脉搏灌注指数变异是新一代脉氧饱和度监测仪上集成的参数。它在预测患者的扩容反应性上敏感性好，特异性高，并且能够无创、自动、连续地在床旁对患者进行监测，临床应用前景巨大。现就脉搏灌注指数变异的研究背景、基本原理和测量方法、临床应用研究进展、局限性等方面作一综述。
引用本文： 李林佶, 魏新川. 脉搏灌注指数变异在容量治疗中的研究进展. 华西医学, 2015, 30(4): 793-796. doi: 10.7507/1002-0179.20150226 复制
近年来，目标导向性容量治疗在临床实践中的作用越来越受到临床医师的重视。有研究表明，利用它早期对血流动力学进行优化可以改善危重患者的结局[1]，降低大手术患者术后胃肠并发症[2]及院内获得性感染的发生率[3]，缩短患者的住院时间[4]，降低患者的重症医学科（ICU）入住率[5]。目标导向性容量治疗要求采用那些易于监测，并能及时对术中的处理作出反应的监测指标指导容量治疗[6]。临床上对理想“目标”的寻找从未停止过。亦有多项研究表明，目前临床上常用的一些反映心脏前负荷的传统静态监测指标，如中心静脉压（CVP）、肺毛细血管嵌压等，在准确预测患者容量反应性上作用有限[7-8]。用SWAN-GANZ漂浮导管监测心输出量（CO）一度被认为是对危重患者最好的血流动力学监测方法，但由于操作可能增加并发症及病死率[9]，限制了其临床应用。经食道超声心动图（TEE）可无创评估术中患者的容量状况[10]，但设备昂贵，操作技术需专门培训。近年来出现了一系列基于心肺相互作用，并伴随机械通气呈现周期性变化的动态指标，如动脉压力来源的每搏输出量变异、动脉脉压变异、动脉收缩压变异以及脉搏来源的脉搏氧体表描计图波形幅度变异（△POP）、脉搏灌注指数变异（PVI）等。研究表明，它们都是预测容量反应性敏感而可靠的指标[8, 11-13]。然而前三者需有创操作，△POP的信号虽可无创获得，但对其数据的记录和分析需要专门的软件以及专门的技术人员人工操作[12]。PVI作为一种无创、自动、瞬时连续的监测指标，已被证实与△POP密切相关[13]，是目前容量治疗研究的新热点。
1 基本原理和测量方法
心肺相互作用是指呼吸周期中胸腔内压的变化与其导致的相应血流动力学变化之间的关系。吸气相时，胸腔内压增大，回心血量减小；呼气相时，胸腔内压减小，回心血量增大。CO、脉压、脉搏波幅等的变化皆由回心血量的变化衍生而来，这些指标的最大值与最小值之间的差异可以反映它们在呼吸周期中的变异程度。由Frank-Starling定律可知，当心脏处于心功能曲线的上升段时，扩容引起的前负荷增加可以显著增加CO，容量反应性好，这时各指标的变异程度大；当心脏处于心功能曲线的平台段时，扩容几乎不能增加CO，容量反应性差，这时各指标的变异程度小[14]。围手术期血流动力学的优化实际是对机体氧供的优化，而通过扩容使CO达到心功能曲线的平台段是其重要方面。理论上，这可以通过上述指标变异度的监测得知。可见，上述动态指标可以预测机体的容量反应性，从而指导容量治疗。
PVI是新一代脉搏氧饱和度监测仪（Masimo Radical 7，美国Masimo Corporation公司）上集成的参数。将脉氧仪探头与测量部位[15]连接并避光就可以在显示屏上连续监测PVI。它的基本原理也是根据测量部位组织对脉搏氧探头所发出的红光及红外光的吸收，将搏动性组织（随脉搏变化着的末梢小动脉血流）吸收的光量记为AC，非搏动性组织（皮肤、肌肉以及静脉血等）吸收的光量记为DC，则脉搏灌注指数（PI）定义为搏动性组织与非搏动性组织吸收光量的比值，即PI=（AC/DC）×100%，其数值大小反映了测量部位的局部灌注状态。PVI反映PI在呼吸周期中的变异程度，将呼吸周期中PI的最大值记为PI），最小值记为PImin，则PVI=（PPImax-PImin）/PPImax×100%。PVI的范围为1～100，一般认为其值＞15提示患者的容量不足。
2 临床应用研究进展
2.1 PVI用于“稳定状态”患者
对于PVI预测容量反应性的研究，首先是在全身麻醉（全麻）机械通气的“稳定状态”患者中进行的。Cannesson等[13]选取了25例择期行冠状动脉旁路移植术的患者，于全麻诱导后，手术开始前快速输注500 mL胶体液，以输液后心指数（CI）增加百分比（△CI）≥15%区分对扩容有无反应性。对扩容前PVI的基线值与△CI作相关性分析并绘制受试者工作特征曲线（ROC曲线）发现：① PVI基线值越高，△CI越高（r=0.67，P＜0.01）；② PVI诊断阈值为14%时，灵敏度、特异度分别为81.0%、100.0%，曲线下面积（AUC）为0.927。蔡勤芳等[16]在25例全麻腹部手术患者中得出的PVI诊断阈值为13.5%，灵敏度、特异度分别为88.2%、87.5%，另一些相关研究也得出类似的结论[17-18]。综上所述，PVI可敏感而可靠地预测稳定状态患者的容量反应性。
2.2 PVI用于术中患者
手术中的某些刺激（如疼痛）和操作（如肝脏手术处理下腔静脉）可能引起血管张力或血流动力学的改变，影响PVI的准确度。Hood等[17]研究了PVI在肠道手术中预测容量反应性的能力，发现与术前稳定状态相比，手指处PVI值术中的灵敏度和特异度都有所下降。Vos等[19]报道的肝脏切除术中PVI预测容量反应性的AUC值也明显低于前述稳定状态。由此可见，PVI能够预测术中患者的容量反应性，但预测价值较稳定状态降低。
2.3 PVI用于ICU患者
ICU患者常常伴有血流动力学的不稳定，而扩容往往是首要的必不可少的处理方式。然而过度扩容会导致间质水肿，降低心肌顺应性，影响氧气向组织扩散[20]。Loupec等[21]研究了PVI在40例ICU患者中预测容量反应性的能力，结果发现扩容前PVI值与扩容后CO增加的百分比密切相关（r=0.72，P＜0.000 1），PVI阈值为17%时，预测容量反应性的灵敏度和特异度分别为95%和91%，AUC为0.88。而最近Monnet等[22]的研究却发现，以16%为阈值，PVI的灵敏度仅为47%，特异度为90%，AUC也仅为0.68，认为此两项研究结果的差异可能来自于纳入病例中脓毒性休克患者的比例及去甲肾上腺素泵注量的差别。提示在使用PVI监测ICU患者的容量反应性时，应注意患者的基线状况对PVI测量值的影响。实际上，ICU患者的病情复杂多样，有很多其他因素（如自主呼吸、机械通气患者呼吸参数的设置、心律失常、重度心功能不全等）也可能影响PVI的准确性和稳定性，尚需进一步分层研究明确各种因素的影响程度，这与PVI在不同ICU患者中的实际应用价值密切相关。
2.4 PVI用于小儿
对小儿血管内容量状况的评估一直是临床工作中悬而未决的难题。小儿的心血管系统尚未发育成熟，临床常用的监测无创血压、心率等常常不能对少量的失血和低容量状况作出及时的反应。而在大多数小儿手术中，由于操作的困难性及可能带来的并发症，有创监测（如有创血压、CVP等）并不常用。因此，对PVI预测小儿容量反应性的研究有其必要性。Renner等[23]研究了27例全麻机械通气下拟行先天性心脏病手术的患儿，发现主动脉峰值流速在呼吸周期中的变异（△Vpeak，AUC=0.92，P=0.000 2）和PVI（AUC=0.79，P=0.01）都可以有效预测小儿的容量反应性，而心率（AUC=0.53，P=0.75）和CVP（AUC=0.57，P=0.52）无预测价值。Byon等[24]研究了33例全麻机械通气下行神经外科手术的患儿，也证实了△Vpeak（AUC=0.804）和PVI（AUC=0.767）预测小儿容量反应性的能力。值得注意的是，在该研究中，动脉脉压变异（AUC=0.544）和动脉收缩压变异（AUC=0.578）等动态参数未表现出对小儿容量反应性的预测作用，这可能是由于小儿的动脉血管张力较低，CO增加造成的压力变化容易被管壁吸收，从而无法在压力波形上得到反映。因为△Vpeak是通过超声技术获得，其准确性受操作者经验水平影响较大，所以PVI作为一种无创、自动、连续的监测手段可能会在小儿容量治疗中发挥重要作用。
2.5 PVI用于指导容量治疗
Forget等[25]对PVI导向性的容量治疗是否能够改善患者的结局作了初步的探索。他们将82例腹部手术患者随机分为PVI导向组和对照组（以CVP和平均动脉压为导向）分别进行术中液体的管理。结果发现：PVI导向组的术中输液总量、术中最高乳酸水平、术后24 h乳酸水平、术后48 h乳酸水平均显著低于对照组。由于乳酸水平增高可间接反映组织缺氧及能量代谢障碍[26]，说明PVI导向的容量治疗能够优化患者的容量状况，改善组织灌注。
3 局限性
PVI作为一种脉搏来源的基于心肺相互作用的动态参数，其准确度和稳定度受到一切与心肺相互作用关系和脉搏信号有关的因素的影响。
首先，心肺相互作用关系的稳定要求患者胸腔闭合，必须为窦性心律，且处于深度镇静的机械通气状态（容量控制模式）。其次，潮气量、呼气末正压[27]的大小也直接影响心肺相互作用关系。有文献报道，当潮气量≥8 mL/kg时，动态参数才对容量反应性具有准确预测能力[28]，这可能是由于过小的潮气量导致的心肺相互作用不够显著，以至于不能被测出。影响脉搏信号最主要的因素是血管张力及测量部位末梢的灌注。导致血管张力改变的原因很多，如血管活性药物的使用、疼痛的刺激、椎管内麻醉、臂丛麻醉等；末梢的灌注受到各种外周血管病、休克、低温等的影响。因此，我们在使用PVI预测患者的容量反应性时，应考虑到上述因素对测量结果的影响。
综上所述，PVI多用于如下情况：① 患者建立有创监测和TEE的风险及损伤大于受益。② 患者的末梢灌注好，足以获得脉搏信号（一般认为PI＞1时，PVI较为可信）。对于血流动力学及体温波动巨大的手术（如心内直视手术、肝移植等），TEE及有创监测依旧是必不可少的（因为心肺相互作用关系被破坏及末梢灌注无法保证）。总之，在合适的条件下，PVI预测低血容量（敏感性）及高血容量（特异性）的能力都是可靠的。另外，现有文献所报道的PVI最佳阈值不尽相同，这可能与纳入患者的基线状况不同有关。目前尚无针对不同患者PVI最佳阈值的多中心、大样本研究，故不同患者PVI的参考值范围也尚未确立，需要进一步研究予以明确。
4 结语
PVI作为一种无创、瞬时、自动连续的功能性血流动力学监测指标，可以准确地预测患者的容量反应性，具有广阔的发展前景。目前针对PVI的研究尚处于初级阶段，多停留在探索PVI对不同基线状况患者容量反应性的预测价值，且多为单中心、小样本量的研究，也远未覆盖各种类型的患者。由于PVI在不同状况下预测容量反应性的最佳阈值及参考值范围尚未确立，目前对PVI导向性的容量治疗能否改善患者预后尚缺乏足够证据，这是今后PVI研究的重要方向。另外，由于PVI测量值的准确性和稳定性受到前述多种因素的影响，故临床上还需结合患者的病史、症状、体征及其他血流动力学监测指标等对患者的容量状况作出综合判断，从而更好地指导患者的容量治疗。
近年来，目标导向性容量治疗在临床实践中的作用越来越受到临床医师的重视。有研究表明，利用它早期对血流动力学进行优化可以改善危重患者的结局[1]，降低大手术患者术后胃肠并发症[2]及院内获得性感染的发生率[3]，缩短患者的住院时间[4]，降低患者的重症医学科（ICU）入住率[5]。目标导向性容量治疗要求采用那些易于监测，并能及时对术中的处理作出反应的监测指标指导容量治疗[6]。临床上对理想“目标”的寻找从未停止过。亦有多项研究表明，目前临床上常用的一些反映心脏前负荷的传统静态监测指标，如中心静脉压（CVP）、肺毛细血管嵌压等，在准确预测患者容量反应性上作用有限[7-8]。用SWAN-GANZ漂浮导管监测心输出量（CO）一度被认为是对危重患者最好的血流动力学监测方法，但由于操作可能增加并发症及病死率[9]，限制了其临床应用。经食道超声心动图（TEE）可无创评估术中患者的容量状况[10]，但设备昂贵，操作技术需专门培训。近年来出现了一系列基于心肺相互作用，并伴随机械通气呈现周期性变化的动态指标，如动脉压力来源的每搏输出量变异、动脉脉压变异、动脉收缩压变异以及脉搏来源的脉搏氧体表描计图波形幅度变异（△POP）、脉搏灌注指数变异（PVI）等。研究表明，它们都是预测容量反应性敏感而可靠的指标[8, 11-13]。然而前三者需有创操作，△POP的信号虽可无创获得，但对其数据的记录和分析需要专门的软件以及专门的技术人员人工操作[12]。PVI作为一种无创、自动、瞬时连续的监测指标，已被证实与△POP密切相关[13]，是目前容量治疗研究的新热点。
1 基本原理和测量方法
心肺相互作用是指呼吸周期中胸腔内压的变化与其导致的相应血流动力学变化之间的关系。吸气相时，胸腔内压增大，回心血量减小；呼气相时，胸腔内压减小，回心血量增大。CO、脉压、脉搏波幅等的变化皆由回心血量的变化衍生而来，这些指标的最大值与最小值之间的差异可以反映它们在呼吸周期中的变异程度。由Frank-Starling定律可知，当心脏处于心功能曲线的上升段时，扩容引起的前负荷增加可以显著增加CO，容量反应性好，这时各指标的变异程度大；当心脏处于心功能曲线的平台段时，扩容几乎不能增加CO，容量反应性差，这时各指标的变异程度小[14]。围手术期血流动力学的优化实际是对机体氧供的优化，而通过扩容使CO达到心功能曲线的平台段是其重要方面。理论上，这可以通过上述指标变异度的监测得知。可见，上述动态指标可以预测机体的容量反应性，从而指导容量治疗。
PVI是新一代脉搏氧饱和度监测仪（Masimo Radical 7，美国Masimo Corporation公司）上集成的参数。将脉氧仪探头与测量部位[15]连接并避光就可以在显示屏上连续监测PVI。它的基本原理也是根据测量部位组织对脉搏氧探头所发出的红光及红外光的吸收，将搏动性组织（随脉搏变化着的末梢小动脉血流）吸收的光量记为AC，非搏动性组织（皮肤、肌肉以及静脉血等）吸收的光量记为DC，则脉搏灌注指数（PI）定义为搏动性组织与非搏动性组织吸收光量的比值，即PI=（AC/DC）×100%，其数值大小反映了测量部位的局部灌注状态。PVI反映PI在呼吸周期中的变异程度，将呼吸周期中PI的最大值记为PI），最小值记为PImin，则PVI=（PPImax-PImin）/PPImax×100%。PVI的范围为1～100，一般认为其值＞15提示患者的容量不足。
2 临床应用研究进展
2.1 PVI用于“稳定状态”患者
对于PVI预测容量反应性的研究，首先是在全身麻醉（全麻）机械通气的“稳定状态”患者中进行的。Cannesson等[13]选取了25例择期行冠状动脉旁路移植术的患者，于全麻诱导后，手术开始前快速输注500 mL胶体液，以输液后心指数（CI）增加百分比（△CI）≥15%区分对扩容有无反应性。对扩容前PVI的基线值与△CI作相关性分析并绘制受试者工作特征曲线（ROC曲线）发现：① PVI基线值越高，△CI越高（r=0.67，P＜0.01）；② PVI诊断阈值为14%时，灵敏度、特异度分别为81.0%、100.0%，曲线下面积（AUC）为0.927。蔡勤芳等[16]在25例全麻腹部手术患者中得出的PVI诊断阈值为13.5%，灵敏度、特异度分别为88.2%、87.5%，另一些相关研究也得出类似的结论[17-18]。综上所述，PVI可敏感而可靠地预测稳定状态患者的容量反应性。
2.2 PVI用于术中患者
手术中的某些刺激（如疼痛）和操作（如肝脏手术处理下腔静脉）可能引起血管张力或血流动力学的改变，影响PVI的准确度。Hood等[17]研究了PVI在肠道手术中预测容量反应性的能力，发现与术前稳定状态相比，手指处PVI值术中的灵敏度和特异度都有所下降。Vos等[19]报道的肝脏切除术中PVI预测容量反应性的AUC值也明显低于前述稳定状态。由此可见，PVI能够预测术中患者的容量反应性，但预测价值较稳定状态降低。
2.3 PVI用于ICU患者
ICU患者常常伴有血流动力学的不稳定，而扩容往往是首要的必不可少的处理方式。然而过度扩容会导致间质水肿，降低心肌顺应性，影响氧气向组织扩散[20]。Loupec等[21]研究了PVI在40例ICU患者中预测容量反应性的能力，结果发现扩容前PVI值与扩容后CO增加的百分比密切相关（r=0.72，P＜0.000 1），PVI阈值为17%时，预测容量反应性的灵敏度和特异度分别为95%和91%，AUC为0.88。而最近Monnet等[22]的研究却发现，以16%为阈值，PVI的灵敏度仅为47%，特异度为90%，AUC也仅为0.68，认为此两项研究结果的差异可能来自于纳入病例中脓毒性休克患者的比例及去甲肾上腺素泵注量的差别。提示在使用PVI监测ICU患者的容量反应性时，应注意患者的基线状况对PVI测量值的影响。实际上，ICU患者的病情复杂多样，有很多其他因素（如自主呼吸、机械通气患者呼吸参数的设置、心律失常、重度心功能不全等）也可能影响PVI的准确性和稳定性，尚需进一步分层研究明确各种因素的影响程度，这与PVI在不同ICU患者中的实际应用价值密切相关。
2.4 PVI用于小儿
对小儿血管内容量状况的评估一直是临床工作中悬而未决的难题。小儿的心血管系统尚未发育成熟，临床常用的监测无创血压、心率等常常不能对少量的失血和低容量状况作出及时的反应。而在大多数小儿手术中，由于操作的困难性及可能带来的并发症，有创监测（如有创血压、CVP等）并不常用。因此，对PVI预测小儿容量反应性的研究有其必要性。Renner等[23]研究了27例全麻机械通气下拟行先天性心脏病手术的患儿，发现主动脉峰值流速在呼吸周期中的变异（△Vpeak，AUC=0.92，P=0.000 2）和PVI（AUC=0.79，P=0.01）都可以有效预测小儿的容量反应性，而心率（AUC=0.53，P=0.75）和CVP（AUC=0.57，P=0.52）无预测价值。Byon等[24]研究了33例全麻机械通气下行神经外科手术的患儿，也证实了△Vpeak（AUC=0.804）和PVI（AUC=0.767）预测小儿容量反应性的能力。值得注意的是，在该研究中，动脉脉压变异（AUC=0.544）和动脉收缩压变异（AUC=0.578）等动态参数未表现出对小儿容量反应性的预测作用，这可能是由于小儿的动脉血管张力较低，CO增加造成的压力变化容易被管壁吸收，从而无法在压力波形上得到反映。因为△Vpeak是通过超声技术获得，其准确性受操作者经验水平影响较大，所以PVI作为一种无创、自动、连续的监测手段可能会在小儿容量治疗中发挥重要作用。
2.5 PVI用于指导容量治疗
Forget等[25]对PVI导向性的容量治疗是否能够改善患者的结局作了初步的探索。他们将82例腹部手术患者随机分为PVI导向组和对照组（以CVP和平均动脉压为导向）分别进行术中液体的管理。结果发现：PVI导向组的术中输液总量、术中最高乳酸水平、术后24 h乳酸水平、术后48 h乳酸水平均显著低于对照组。由于乳酸水平增高可间接反映组织缺氧及能量代谢障碍[26]，说明PVI导向的容量治疗能够优化患者的容量状况，改善组织灌注。
3 局限性
PVI作为一种脉搏来源的基于心肺相互作用的动态参数，其准确度和稳定度受到一切与心肺相互作用关系和脉搏信号有关的因素的影响。
首先，心肺相互作用关系的稳定要求患者胸腔闭合，必须为窦性心律，且处于深度镇静的机械通气状态（容量控制模式）。其次，潮气量、呼气末正压[27]的大小也直接影响心肺相互作用关系。有文献报道，当潮气量≥8 mL/kg时，动态参数才对容量反应性具有准确预测能力[28]，这可能是由于过小的潮气量导致的心肺相互作用不够显著，以至于不能被测出。影响脉搏信号最主要的因素是血管张力及测量部位末梢的灌注。导致血管张力改变的原因很多，如血管活性药物的使用、疼痛的刺激、椎管内麻醉、臂丛麻醉等；末梢的灌注受到各种外周血管病、休克、低温等的影响。因此，我们在使用PVI预测患者的容量反应性时，应考虑到上述因素对测量结果的影响。
综上所述，PVI多用于如下情况：① 患者建立有创监测和TEE的风险及损伤大于受益。② 患者的末梢灌注好，足以获得脉搏信号（一般认为PI＞1时，PVI较为可信）。对于血流动力学及体温波动巨大的手术（如心内直视手术、肝移植等），TEE及有创监测依旧是必不可少的（因为心肺相互作用关系被破坏及末梢灌注无法保证）。总之，在合适的条件下，PVI预测低血容量（敏感性）及高血容量（特异性）的能力都是可靠的。另外，现有文献所报道的PVI最佳阈值不尽相同，这可能与纳入患者的基线状况不同有关。目前尚无针对不同患者PVI最佳阈值的多中心、大样本研究，故不同患者PVI的参考值范围也尚未确立，需要进一步研究予以明确。
4 结语
PVI作为一种无创、瞬时、自动连续的功能性血流动力学监测指标，可以准确地预测患者的容量反应性，具有广阔的发展前景。目前针对PVI的研究尚处于初级阶段，多停留在探索PVI对不同基线状况患者容量反应性的预测价值，且多为单中心、小样本量的研究，也远未覆盖各种类型的患者。由于PVI在不同状况下预测容量反应性的最佳阈值及参考值范围尚未确立，目前对PVI导向性的容量治疗能否改善患者预后尚缺乏足够证据，这是今后PVI研究的重要方向。另外，由于PVI测量值的准确性和稳定性受到前述多种因素的影响，故临床上还需结合患者的病史、症状、体征及其他血流动力学监测指标等对患者的容量状况作出综合判断，从而更好地指导患者的容量治疗。