之間的血流再分布，例如門脈系統血管收縮，血流從門脈系統再分布至體循環靜脈系統，演變為Stress volume。
3.血液黏滯度的改變亦會影響Rvr 在血流動力學計算中，我們也很容易可以得到全身系統血管阻力（resistance of systemic circulation，Rsys），根據公式計算 Rsys＝（Pa－Pra）/CO。由此我們也可以知道靜脈回流阻力占全身血管阻力指數的百分比，Rvr/Rsys；而這個計算得到的參數恰恰告訴我們Pmsf定位在全身血管何處。
Guyton認為，CO既取決于心功能——心臟功能曲線，又取決于回心系統——靜脈回流曲線。2條曲線交互作用決定了CO。
Guyton描繪的靜脈回流曲線的橫縱坐標軸和Starling描繪的心功能曲線的橫縱坐標軸是相同的。靜脈回流和心功能曲線描記在同一張圖上，兩者的交點給出了CO真正的值，并且可以看出CO同時受2個函數的限制（圖14－2－1）。心功能曲線有平臺期這最終限制了CO，當靜脈回流曲線相交在心臟功能曲線的這個區域，即便給更多的液體，也不會增加心輸出量，此時給更多的液體使得靜脈回流曲線右移，結果是增加右心房壓力，但不能顯著增加心室舒張末期容積。靜脈回流曲線的左側平臺期也最終限制了CO，當心功能曲線相交于此時，進一步再增強心功能也不能增加CO，包括增加心率亦然徒勞。在這種情況下增加CO只能增加張力容量或者降低靜脈回流阻力。
這也帶出Guyton的另一個杰出成就：心臟泵出量永遠不能超過它接收的靜脈回流量，當靜脈塌陷時心臟接受的回心血量受限，靜脈回流量決定了最大心輸出量。
心功能影響右心房壓的高低，右房壓心輸出量曲線可有效地代表心功能。Frank和Starling認識到心肌功能由心肌的張力決定，且在健康和許多疾病狀態下右房壓力可有效的代表心肌張力。因為靜脈回流與心功能曲線在同一個坐標區，所以彼此重疊（圖14－2－2）。因為：①心功能曲線描述的是由心臟射出的血；②靜脈回流曲線描述的是回流到心臟的血液；③循環是一個密閉的系統，于是循環的平衡狀態處于曲線的交叉點處；另外，循環改變的唯一途徑是一條或兩條曲線移動從而曲線的交點移動。每一個體，無論是健康的還是處于休克狀態都有特有的靜脈回流曲線和心功能曲線。在很大程度上，在休克的治療中控制心功能依靠同時移動靜脈回流和心功能曲線而移動其交點。
我們已經討論了靜脈回流曲線移動的兩條途徑。心功能曲線也有兩種基本的移動方式（圖14－2－3）。收縮性的改變使心功能曲線繞其與橫軸（x軸）的交點旋轉。心功能改善曲線向上向左旋轉，心功能降低曲線向下向右旋轉。單純舒張功能改變曲線向左右移位。最常見的臨床問題——舒張功能不全，使曲線右移。
急性低血容量導致靜脈回流曲線平行左移，與正常心功能曲線的交點也向左下移位。神經內分泌反應通過向循環中釋放兒茶酚胺使心功能曲線向左上移位，增加心輸出量，但程度有限。臨床上，心動過速、呼吸急促和尿少對判斷休克的程度是可靠的，如表14－3－1所示。心輸出量的進一步增加只能通過容量復蘇（開始時使用晶體液也可引起血液稀釋）。
心源性休克導致心功能曲線向右下旋轉，靜脈回流曲線和降低的心功能曲線的平衡交點導致低的心輸出量。生理性代償反應是增加MSFP，從而靜脈回流曲線向上向右平行移位。這是考慮和比較多巴胺（大劑量時主要為血管收縮作用）和多巴酚丁胺（有更多的血管舒張作用）對血管的作用的好機會。這兩種藥有相近的多巴胺作用，因此使用兩者中任意一種都能部分地恢復心功能使心功能曲線向左上移位。多巴胺引起的后負荷增加可減少曲線的右移。對靜脈回流曲線的影響也有很大的不同。多巴胺進一步增加MSFP，使靜脈回流曲線平行于另一條靜脈回流曲線向右移位。多巴酚丁胺有不同的作用，保持MSFP大致不變，且因使血管阻力下降而使曲線向右上移位。這些作用有助于解釋為什么通常在心源性休克中多巴酚丁胺優于多巴胺。
感染性休克是分布性休克中最常見的形式。Guyton以靜脈回流和心功能曲線詮釋了感染性休克與復蘇。無干預的情況下，感染性靜脈擴張導致靜脈阻力下降和MSFP降低。容量復蘇可使MSFP恢復到正常值，但此時靜脈阻力顯著下降。感染性休克的心功能抑制效應可以很容易地用心功能曲線的移動來做模型：在晚期感染性休克和原有心臟病患者中，后負荷降低趨向于增強心功能，而直接的心肌抑制作用掩蓋了后負荷減少的優勢。
創傷性脊髓損傷患者在交感神經鏈內或上水平出現脊髓橫斷時發生神經源性休克，手術室遇到的神經源性休克見于神經麻醉超出其預定范圍時。心臟也接受交感神經的傳入，損傷在T4上下，有重要的功能上的區別。前者因影響靜脈回流而抑制心功能，而后者對心功能沒有影響。當心功能不受影響時，一定的容量復蘇，如加純α受體激動劑（比如去氧腎上腺素）是有效的治療。但是如果心臟的交感神經支配受損，迷走神經支配會占優勢，使用去氧腎上腺素會加重反射性的心動過速。為防止這種不希望的治療作用，混合變力與變時作用的藥物，如多巴胺或去甲腎上腺素可應用。在極危重的病例，臨時心臟起搏器可以救命。容量復蘇也是需要的。
靜脈回流受阻常見的兩種原因是心臟壓塞和張力性氣胸；在妊娠子宮壓迫下腔靜脈時可遇到相似的生理反應。腹部手術中通過壓迫下腔靜脈可導致短暫的梗阻性休克。肺栓塞和空氣栓塞是梗阻性休克另兩個主要的原因。
根據Guyton理論對張力性氣胸進行分析。因為胸腔壓力明顯超過了右房壓力，靜脈回流曲線明顯變形。靜脈回流不再依賴于MSFP和右房間的壓力差而依賴于MSFP和胸腔的壓力差。心功能曲線也相應地受兩種機制的影響。當右房壓力降至胸腔壓力時，跨壁壓為0，因此曲線右移。肺血管阻力反射性增加導致心功能曲線下移。雖然有內源性兒茶酚胺的釋放，但分析顯示無論是容量負荷還是外源性兒茶酚胺的攝入，都不會對循環有顯著的作用。唯一有效的治療是通過解除張力性氣胸立即降低胸腔壓力。心臟壓塞的分析與之近似，只不過限制跨壁壓的不是胸腔壓力而是心包的壓力（表14－3－2）。
盡管我們在床旁無法真正獲得完整心功能－靜脈回流曲線，但概念的明確有助于理解心輸出量隨著右房壓改變而改變的生理學原理，某種程度上中心靜脈壓（CVP）等同于右房壓。
我們通過靜脈回流曲線和心功能曲線可以看出其交點的壓力即為CVP。CVP主要受血容量和心功能影響，但是，單獨一個點很難確定血容量狀態和心功能狀態。
例如，我們可以分析在CVP＝0的3種情況，容量狀態和心功能狀態各不相同。其一，正常成人在休息直立體位時，CVP＝0是很正常，因為在理想心功能狀態下，肺處于功能殘氣量時胸腔內壓常為負值（圖14－4－1）。受胸腔內壓為負值的影響，CVP可以等于0。其二，心功能可能是受損同時合并液體丟失（圖14－4－2）。其三，心功能正常患者合并液體丟失（圖14－4－3）。
當我們面對一個低血壓的患者，我們應該怎么分析低血壓的原因呢？
1.首先，根據Poieseuille定律所描述壓力和流量的關系：血壓等于CO和系統血管阻力的乘積（圖14－4－4）。
所以低血壓的原因有2個：心輸出量（Q）的降低、系統血管阻力（SVR）的降低。由于SVR是計算值，所以我們必須知道Q。當血壓低時，CO正常或提高，那么血壓低的原因多半是因為SVR低，即為分布性休克，如感染性休克、藥物引起的過敏性休克、神經源性休克等。
2.如果CO是降低的，那么根據Guyton理論體系原因有兩個，心功能降低、靜脈回流降低。
（1）心功能降低：心率下降、心肌收縮力下降、后負荷過高、前負荷不足。
（2）靜脈回流量降低：張力容量降低、血管順應性降低、靜脈回流阻力升高、右房壓升高。
其中影響心功能的前負荷因素和影響靜脈回流量中的右房壓有交互影響作用。
3.如何分析心臟前負荷和影響靜脈回流右房壓的交互作用
（1）由于2條曲線的交點是右房壓/CVP，那么CVP可以幫我們估測休克的原因是心功能下降還是靜脈回流降低是主要問題（圖14－4－5）。
（2）如果CVP是低的，那么主要問題是靜脈回流，以增加靜脈回流量為核心來進行休克復蘇。
（3）如何定義高CVP呢？
1）以靜態值判斷：簡單初判以CVP＞10mmHg為標準，除非患者同時給予高PEEP，或者存在肺動脈高壓，或者合并腹腔內高壓等。因為在這個水平再給心臟輸液，再有容量反應性可能性小。
2）以動態值判斷：可以嘗試容量負荷試驗，給予充分的液體使得CVP上升2mmHg，同時監測CO是否上升，當CI上升0.3L/（min·m2）可以認為有液體反應性，此前CVP為低CVP。如果CVP上升2mmHg，而CI并沒改變，此前CVP為高CVP，那么提示液體治療可能沒有太大空間，應考慮其他治療。
另外需要注意的是，在同一時間點，患者可能同時發生多種病理生理學過程改變，如心功能和靜脈回流功能同時發生改變。
綜上所述，我們分析血流動力學的起點應是從CO開始，首先CO發生了什么變化，如果血壓下降但是CO沒有變化，那么主要的改變是外周血管阻力的變化，甚至CO增加，那么我們有必要使用血管活性藥物如去甲腎上腺素來維持血壓。如果血壓下降，CO也下降，那么我們需要鑒別是心功能出現問題還是靜脈回流出現問題。回答這個問題需參考CVP數值，分析同上，如果是心功能的問題，那么應該嘗試腎上腺素、米力農、多巴酚丁胺等強心藥。
無論是自主呼吸還是機械通氣時只要患者努力吸氣，胸腔內壓均下降，意味著心功能曲線相對于靜脈回流曲線左移，如果靜脈回流曲線和心功能曲線的交點在心功能曲線的上升支時，CVP下降，靜脈回流的增加，從而CO增加。然而，如果2條曲線的交點在心功能曲線的平臺部分時，CVP不會隨著吸氣而改變，吸氣下沒有CVP的改變將提示患者目前處于心功能曲線的平臺，對液體無反應（圖14－4－6）。
如能滿足下述前提條件才能應用以上法則。首先，胸腔內壓必須下降到足夠大才能區分出患者是否處于心功能曲線的平臺。如果患者是清醒的，應該告知患者盡最大努力吸氣。其次，這個試驗的陰性結果更加有用，當CVP在吸氣期沒有下降提示患者對液體沒有反應，有下降不一定提示患者有液體反應性，取決于交點離心功能曲線的平臺期有多近。最后，需除外CVP的下降是由于主動呼氣并動用腹肌，識別這一點需注意在呼氣時是否有CVP的上升。
在正壓通氣時，分析原則基本同上，心功能曲線向右移位，如果和靜脈回流曲線交點在心功能曲線的上升支時，CO降低，CVP升高。如果交點在心功能曲線的平臺支時，CO并不下降。這提示當胸腔內正壓時，如出現患者CVP下降，提示靜脈回流曲線和心功能曲線相交在心功能曲線上升支。另一方面，吸氣CVP不下降，CO是否下降取決于心功能曲線相對于靜脈回流曲線向右移位多少。
Guyton關于靜脈壓、心功能和循環之間的相互關系的重要發現還包括：①交感神經刺激心臟增加心臟效能的程度比增加心輸出量的程度高；②用一個能泵出無限容量的泵替代心臟只能輕度增加心輸出量，泵功能受輸入量的限制；③相反地，泵的輸入端血容量輕度增加可導致心輸出量的瞬時增加；④相似地，外周動脈阻力的輕度下降可導致心輸出量的顯著增加。
在這一套分析理念中核心是需要測量心輸出量。但是在具體臨床工作中并不是所有患者都有心輸出量的監測。我們可以通過一系列體征或是輔助參數來幫助我們判斷。如果患者有清晰意識，溫暖的四肢和正常的腎功能及尿量，那么患者心輸出量可能能滿足組織的需要。我們可以觀察患者頸靜脈是否是擴張的，心臟超聲測量下腔靜脈直徑是否增寬來幫助我們判斷CVP是否是高的。下一階段的評估包括實驗室數值，支持足夠的組織灌注和足夠的CO：正常血乳酸，正常的BE（如果BE是負值，臨床中有可以解釋的高氯性酸中毒亦可），或正常的中心靜脈氧飽和度。注意，當這些值正常時支持組織灌注是滿意的，但是并不能完全除外組織灌注是不滿意的，特別注意正常ScvO2并不能除外組織灌注不足。時至今日，很多醫療機構測量CO還需肺動脈導管，但我們更期待更多的無創和微創測CO的方法在容量負荷試驗、加用強心藥物、血管活性藥物前后能給我們提供更多的參考分析信息。在將來，基于Guyton的分析原理和血流動力學管理方法能更便捷的指導休克復蘇。
（杜 微 王小亭）