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北京协和医院院报医院文化 血流动力学传奇和我的学习经历

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血流动力学传奇和我的学习经历

□ 作者 重症医学科 陈德昌

Swan-Ganz导管小囊充气后进入远端肺小动脉

当年巴黎ICU的心导管室:X光机呈“C”字形,放射光源伸入病床下,医师可在荧光屏指引下操作

不同的心功能曲线及输液、血管活性药物、利尿剂的相关效应

Arthur Guyton(1919 - 2003)

Ernest Starling(1866 - 1927)

写在前面

1970年代去法国以前,经曾宪九教授指引,我读过Guyton的文章,对静脉压力曲线(venous pressure curve)很感兴趣。稍后又读过Starling的文章,对Frank-Starling心功能曲线也很感兴趣。1979年,我进入巴黎第五大学教学医院ICU学习,肺动脉飘浮导管正在临床上被广泛应用。这是一条细长的导管,顶端有个小小的气囊,可以随心所欲,充气成球形。这种特制的心导管奇妙之处在于进入病人右心后,可以间接测知左心的前负荷。同时,也可以测定心输出量和氧输送。我们不能低估肺动脉漂浮导管研制成功的实用价值。Frank-Starling曲线作为生理学实验室的研究方法,从此进入临床应用。我见所未见,闻所未闻,喜悦之情,恰似发现了新大陆。童稚般的好奇心,激发了我对血流动力学强烈的兴趣。

漂浮导管这项新技术破解了一个难题,对我却产生了两种影响。一是我开始学会从导管监测所提供的数据,勾画出病人心功能曲线,对心功能的动态变化以及治疗效应,获取实时的信息。二是我十分注意左心前负荷对心功能和心输出量的重要作用。然而,在后继一段时间内,忽视了血流动力学的另一个重要方面,即周围血循环和静脉血回流等问题,似乎把Guyton学说丢在了脑后。回想起来,我在巴黎所接受的关于血循环生理学和病理生理学理论教学比较全面。法国老师知道我需要补课。心肌收缩性和静脉回流两大作用,并非陌生。今天,我应扪心自问,为什么会疏忽?写这篇文章是对我多年医学实践的反思,以求温故而知新。

(一) 从Swan-Ganz

漂浮导管说起

提及肺动脉漂浮导管,很自然想到 Jeremy Swan和William Ganz。Ganz(1919-2009)原籍捷克斯洛伐克,为犹太人,命运多舛。1940年捷克斯洛伐克被纳粹德国占领,他所就读的医学院一度停办。他被迁往纳粹在匈牙利的劳役营。1944年被投入Auschwitz集中营,所幸竟然从死难中逃生,埋名隐居。1947年回到母校Charles大学,毕业考试取得第一名。1966年,他和夫人从意大利经维也纳,几经周折,移居美国。Swan(1922-2005)原籍爱尔兰,曾在伦敦大学获生理学PhD学位。最后定居美国,在Mayo Clinic任心内科医师。Swan曾在加利福尼亚大学Cedar-Sinai医院任心内科主任,有缘和Ganz相会。1968年两人合作,设计漂浮导管的改进。Swan 和Ganz尽管命运遭遇不同,专业也不尽相同,分别在心内科和心外科有所建树,终能殊途同归,以勤奋和才干,在合适的土壤上开花结果。1970年肺动脉漂浮导管按设计要求,研制成功。

实际上,心导管的历史应该追溯到Claude Bernard(1813-1878)的动物实验。1930年代, Werner Forssmann在荧光屏指引下,将导管从自身的前臂静脉插入心脏,由X线录像。他获得诺贝尔生理学奖。与此同时,医院行政领导因触犯正教的教规,将他免职。二战期间,哥伦比亚大学外科医师Andre Frederic Cournand将导管分别插入右心和左心。心导管技术逐步发展成心脏疾病诊断和治疗的重要措施。最早撰文报道在病人身上试用漂浮导管的是RD Bradley(1964),他能够用热稀释法测定心输出量。但无法测得“肺动脉楔压”(简称PAWP),功亏一篑。为什么这几位先行者如此执着地探索从右心导管去测知左心的前负荷呢?是痴心妄想吗?不是。我有幸在一家巴黎市立图书馆,找到一篇文献。作者是解剖学家,他发现在尸体上,从左肺静脉注入液体,引起压力的增高,可以在右肺动脉测到,反之亦然。这项发现可能被认为没有什么用处,在图书馆论文堆里默默无声地躺了100多年!这个传奇故事告诉我,有些初创的发现被认为“没有用处”,束之高阁,无人问津。有朝一日,被独具慧眼的学者发掘,会给他们带来创新的灵感。

20世纪,机会特意青睐Swan 和Ganz。有一天,Swan陪同孩子们到Santa Monica海港游览,他注意到赛艇加装上大三角帆,的确能快速滑行。计上心来,他不但要求漂浮导管很快进入远端肺小动脉,同时还需要导管能够感受来自肺静脉的逆返压力。他不能重蹈Bradley的覆辙,问题使他为难。他得到Edwards公司技术上的帮助,研制成功第一条符合要求的肺动脉漂浮导管,也是当年我看到的那种。导管气囊嵌住肺动脉血流后,顶端有小孔可以感受肺静脉逆返的压力,这就是Swan所期望的PAWP,基本上可反映左室的前负荷。1970年,他们在《新英格兰医学杂志》发表第一篇相关文章。肺动脉漂浮导管以Swan和Ganz命名。血流动力学床边监测技术取得突破性进展,很快在欧美诸多国家ICU应用。

(二)Starling定律

在巴黎医院ICU的学习经历

经过一年的留法学习,我感到对于血流动力学的学习,不能只限于泛泛而指的危重病人。我想知道不同病因可能引起血流动力学不同的改变。我选择了心脏科ICU,不是作为简单的见习医师,而是能进入病房工作。看来是大胆的冒险,我很清楚自己将处于零点的起跑线上,先天不足。当年法国当局不承认我在国内的行医资格。我的名誉导师Leger教授,时任法国外科学会主席,为我写了封推荐信。我向法国卫生部、劳工部、移民局等部门分别提出申请,终于拿到“法国公立医院医师资格证书”。

1980年夏天,我从Cochin医院转入Ambroise-Pare 医院心脏科ICU(法语简称USIC而不是CCU),那里的业务不限于冠心病。心导管室并不宽舒,工作日程紧凑,每天上午安排4位病人,检查目的有右心、左心插管。那家ICU仍使用X线录像的老方法。操作完毕后,胶片送暗室洗印。每天下午,心内科医师们各自埋头阅读X线录像,写出分析报告。我没有独立工作的能力,学习分析比学会心导管操作要困难得多。法国人在工作的时候,神情严肃,并非印象中那么浪漫。

进入病房,写病历一度使我十分苦恼。好几次,我险些赶不上末班公交,搭不上末班地铁。每周三有一次例行的心脏病例内外科会诊。出席的首席心外科专家是位伊朗裔法国人,他是著名学者Carpentier的弟子。不管争论或多或少,手术方案概由此人作出决断。法国医师们满嘴挂着“PTDVG”(左室舒张末期压力),在笔迹潦草的记录里,他们也是这么写着。我听不懂,也看不懂。这是法文名词的首位字母缩写,译为英文是“LVEDP”。我并不因此面有愧色。正因为不懂,才千里迢迢西游求学。法国老师欢迎学生提问题,不过,愚蠢的问题,免开尊口。对方会说:“读书吧,书上有”。

我在医院附近,找到一家书店Gilbert Jeune。我选购血流动力学生理学和病理生理学方面的书,主要是阐述 Starling关于心功能的学说。心室收缩的机械性力量是产生心输出量(CO)的必需动力,前负荷、心肌收缩性、后负荷和心率被列为CO的决定性因素。Starling定律和心功能曲线的分析,成为心脏科医师尤其是ICU专职医师专业培训中不可缺少的部分。像我这种类型的外科医师,特别需要这方面的知识。我挑选那些平装本,示意图较多,文笔简明,价格便宜。从知识水平和购买能力来看,比较合适。读来有味,胜似波尔多的红葡萄酒。

我的老师曾宪九教授多次嘱咐我:“主要学习生理学和病理生理学”,“要揣摩法国人在想什么”,“他们的路是怎么走过来的”。法国老师不喜欢灌输式讲课。他们会冷不丁地向我提问。如果我一时答不上来,会说:“读书吧,明天到办公室找我”。他们也告诫我:“不要抄处方”。我需要时间来适应这种教学模式。我必须搞清楚自己需要学习什么。学习是自己的事,不必询问他人应该学习什么。被动灌输,只能学点皮毛。

离开了北京新开路80号大院宿舍,我摆脱家务劳役,不必搬运蜂窝煤,不必出炉灰、倒垃圾,不必拉着小车排队买过冬的大白菜,回家后成堆码齐。虽然如此,有时也会分心,想家。我办妥一张读书卡,下了班,直奔“巴黎医师图书馆”。那家图书馆有规定,只准阅读,不准借出。每当我看到邻座的年轻人奋笔疾书,那股专注的神情,对我心理上产生冲击。我必须振奋精神。

(三)Starling曲线

在北京协和医院创建ICU

1982年回国,在寸土寸金的协和医院内,硬是“挤出”一块“土地”,首先开设了3张床位的外科ICU。曾主任得知我将为一位病人插入肺动脉漂浮导管,这在协和医院是第一次。他约请内科方圻主任和外科费立民教授,晚饭后到放射科现场聚齐。我和马遂大夫两人搭档,X线透视下,经前臂贵要静脉插管。在几位老师们的注视下,导管非常顺利地漂入远端肺动脉。

1984年,协和医院在国内首先建立“加强医疗科”,也是国内第一家按国际先进学术理念和组织模式建立的综合性ICU。我们把老病房改装,可以容纳 7张ICU病床。特意腾出一个房间作为心导管室,购置一架C-臂型X光机和荧光屏、检查床等。经过一段时间的实践,我们改进了技术,从颈内静脉插管,根椐监测仪所示的波型改变,确定导管己进入远端肺小静脉,并测得PAWP,不再需要X光机和荧光屏的帮助。我幸运地从基本外科病房招募了几位机灵好学、身手敏捷的青年护士,其中有孙红、史丹胡、宁素茹等。医师只有马遂和我两人。出于人员编制的短缺,我们开放门户,接纳北京、外地以及军队的进修医师和护士,以适应ICU业务快速发展的需要。

我把从巴黎带回来的Frank-Starling曲线图,在普通的座标纸上加以复制。测定所得的每一个“点”,都在座标纸上标明,追踪“点”的移动方向。上、下午查病,将据此分析病情演变和药物效应,堪称一张形象化的《路线图》(Map),成为ICU颇有生趣的特色。1982年到1998年共为537例病人插入肺动脉漂浮导管,进行血流动力学监测,附有数据分析,提高了我们对血流动力学的认识,充实了我对外作学术报告的内容。因为所使用的图标纸不合格,不能进入病历,记录流失。我们摒弃当年教科书上所推荐的休克分型,采用了Hinshaw与Cox(1972)按血流动力学变化的休克分型。与既往方法相比,在诊断和治疗方面,思路较为清晰。通过在巴黎大学教学医院所接受的关于血液循环生理学和病理生理学的系统性学习,结合回国后在协和医院ICU亲身的临床实践,我相信Starling心脏功能的学说是正确的,尽管我在理解上有很大的片面性。

(四) 重新认识AC Guyton

再学习周围血循环和心功能生理学

在我这段医学生涯时期,血流动力学的学术理念经历了两个历史性的演进阶段。Swan-Ganz导管在临床上广泛应用,掀起一股热潮,大力促进了临床医师对左心前负荷对心肌功能重要性的认识。这一点应该肯定。漂浮导管之所以退出历史舞台,不是简单地因为侵入性技术所附带的风险和并发症。深层原因在于发现了新的问题,激发那些善于思辩的学者们,对血流动力学理念提出新的思考。

1980年代后期,已经有些学者写文章,对Starling心功能曲线在临床上应用,表达“另类意见”。2010年我大病一场。如果没有协和医院领导的照顾,没有多科教授的悉心治疗,很可能我早已不在人间。2014年突发心力衰竭,我幸运地没有被打垮。人老了,要生病,很自然。但是,不学而无友,孤陋而寡闻,我没有理由原谅自己的懈怠。我很高兴得到邱海波和杜斌两位热心朋友的帮助,让我获得重新学习的机会。回顾多年来的临床实践,静脉血循环曾经是血流动力学中“被遗忘的一个篇章”。MR Pinsky在文章中指出,这种状况几乎持续到2010年。我国危重病医学界对此作出了反应。我的感悟是迟到的。我决心在反思中再学习。

今年在整理旧物时,发现2001年Peters发表文章,题目是“周围循环对危重病的重要性”。再次阅读后引起我深思。随后,意外地发现在2009年我对外演讲使用的幻灯片中,有几张颇有意义的图片,明白无误地表达血管平均充盈压力(MSFP)、非应激容量、应激容量、右心房压(RAP)以及由此推动的静脉回心血量,对心输出量影响的基本概念。图片同时也描画出上述因素在不同的心功能曲线上,可能产生的不同效应。

有的图片显示,肺血管阻力(PVR)增高,右心(RV)后负荷增加,右心充盈压力猛增,将逼迫左心(LV)到何等程度。这张图片是按照经食道心脏超声检查所见绘制的。虽然同居在一颗心脏内,RV和LV各有不同的功能。右心衰竭和左心衰竭是有区别的。重读这些文献和图片,足使我汗颜而背脊发冷。我制作这些幻灯片已经是2009年的事了。我是怎么想的?没有问个“为什么”吗?

我国危重病医学界提出“血流动力学——北京共识”,推动着学术理念的发展。反响积极,传播迅速,我为此感到振奋。同时,我们正面对着深化认识的严肃问题。Bayliss在1894年发表的文章中己经提出“平均体循环充盈压(Pmsf)”的概念。1940年Starr在病人死亡30分钟内,取得第一手测定资料。他认为“Pmsf就是VR的驱动压力”。1957年Guyton 注意到循环血容量、血管张力、血流动分布等因素以及Pra不同水平对VR的影响,描画出VR曲线。他强调“Pmsf-Pra梯度”构成VR的动力,并且与静脉回流阻力(Rv)呈反比,纠正了Starr的错误。

然而,到了2009年,Mass JJ破记录地在心外科手术后病人身上,测得Pmsf、应激容量(Vs)和周身血循环顺应性(Cs)等数据。遗憾的是上述测算方法尚没有进入临床普遍应用。Guyton根据正常狗实验所描画的VR曲线,提示Pra对VR是逆反压力。思想起来,可能引出两个问题:1、临床上常用的CVP是否能代表Pra?2、CVP降低,使VR增多,可以增加CO。这是一种理论假设,需要临床实践的验证。最佳“低CVP的临界阈”并不确定。单独测定的CVP值不足以评估血循环情况。作为愚者之一虑,我想若要更好理解VR与CO的相互关系,离不开对Guyton和Starling两家学说的联想和推理。所以,要深入学习生理学和病理生理学。血流动力学很重要,因为这是精确医疗的一个组成部分。

结束语

从1950年代到如今,Guyton和Starling的学说始终是血流力学学术理念的核心。为满足全身代谢需要,心肌功能和静脉回心血流量之间的平衡是构成血液循环稳定性的基本条件。强调某个方面的功能,忽视另一方面的作用,将使我们偏离科学的真理。多年来,静脉血循环曾是血流动力学中被忽视的一个重要问题,已经引起我国危重病医学界的关切,及时发表了《血流动力学——北京共识》。在重新思考的基础上,又提出编纂《重症右心功能管理——专家共识》计划。这样做,符合医学科学发展的大趋势。我本人才疏学浅,年过八十,别无所求,求知之心不可泯。深感通过反思和再学习,对血循环的生理学和病理生理学的深化认识,大有裨益。愿与大家共同学习,共同进步,不虚度有生之年。

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