本实验方案旨在演示利用负压下体负压作为人类失血的无创实验模型，来测量中心血容量减少时的代偿性反应的技术，该模型可用于量化人体对血容量不足时各种代偿机制的总体整合能力。
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摘要
摘要
出血是创伤相关死亡的首要原因，部分原因是难以早期诊断失血的严重程度。对出血患者的评估较为困难，因为目前的临床工具所提供的生命体征指标在出血早期由于代偿机制的存在而保持稳定。因此，有必要理解并测量机体为应对循环血容量减少而启动的各类代偿机制的总体整合情况，以及这些机制在进行性失血过程中的变化。机体应对循环血容量减少的代偿能力被称为“代偿储备”。通过高性能计算机实时测量动脉波形特征的变化，可准确评估代偿储备。下体负压（LBNP）已被证实可模拟人体在出血时发生的多种生理反应，因而被用于研究对出血的代偿反应。本研究的目的是演示如何在利用LBNP模拟出血所引起的中心血容量进行性减少过程中，评估代偿储备的变化。
引言
心血管系统最重要的功能是通过动脉血压的稳态调节，控制对全身各组织的充分灌注（血流和氧气输送）。多种代偿机制（例如，自主神经系统活动、心率和心肌收缩力、静脉回流、血管收缩、呼吸）共同作用，以维持组织中正常的生理氧水平。1 循环血容量的减少（如失血所致）可能损害心血管代偿机制的功能，最终导致动脉血压降低、严重的组织缺氧以及可能致命的循环性休克。
由严重出血引起的循环性休克（即， 失血性休克是创伤致死的主要原因。2 预防患者发生休克最具挑战性的方面之一，是我们难以识别其早期发作。目前在临床环境中，由于技术限制，对休克进展的早期和准确评估仍然十分有限。即， 医疗监护仪）可测量生命体征，但在失血早期，由于机体存在多种调节血压的代偿机制，这些生命体征变化甚微。3-6 因此，测量机体对失血进行代偿的总体储备能力，最能准确反映组织灌注状态以及发生休克的风险。1 这一储备称为代偿储备，可通过实时测量动脉波形特征的变化进行准确评估。1 代偿储备耗竭可复制危重患者突发低血压时所观察到的终末期心血管不稳定状态，这一状况被称为血流动力学失代偿。7
在人体中，代偿储备的利用与持续失血期间血压调节之间的关系，可通过实验室中一系列全面的生理学测量来展示，这些测量包括标准生理监测所提供的各项指标（例如，血压、心率、动脉血氧饱和度、每搏输出量、心输出量、血管阻力、呼吸频率、脉搏特征、意识状态、呼气末CO2、组织氧合），在中心血容量持续进行性减少的情况下获取数据，类似于出血过程中发生的情况。中心血容量的降低可通过逐步增加下体负压（LBNP）无创地诱导实现。8 结合上述生理测量与LBNP技术，可直观地帮助理解如何评估机体对中心血容量减少的代偿能力。本研究展示了实验前准备、在模拟出血过程中代偿反应与其他生理反应之间关系的演示，以及实验后对结果的评估。所有用于测量代偿储备所需的实验技术均在一名人类志愿者身上进行示范。
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方案
在进行任何人體操作之前，機構 审查委员会（IRB）必须批准该方案。本研究中使用的方案已获得美国陆军医学研究与物资司令部IRB的批准。该方案旨在在受控且可重复的实验室环境中，模拟个体在持续失血过程中所经历的中心血容量进行性减少，以展示机体代偿的生理反应。实验室室温控制在23 - 25 ˚C。
1. 仪器设备准备
- 开启需要预热和校准的设备。
注意：设备包括一个以1 Hz频率记录数据的数据采集系统；两个独立的装置，使用两个独立的红外指套式光电容积脉搏波传感器，无创、连续测量肱动脉血压和动脉血氧饱和度（SpO2）9-11；一种用于测量呼气末CO2和呼吸频率的微流式二氧化碳测定仪；以及一个指夹式脉搏血氧仪，用于获取外周脉动动脉波形，以测量代偿储备（Compensatory Reserve）。 - 通过调整各仪器的时间戳，使其与实验室主时钟保持一致，从而将所有仪器的内部时钟同步，该主时钟将在实验过程中用于标记时间。
2. 受试者准备
- 指导受试者在测试前24小时内避免摄入咖啡因、酒精及进行剧烈运动，并在实验方案开始前至少2小时内禁食，以防血流动力学失代偿引发恶心。
- 在启动实验方案前，由医师对受试者进行医学筛查，以确保其符合基本健康要求，并排除禁忌症（如使用尼古丁、高血压、自主神经功能障碍或晕厥病史）。由于妊娠为参与研究的排除标准，要求女性受试者在研究当天进行标准尿液妊娠检测。
注：为保障受试者安全，研究医师须具备高级生命支持认证，并在研究过程中在场。配备齐全的急救车应随时可用，以便在下体负压（LBNP）过程中发生意识丧失或急性心律失常时，立即支持受试者的气道、呼吸和循环功能。 - 向受试者说明实验流程，并获取其签署的书面知情同意书。
注：应向受试者解释，本研究的目标是施加下体负压直至出现心血管失代偿（前晕厥）的征象。需说明存在定义该终点的心血管参数，当下列参数出现时将立即终止下体负压。同时告知受试者，在下体负压过程中可能出现典型的前晕厥症状，并指示其一旦出现此类症状即通知研究人员，此时将立即终止下体负压。 - 将氯丁橡胶材质的下体负压裙置于受试者身上，确保其紧贴腰部和躯干，以形成密闭的气密封口。
- 指导受试者仰卧于下体负压舱的床面上，跨坐在一个固定立柱上，以在施加下体负压期间固定躯干位置。指导受试者在暴露于下体负压期间放松下肢。通过将床面滑入舱内，并将氯丁橡胶裙与舱口连接，形成密闭气密封口，从而将受试者固定于下体负压舱中。
注：下体负压舱具备手动或计算机程序化精确控制舱内压力的能力（精度达0.1 mmHg），压力范围为0至-100 mmHg。舱体配备可调节的鞍座以固定受试者体位。透明聚甲基丙烯酸甲酯窗可观察受试者腿部情况。可调节的铝合金腰部挡板可与受试者所穿氯丁橡胶裙在髂嵴水平处形成密闭气密封口（图1）。 - 将心电图（ECG）电极以改良II导联配置方式置于右侧和左侧锁骨下关节，以及右侧和左侧下肋缘（共4个电极）（图1），用于持续监测心率。
- 将受试者手臂置于扶手上，调整至双手支撑于心脏水平。使用合适尺寸的指套，在左右手中指上安装红外指尖光电容积描记 装置，用于连续、无创地逐搏测量血压。
- 将指套连接至血压监测仪，按照制造商说明对设备进行校准并记录血压数据。12 如需使用Modelflow算法计算（估算）每搏输出量、心输出量和外周血管阻力，应输入受试者信息（年龄、性别、身高和体重），以便系统采用相应假设参数。13,14
- 将指脉氧仪置于右手指尖，用于连续测量代偿储备能力1,12 （图2）。
- 为受试者佩戴鼻导管，并指导其通过鼻腔呼吸，以确保吸气和呼气变化的敏感反映。鼻腔通气采样可使受试者自由说话，便于报告逐渐出现的症状。将鼻导管连接至二氧化碳图仪，用于连续监测呼吸频率及呼气末CO2浓度。
3. 实施下体负压实验方案
- 通过点击数据采集系统上的 "开始" 按钮启动数据记录。记录5分钟的基础数据。通过启动真空电机并将负压设为-15 mmHg来诱导第一级中枢性低血容量，并维持该压力5分钟。图3概述了实验方案。
- 将下体负压（LBNP）增加至-30 mmHg，并维持该压力5分钟。
- 将下体负压（LBNP）增加至-45 mmHg，并维持该压力5分钟。
- 将下体负压（LBNP）增加至-60 mmHg，并维持该压力5分钟。
- 将下体负压（LBNP）增加至-70 mmHg，并维持该压力5分钟。
- 此后每5分钟将LBNP水平增加-10 mmHg，直至完成整个实验流程（在-100 mmHg LBNP下维持5分钟）或达到血流动力学失代偿点。通过按下LBNP舱室上的压力释放按钮终止LBNP。
注意：血流动力学失代偿的判断标准为收缩压急剧下降至80 mmHg以下，或受试者出现前晕厥症状，如视物发灰（颜色视觉丧失）、管状视野、出汗、恶心或头晕（图4）。 - 在LBNP结束后继续使用数据采集系统记录10分钟内的数据（LBNP后恢复期）。
- 在10分钟恢复期结束时，点击数据采集系统上的 "停止" 按钮结束数据记录。
- 从受试者身上拆除所有仪器设备，并将其移出LBNP舱室。要求受试者从LBNP平台下来后坐下休息，确认无任何症状后方可离开实验室。至此，研究完成。
- 从采集系统下载数据文件，用于提取代偿储备指数（CRI）、平均动脉压（MAP）、心率和SpO2 数值。1,15,16
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结果
LBNP 程序会导致下躯干和腿部周围的气压降低。随着这一真空状态逐步增强，血容量会从头部和上躯干转移至下肢，从而引发中枢性低血容量状态。中枢血容量的进行性减少（即，下体负压（LBNP）会对使用红外指端光电容积描记仪测量的动脉波形特征产生显著改变图5）。补偿性储备指数（CRI）通过一种独特的机器学习算法，基于记录的动脉脉搏波形计算得出，该算法分析脉搏波形态特征的变化，以估算机体的补偿性储备能力。 （图6）.1,15,16 每条连续的无创光电容积脉搏波波形（显示为监测的“患者动脉波形”）均作为输入，通过与大型参考波形“库”（显示为“算法波形库”）进行比较，来估算个体的代偿储备（显示为“CRI 估计值”），该参考波形库由不同进展程度的中心低血容量状态下的波形生成。
在本实验中，受试者接受下体负压（LBNP）处理，直至出现血流动力学失代偿，即机体无法再代...
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讨论
通过使用下体负压（LBNP）引起中心血容量的渐进性和持续性减少，我们能够在受试者中诱导出典型的血流动力学失代偿反应，其特征是突然出现的低血压和心动过缓（图7）。需要认识到，机体对出血的整合性代偿反应非常复杂，19 导致个体对失血的耐受性存在显著差异。1 因此，一些个体具有相对敏感的代偿机制，而另一些个体的代偿能力则较弱。因此，该实验方案中的关键步骤是将实验进行至心血管失代偿开始出现的阶段，以便准确评估个体对低血容量的耐受性。若实验过早终止，则无法获得耐受性数据。通过对250多名人类受试者开展的实验，我们得以将个体分为两大类群体。1,15,20-23 — 对中心血容量减少具有相对较高耐受性（完成LBNP方案-60 mmHg水平）的个体即， 良好代偿者）以及低耐受性个体（无法完成-60 mmHg LBNP方案水平的代偿不良者）。在我们测试的人群中，有三分之一（33%）为低耐受性，三分之二（67%）的受试者对低血容量具有高耐受性。本演示中所展示的受试者 （图7） 将被归类为高耐受性，因为他完成...
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披露
作者声明不存在任何竞争性经济利益。本文所表达的观点仅为作者的个人观点，不应被视为代表美国陆军部或美国国防部的观点。
致谢
本工作由美国陆军医学研究与物资司令部战斗伤员救治项目提供资金支持。 我们感谢LTC Kevin S. Akers博士和Kristen R. Lye女士在视频制作过程中提供的帮助。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 动态研究评估工作站（DREW）数据采集系统 | NA | NA | 由ISR人员定制构建。DREW可实现最多16台独立仪器的数字和模拟信号数据采集时间同步，采样频率为1,000 Hz。 |
| Finometer | Finapress医学系统公司（FMS） | 型号1 | 该设备使用两个独立的红外指夹式光电容积描记法传感器，无创、连续测量肱动脉血压和动脉血氧饱和度（SpO2）。 |
| BCI Capnocheck Plus | 史密斯医疗PM公司（Smith Medical PM Inc.） | 9004 | 用于测量呼气末二氧化碳（CO2）和呼吸频率的二氧化碳监测仪 |
| CipherOX | Flashback技术公司（Flashback Technologies Inc.） | R200 | 用于计算代偿储备指数（CRI）的试验性设备 |
| Nonin 9560脉搏血氧仪 | Nonin公司 | 9560 | 指夹式脉搏血氧仪 |
| 下体负压舱（LBNP） | 美国国家航空航天局（NASA） | 79K32632-1 | 由NASA定制构建的舱体 |
| ECG Biotach | Gould公司 | 13-6615-65 | 用于测量心电图（ECG）的心电图仪 |
| 鼻式CO2采样管路 | Salter实验室 | REF 4000 | 不含乳胶的鼻导管，用于采集呼出气体样本 |
参考文献
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