围术期局部脑氧饱和度影响因素的研究进展_刘琳琳.pdf

J Med Theor PracVol.36，No.3，Feb20232023年第36卷第3期医学理论与实践围术期局部脑氧饱和度影响因素的研究进展刘琳琳嵇富海苏州大学附属第一医院麻醉科，江苏省苏州市215031摘要脑组织对缺血缺氧的耐受能力远远低于其他组织器官，因此在围术期保证大脑氧供和氧耗的平衡极为重要。近红外光谱(NIS)技术监测局部脑氧饱和度(rSO2)的引入有助于临床工作者早期识别脑缺血和缺氧的发生，其应用也逐渐从最初的心脏外科手术扩展至非心脏外科手术。但 NIS 技术监测的 rSO2受到多种因素的影响，明确近红外光谱监测脑氧饱和度时的相关影响因素，有助于人们在临床实践中进一步了解这项新技术的使用及意义。关键词局部脑氧饱和度影响因素围术期中图分类号:614文献标识码:Adoi:10.19381/j.issn.1001-7585.2023.03.009不同于颈静脉球血氧饱和度和脑组织氧分压的测量等有创监测，近红外光谱(NIS)仪无创、便捷、持续、实时监测等优点减少了人们对脑氧供与氧耗监测的顾虑1。NIS 能持续进行床旁测量并反馈实时的局部脑氧饱和度(rSO2)信息，及早发现脑组织低灌注，从而预防脑功能障碍和术后神经并发症。但 NIS 的监测可能受到多种因素的干扰，rSO2的正常范围仍未明确，在不同的研究中发现 rSO2具有很大的个体差异，因此一些研究者建议，应该主要以rSO2的相对变化和趋势而不是 rSO2的数值，作为脑组织氧供需平衡的指标2。本文将从 NIS 使用的基本原理、围术期影响因素及其应用的局限性对rSO2的监测进行论述。1近红外光谱仪的工作原理一般情况下组织对波长 700 1 000nm 的近红外光吸收较低，近红外光束可以穿透皮肤、骨骼、肌肉以及脑组织，深度可达 8cm，这对经颅监测脑血氧提供了可能3。脑组织中的氧合血红蛋白(O2Hb)与脱氧血红蛋白(HHb)对近红外光束具有不同的吸收光谱，通过这一物理特性，可以分析局部脑组织中的氧饱和度。NIS 仪器的一对电极片通常被贴在左、右大脑额叶上方的皮肤上，也可以从任何脑叶上方进行测量。每个电极片都包含有一个近红外光发射器和一个远端的光探测器，光束从发射器沿着一条弧线传播，最后由探测器接收，能够测量皮肤下深度 2 3cm 的大脑皮层的 O2Hb 与 HHb 的比例。它不仅能测量脑组织的氧饱和度，也可以测量脑外组织如肌肉组织的氧饱和度。当电极片被置于头皮表面测量 rSO2时，其测量的是动静脉与微循环中的混合血液的氧饱和度。rSO2作为一个计算值，取决于动脉、静脉血液及微循环的贡献程度，在不同部位的脑组织测量出来的 rSO2可能存在差异。同时测量婴儿额叶与枕叶 rSO2时，虽然整体统计上额叶与枕叶的 rSO2没有明显规律性关联和差异，但具体到个人时，额叶与枕叶的 rSO2之间有 31%28%的差距4。但不同部位测得的 rSO2随时间的变化趋势是平行的，因此根据基线水平观察 rSO2的相对变化，更能反映出脑组织氧供的实际改变情况。2围术期局部脑氧饱和度的影响因素2 1患者自身因素目前对 rSO2正常范围仍没有定论，根据已发表的研究数据表明，正常脑组织rSO2的一般水平大多为 60%80%，不同的个体在应对外界因素干扰时 rSO2也会展现不同的反应。患者基础生理情况不同，rSO2基础水平也有差异，年龄就是一个不可忽视的因素。随着年龄增大，rSO2呈现降低趋势。无心肺疾病、行择期小手术的婴儿(7 3)个月 麻醉前基线水平的 rSO2为(737)%，但关于 65 岁以上的老年人群中的研究rSO2普遍偏低，在 75 岁左右髋部骨折的老年人中，这一数值仅有 60%左右5-6。因年龄差异导致的rSO2水平差异在中老年人群中尤为突出，这是由于随着年龄的增长，人体的生理机能逐渐老化，脑血管逐渐形成斑块和硬化。与年龄相关的认知功能、脑灌注和血管功能下降会增加患痴呆症的风险。在2018 年的一项横断面研究中，发现颈总动脉 硬度的增加与中老年人执行功能任务期间左侧前额叶皮质 O2Hb 浓度的下降和执行能力的降低显著相关7。老年人大脑灰质的血流速度随着年龄逐渐减少，与年龄相关的脑灌注下降或许是老年人脑萎缩和认知功能降低的根本原因。老年人 rSO2的正常低值警示我们，较低的脑氧合水平可能是大脑脆弱性的一个标志，围术期高龄患者能耐受的 rSO2降低的安全阈值可能会更窄，更需要注意避免脑氧供的不足。另外，患者身体的疾病状态也会影响 rSO2的表现。研究表明 rSO2、O2Hb 与 HHb 的水平均会随着年龄的增加而逐渐下降，而吸烟、饮酒、腰臀比、糖尿病、心绞痛、充血性心力衰竭、短暂性脑缺血发作等都与脑氧合指标降低有关8。有潜在脑血管疾病危险因素的患者围术期大脑对环境影响的应变能力也表现的更差。在妇科腹腔镜手术中，即使术前基线水平 rSO2没有明显统计学差异，但与无高血压、糖093医学理论与实践2023年第36卷第3期Vol.36，No.3，Feb2023J Med Theor Prac尿病的患者相比，合并这类基础疾病的患者术中rSO2最低值、最高值以及最高值与基线值的差值均更低，说明这些患者脑血管自我调节的储备功能不佳，因此老年人尤其是伴有高血压、糖尿病的患者围术期更容易发生脑卒中事件9。严重全身疾病和器质性功能障碍也会损害 rSO2，如患有先天性心脏病、贫血、肾功能衰竭等疾病时，均能导致 rSO2低于一般水平。2 2麻醉的管理2 2 1全身麻醉药:维持全身麻醉可以采用吸入或静脉麻醉药，不同种类的全麻药对 rSO2会产生不同的影响。通常认为，挥发性麻醉药降低脑代谢率并增加脑血流量(CBF)，而静脉麻醉药则是降低脑代谢率并减少 CBF。七氟烷具有内在脑血管舒张反应，其作用呈剂量依赖性，低剂量或常规剂量的七氟烷浓度对脑血管的扩张作用并不明显。一项随机对照研究表明，2%3%七氟烷维持麻醉，当发生脑电爆发抑制时，大脑中动脉的平均血流速度和搏动指数(即脑血管对血流的阻力)没有明显改变，但丙泊酚作为麻醉维持药物发生脑电爆发抑制时，CBF 有明显下降，并且出现搏动指数的增加，提示脑血管出现明显的收缩10。虽然常规浓度的七氟烷并可能并不能明显增加 CBF，但相比于具有收缩血管作用的丙泊酚，在避免术中出现脑氧饱和度降低方面，七氟烷显然更胜一筹。右美托咪定和丙泊酚都具有类似脑血管收缩的作用，但两者对 rSO2的作用似乎并没有差别。2020年的一项随机对照研究发现，椎管内麻醉后 CBF 和rSO2会有所降低，随后分别使用右美托咪定或异丙酚对患者进行镇静，虽然右美托咪定组的血压和SpO2更稳定，但是并未观察到两组术中的 rSO2有明显统计学差异11。这可能是在一定灌注压范围内脑血管自我调节后的结果。在动物试验中，进一步验证了右美托咪定对 rSO2的作用，发现只有当猪仔发生明显低血压时，再使用右美托咪定才会使脑灌注和脑氧合进一步显著下降12。因而在临床工作中使用右美托咪定尤其需要注意预防和治疗低血压。2 2 2血流动力学管理:虽然在很多研究中都观察到 rSO2与血压相关，一定范围内 rSO2会与平均动脉压同步升高。但实际上，使用血管活性药物升高血压却不一定会使 rSO2升高，这取决于不同升压药对血流动力学的药理作用特点。苯肾上腺素和去甲肾上腺素均有较强的 受体激动作用，通过动脉血管收缩发挥作用的同时会引起周围血管和心脏上交感神经活动的减少，导致心率下降，从而有引起心排血量降低的可能，而麻黄碱、多巴胺能够在提高血压的同时也能够增加心率和心输出量。在进行非心脏外科手术时，对于维持rSO2方面，麻黄碱和多巴胺的作用优于苯肾上腺素和去甲肾上腺素。然而一项关于颈动脉内膜切除术期间 rSO2的小样本量前瞻性研究持有相反的意见，认为麻黄碱和苯肾上腺素在维持脑血流和供氧上并无明显差异13。得出不同结论的原因，一方面，可能是不同个体的心输出量对苯肾上腺素的反应不同，另一方面，在使用苯肾上腺素的同时，维持足够的有效循环血流量也十分重要。精氨加压素(AVP)通过介导血管平滑肌血管收缩的 V1 受体发挥作用，越来越多地用于临床，但AVP 在降低脑血流和脑供氧上的作用可能更强。在沙滩椅位(BCP)肩关节手术中的研究中，调节BCP 体位前 2min 预防性注射 0 07U/kg 的 AVP，虽然和生理盐水组相比能有效预防 BCP 体位后的低血压，但升高血压的代价却是大脑额叶血供的减少，AVP 组的 rSO2甚至低于未预防性使用升压药的生理盐水对照组14。但在严重循环衰竭和脑灌注严重受损的人群中，例如心肺复苏的患者，由于机体在血供不足的情况下对大脑、心脏优先供应的机制，AVP 通过强烈收缩外周血管能对脑组织提供一定的灌注压，这种极端条件下 AVP 对脑血供并非完全无益处。而硝酸甘油与 AVP 存在相反的作用，对于血管收缩剂如 AVP 引起的 rSO2下降，硝酸甘油或许能够作为一种有效的解决办法。2 2 3呼吸管理:呼吸的管理是麻醉管理中的最重要环节之一。对于气道压力和呼气末正压(PEEP)是否会影响脑血流和脑灌注，目前的研究存在较多的争议。Chen Han 等15 认为，在正常大脑中，正压通气不会显著改变颅内压(ICP)、脑氧合或脑灌注;对于颅脑损伤的患者，气道压力对 ICP 的影响是可变的，对 ICP 的影响由多个因素决定，例如原本 ICP的高低、肺的顺应性、脑自动调节等，其净影响程度是不可预测的。PEEP 对 ICP 和脑血流的影响一部分取决于机体血容量的状态。在动物试验中发现，正常血容量时，ICP 随着 PEEP 从 5cmH2O(1cmH2O=0 098kPa)逐渐增加至 25cmH2O 而逐渐升高;而通过放血处理的低血容量动物，ICP 随着 PEEP 的增加呈降低趋势;这是由于与正常血容量的动物相比，低血容量状态下 PEEP 升高时，颈总动脉血流量会进一步降低16。因此，在正压通气和使用 PEEP 时，需要注意对循环血量的监测，维持充足的有效循环容量。动物实验中 PEEP 水平较高，这并不适应用人类麻醉时常规麻醉的呼吸机设置。但在腹腔镜手术中，尤其是肥胖患者头端位置降低下的气腹手术，患者的气道压力可较正常平卧位时显著增加，这种被动的气道压力极度升高可能会对脑血流和 rSO2产生负面影响。增加吸入气体中的氧浓度和保持呼气末 CO2(ETCO2)适当偏高是有助于改善术中 rSO2的策略。这是由于吸入氧浓度的提升大幅度改善了血液中的氧分压，而血液 CO2分压的升高则会使脑血管扩张，脑血流增多。但当 CO2显著高于正常水平时，也需要警惕脑血管扩张增加颅内压增高和脑水肿风险，这可能引起严重的脑组织氧合障碍。2 3非心脏外科手术体位是术中 rSO2的一个重193J Med Theor PracVol.36，No.3，Feb20232023年第36卷第3期医学理论与实践要影响因素，在反向 Trendelenburg 体位或者 BCP 这类头端位置显著抬高的体位中，由于“瀑布效应”，在超声多普勒下可以检测到大脑中动脉的最大血流量显著下降。以前的研究通常将 rSO2较基线水平降低超过 20%或其数值低于 50%称为脑氧去饱和事件(CDEs)。在 BCP 体位手术中，由于坐姿和全麻后机械通气引起过度换气对 CBF 和氧合有潜在的附加不良影响，发生 CDEs 的患者比例可高达55.6%，大多数 CDEs(68%)是在低血压期间记录到的17。在平齐于心脏水平测量的动脉血压可能高估了大脑的实际血压，因此将有创血压的换能器置于外耳道水平更能反映实际脑灌注水平。相反地，手术中患者为 Trendelenburg 体位时，例如妇科、泌尿外科腹腔镜手术，由于头端降低，脑部充血，通常可观察到 rSO2的升高，多数人认为 Trendelenburg体位下的手术不会影响 rSO2。但由于 CO2蓄积、高气道压、血液回流增多、高中心静脉压等因素的共同影响，也会导致 Trendelenburg 体位时 ICP 明显增高。颅内血管静水压增高、脑组织水肿也可能会导致 rSO2降低15。目前在 Trendelenburg 体位腹腔镜手术中 rSO2下降对患者预后的影响及其发生的具体机制还未完全明确。在开胸或胸腔镜检查期间，也能发现相当比例的患者 rSO2显著减低，这是由于单肺通气可能存在例如通气量不足、通气血流比值的失调以及纵膈摆动引起心输出量减少等问题。在颈动脉内膜剥脱术、关节与脊柱等手术中，由于局部微栓子的脱落可能会引起脑内小血管的堵塞和脑组织缺血，监测术中 rSO2有 助 于 及 时 识 别 可 能 存 在 的 脑 灌 注 降低18-19。老年人平均 rSO2比年轻人低，也意味着术中允许 rSO2降低的安全范围较小，他们对于术中出血、低血压等的耐受能力更低，更需要麻醉医生去注意设法预防术中 rSO2降低的发生。3NIS 监测的局限性头皮至大脑皮质之间的软组织及颅骨内都包含有血流，被测量者的皮肤、皮下组织的厚度、颅骨的厚度等颅外因素也可能对 rSO2测量产生干扰。颅外血液对大脑 NIS 读数的贡献范围为 14%18%，目前很难完全将大脑与脑外组织中的氧饱和度分开进行测量，只能通过同时测量头皮下组织的rSO2做减法尽可能减少颅外血流的混杂20。胆红素、亚甲蓝、吲哚菁绿与 HHb 具有相似的吸收光谱，因此也可能影响 NIS 监测的实际读数，使 rSO2读数偏低3。另外，由于近红外光谱仪器的物理特性，它能监测的范围仅为光源穿过区域、深度为 2 3cm的大脑皮层，这大概仅包括指甲盖大小的脑组织，这也是其局限所在。rSO2代表的是局部脑组织的氧合平衡状态，对于存在脑血管疾病问题的患者，当监测部位以外的脑组织出现缺血、缺氧时，或许并不能得到及时和正确的反馈。因此 rSO2更能反映的本身无脑血管疾病患者的大脑整体氧供与血供，例如心脏骤停期间的较低的 rSO2能够预测术后缺血缺氧性脑病后遗症和生存状态2。这也解释了为什么在有些神经外科手术的研究中，术中监测对侧 rSO2并不能很好地预测术后神经系统并发症的发生。神经外科患者的常见后遗症，更多的与原发灶的损伤程度相关，而术中监测对侧脑组织，同侧及深部脑组织的缺血也有可能不被探及。颈静脉球血氧饱和度测量反映的是整个大脑的氧供氧耗平衡，脑组织氧分压测量可以对深部脑组织的氧分压进行更精准的测量，几种脑氧合状态测量技术的作用有时候并不能完全相互替代，因此临床上也可以将 rSO2监测与其他脑氧测定方式相互结合，可以更全面地了解大脑氧代谢的变化。4小结围术期 rSO2的监测需要注意潜在的多种影响因素。虽然 CDEs(rSO2降低超过基线 20%或 rSO2数值低于 50%)是人们在临床中评价 rSO2的常用标准，但在 65 岁以上老年人脊柱手术中，rSO260%就是术后认知功能障碍的独立危险因素19。由此可见 CDEs 并非 NIS 评估患者预后的唯一标准，可以在任何阈值任意定义 rSO2的不饱和，但这个阈值必须与有意义的临床结果相关。通过 NIS获取的 rSO2数值固然重要，明白它变化的背后原因及时做出对应的处理对脑灌注异常的高危人群来说更加重要。针对不同人群、不同手术的 rSO2改变需关注的阈值应该逐渐被开发和利用起来，识别高危患者的个体化管理能够在不浪费有限医疗资源的前提下将患者的术后早期恢复最优化。参考文献 1Zhong W，Ji Z，Sun C A eview of monitoring methods for cerebralblood oxygen saturationJ Healthcare(Basel)，2021，9(9):1104 2Green DW，Kunst G Cerebral oximetry and its role in adult cardi-ac，non-cardiac surgery and resuscitation from cardiac arrestJ Anaesthesia，2017，72(Suppl 1):48-57 3Barud M，Dabrowski W，Siwicka-Gieroba D，et al.Usefulness 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