局部腦氧飽和度在監測腦血流自動調節中的應用

進一步了解血流動力學的變化與腦氧合之間的關係可能為未來制定預防腦損傷的策略提供參考。

余慶敏1 陳志聰1 伍健明2 劉志恒1

1深圳市第二人民醫院,深圳大學第一附屬醫院麻醉科,深圳 518037;2深圳市第二人民醫院,深圳大學第一附屬醫院神經外科,深圳 518037

國際麻醉學與復蘇雜誌,2022,43(4):401-405.

DOI:10.3760/cma.j.cn321761-20210422-00526

 基金項目 

 深圳市科技創新委員會國際合作研究項目

(GJHZ20180926170402056)

REVIEW ARTICLES

【綜述】

腦血流自動調節(cerebral autoregulation, CA)是大腦維持腦血流量相對穩定的能力。當CA受損或腦灌注壓超過腦CA範圍時,血壓或顱內壓變化會加重腦水腫和腦組織缺氧 。目前臨床上還沒有理想的CA監測方式,本文擬從rSO2監測CA的原理、臨床應用及其不足的研究進展進行闡述。

1 CA的定義、意義19701653350864523      

CA是腦血管阻力隨腦灌注壓力在一定範圍內變化而變化,是腦血管系統在生理狀態改變時維持充足供氧及代謝平衡的重要機制,代表血壓與腦血流量之間的動態關係。

血壓低於CA下限時,腦血流量會下降,可能會出現腦缺血,對大腦造成進一步損害。血壓超過CA上限時會誘發腦充血、血腦屏障損害和腦水腫。CA功能是否完整可用於評估患者腦神經功能受損程度。

維持患者血壓在CA壓力範圍內,對患者血壓進行個體化調節,有利於減少患者神經系統並發癥,提高患者生存率。但目前臨床上沒有理想的監測方式可無創、實時地對CA功能進行監測。

2 無創腦氧飽和度監測簡介     

無創腦氧飽和度監測儀通過近紅外光譜技術監測局部腦氧飽和度(regional cerebral oxygen saturation, rSO2),可實時、連續、無創地監測腦灌注變化。當腦代謝、迴圈血容量、動脈血氧含量、血流通過時間和氧提取分數保持恒定時,rSO2的變化反映了腦血流量變化 。在大部分患者中,rSO2變化與腦血流量變化相關,因此可通過額部rSO2間接了解腦額葉血流量的變化,rSO2下降代表腦血流量下降,rSO2上升代表腦血流量上升 。

3 rSO2對CA的監測19701653350864523      

CA監測主要包括3個基本步驟:① 記錄動態動脈血壓;② 記錄血壓同步變化的腦血流量或其替代指標;③ 計算血壓與腦血流指標間的關係 。

CA可分為動態腦血流自動調節(dynamic‑state cerebral autoregulation, dCA)及靜態腦血流自動調節(steady‑state cerebral autoregulation, sCA)。

dCA可量化血壓瞬態變化時腦血流量的改變,需要測量血壓和腦血流量之間的瞬態關係,從而評估血壓瞬態變化對腦血流量的影響,如在直立性低血壓期間,瞬態充血反應測試時血壓變化對腦血流量的影響。評估dCA時可通過靜脈注射去氧腎上腺素等血管活性藥、改變患者體位或改變迷走神經張力使MAP發生變化,利用軟體系統同步記錄血壓變化及期間rSO2的變化,再使用軟體對記錄的參數進行相關性分析,通過相關係數評估患者個體的dCA功能 。但誘導血壓改變需頻繁影響患者血壓,且對患者有潛在危害,其臨床應用受限。

sCA可量化血壓和腦血流量靜態、穩定時的關係,在血壓發生平緩變化時腦血流量與血壓的關係(如患高血壓後血壓上升,治療後血壓下降),血壓平緩變化與腦血流量變化的關係 。監測sCA不需要外部刺激引起患者血壓波動,通過長時間記錄患者平靜時的血壓及rSO2變化,再對參數進行相關性分析。通常以5 mmHg(1 mmHg=0.133 kPa)為間隔,將MAP分為若干個集合,記錄每個集合內rSO2的範圍,描繪高低圖,通過高低圖直接將患者sCA曲線可視化,並可識別個體CA範圍的上限及下限 。在CA血壓範圍內,患者rSO2相對穩定,不隨血壓變化而改變,患者腦血流量相對穩定;而血壓低於或高於此範圍時,腦血流量隨血壓變化而改變。在患者血壓平穩的情況下,監測時間越長,記錄的數據越多,則描繪出的CA曲線越擬合患者實際的CA曲線。sCA需記錄足夠多的數據,且要求患者的血壓平穩變化,如血壓波動範圍過小,可能無法描繪患者的CA曲線。

dCA與sCA都可通過計算rSO2與MAP的移動相關係數描繪出CA的趨勢,直接可視化CA曲線 。計算每10 s rSO2與MAP的平均值,則每5 min可得到30組rSO2與MAP,計算rSO2與MAP的相關係數,定義為腦血氧飽和度指數(cerebral oximetry index, COx),其範圍為−1~1。負值或零附近的值表示完整的CA,即rSO2與MAP之間沒有相關性,COx最小值對應的血壓為個體的最佳血壓。COx>0.3表示CA能力受損,COx接近1表示CA能力喪失 。具體來説,MAP和rSO2之間變化的一致性表明腦迴圈壓力的被動和CA功能的受損。

4 通過rSO2監測CA在臨床的應用19701653350864523      

在健康志願者中,MAP在50~150 mmHg變化時,腦血流量幾乎是恒定的 。但個體完整CA的血壓範圍是有差異的,如在慢性高血壓患者、危急重症患者、心臟手術CPB期間,惡性高血壓患者中CA曲線可左移或右移甚至消失 。在預期具有正常CA的健康老年志願者中也顯示出從低(幾乎不存在)到高的CA能力 。即使在健康志願者中,個體最佳腦灌注的血壓上下限差異亦很大 。另外,不同的藥物對患者CA也會産生影響。目前對於圍手術期患者及危重症患者的血壓調控沒有統一標準,通過rSO2監測描繪患者個體CA曲線,再根據患者的CA曲線可推算患者完整CA的血壓範圍。通過COx可推算患者最佳動脈壓,即最小COx對應的血壓。由此確定的最佳血壓可能幫助臨床醫師在圍手術期管理中及治療危重症患者時進行個體血壓管理,改善患者預後。rSO2可連續、長期、動態、無創地對患者CA能力進行評估,較其他監測方式具有更好的臨床應用前景。

CA是腦完整功能的一部分,通過rSO2監測CA功能的完整性,評估個體腦損傷的程度,從而評價腦組織健康狀態,有助於臨床中對危急重症患者及手術患者的預後進行預測。

4.1 rSO2監測CA在麻醉中的應用

CPB期間難以估計患者合適的血壓,通過COx實時監測CA功能可能為CPB患者個體化MAP提供更合理的手段。有20%的CPB患者會發生CA受損,CA受損的患者比CA完整的患者更有可能發生圍手術期腦卒中,且患者出現譫妄的風險更高 。在合併中樞神經系統疾病的患者進行非神經外科手術時,術中通過CA監測儘早發現腦灌注不足,及時進行處理,對預防腦功能障礙、術後神經系統並發癥及減少大腦二次打擊有幫助,特別是老年患者、嬰幼兒患者以及進行複雜手術,心臟、肝手術的患者 。CA功能監測可作為神經系統多模式監測的一部分,有助於減少圍手術期患者神經系統損傷,另外,持續的CA評估對預後的預測優於間歇性評估 。

基於圍手術期CA監測進行的個體化血壓管理有助於減少術後並發癥的發生。在清醒狀態下行頸動脈內膜剝脫術的患者中,CA的喪失是患者需行術中分流的早期警告,同時在術中維持最佳COx的血壓管理可以預防術後神經系統症狀 。通過COx得到患者CA的血壓下限,在心血管手術術後,與未出現急性腎損傷的患者比較,發生急性腎損傷的患者術中血壓低於CA下限的幅度更大、時間更長 。心臟手術圍手術期患者的血壓低於最佳血壓與心臟手術相關急性腎損傷有關 。通過CA監測得到最佳血壓可作為CPB時術中血壓管理指標,同時作為重要器官灌注指標,減少CPB帶來的重要器官損傷,減少CPB相關並發癥。

4.2 rSO2監測CA在ICU中的應用

在蛛網膜下腔出血患者中,CA的評估有助於預後判斷及血管痙攣的檢測 。蛛網膜下腔出血後5 d內,CA功能不良顯著增加遲發性腦缺血的風險 。在膿毒症相關性腦病患者中,rSO2的連續監測可以確定CA的血壓範圍。考慮到CA與腦損傷程度之間可能存在關聯,使用床旁CA監測對血壓目標進行個性化設置可以更好地保護膿毒症相關性腦病患者的腦灌注 。在一項利用rSO2監測心搏驟停患者並評估其CA能力受損情況的研究中,近35%的心搏驟停患者復蘇後合併CA能力受損,且這部分患者復蘇後180 d的生存率較CA功能完整的患者低 。

4.3 rSO2監測CA在小兒中的應用

小兒尚缺乏公認的CA極限。在早産兒中,CA與早期死亡或腦損傷有關,維持早産兒腦血流量充足、穩定十分關鍵,COx>0.5的早産兒早期神經系統並發癥及院內死亡的發生率更高 。一篇結合了46項研究的文章總結顯示:在新生兒中使用rSO2監測CA對臨床結局影響的研究中,CA的實時床邊監測結合常規監測進行評估有助於改善患者預後 。在一項使用rSO2監測心臟手術期間兒科患者CA的研究中,CPB期間的低血壓與CA功能受損之間存在關聯。COx可能有助於確定CPB過程中完整CA的動脈血壓限值 。

CA是否受損是體外膜肺氧合(extracorporeal membrane oxygenation, ECMO)支援患者出現急性神經事件的早期預警。在進行ECMO支援時,CA障礙可能是神經系統損傷的危險因素,在29例接受ECMO治療的兒童患者中,通過rSO2持續監測CA是可行的,出現急性神經事件患兒的MAP在較長時間超出CA範圍,尤其是在ECMO開始後的24 h,出現急性神經事件患兒CA受損更嚴重 。

5 rSO2監測與其他監測方式的比較     

CA監測分為有創監測及無創監測,通常是監測血壓與腦血流量或其替代指標的動態關係,從而推算患者的CA能力,常用的替代指標有顱內壓、腦灌注壓、頸靜脈竇靜脈血氧飽和度、腦組織氧合監測、腦微量透析監測、腦氧合Hb濃度等。但至今為止沒有一種方法在臨床中廣泛開展。

經顱多普勒超聲及腦血氧飽和度監測因其無創且使用簡便,在臨床上有較好的應用前景 。經顱多普勒超聲以大腦中動脈血流速度的變化來評定腦血流狀況,通過計算血壓與血流狀況的動態關係可得到患者的CA曲線。在急性顱內損傷及蛛網膜下腔出血患者中,通過rSO2與經顱多普勒超聲得到的CA曲線具有良好的一致性 。但臨床中rSO2的使用較經顱多普勒超聲使用簡便,且經顱多普勒超聲監測準確性受操作者技術影響,並可能會因患者顳窗的丟失而不能使用。

其他評估腦血流變化的替代監測指標中,顱內壓、腦灌注壓、頸靜脈竇靜脈血氧飽和度、腦微量透析監測是有創監測,長期監測有感染風險且不利於患者轉運。CA完整時顱內壓相對平穩,CA失衡時直接影響顱內壓。通過監測顱內壓與血壓的動態關係,得到壓力反應指數評估CA能力。在研究中rSO2與ICP之間存線上性關係,rSO2可對患者進行無創、長期、動態監測,在臨床中較顱內壓監測有優勢 。

6 rSO2的局限性19701653350864523      

臨床上影響rSO2監測數值的因素很多,患者顱外組織會干擾rSO2的準確性,rSO2與Hb濃度、心指數、中心靜脈血的血氧飽和度、體溫呈正相關,與患者年齡呈負相關,PaCO2、腦血管舒張狀態及顱內壓超出生理範圍也會影響rSO2 。目前臨床使用的rSO2監測感測器大多固定在患者雙側額部,監測區域大多由大腦前動脈支配,監測區域較局限。

此外,利用rSO2對CA功能進行監測需要電腦建模,並需要相應的數據處理系統同時處理rSO2及血壓數據,因而目前大多只用於臨床研究,未能在臨床實踐中推廣應用。同時,dCA需誘發患者血壓波動,在部分患者中不宜使用。sCA需長時間的數據採錄並分析後才能描繪出患者個體CA曲線。

再者,在目前使用rSO2調控血壓及識別CA功能完整性、探究其對患者預後影響的研究中,缺乏大樣本、多中心隨機研究及對患者長期預後影響的研究。

最後,有部分研究認為,rSO2監測通過COx得到的CA能力與顱內壓監測通過壓力反應指數評價CA的一致性有限 。仍需進一步研究不同監測方式間的差異及進一步確認統一的監測標準。

7 小 結     

進一步了解血流動力學的變化與腦氧合之間的關係可能為未來制定預防腦損傷的策略提供參考。床旁血壓監測與rSO2監測的整合提供了一種無創方法來描繪個體CA曲線,有望無創、實時、持續對患者CA能力進行監測,從而對患者血壓實現個體化精準調控,維持合適腦灌注,對患者可能出現的神經系統不良並發癥發出預警,是臨床實施腦保護的有效手段。但仍需要更多的臨床研究來證實rSO2監測在CA監測方面的應用價值。

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