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微循环在围手术期医学中的研究进展2023微循环是心血管系统中最小血管组成的网络。在微循环水平上，氧输送取决于毛细血管内携氧红细胞的流动(毛细血管红细胞流动)和毛细血管网络的密度(毛细血管密度)。在接受择期手术的患者中，舌下微循环通常完好且功能正常。全麻诱导会略微降低毛细血管红细胞流动并增加毛细血管密度。即便较大的非心脏手术中，舌下微循环仍能维持正常。但是，非心脏手术后舌下微循环是否受损尚无确切答案。心脏手术，特别是体外循环时，是否影响舌下微循环也有待回答。针对微循环的治疗干预效果有待阐明和测试。2024年1月，来自德国汉堡大学医学中心、瑞士苏黎世大学医院重症监护医学研究所、法国巴黎-萨克雷大学以及美国克利夫兰医学中心的4位学者,就微循环与围手术期医学进行专题综述,在线刊发于BritishJournalofAnaesthesiaoBJABritehJournalofAntnthma.XXX(xxx):XxX(XXXX)4o10IOMArsnc*ACcVMFtatfecwonDatvntrrwAfTtcteREVIEWARTICLEThemicrocirculationinperioperativemedicine:anarrativereviewMoritzFlicklO.MatthiasP.Hilty2,JacquesDuranteau'andBemdSaugel13O1Departmentofnsthsio*fy.CntrofAnMtbrMologyand!ntnBivCaBMdkin.UniversityMedtcalOncetHamburg-Eppcndocf.HamburgGermany.2InstituteofIntensiveCareMedicine.UnhrerntyHoepita)ofZurich.Zurich.Switzerland,tDepartmentofAnethe9olo<yandIntensiveCarv.Paris-SaclayUnhrerntyaBice<reHo*pttal.AssistancePubliqueHpituxdParts(AP-HP).L>Kremlln-Bkcr,Franceand4OutcomcR<sarchConsortium.CIv*Und.OH.USASummaryThemicrocirculationdecribethenetworkoftheSmaueSIPMiSin<rcardiovascularsytlem.Onam>cocircla<orylevel,oxygendeilvtryHdet*rmmedby<hflowo(osryencarryingredMoodcelbin*0v*nsinglecapillary(cap11Uryrtdbloodcellflow)andthedensityofthecapillarynetworkinagiventissuevolume(capdlaryw*seldensity).Handheldvitalv>(komicotcop)renablesvisualisationofthecapillarybedonthesurfoceoforgansandtxMue>butcurrentlybonlyi»«dforreerch.Measurementsaregenerallyposibieona11organsurfacesbutaremostoftenperformedintheublinfualarea.InatlntsPreWntIMlotl<ctiwsurgery,theSUblIntUamSerocircuktSonktusuaUyint>ctandfunctionalInductionofgeneralanaesthesiasUght>ydecreasescapillaryredbloodCenflowandincreasescapllaryvesseldensityDuringelective,evenmajor,noncardiacsurgery,thesublingualmicrocircht>onitpreservedandremainsfunctional,presumablybecauseelectivenoncardiacRrgerynscheduledtraum*andhaemodynamicaheationsareimmediately(rttdby*n*thetiol(itA.IMuaUyrescofingchmacroeircuUtSonb(ortbmScrocircvUtk>ntoSUbMntUHyimpaired.Addidonaiiy.surgery»regionaltraumaandthushkelycausesregional,ratherthansystemic.UnPalnnent(themicodrdation.Whethernotthe*ublingualucrocirchtionBimpairedfternoncardUcsurgeryremainsasubjectofongoingrerch.SimQarty.itrmainturctearifcardiacturf*ry.MpciaDywithCardiopuUnonaxybypM.impairsthsublingualmkrodrcuhtionIheffctto(therapeuticinterventionstpeci&CAllyUrgKingZmcocircvht>onremaintobeelucidatedandtested.FutureresearchshouldfocusonfurtherunprovingmcrorcuUtinmotu>coringmethodsandinvestigatingbwregionalmkocircuUt>onmonitoringcaninformclinicaldecision-makinganduetmentBCrywords:anaesthesia;bloodflour,haemodynamiccoherence;Kaefnodynamkmonitoring;SubhngualmicrocircuUtMn;urgcry;tissuePeffUBion;vote)density血流动力学管理最终旨在优化微循环水平的组织灌注和氧输送。尽管围手术期血流动力学优化仍侧重于宏观的血流动力学变量，如动脉血压和心输出量，但优化微循环灌注是血流动力学管理的最终目标。近几十年来,有关微循环的研究引起学界极大兴趣。技术进步使人们从考虑间接标志和模糊的临床表现，转向直接观察区域微循环。然而，针对微循环的监测仍具有挑战性，因微循环在不同器官和组织间可能存在显著差异。微循环在临床实践中仍难以掌握，围手术期医学中有关微循环的关键问题仍未得到解答。例如，我们应该在接受手术的患者中监测微循环吗？如果是，应在何处监测以及如何监测微循环？以微循环为中心的血流动力学管理是否能改善患者结局？微循环的基本生理学微循环是指心血管系统中最小的血管网络，是氧气、二氧化碳和营养物质交换的场所。微循环包括直径小于200微米的微动脉和微静脉以及毛细血管网络。含有携氧红细胞的微动脉是体内主要的阻力血管。微动脉的收缩和扩张调节器官内血液分布。5至10微米直径的毛细血管形成一个庞大的毛细血管网络。毛细血管内壁由紧密连接的内皮细胞和糖萼层组成。内皮细胞通过附着连接紧密相连。糖萼主要由蛋白聚糖、硫酸甘露聚糖和糖蛋白组成，与内皮细胞形成一个功能单元，确保内皮的完整性并调节血管通透性。在微循环水平上，氧气输送取决于给定毛细血管中携氧红细胞的流动（毛细血管红细胞流动）和给定组织体积内毛细血管网络的密度（毛细血管密度）。毛细血管红细胞流动由红细胞的流动速度、流动模式或质量以及反映红细胞之间距离的毛细血管血细胞比例确定。毛细血管密度主要由毛细血管的数量、长度、直径和分布以及红细胞与周围实质细胞之间的距离确定。毛细血管红细胞流动和毛细血管密度的组合决定了微循环的对流和扩散能力。在生理条件下，毛细血管红细胞流动受需求驱动，并受代谢、肌源性和神经体液调节控制。因此，毛细血管红细胞流动不仅可能在不同器官之间有所变化，且在单个器官内部也可能存在差异。毛细血管网络的解剖结构在不同器官和组织之间也存在显著差异。微循环研究简史人类对心血管系统的首次描述可追溯到15世纪。当时，达芬奇首次写道，心脏是一块可以自发收缩的肌肉、通过动脉血为身体提供热量和能量。当时，动脉和静脉系统如何相连依然不清楚，但对最小的血管使用了毛细血管这一术语。将近200年后，在17世纪中叶，威廉哈维(WilliamHarVey)提出血液通过组织以吻合或直接通过肌肉孔隙，或两种方式的观点。这一理论由马尔切罗马尔皮基(MarCeII。MalPhigi)在1661年成功用显微镜直接观察蛙的毛细血管网络而得到证实。同时期，列文虎克发现了红细胞具有变形能力，并描述了血液学的基本原理。值得注意的是，这些心血管研究先驱者的发现面临许多怀疑和争议，而显微镜技术当时仍被广泛认为不可靠和不可信赖。直到近200年后，在显微镜质量显著改善后，人们才广泛认识到毛细血管作为动脉和静脉之间的重要连接。19世纪初科学家开始认识到毛细血管对氧气和营养物质交换的至关重要。19世纪中叶，内皮被确认为毛细血管的内膜，并被描述为细胞过程和液体运输的重要调节者。仅在60年前，电子显微镜技术才描述了糖萼是内皮细胞是血管内膜的精细覆盖层。大约25年前,第一代手持式活体视频显微镜问世。手持式活体视频显微镜可直接在器官和组织表面观察微循环。使用活体显微镜进行的研究极大提升了对毛细血管网络病理生理学的了解，从而普遍认识到微循环变化是重要的病理生理因素。使用手持式活体显微镜直接监测微循环手持式活体显微镜能够可视化器官和组织表面的毛细血管网络（图1）。测量通常可以在所有器官表面进行，以舌下区域最为常见。舌下区域易于接近，并且可能被视为全身微循环功能状态的替代指标，即舌下微循环改变可能表明其他微血管区域的微循环也发生了改变。但是，舌下微循环不一定反映其他器官的微循环情况。图1舌下微循环。使用活体显微镜和暗场成像直接观察舌下微循环第一代手持式活体视频显微镜于1999年推出,并采用正交偏振光谱成像。正交偏振光谱成像使用接近血红蛋白等温点的光来可视化红细胞。在这一波长下，光被红细胞中的血红蛋白吸收，因此在图像上呈现为明亮周围组织前方的暗色红细胞。活体显微镜因此使血管内红细胞可视化，只有含红细胞的血管才能被看到。正交偏振光谱成像的后续发展技术包括旁流暗场成像和侧向暗场成像。现代手持式活体视频显微镜是一种类似于书写笔的设备，并可录制短视频。与第一代正交偏振光谱成像设备相比，侧向暗场成像设备视野更大、焦点更好、照明更佳、设备操作性更强。手持式活体显微镜目前主要用于研究目的。两个重要缺点阻碍了该技术的常规临床应用，即视频获取困难和视频分析繁琐。进行不带有伪影的视频录制需要经过培训I,即使对经验丰富的操作人员而言也仍显困难。探头在组织上施加过大压力可能阻塞毛细血管，并呈现出微循环受损的虚假印象。因此，研究者应接受培训并使用质量评分来确保获得的视频具有高质量。应使用微循环图像质量评分等质量评分来评估视频序列的质量，将照明、压力、稳定性、焦点、内容和持续时间分类为最佳、可接受或不可接受。如果视频在任何类别中被划分为不可接受，则不应纳入分析范围。分析记录的视频仍繁琐且耗时。一般来说,视频可通过视觉或手动方式（即无需软件）、半自动方式（即辅助软件）或完全自动方式（即仅通过软件）进行分析（相关分析指标见表1）。表1微循环分析的相关指标VariableAbbreviationUnitDescriptionMKrovascularflowMnauSubjectivecategorisationofredbloodcellflowperindexquadrant(0-noflow；1intermittentflow.1sluggishflow.3continuousflow)TheMFliscalculatedasthemeanofth«fourquadranu.HeterogeneityindexHlauDescriptionofflowheterogeneitywithinasinglevideosequencedeterminedbythemicvascularflowindexperquadrant(highestMFI-IowestMFVmeanM11)Proportiono<PPV%DescriptionofcapillaryredbloodcellflowbasedonindividualCipilhhes.RequiresautomatedormanualvesselclassificationintoperfusedonnotperfusedvesselsTotalvesseldensityTVDmmmm2LengthofallcapillariescontainingredbloodcellsperMdofview.RedbloodcetlRBCv4ms1RedbloodCdlvelocityintheCapUIinesbasedonvelocityspaetim。diagrams.Meanredbloodcellvelocityhcalculatedwithweightedvessellength.FunctionalcapillaryFCDmmmmiLengthofallperfusedCapilUries(withmovingreddensitybloodcells)perheldofview.Alsoreferredtoasperfusedvesseldensity(PVD)"11ssueredbloodcelltRBCpmmin1Comprehensivefunctionalvariablethatreflectstheperfusion',entiretyofredbloodcellflowintissuevolumebyintegratingcapillaryredbloodCeUflow,capillaryVeSdensity,andcapillaryhaematocritP<rfuedboundaryPBRmDeviationofredbloodcellsfromth*centreOCh0regioncapillaryasasurrogateforthicknessoftheendothelialglycocalyxlayer.Calculatedas(perfuseddiameter-redbk×icel)columnWidKhyz微循环通常由其两个主要组成部分进行描述，即毛细血管红细胞流动和毛细血管密度。毛细血管红细胞流动可通过视觉评估并以微血管流指数进行量化。毛细血管红细胞流动还可通过将毛细血管分为灌注或非灌注，并计算灌注血管的比例来进一步表征。还可以考虑使用手动、半自动或完全自动分析，来评估所有单个血管中的红细胞流动速度。毛细血管密度通常报告为总血管密度。可以通过使用网格手动计数血管来近似计算总血管密度。半自动或完全自动分析跟踪各个血管的长度和直径以确定总血管密度功能性毛细血管密度，也称为灌注血管密度，是灌注血管的比例和毛细血管密度的乘积，与分析方法无关。最近，组织红细胞灌注被引入并作为一个新的全面的微循环变量，除包括毛细血管红细胞流动外，还包括观察组织容积内所有毛细血管的毛细血管密度和毛细血管红细胞比容。因此，组织红细胞灌注是一个功能性变量，最适宜用于量化微循环氧输送。评估微循环变量对局部硝酸甘油的反应，允许量化招募和未招募的毛细血管密度以及微循环储备能力，可能有助于评估微循环功能状态。除毛细血管红细胞流动和毛细血管密度外，灌注边界区域还可作为糖萼层完整性的指标进行分析。灌注边界区域基于红细胞在健康情况下在毛细血管中心流动的原则，并在糖萼层受损时偏离中心。值得注意的是，不同分析方法和软件所得的结果未必可直接比较。因此，在解释微循环变量的绝对值时,需要考虑分析方法。视频显微镜的一个关键限制是分析尚未实时可用，甚至仍需对视频进行事后离线分析。微循环的改变在健康个体中，微循环以几乎所有毛细血管中连续的红细胞流动并且异质性非常小而著称。毛细血管密度在个体间存在明显差异，且可随年龄增长和长期适应缺氧情况而增加。在健康人群中，适度应激（如进行马拉松或献血50OmI）并不导致舌下微循环出现重要改变。当宏观循环受损时，例如在接受全身麻醉的非心脏大外科患者中出现中度低血压时，微循环可通过代偿性自调节机制得到保持。然而，合理地假设是，在血压或心输出量低于临界水平时，微循环将愈发依赖于宏观循环。在脓毒症和感染性休克患者中，微循环功能障碍是疾病的标志。在感染和休克患者中，尽管宏观循环变量得到维持，微循环可能已受损这被称为血流动力学失调或血流动力学解耦。总之，微循环可能因微循环供氧.细胞氧摄取或氧利用的改变而受损。微循环供氧可能受毛细血管红细胞流动和毛细血管密度的改变影响。理论上，毛细血管红细胞流动和毛细血管密度的改变，可由血管收缩、阻塞或静脉淤血、血容量过多或水肿所致（图2）。IntactmicrocirculationVenouscongestion图2多种因素对微循环的影响血管收缩、阻塞和静脉淤血会减少毛细血管红细胞流动，并且可能导致流动异质性（即在相邻毛细血管中有良好和不良的灌注）。血容量过多（由出血或过度液体输注引起）会增加红细胞之间的距离。组织水肿会增加毛细血管之间的距离，从而降低毛细血管密度。尽管可以通过视频显微镜观察毛细血管红细胞流动和毛细血管密度，却难以监测氧摄取和利用。氧摄取或利用不足会引起无氧糖酵解并产生乳酸。因此,血乳酸水平升高可能预示微循环受损。然而，乳酸变化较缓慢，其他因素如肝功能不全或药物也可能导致乳酸升高。线粒体氧张力测量可能是微循环氧摄取的替代指标，但目前仍属于实验工具。间接量热法是监测全身氧消耗的一种成熟工具。在稳定条件下，中心静脉血氧饱和度可能是全身氧消耗的另一指标。监测氧摄取或氧利用是否能提供有临床意义的信息，尚需进一步研究。外科患者的微循环当患者接受择期手术时，他们中断正常生活来进行极化内的手术。因此,择期外科患者的舌下微循环通常完好且功能正常，就像健康志愿者一样，其特点是通畅毛细血管的比例高，毛细血管红细胞流动连续，流动异质性低。然而，毛细血管密度在个体间存在差异。与脓毒症或循环休克患者相比，患有慢性并发症（如慢性高血压或糖尿病）的患者，在进行择期手术时也具备正常的微循环功能。为了对外科患者的舌下微循环有更详细的了解，区分全身麻醉和手术对其影响十分重要。全麻诱导稍微降低舌下毛细血管的红细胞流量（表现为较低的微血管流动指数.红细胞流动速度和通畅毛细血管比例），但毛细血管密度增加（表现为较高的总毛细血管密度）。毛细血管红细胞流动和毛细血管密度决定了组织红细胞灌注和功能性毛细血管密度。全麻诱导后毛细血管红细胞流动的减少和毛细血管密度的同时增加，导致总体功能性毛细血管密度和组织红细胞灌注保持不变。这些变化不太可能有害或指示组织低灌注。与舌下微循环灌注的微小变化相反，全身麻醉下全身氧消耗约降低30%o在手术期间，麻醉管理的一个主要内容是维持和优化宏观循环，尤其是血压和心输出量。因此，手术对微循环的影响不能被孤立地研究，只能在维持或恢复手术和全身麻醉期间心血管动力学的宏观循环血流动力学管理的背景下进行。有几项研究表明，在全身麻醉非心脏手术期间，舌下微循环得以保留并保持功能。最近一项观察性研究探讨了120例择期行非心脏手术患者的舌下微循环情况，其中包括40例行低风险泌尿外科小手术、40例骨科/创伤外科手术和40例腹部重大手术的患者。该研究纳入存在慢性合并症且接受高危手术的患者。然而，在全麻过程中，尽管麻醉医师会定期维持宏观循环指标，但舌下微循环仍保持功能完好。具体而言，在这些手术中，平均舌下毛细血管红细胞流动或毛细血管密度未发生重要变化，尽管微循环变量在个体间有所不同。同样，在46例高危腹部重大手术患者中，尽管术中毛细血管红细胞流动出现暂时性下降，但在手术期间或术后，舌下微循环并未持续受损。在30例接受开腹前列腺切除术的患者和42例择期行上腹部（主要是肝脏和胰腺）手术的患者中，舌下微循环也保持功能完整。但在后一项研究中，尽管手术期间乳酸浓度显著增加（表明氧输送与需求之间存在不匹配），但这种不匹配并未被舌下微循环监测所检测到。但这些研究中，舌下微循环仅在固定时间点（至少相隔20分钟）间歇性评估,并未专门在低血压或心输出量低的阶段进行评估。因此，在严重低血压或心输出量低时可能会错过舌下微循环的异常情况。在一项纳入17例接受重大腹部手患者的研究中，舌下微循环特别在前负荷依赖(定义为PPV>13%)期间进行了评估。微血管流指数、灌注血管比例和灌注血管密度在前负荷依赖期间较低。通过给予500ml液体推注来纠正前负荷依赖状态，可纠正微循环。目前，正在基于心输出量指导的血流动力学管理(NCTO5090254)以及目标导向的液体管理(NCTO3965702)研究其对舌下微循环的影响。在一项包括31例接受择期重大腹部外科患者的小规模随机试验中，舌下微循环在被分配到脉压变异率/心输出量指导或平均动脉压指导的血流动力学管理的患者中并无显著差异。在择期非心脏手术期间，尽管舌下微循环似乎得以保留并在术后很快恢复到麻醉诱导前水平，但目前鲜有研究关注择期脏手术后是否可能出现舌下微循环的变化。有人提出，术后舌下微循环的变化与腹部手术后的感染并发症以及术后液体平衡有关。目前正在进行的研究尚不确定非心脏手术后是否影响舌下微循环。心脏手术通常需要使用体外循环，可能引起严重的血流动力学改变和全身性炎症，两者都可能影响微循环。人们普遍认为，心脏手术体外循环过程中舌下微循环会受损。然而，体外循环心脏手术对舌下微循环的影响进行研究的结果并不一致。一些研究报告称，在心脏手术体外循环期间，微血管流指数或毛细血管密度未发生重要变化；但也有少数研究表明，心脏手术体外循环可能会降低微血管流指数或毛细血管密度，两者甚至同时增加。大多数关于心脏手术期间微循环的研究规模较小，测量时间点和分析方法也存在较大异质性。有关心脏手术体外循环期间脉动或非脉动血流对舌下微循环的影响的研究结果尚不一致。因此，脉动血流对体外循环期间的器官灌注是否有益仍未知。围手术医学中微循环监测的未来微循环监测目前并不是例行外科手术监护的一部分，原因主要有以下几点。首先，直接的定量实时微循环监测仍不被广泛可用。目前尚不清楚区域微循环，特别是舌下微循环，在手术期间是否受损，以及其是否能够用于指导治疗干预决策。舌下微循环到底在多大程度上反映重要器官的微循环仍不清楚。最后，依不清楚微循环引导的血流动力学治疗策略是否能改善患者结局。因此，未来的研究应专注于进一步改进微循环监测方法，并研究区域微循环监测如何指导临床决策和治疗。技术的改进有助于克服视频显微镜仍存在的限制，特别是视频采集和分析方面的挑战。在视频采集过程中，录像软件已能够提供有关图像照明、焦点和稳定性的实时反馈。视频采集仍然困难，主要是由运动和压力造成伪迹。视频显微镜顶端的压力传感器可能有助于区分压力伪迹和微循环灌注受损之间的差异。自动化实时视频分析的关键技术突破，将有助于使软件提供实时结果。自动化的实时分析，特别是对衡量毛细血管红细胞流量的变量进行量化，将有助于临床医师识别微循环变化,并评估微循环对治疗干预的反应。目前的微循环监测，主要着眼于毛细血管红细胞流动和毛细血管密度。然而，微循环视频包含更多的信息和特征，例如白细胞滚动、单个红细胞的运动以及毛细血管血细胞比。视频的元数据可能提供重要信息（例如，焦点深度可能是组织水肿的指示器）。人工智能将允许聚类微循环变量的变化以描述微循环表型。此外，人们甚至可以推测通过实时处理记录的图像来创建舌下毛细血管床的虚拟地图，以识别感兴趣的区域。恰如我们对大循环的持续监测一样,持续监测微循环是有益处的。在接受择期非心脏手术的患者中，舌下微循环似乎可保持正常功能；感染性休克患者的微循环受损，则是其疾病的一个标志。择期手术是计划内的创伤，麻醉医师通常会及时纠正血流动力学变化，通常会在微循环受损前恢复大循环功能。此外，手术是局部创伤，因此可能主要导致区域性而非全身性的微循环受损。区域微循环受损并不一定能通过舌下微循环得到反映。然而，乳酸水平升高和术后器官损伤的高发率仍表明，在非心脏手术期间微循环可能会受损。尽管舌下区域易于检测，但在手术期间可能无法反映其他器官的区域微循环。非心脏手术后的器官损伤仍很常见,但通常影响手术部位、肾脏或心脏。因此，监测重要器官的区域微循环和组织灌注的创新概念包括摄像系统，以便于无创评估器官灌注和氧合，也可基于光电容积传感器的改良尿道导管，确定尿道灌注指数作为腹部组织灌注的替代指标。最后，区域微循环监测的最佳方法尚待研究。手术期微循环监测的最终目标是特异性针对微循环进行治疗和干预指导。最近研究表明，在手术期间舌下微循环完整且功能正常。在没有重要变化的情况下，仍需进一步研究特异性针对微循环的治疗干预。因此，微循环引导的围手术期血流动力学管理需要进一步研究。