趙 鵬 鄭捷文 吳太虎*

1(南方醫(yī)科大學，廣州 510515)

2(軍事醫(yī)學科學院衛(wèi)生裝備研究所，天津 300161)

引言

失血性休克是臨床常見的急危重癥，也是危重癥死亡率高發(fā)的重要致病因素。目前，失血性休克復蘇理論與技術(shù)的研究已成為急救醫(yī)學、創(chuàng)傷外科學和危重病醫(yī)學等相關(guān)學科的焦點問題[1]。失血性休克的出現(xiàn)主要表現(xiàn)為中心靜脈壓降低、回心血量減少和心排出量下降所造成的低血壓，最有效的救治措施即是及時有效的液體復蘇。然而，傳統(tǒng)的復蘇方法以人工點滴的輸液方式結(jié)合及時、快速、大量的復蘇策略，以盡快恢復血流動力學為目標，往往存在復蘇后內(nèi)臟灌注不足，全身炎癥反應(yīng)綜合征，甚至發(fā)展成為多臟器功能障礙綜合征[2]。尤其是在災難、戰(zhàn)爭和重大事故中，大批量失血患者/傷員的涌現(xiàn)，相對于現(xiàn)場有限的救治力量和醫(yī)療資源，導致救治人員無法利用傳統(tǒng)的復蘇方法實施有效的液體復蘇，以至于現(xiàn)場復蘇成功率不高，后期并發(fā)癥發(fā)生率和死亡率偏高。

近年來，基于自動化控制的閉環(huán)復蘇技術(shù)已經(jīng)成為國內(nèi)外休克液體復蘇的研究熱點[3-11]。閉環(huán)復蘇技術(shù)在早期擴容治療中，對“量”和“速度”的控制方面相對于傳統(tǒng)的休克復蘇方法具有絕對優(yōu)勢，它能夠通過人體生理信號的監(jiān)測，實時調(diào)節(jié)輸液速率和輸液容量，避免臨床中過復蘇或欠復蘇的發(fā)生。另一方面，由于不需要專業(yè)醫(yī)護人員就可以根據(jù)身體狀態(tài)反饋，實現(xiàn)自調(diào)整或閉環(huán)控制，也可以在批量患者同現(xiàn)和救治力量相對不足的院前急救、連續(xù)救治中發(fā)揮重要作用。目前，休克的閉環(huán)復蘇技術(shù)根據(jù)控制原理可分為以下兩大類(表1)：第一類主要是基于PID控制器的線性控制系統(tǒng)，其以實時血壓為系統(tǒng)輸入量，調(diào)節(jié)輸液速率線性逼近目標血壓，具有較好的準確性;第二類是基于智能控制器的非線性控制系統(tǒng)，主要包括基于模糊控制器的模糊控制系統(tǒng)和基于決策表的計算機閉環(huán)系統(tǒng)，相對于線性控制系統(tǒng)，以上兩種控制系統(tǒng)均在優(yōu)化復蘇策略方面更智能，更穩(wěn)定。下文將依次介紹兩類閉環(huán)控制系統(tǒng)的控制原理、決策算法和復蘇過程，并比較其在復蘇效率方面的優(yōu)劣。最后結(jié)合現(xiàn)代休克復蘇理論和現(xiàn)場醫(yī)學救援的發(fā)展需要，討論閉環(huán)復蘇技術(shù)未來的發(fā)展趨勢。

表1 休克閉環(huán)復蘇技術(shù)Tab.1 Closed-loop resuscitation of shock

1 閉環(huán)復蘇技術(shù)

一般的閉環(huán)復蘇系統(tǒng)由控制變量、傳感器、控制器和輸液泵組成(見圖1)?？刂谱兞?，即為反饋監(jiān)測的生理參數(shù)，如血壓、心輸出量(cardiac output，CO)或尿輸出量(urine output，UO);傳感器負責采集控制變量的生理信號，并輸入控制器;控制器或控制算法，通過比較器將控制變量的測量值與預先設(shè)置的定值或復蘇終點進行比較輸出誤差信號，并將誤差信號轉(zhuǎn)換為輸液泵的控制指令輸出;輸液泵作為系統(tǒng)的執(zhí)行元件按照控制器輸出的指令調(diào)節(jié)速率輸注液體。從整體來講，閉環(huán)復蘇系統(tǒng)根據(jù)患者生理參數(shù)的監(jiān)測，為了消除測量值與定值之間的誤差，調(diào)節(jié)復蘇策略實施液體復蘇，從而形成一個閉合的負反饋回路，如此周而復始，最終按照系統(tǒng)設(shè)計的宗旨以最有效的方式(最少的液體、最佳的預后)達到預期的復蘇終點。

1.1 基于PID控制器的線性控制系統(tǒng)

1.1.1 PID 控制器原理

PID控制是由比例 P(proportion)，積分 I(integration)和微分D(differentiation)控制單元線性組合進行控制的方式[12](見圖 2)。

圖1 閉環(huán)復蘇控制原理框圖Fig.1 Block diagram of control principles of closed loop resuscitation

圖2 PID控制系統(tǒng)原理框圖Fig.2 Block diagram of PID controller principles

圖中，r(k)表示預先設(shè)定的期望值，e(t)表示期望值與控制參數(shù)測量值c(t)的誤差，u(t)表示控制

式中，Kp、Ki和 Kd分別為比例系數(shù)、積分系數(shù)和微分系數(shù)，τ表示指令的傳遞時間。

根據(jù)式(1)計算系統(tǒng)在t和t-1的輸出之差轉(zhuǎn)化為數(shù)字PID控制系統(tǒng)的增量法算式為

由上述公式推導可知，控制器的性能與 Kp、Ki和Kd有關(guān)。一般選擇Kp、Ki和Kd過程為PID控制器的參數(shù)整定，在實際應(yīng)用中主要采用工程整定法，包括經(jīng)驗法、臨界比例法和響應(yīng)曲線法等。

1.1.2 CARA 系統(tǒng)

早期美軍提出了設(shè)計一種具有自動重癥監(jiān)護生命支持能力的生命支持系統(tǒng)的概念，該系統(tǒng)能夠基于計算機閉環(huán)控制對患者提供自動化的呼吸復蘇、液體復蘇和藥物管理。因此，Pearce等設(shè)計了一種基于計算機輔助復蘇算法(computer assisted resuscitation algorithm，CARA)的輸液泵閉環(huán)控制系統(tǒng)。其中CARA系統(tǒng)主要是由美國賓夕法尼亞大學的研發(fā)團隊設(shè)計的一種基于計算機的PID算法[13]，其以最少的液體改善組織灌注的復蘇策略為宗旨，通過調(diào)節(jié)輸液泵的速率，有效地管理患者的液體復蘇。為了滿足閉環(huán)復蘇控制系統(tǒng)性能設(shè)計的安全性和可靠性，CARA系統(tǒng)在嵌入式設(shè)計中采用了形式化方法對系統(tǒng)進行描述和分析，主要分為兩個階段，第一階段利用擴展有限狀態(tài)機系統(tǒng)將形式化設(shè)計需求轉(zhuǎn)化為序列推理規(guī)則，第二階段將推理規(guī)則轉(zhuǎn)化為符合形式化分析的工具。CARA系統(tǒng)由血壓監(jiān)測、控制算法、輸液監(jiān)測和顯示報警4個模塊組成(見圖3)。

圖3中控制算法根據(jù)預先設(shè)定的目標血壓，實時獲取血壓的測量值，利用式(2)計算測量值與目標血壓的誤差，并將誤差轉(zhuǎn)化為控制輸液泵的電壓輸出，從而實現(xiàn)輸液速率的調(diào)節(jié)。具體如下：

1)設(shè)定目標血壓：CARA根據(jù)臨床上休克的定義，選擇血壓作為控制參數(shù)，并使用平均動脈壓(mean arterial pressure，MAP)代替了收縮壓，以消除因動脈血壓在監(jiān)測時的擾動造成的計算誤差。遵循以最少的液體改善組織灌注的宗旨，CARA采用限制性液體復蘇代替正常血壓復蘇，以降低因大量補液帶來的風險(非控制性失血)，確保為功能器器的輸出，P、I、D分別為比例控制、積分控制和微分控制算法。其輸出函數(shù)可以表示為官提供充分的組織灌注?？紤]到心血管系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)機制，大部分功能器官的 MAP不小于60 mmHg，因此，CARA復蘇終點的默認值設(shè)為MAP 70 mmHg。

圖3 CARA系統(tǒng)Fig.3 CARA system

2)PID算法：首先 CARA中 PID控制器的參數(shù)整定主要采用經(jīng)驗法，通過觀察在復蘇過程中各個參數(shù)對誤差信號的貢獻值來選擇參數(shù)的大小或者取舍。其次，由于血壓的采樣頻率若按照理想模型中的5s進行測量，現(xiàn)有的無創(chuàng)血壓檢測手段無法滿足其要求，因而控制器一方面采用袖帶血壓和脈搏波速等無創(chuàng)血壓檢測方法，對血壓值的準確性進行驗證，另一方面，根據(jù)階段性誤差積分的分析，采取了分階段調(diào)整測壓頻率的方式，如以5 s的頻率采集2 min后，每階段增加20 s。然后，控制器也通過輸液容量和輸注阻力的監(jiān)測，判斷休克過程中心血管系統(tǒng)自我調(diào)節(jié)機制對血壓測量的影響，進而進一步提高控制器的性能。

3)轉(zhuǎn)化功能：當獲取血壓測量值后，經(jīng)過誤差計算獲得T內(nèi)的血壓差值，然后CARA將血壓差值轉(zhuǎn)化為輸液泵的驅(qū)動電壓，進而按照采樣頻率調(diào)節(jié)輸液泵的輸液速率。

1.1.3 CARA 系統(tǒng)的控制性能

Pearce等通過對豬的嚴重失血模型進行閉環(huán)復蘇實驗，驗證了其控制性能。在該實驗中，選擇了75 kg的豬，失血至 MAP 40 mmHg后，持續(xù)時間達15 min，失血容量共30%;復蘇時，目標血壓設(shè)為75 mmHg，起始血壓監(jiān)測頻率為5 s，復蘇溶液為5%鹽溶液。圖4描述了整個實驗過程，從上方的表格中可知分別到達目標MAP的25%、50%和100%時所需的時間和容量，其中系統(tǒng)以120 mL/min的速率，經(jīng)6.3 min輸注了756 mL液體，即達到了目標MAP的90%，然而將其維持了30 min輸注了1.5L液體;復蘇至40 min后因輸液泵阻塞報警血壓曲線出現(xiàn)一段波動，但經(jīng)故障排除后系統(tǒng)自動重啟，在5 min左右系統(tǒng)又將血壓重新維持至目標值。

圖4 PID閉環(huán)控制動脈血壓的復蘇過程[4]Fig.4 Example of PID closed loop control of arterial blood pressure during resuscitation[4]

1.2 基于模糊控制器的模糊控制系統(tǒng)

1.2.1 模糊控制理論

1965年美國加利福尼亞大學著名教授Zadeh創(chuàng)立了模糊集合論[14]，為模糊控制理論的發(fā)展奠定了基石。在經(jīng)典控制中，通常使用經(jīng)典集合描述控制對象，根據(jù)控制對象的特征建立精確數(shù)學模型，并運用數(shù)學運算計算輸出控制量。然而，模糊控制主要是模擬人腦的思維方式，對模糊信息進行處理分析。若使用計算機對控制對象模糊處理，根據(jù)模糊信息判斷輸出控制量，必須運用模糊控制理論。

Ying等較早利用模糊控制和模糊建模的方法進行了休克復蘇過程中液體控制的研究[15]，圖5舉例描述了運用模糊控制理論表示閉環(huán)液體復蘇過程中的輸入輸出變量。圖A、圖B分別為MAP和輸液速率的模糊語言變量集合、隸屬度和隸屬度函數(shù)，其中將MAP描述為臨界值、中間值和目標值;而將輸液速率變量描述為最小值、中間值和最大值。在[0，1]上其隸屬度函數(shù)如圖曲線所示，下文將結(jié)合實際應(yīng)用進一步闡述。

1.2.2 模糊控制系統(tǒng)

模糊控制系統(tǒng)(fuzzy control systems，F(xiàn)CS)主要由模糊控制器(fuzzy controller，F(xiàn)C)、I/O接口、執(zhí)行元件、被控對象和傳感器構(gòu)成[16](見圖 6)，適用于難以建立數(shù)學模型的非線性、強耦合、不確定性和時變的多變量復雜系統(tǒng)，具有良好的適應(yīng)性和魯棒性。

圖5 閉環(huán)復蘇輸入輸出變量的模糊描述Fig.5 Fuzzy description of input and output variables of closed-loop resuscitation

1.2.3 基于計算機 FC的閉環(huán)復蘇系統(tǒng)

Rafie等研究的基于模糊控制器的閉環(huán)復蘇系統(tǒng)由三部分組成，包括生理信號傳感器、計算機控制器和輸液泵。其中，控制器是基于計算機和NI公司的PCI模擬輸入多功能采集板卡在Lab VIEW仿

FC是FCS的核心，一般其結(jié)構(gòu)主要包括計算控制變量、模糊量化處理、模糊控制規(guī)則、模糊推理和非模糊化處理六部分。FC的算法流程：計算機經(jīng)中斷采樣獲取患者的生理信號，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號輸入后，將生理信號的測量值與其對應(yīng)的目標值進行比較，得到相應(yīng)的誤差信號e和誤差集合E;e輸入FC后，經(jīng)模糊量化處理轉(zhuǎn)化為模糊量或模糊集合，并使用相應(yīng)的模糊語言進行表示，以得到e的模糊語言集合的一個子集?e;?e和模糊控制規(guī)則?R根據(jù)模糊推理的合成規(guī)則進行模糊決策，即可得模糊控制量 ?u(見式(3));將 ?u進行非模糊化處理轉(zhuǎn)化為數(shù)字控制量U，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換為精確的模擬量控制輸液泵的速率。重復以上步驟循環(huán)采樣，即可實現(xiàn)閉環(huán)的模糊控制。真軟件中開發(fā)設(shè)計;生理信號傳感器直接使用多參數(shù)監(jiān)護儀中的血壓模塊，通過PCI板卡與計算機連接;輸液泵通過RS232串口與計算機相連接。下文將描述其模糊控制算法。

圖6 模糊控制系統(tǒng)的基本原理Fig.6 Basic principles of fuzzy control system

1)選擇MAP作為控制器的控制參數(shù)，按照低壓復蘇和正壓復蘇兩種復蘇方式設(shè)定MAP目標值分別為65 mmHg和90 mmHg，再設(shè)定MAP臨界值分別為40mmHg和50mmHg。然后，將MAP模糊化處理為模糊語言變量，即臨界值、中間值和目標值，并定義其隸屬度函數(shù)。同時，對輸液速率也進行相應(yīng)的模糊化處理，如圖5所示。

2)根據(jù)兩種不同的液體治療方案建立了相應(yīng)的模糊控制規(guī)則?R(表2)。首先，輸液速率與體重相關(guān)，且晶體的容量擴展效率大約是膠體的三倍。其次，當MAP小于臨界值時，將以最大的速率輸注;當MAP介于臨界值與目標值之間時，輸液速率將從最大值迅速減小，且速率的變化量與MAP的變換不存在線性關(guān)系;當MAP到達或接近目標值時，輸液速率以最小值保持靜脈暢通(Keep Vein Open，KVO)。

3)設(shè)定系統(tǒng)的采樣頻率為100 Hz，計算誤差信號，并利用式(3)輸出轉(zhuǎn)化輸液速率。

表2 閉環(huán)復蘇的模糊控制規(guī)則Tab.2 Fuzzy control rules of closed-loop resuscitation

同時，Vaid等研制的閉環(huán)復蘇系統(tǒng)采用了與Rafie等相似的模糊控制系統(tǒng)，即分別以90 mmHg和65 mmHg為復蘇目標，并根據(jù) MAP在臨界值、中間值和目標值時，分別將輸液速率從最大值減小至中間值直到KVO速率。由此可見，兩個系統(tǒng)均在誤差值量化論域的等級數(shù)上選用了最簡單的等級劃分，因此系統(tǒng)具有較好的快速性。

在Rafie等和Vaid等的閉環(huán)復蘇實驗中，使用了羊的非控制性失血模型，不同的是 Vaid等使用3.0%NaCl取代了 Hex溶液。兩個實驗結(jié)果均表明，采用以65 mmHg為復蘇終點的低壓復蘇方法能很快使患者血壓到達目標值，而以90 mmHg為復蘇終點的正壓復蘇方法，由于輸液速率降低后只能維持在略低于目標值的水平，但正壓復蘇過程中所用LR溶液的容量，均小于高級生命支持指南中規(guī)定的補液容量的兩倍，有利于達到限制性補液的目的。另外，通過實驗Rafie等也發(fā)現(xiàn)采用以65 mmHg為復蘇終點的低壓復蘇方法，動物預后的生存率較低。

1.3 基于專家系統(tǒng)的計算機閉環(huán)系統(tǒng)

1.3.1 專家系統(tǒng)

燒傷休克治療時，一般醫(yī)生會采用“小時法”為患者調(diào)整復蘇策略[17]。但前提需要先根據(jù)Parkland公式計算得到起始輸液速率，如一個40%體表總面積(total body surface area，TBSA)燒傷的病人初始速率應(yīng)為10 mL/kg/h。在第一小時內(nèi)以初始速率持續(xù)對患者的實施補液后，醫(yī)生將回顧第一小時內(nèi)患者的UO，然后根據(jù)復蘇決策表(見表3)對輸液速率進行調(diào)整;當再過1 h后，醫(yī)生會采取同樣的步驟，實施輸液速率的調(diào)節(jié)，直到患者UO達到目標值。此時，若將表3作為一個專家利用計算機程序語言將其知識與經(jīng)驗存儲于計算機，則能通過計算機模擬一位專業(yè)醫(yī)師制定燒傷患者治療方案的決策過程，從而建立一個應(yīng)用于閉環(huán)復蘇的專家系統(tǒng)。

表3 專家復蘇決策表Tab.3 Decision table used for technician controlled resuscitation

1.3.2 基于決策表的PID控制系統(tǒng)

為了提高“小時法”的復蘇效率，及時辨識燒傷患者是否處于過復蘇或欠復蘇，以至于改善患者燒傷的發(fā)病率和死亡率。Hoskins等和Salinas等基于“小時法”利用計算機閉環(huán)控制技術(shù)，改進了原方法中人工UO監(jiān)測周期過長(1 h)，患者液體復蘇響應(yīng)不靈敏的弊端，而以更加嚴格有效的控制方式實施液體復蘇的管理。

兩者設(shè)計的PID控制算法基本相同，由于上文已經(jīng)介紹了PID的控制原理，在此將簡述如下。

1)目標值：以 UO為控制參數(shù)，設(shè)定 UO 1.0～2.0 mL/kg/h為復蘇終點或目標值。

2)PID算法：使用比例控制單元計算UO前一小時的測量值與目標值的誤差;使用積分控制單元累計歷史UO的測量值;使用微分控制單元計算UO的變化率，可得輸出u(t)如式(1)所示。

3)由式(1)計算輸注速率得

式中，It表示在t時刻的輸注速率。

在動物的閉環(huán)復蘇實驗中，Hoskins等和Salinas等通過對PID控制器的參數(shù)整定發(fā)現(xiàn)，當消除微分控制的作用時，系統(tǒng)將獲得最佳的工作性能，因而他們最終選擇的是 PI控制器。同時，根據(jù)40%TBSA燒傷的羊的復蘇結(jié)果表明，他們設(shè)計的閉環(huán)復蘇系統(tǒng)相對于傳統(tǒng)的人工復蘇方法是一種極大的改進，具有更好的精確性、靈敏性和穩(wěn)定性。但是，該系統(tǒng)是否能夠完全改善燒傷患者的預后，仍需進一步開展相關(guān)的研究工作。

2 討論

從以上復蘇實驗中可知，盡管上述閉環(huán)復蘇系統(tǒng)采用的控制原理、復蘇原則、復蘇目標和復蘇液體都不盡相同，但在復蘇策略的優(yōu)化方面均優(yōu)于傳統(tǒng)的人工復蘇方法。主要表現(xiàn)在：一是對患者實時連續(xù)的自動監(jiān)測能夠更快地響應(yīng)或反饋復蘇策略的效果，避免欠復蘇或過復蘇;二是對輸注速率的調(diào)節(jié)和補液容量的控制做出了有益的調(diào)節(jié)，有利于患者的復蘇治療;三是對于非控制性失血性休克采用低壓復蘇方式，可以較好地實現(xiàn)限制性補液的原則。此外，下文將分別討論上述閉環(huán)復蘇系統(tǒng)控制性能、早期液體復蘇原則和不同復蘇目標與標準的差異，但對于復蘇液體將不做深入研究。

2.1 閉環(huán)復蘇系統(tǒng)性能比較

若僅從控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、靜態(tài)特性和動態(tài)特性進行比較，則可將閉環(huán)復蘇系統(tǒng)性能的影響因素和特點描述如表4。考慮到心血管系統(tǒng)的代償機制，控制器對控制參數(shù)(以血壓為例)的變化和輸液容量的監(jiān)測都具有時間滯后的特點，因此在不同控制器設(shè)計時各個影響因素的調(diào)節(jié)，將使其控制性能的表現(xiàn)具有一定的制約作用。

表4 閉環(huán)復蘇系統(tǒng)性能比較Tab.4 Comparison of performance on closedloop resuscitation

從Pearce等的實驗來看，CARA系統(tǒng)對目標血壓的恢復和故障的診斷排除響應(yīng)時間相對較快，體現(xiàn)了比例作用的靈敏性，但當接近目標血壓后，系統(tǒng)對輸注容量的控制作用明顯下降，說明在這個階段微分作用對系統(tǒng)的性能產(chǎn)生了一定的影響。Hoskins等和Salinas等在系統(tǒng)的設(shè)計中采取了完全消除微分作用的方式。通過實驗數(shù)據(jù)的對比發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)CS和決策表在閉環(huán)復蘇方面表現(xiàn)出了良好的適應(yīng)性和一致性，但建議應(yīng)適當?shù)卦黾臃謾n級數(shù)有利于提高系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度，尤其是選擇正壓復蘇時，以免補液或復蘇不充分。

2.2 正壓復蘇與低壓復蘇

一般臨床復蘇認為，對于失血性休克患者，快速恢復血液動力學指標是首要任務(wù)。因此，傳統(tǒng)的復蘇方法是主張積極快速復蘇，并使用正性肌力或血管活性藥物以盡快恢復血壓。然而，近來大量動物實驗及臨床研究結(jié)果表明，在早期液體治療中低壓(限制)復蘇非控制性出血休克效果優(yōu)于正壓(積極)復蘇[18]，即在有效止血前，以最少的容量維持機體所能耐受的最低血壓，復蘇效果將優(yōu)于正壓復蘇。在Rafie等和Vaid等的低壓復蘇和正壓復蘇實驗結(jié)論中，尤其體現(xiàn)了閉環(huán)復蘇在限制性補液方面的優(yōu)越性能，但是也發(fā)現(xiàn)了采用低壓復蘇時應(yīng)選擇更高的目標值(＞65 mmHg)作為復蘇終點，比如Pearce等所選用的70 mmHg。關(guān)于低壓復蘇的復蘇終點的選擇，有些文獻報道的建議是：若無顱腦損傷，收縮壓可控制在≤90 mmHg;若有顱腦損傷，為保證腦組織有足夠血液灌流，收縮壓應(yīng)控制在100 mmHg 以上[19]，但尚需進一步確證。

2.3 不同的復蘇目標與標準

血壓是目前臨床上用于指導液體復蘇治療最為廣泛的生理參數(shù)。此外，經(jīng)典的監(jiān)測指標還有心臟指數(shù)(cardiac index，CI)、CO、動脈血乳酸(arterial blood lactate，ABL)、堿缺失/剩余堿(base deficit/excess，BD/BE)、胃黏膜 pH值等監(jiān)測指標。近年來研究表明[20-24]，雖然以血壓為復蘇終點治療失血性休克患者可以較快的恢復機體的循環(huán)血容量，但實際上機體細胞仍然處于缺氧狀態(tài)，并未獲得有效的組織灌注，嚴重影響患者的預后和存活率。Chaisson等利用CO、骨骼肌血氧飽和度作為復蘇目標，但是近紅外的無創(chuàng)檢測方法在臨床上的應(yīng)用尚存諸多爭議。另外，考慮到ABL和BD/BE反映的是機體全身的組織灌流情況，不能完全反映每個器官血管床的血流情況。胃黏膜為休克缺氧最早累及的器官，也是復蘇后最后恢復的器官，監(jiān)測其p H值能更好的反映組織灌流和氧供，但胃黏膜pH值的檢測方法在臨床應(yīng)用中卻具有一定局限性。因此，一方面很多學者強調(diào)監(jiān)測微循環(huán)和組織灌注的重要性;另一方面在休克監(jiān)測方面也提出了一些新的監(jiān)測指標和復蘇標準。比如，Weil等[25]和 Baron等[26]提出了使用較易檢測的舌下二氧化碳分壓(sublingual partial pressure of CO2，PslCO2)取代胃黏膜p H值的監(jiān)測。但最新的研究報道認為在休克監(jiān)測和指導復蘇中口腔黏膜二氧化碳分壓(buccal mueasal partial pressure of CO2，PbuCO2)與 PslCO2比較將更具有應(yīng)用前景[27-29]。

綜上所述，閉環(huán)復蘇技術(shù)設(shè)計的最終目的即是以最有效的方式(最少的液體、最佳的預后)達到預期的復蘇終點。目前盡管在大量的動物研究中已證實了閉環(huán)復蘇在液體管理方面的優(yōu)越性，但是尚未有充分的數(shù)據(jù)說明閉環(huán)復蘇技術(shù)在改善患者預后和提高存活率方面的效用。究其原因，一是由于目前生理信號實時檢測手段的局限性[30-31]，嚴重制約了有效指導復蘇生理參數(shù)的選擇范圍。二是由于人機自我液體平衡機制的影響，難以精確地為失血性休克的治療建立科學的模型[32-33]，以實現(xiàn)患者失血或復蘇狀態(tài)的實時辨識和評估，為閉環(huán)控制提供有效地循證醫(yī)學決策的依據(jù)。三是由于無論基于PID控制器、FC和決策表的閉環(huán)復蘇系統(tǒng)都未具有兼顧恢復循環(huán)血容量和改善組織灌注的復蘇決策能力[34-36]，無法確保閉環(huán)復蘇對休克患者預后的良好效用。以上三點問題共同影響了閉環(huán)復蘇技術(shù)在失血性休克臨床治療中的應(yīng)用。

3 展望

失血性休克多發(fā)于自然災害和重大事故等的救援現(xiàn)場，大多數(shù)患者在實施院前急救期間呈非控制性失血性休克，因此在患者救治的“黃金小時”內(nèi)實施及時有效的液體復蘇將具有非常重要的意義。然而，模糊控制、決策支持等閉環(huán)控制技術(shù)在危重患者的呼吸和藥品管理方面已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用[37-38]，但在液體管理方面尚未有明確的臨床應(yīng)用報道?；趯σ陨祥]環(huán)復蘇技術(shù)存在的幾點問題的分析，一方面若選擇適于閉環(huán)復蘇過程中微循環(huán)和組織灌注監(jiān)測的生理參數(shù)輔助血壓指導復蘇，比如PbuCO2，可能將促使其在復蘇效率上取得更好的效果。另一方面，若利用準確的休克辨識模型和具有自適應(yīng)的智能控制技術(shù)，可能將從根本上優(yōu)化其復蘇策略，達到改善患者的預后的目的。因此，相信結(jié)合現(xiàn)代液體復蘇理論與智能控制理論對閉環(huán)復蘇技術(shù)進行更深入的研究，將促使其逐漸在臨床應(yīng)用中得到推廣，并最終能夠在失血性休克現(xiàn)場救治、院前急救和院內(nèi)治療中的發(fā)揮重要的作用。

[1]Zhao KS，Xu Q.Molecular Mechanism Of Severe Shock[M].India：Transworld Research Network，2009.

[2]劉昱升，景亮.失血性休克液體復蘇實驗研究進展[J].《國外醫(yī)學》麻醉學與復蘇分冊，2005，26(3)：150-153.

[3]Ying H，Bonnerup CA，Kirschner RA，et al.Closed-loop fuzzy control of resuscitation of hemorrhagic shock in sheep[C]//Proceedings of the Second Joint EMBS/BMES Conference.Houston：IEEE，2002：1575-1576.

[4]Pearce FJ，Lee J，Albert SV.Closing the loop on critical care life Support for military en route care environment[EB/OL].http：//www.rta.nato.int/pubs/rdp.asp?RDP=RTO-MPHFM-109，2008-09-08/2011-03-09.

[5]Chaisson NF，Kirschner RA，Deyo DJ，et al.Near-infrared spectroscopy-guided closed-loop resuscitation of hemorrhage[J].J Trauma，2003，54(5 Suppl)：183-192.

[6]Rafie AD， Rath PA， Michell MW， et al. Hypotensive resuscitation of multiple hemorrhages using crystalloid and colloids[J].Shock，2004，22(3)：262-269.

[7]Vaid SU，Shah A，Michell MW，et al.Normotensive＆hypotensive closed-loop resuscitation using 3.0% NaCl to treat multiple hemorrhages in sheep[J].Crit Care Med，2006，34(4)：1283.

[8]Hoskins SL，Elgjo GI，Lu J，et al.Closed-loop resuscitation of burn shock[J].J Burn Care Res，2006，27：377-385.

[9]Salinas J， Drew G， Gallagher J， et al. Closed-loop and decision-assist resuscitation of burn patients[J].J Trauma，2008，64(4 Suppl)：321-322.

[10]Kramer GC，Kinsky MP，Prough DS，et al.Closed-loop control of fluid therapy for treatment of hypovolemia[J].J Trauma，2008，64(4 Suppl)：333-341.

[11]趙鵬，鄭捷文，吳太虎.失血性休克閉環(huán)復蘇裝置[P].中國專利：201020218747.1，2010-06-08.

[12]李士勇.模糊控制神經(jīng)控制和智能控制論[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社，2006.

[13]Alur R，Arney D，Gunter EL，et al.Formal specifications and analysis of the computer assisted resuscitation algorithm(CARA)infusion pump control system[D].Department of Computer ＆ Information Science，University of Pennsylvania，2004.

[14]Zadeh LA.Fuzzy Sets[J].Information Control，1965，8：338-353.

[15]Ying H.Fuzzy control and modeling：analytical foundations and applications[M].Hoboken，NJ：Wiley-IEEE Press，2000.

[16]諸靜.模糊控制理論與系統(tǒng)原理[M].北京：機械工業(yè)出版社，2005.

[17]Elgio GI，Traber DL，Hawkings HK，et al.Burn resuscitation with two doses of 4 ml/kg hypertonic saline dextran provides sustained fluid sparing：a 48-hour prospective study in conscious sheep[J].J Trauma Injury Infection Crit Care，2000，49：251-263.

[18]Nolan J. Fluid resuscitation for the trauma patient[J].Resuscitation，2001，48：57.

[19]Soreide E，Deakin CD.Prehospital fluid therapy in the critically injured patient a clinical update[J].Injury，2005，36(9)：1001-1010.

[20]Antonelli M，Levy M，Andrews PJD，et al.Hemodynamic monitoring in shock and implications for management：International Consensus Conference，Paris，F(xiàn)rance，27-28 April 2006[J].Intensive Care Med，2007，33：575-590.

[21]Convertino VA， Ryan KL. Identifying physiological measurements for medical monitoring： implications for autonomous health care in austere environments[J].J Gravit Physiol，2007，14(1)：39-42.

[22]Cancio LC， Batchinsky AI， Salinas J， et al. Heart-rate complexity for prediction of prehospital lifesaving interventions in trauma patients[J].J Trauma，2008，65(4)：813-819.

[23]Cooke WH，Lurie KG，Rohrer MJ，et al.Arterial pulse pressure and its association with reduced stroke volume during progressive central hypovolemia[J].J Trauma，2006 ，60(6)：1275-1283.

[24]劉良明.有關(guān)戰(zhàn)(創(chuàng))傷休克早期液體復蘇的一些新概念[J].創(chuàng)傷外科雜志，2006，8(2)：101-104.

[25]Povoas HP， Weil MH， Tang WC. Comparisons between sublingual and gastric tonometry during hemorrhagic shock[J].Chest，2000，118：1127-1132.

[26]Baron BJ， Dutton RP， Zehtabchi S， et al. Sublingual capnometry for rapid determination of the severity of hemorrhagic shock[J].J Trauma，2007，62(1)：120-124.

[27]Pellis T，Weil MH，Tang WC，et al.Increases in both buccal and sublingual partial pressure of carbon dioxide reflect decreases of tissue blood flows in a porcine model during hemorrhagic shock[J].J Trauma，2005，58(4)：817-824.

[28]Cammarata GA， Weil MH， Castillo CJ， et al. Buccal capnometry for quantitating the severity of hemorrhagic shock[J].Shock.2009，31(2)：207-211.

[29]Futier E， Teboul JL， Vallet B. Tissue carbon dioxide measurement as an index of perfusion：What have we missed?[J].Trends in Anaesthesia and Critical Care，2011，1(2)：95-99.

[30]Lass J，Meigas K，Karai D，et al.Continuous blood pressure monitoring during exercise using pulse wave transit time measurement[C].Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc.San Francisco，CA：IEEE，2004：2239-2242.

[31]Convertino VA，Ryan KL，Rickards CA，et al.Physiological and medical monitoring for en route care of combat casualties[J].J Trauma，2008，64(4 Suppl)：342-353.

[32]Convertino VA， Ryan KL. Identifying physiological measurements for medical monitoring： implications for autonomous health care in austere environments[J].J Gravit Physiol，2007，14(1)：39-42.

[33]William HC， Kathy LR， Victor AC. Lower body negative pressure as a model to study progression to acute hemorrhagic shock in humans[J].J Appl Physiol，2004，96：1249-1261.

[34]Alvarez MP， Cerón DU， Sierra UA. Smartcare closed-loop system and the altitude problem[J].Intensive Care Med，2009，35(4)：755;author reply 756-757.

[35]Vitez TS，Wada R，Macario A.Fuzzy logic：theory and medical applications[J].J.Cardiothoracic and Vascular Anesthesia，1996，110(6)：800-808.

[36]Wang A，Mahfouf M，Mills GH，et al.Intelligent model-based advisory system for the management of ventilated intensive care patients.Part II：Advisory system design and evaluation[J].Comput Methods Programs Biomed，2010，99(2)：208-217.

[37]Albrecht S，F(xiàn)renkel C，Ihmsen H，et al.A rational approach to the control of sedation in intensive care unit patients based on closed-loop control[J].Eur J Anaesthesiol，1999，16(10)：678-687.

[38]Tehrani FT，Roum JH.Intelligent decision support systems for mechanical ventilation[J].Artificial Intelligence in Medicine，2008，44：171-182.