第十六章 臨界閉合壓與血管瀑布現象
經典血流動力學認為：大動脈－小動脈－毛細血管到靜脈的整個血管系統是一個僵硬的管道，靜脈壓力是動脈系統下游壓力，泊肅葉定律是該系統的經典力學公式。但大量資料表明，血管系統存在可塌陷血管，這些血管存在臨界閉合現象。當小動脈或毛細血管前動脈的臨界閉合壓（Pc，critical closing pressure）大于毛細血管或靜脈的壓力時，小動脈－毛細血管前動脈與毛細血管－靜脈之間存在“血管瀑布”（vascular waterfall）現象，小動脈的Pc成為動脈系統下游的壓力，小動脈的開放與閉合直接決定著下游循環的血流及其分布。本章旨在從循環的動脈端出發往前推進一步，應用小動脈Pc和“血管瀑布”現象確定休克復蘇中的目標血壓，通過調整目標血壓和目標流量這些大循環指標改善微循環功能障礙，最終達到改善組織灌注的目的。
根據拉普拉斯定律：P＝T/R，血管壁主要受到血管內壓力與血管壁總應力調節。血管腔內壓力垂直作用于血管壁，通過牽張作用增大血管半徑。血管壁總應力與血管相切，使血管直徑縮小。兩者相互作用共同維持血管平衡。血管壁總應力主要由彈力（TE）、主動應力（TA）和表面張力組成。彈力是由彈性纖維及其相關成分產生，而血管壁主動應力反映了血管緊張度，由神經沖動、血管擴張或收縮藥導致的血管壁平滑肌的收縮引起，表面張力是血壓與血管壁的接觸面張力。
如圖16－1所示：血管在TA作用下收縮時（A點到B點），血管半徑變小（R1到R2），血管總的應力（R2B）變小，但TE（R2C）降低的更多，BC代表了引起血管收縮的TA。因此，拉普拉斯定律與血管彈性曲線之間的垂直距離代表了TA與血管收縮的關系：血管開始收縮時需要的較大TA，但之后較小的TA增加即能引起血管較大的收縮。在TE為零時，TA達到最大，即當TA超過該值時，血管就會完全閉合。血管壓力越低，血管閉合時的最大TA就會越小。在TA一定時，隨著血管內壓力的降低，血管最終會完全閉合。因此，在TA一定的情況下，血管閉合時的壓力稱為Pc。TA越大，血管Pc越大。如果血管內壓力低于Pc，血流停止，血管就會主動完全閉合。
Pc代表了血管壁本身的收縮強度，受到血管收縮藥、血管擴張藥、體溫等因素的影響。目前，我們常用的代表血管收縮的指標是血管阻力。但用血管阻力代表血管收縮強度受到兩個因素影響。一是由于血管并不是一個僵硬管道，血管壓力－流速的關系并不是直線性，血管內壓力改變，血管阻力也發生改變；血液的黏滯度也不恒定，它隨血流速度、血管半徑發生改變。因此，血管阻力受到血管收縮引起的血管的形狀改變及血液黏滯度這兩個因素的影響，并不能準確反映血管收縮的強度及其改變。Pc是在血流速為零時測定的，不受血液黏滯度的影響。它代表了血管系統中臨界閉合血管的壓力。根據這一壓力的大小推測動脈系統的臨界閉合血管為小動脈或毛細血管前動脈。
血管平滑肌TA較高時，臨界閉合壓較高引起血管閉合。主要通過以下兩個方面進行證實：一是直接觀察青蛙活體腸系膜上的小血管。當其灌注壓力降低時，直接觀察到小血管開始閉合；二是小血管閉合的間接證據是測量血流的阻力，即在壓力下降時，測量壓力梯度和流速的比值。直接觀察青蛙腸系膜上動脈的研究發現：壓力較高時，血管直徑較為一致，但當壓力低于20cmH2O時，血管直徑開始出現波動（圖16－2）。可以看出，隨著壓力的下降，小血管的直徑開始縮小，而大血管直徑卻增加。在壓力下降時，小血管血流停止，甚至有逆向血流進入其他血管。Pc在3～13cmH2O之間波動，血管主動閉合。
如圖16－3左側圖所示，流速為零時，因血管收縮力不同，會出現不同的Pc。右側阻力與壓力曲線圖顯示：在血管內壓力高于Pc時，阻力與壓力變化不相關，即阻力較大的小血管像一個僵硬管道。當血管內壓力接近Pc時血管阻力大幅度增加甚至到無限大。這一現象與隨著壓力的降低，血管阻力逐漸降低，當壓力為零時，血管阻力也是有限值的這一傳統血流動力學觀點顯著不同。
由于血管直徑取決于血管內壓力與其總應力的平衡，血流的阻力也是TA的一種反映。但臨界閉合壓力取決于最先閉合的血管（因為這類血管張力與半徑的比值最大）。因此，血管內的壓力高于臨界閉合壓力時，臨界閉合壓力與血流阻力有一定的相關性，但這種相關性未必很強。因為最先塌陷的血管并不一定是對總血管阻力貢獻最大的部分。應用血管活性藥物時，臨界閉合壓與血管阻力有較強的相關性，說明臨界閉合血管是對阻力貢獻最大的血管，即小動脈。另一方面，當血管收縮力較小時，臨界閉合位點下移，毛細血管成為臨界閉合血管。因此，Pc比血流阻力更精確地反映血管收縮強度，能夠反映血管收縮藥、血管擴張藥的應用效果，但不同血管床的Pc差別較大（圖16－4）可能與生理狀態下不同組織對灌注的需求不同有關。
對存在臨界閉合壓的可塌陷血管來說，只有在輸入端壓力（PI）高于Pc時，血液才能流動。如果在朝向流出端（Po）某一點的壓力低于臨界閉合壓，血流在這一點就會停止，血管閉合。但血流停止后，血管內的壓力就會高于Pc，血管就會開放。因此血管遠端的壓力可以認為是Pc，而不是血管流出端的Po。當Pc高于其Po時，血管內血流速與壓力和阻力的關系為 Q＝（PI－Pc）/R（圖16－5）。在阻力不變的情況下，如果PI和Pc保持恒定，Q也一定是恒定的。但血管的流出端能夠通過收縮或擴張調整通過壓力差為Pc－Po的這段血管的流速。
因此，在1963年，Permutt S和 Riley RL首次提出：對可塌陷血管來說，在血管收縮力高于其流出端壓力時，血流速的改變并不影響血管流出端的壓力差，流出端壓力差的改變也不影響血流速，這種現象被稱為“血管瀑布”現象。當Pc＞Po時，血管內流速與PI－Pc壓力差成正比，與Po無關。而在僵硬管道的流速與PI－Po壓力差成正比。
有研究報道，在除顫器植入術中，動脈壓力進行性下降，靜脈壓力上升，但在持續20秒內，動脈壓力并不能下降到與靜脈壓力相等的水平，而是在7秒后兩條壓力線近似呈平行，表示兩個壓力達到穩態，其壓力差為13.2mmHg。另有研究報道，在心臟術后患者中，Pc為45.5mmHg，而體循環平均充盈壓（mean systemic filling pressure，MSFP）為18.7mmHg，其差值為26.8mmHg，均提示存在“血管瀑布”現象。傳統生理學認為，右心房壓力為動脈端下游的壓力，因此常用中心靜脈壓代替右心房壓力來計算循環系統的阻力。但對整個動脈系統而言，小動脈存在臨界閉合壓力，它高于毛細血管及靜脈的壓力。因此，在小動脈部位也存在類似“血管瀑布”現象的動態壓力－流速關系。如上所述，血管系統存在“血管瀑布”現象時，小動脈Pc成為動脈系統下游的壓力，即通過小動脈的流速與大動脈血壓（Pa，arterial pressure）與Pc的壓力差成正比，與毛細血管－靜脈的壓力無關，即靜脈端壓力的改變并不影響動脈端血流。因此，在動脈端，泊肅葉定律變為CO＝（Pa－Pc）/Ra（CO，cardiac output；Ra，arterial resistance）。
在去除自動調節的犬模型中，通過擴容增加前負荷（左心房壓力由6mmHg增加到20mmHg），心臟舒張期壓力－流速曲線右移，零流速截值Pc由（12±0.9）mmHg增加到（19±0.9）mmHg（P＜0.01），但斜率并沒有發生改變［（3.3±0.4）對（3.2±0.4）ml/（min·mmHg），0.20＜P＜0.40］。左回旋冠狀動脈的壓力（54±4）mmHg增加到（63±5）mmHg；但左回旋冠狀動脈壓力與其Pc的壓力差由（39±3.6）mmHg增加到（43±5.3）mmHg（0.20＜P＜0.30），即增加前負荷后，左回旋冠狀動脈血流的驅動壓并沒有顯著增加。Jacinta J.Maas等人報道，在心臟術后的患者中，用500ml膠體擴容后，CO從5.5L/min增加到6.8L/min；Pa 由85.5mmHg增加到91.4mmHg，Pc 由45.5mmHg增加到51.5mmHg（P＝0.013），但Pa－Pc由43mmHg變為40mmHg，即動脈系統的驅動壓并無顯著改變。因此，通過增加前負荷增加流速進而提高Pa能夠引起Pc的增加，其可能機制有：Pa升高后能通過肌源性反應增加Pc；流速介導的內皮舒張因子（endothelium－derived relaxing factor，EDRF）降低Pc；同時流速增加會沖洗出更多的代謝產物引起局部反應，因此通過增加前負荷的方式引起流速增加對Pc的影響是上述三種因素的綜合效應。在犬下肢血管中，這三種因素的綜合效應表現為：隨著流速的增加，Pa增加，Pc增加，推測在這三種因素中，Pa增加引起的肌源性反應對Pc起決定性作用，但這并不代表EDRF不起作用。改變前負荷可能并不改變Pa－Pc代表的灌注壓力。在不同病理生理狀態和不同基礎CO狀態下，通過前負荷來增加CO對Pa－Pc的影響有待于進一步研究。
MichaelR Pinsky等人在內毒素誘導的犬感染性休克模型中，通過誘導室顫的方法測量3只動物的動脈的P/Q關系，在主動脈根部置管測量中心動脈血壓，用熱稀釋法測量CO。注射內毒素后動脈的P/Q左移，Pc下降。整理該研究中數據如表16－1所示：內毒素組Pc顯著降低，但均高于對應的右心房壓力，表明注射內毒素后，動脈系統存在血管瀑布現象。內毒素使小動脈或毛細血管前動脈Pc下降，使其失去調節全身血流分布的作用，血流均一分布在全身各個血管床，但與器官的代謝特征并不匹配，此時CO正常或偏高，但血壓仍然較低，且Pa－Pc明顯降低，器官的灌注壓力明顯下降。但動脈系統的阻力并沒有改變，進一步提示對全身阻力貢獻較大的血管未必是調節血流分布的血管。
在犬感染性休克模型中，經股動脈置入導管至腹主動脈中段測量中心動脈壓力，用超聲血流探針測量游離的左腎動脈的血流速。用血管阻塞器阻塞下腔靜脈后5秒內記錄動態的腹主動脈壓力和腎動脈的血流速，構建腎血管床的P/Q。在注射內毒素前，輸入0.3μg/（kg·min）的去甲腎上腺素（norepinephrine，NE），Pa由125mmHg增加到150mmHg。盡管P/Q斜率降低提示腎動脈阻力降低，但P/Q平行移向右側，腎動脈Pc增大，提示一定壓力下對應的腎臟的血流速降低。在注射內毒素后，P/Q左移，提示腎臟的Pc降低，與前述內毒素對全身Pc的影響一致；同時P/Q斜率降低提示腎臟阻力也降低。注射內毒素后，再輸入0.3μg/（kg·min）的NE，P/Q斜率進一步降低，腎動脈阻力降低，且P/Q進一步左移，Pc進一步降低，即在一定的壓力下，腎血流進一步增加（表16－2）。該研究結論為：注射內毒素后應用NE，能夠逆轉低血壓，以不依賴灌注壓的情況下提高腎血流。從整理的數據可以看出，在對照組中應用NE，并不能顯著增大Pa－Pc，且CO及腎臟血流也無明顯改變。但在內毒素休克組，NE能夠明顯增加Pa－Pc，CO及腎血流也明顯增加，腎阻力降低。阻斷交感神經以后，NE對腎血管的這種擴張作用消失，因此NE可能通過提高血壓降低腎交感神經的張力，引起腎血管擴張，提高腎血流。但不同劑量NE對Pa及Pc的影響有待于進一步研究證實。
在犬模型中應用鈣離子通道拮抗劑，分析其下肢P/Q關系顯示，Pc顯著降低，但并不消失，提示Pc主要受到血管張力的影響外，還受表面張力等因素的影響。應用腺苷和硝普鈉能夠降低肌源性反應對Pc的影響，但同樣不能消除Pc。
有研究報道，與對照組吸入41%氧濃度相比，給犬吸入12%氧氣后，其MAP增加，血流速增加，總外周血管阻力降低，Pc增加，該文章沒有給出具體Pa及Pc的數值，但從圖中可以看出Pa－Pc可能變化不大。在正常吸氧濃度下，Pc平均為（25.1±1.3）mmHg。即出現了Pc與總外周血管阻力不一致的現象。該研究推測Pc和外周血管阻力反映了動脈系統不同組成部分的影響因素可能并不相同。Baez等報道，血管越小，對中樞化學反射的敏感性越高。因此，Pc的增加可能與血管床遠端受到化學反射的較強有關，血管床中間部分血管受到的化學反射較弱，而局部低氧導致的血管擴張作用較強，表現為血管擴張和血管阻力的降低。
在30例進行心臟旁路移植的患者中，通過逐步降低血流速的方法，在血流速為2.2、2.9、1.45、0.73L·min－1·m2 時，分別測量動脈壓力。結果顯示在鼻咽或直腸溫度為25～28℃時，Pc為（21.8±6.4）mmHg，高于右心房壓力，提示心臟旁路移植手術體外循環中存在血管瀑布現象。應用去氧腎上腺素后，Pc增加到（25.4±7.2）mmHg（P＜0.001）；P－Q曲線的斜率由（14.9±3.5）mmHg·L－1·min－1·m－2增加到（19.7±6.2）mmHg·L－1·min－1·m－2（P＜0.001），提示Ra增加。在鼻咽溫為37℃時與25～28℃的低溫狀態下Pc并無顯著區別［（21.2±5）mmHg對21.8±6.4）mmHg）］。應用CVP作為動脈下游的壓力時，計算的全身血管阻力與流速成反比，但應用Pc作為動脈下游阻力時，這種反比關系消失。與正常狀態下相比，小劑量硝酸甘油［1～2μg/（kg·min）］、小劑量多巴胺［1.5～2.0μg/（kg·min）］、患者的性別、年齡、高血壓病史對MAP、Pc、P/Q斜率的影響無顯著性區別。
當循環系統存在“血管瀑布”現象時，由于Pc的存在，使得小動脈或毛細血管前動脈成為控制下游動脈開放與閉合的“閘門”，調控小動脈Pc就能在一定程度上調控微循環。動脈系統的壓力－流量關系變為：CO＝（Pa－Pc）/Ra，即：在Ra固定時，一定的Pa與Pc之間的壓力差需要匹配一定的CO。容量復蘇是休克復蘇的第一選擇，提高CO能夠提高血管床開放區域的流量，改善組織灌注。雖然提高CO能夠在一定程度上提高血壓，同時也通過肌源性反應提高Pc，但理論上提高CO并不一定改變Pa－Pc差值，因此提高CO不一定能通過打開閉合的小動脈灌注其供應的血管床。
臨床上進行休克復蘇時，在CO較高而血乳酸增高等提示組織灌注不良的指標仍然存在，且進一步增加CO仍不能改善組織灌注時，說明小動脈發生閉合，Pa相對Pc較小，或者Pc較大，即Pa－Pc差值較小。此時，表面上較高的CO發生分流并未在血管床之間合理分配，并不是真正有效CO。應用血管活性藥物調整Pa－Pc差值至最大，使小動脈內壓力高于Pc，開放小動脈，進而開放下游循環、減少分流，使CO得到合理分配。由小動脈開放導致的Ra的降低及Pa－Pc差值的增大，均要求有相應高的CO，此時應重新滴定目標CO，使CO與Pa－Pc差值在新的水平上進行匹配。因此，在容量復蘇充足的情況下，Pa－Pc差值最大對應的血壓應該是休克復蘇的目標血壓。
總之，休克復蘇的核心策略是組織灌注導向的血流動力學調控，血流動力學調控的主要措施是尋找并維持目標流量和目標壓力，而目標流量和目標壓力維持的主要目的是開放動脈下游循環，甚至微循環、改善組織灌注。但在目前不斷提高流量和壓力的休克治療模式中，組織灌注并不都是得到改善，同時高流量和高壓力也會引起組織水腫、心功能障礙、血流分布異常等后果而惡化組織灌注。因此，在進一步增加流量復蘇無效時，應及時調整壓力目標，使Pa－Pc差值最大，使容量得到重新分布，進而再進行CO的調整，直至組織灌注得到改善。如此階梯性滴定臨床上可操作的由目標流量和目標壓力組成的全身循環指標，不但能夠開放動脈下游循環、改善組織灌注，使得休克的復蘇更為及時有效，同時也能夠減少過高流量和過高壓力帶來的治療風險。
（楊艷麗）
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