近紅外光譜技術(shù)監(jiān)測局部腦氧飽和度在外科手術(shù)中的應(yīng)用進展

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近紅外光譜技術(shù)監(jiān)測局部腦氧飽和度在外科手術(shù)中的應(yīng)用進展

黃昕，劉詩煜 綜述，朱俊超*審校

(中國醫(yī)科大學(xué)附屬盛京醫(yī)院 麻醉科，遼寧 沈陽110004)

近紅外光譜技術(shù)(NIRS)是在70年代作為無創(chuàng)監(jiān)測生物組織氧合而引進的一項技術(shù)[1]。目前應(yīng)用近紅外光譜技術(shù)測得的腦氧飽和度(rSO2)在臨床應(yīng)用比較廣泛。這一技術(shù)起初是用來檢測心臟手術(shù)患者的局部腦氧飽和度，近年來已經(jīng)應(yīng)用于各種手術(shù)。腦氧飽和度的測量可以準確評價腦的缺氧、缺血損傷導(dǎo)致腦氧供需失衡。研究表明，術(shù)中腦氧飽和度波動在基礎(chǔ)值的10%-20%能夠減少術(shù)后并發(fā)癥的發(fā)生[2]。因此持續(xù)實時監(jiān)測術(shù)中腦氧和度的變化可以指導(dǎo)臨床麻醉術(shù)中用藥，為臨床治療以及改善患者預(yù)后提供重要信息[3]。本文就近紅外光譜技術(shù)基本原理以及腦氧飽和度在臨床各種手術(shù)中的應(yīng)用作以論述。

1近紅外光譜技術(shù)基本原理

NIRS監(jiān)測技術(shù)在1977年由Franz Jobsis首先提出[4]。這一技術(shù)是基于生物組織對近紅外光譜(700-1 000 nm波長)的通透性以及對于發(fā)色基團包括血紅蛋白，肌紅蛋白，細胞色素aa3的不同的吸收光波來實現(xiàn)的持續(xù)無創(chuàng)監(jiān)測活體組織的氧合作用。由于我們需要準確測量氧合血紅蛋白和脫氧血紅蛋白的這兩個發(fā)色基團的含量。所以臨床使用的NIRS選擇了波長在700 nm和850 nm之間的近紅外光波。因為通常波長在700-850 nm范圍內(nèi)時，可最大程度的區(qū)分氧合血紅蛋白和脫氧血紅蛋白含量[5]，并且此時水和細胞色素對光的吸收與血紅蛋白相比可忽略不計[6]。

在理想的狀態(tài)下，在發(fā)光原和探測光原之間，發(fā)色基團的吸收作用是光衰減的唯一原因。在一定的光波范圍內(nèi)光的衰減可以通過Beer-Lamber Law 描述[7]。這一定律陳述光的衰減是直接與以下三個變量成正比：與發(fā)色光團的濃度、從光源到探測光源之間運行里程、以及發(fā)色光的比消光系數(shù)。在這個假設(shè)的狀態(tài)下，發(fā)色光團的濃度可以用通過發(fā)色光相關(guān)的光源測定分離法和相關(guān)吸收系數(shù)的知識精確的計算出來。然而，光存在散射作用并且生物組織具有更復(fù)雜的狀況。雖然發(fā)色基團的濃度與光的吸收明顯相關(guān)，但是在大多數(shù)生物組織中包括成人的大腦，光的散射是衰減的主要原因。首先，不是所有的光都能到達探測器，因為有一些光從探測器散射開來，導(dǎo)致散射損失。其次，一些光到達探測器之前會散射很多次，因此光將會走行比實際光源探測到的距離更遠的距離[8]。因此，由于光存在散射作用，臨床用的NIRS使用改良后的比爾一郎伯定律對腦氧飽和度進行測定：A=log(I0/I)=a·c·DPF+G,其中A：光密度，I0：入射光強度，I：反射光強度，d：色基吸收系數(shù)，c：色基濃度，d：光穿過物質(zhì)的路徑長度，DPF：為波長系數(shù)，G：為測量的組織類型和幾何學(xué)系統(tǒng)。根據(jù)HbO2和Hb相對若干個波長吸收的結(jié)果可以計算出他們的相對濃度。HbO2saturation=[HbO2]/([Hb]+[HbO2])該血紅蛋白氧飽和度代表探測區(qū)腦內(nèi)HbO2和總血紅蛋白之比[9]。由于大腦組織中存在大量動靜脈血管，而靜脈比率約為75%，動脈約為20%，毛細血管約為5%：因此，我們測到的局部腦氧飽和度主要反應(yīng)靜脈部分。由于NIRS監(jiān)測腦氧飽和度技術(shù)具有簡單，靈敏，無創(chuàng)，能夠?qū)崟r監(jiān)測腦氧的變化等優(yōu)點，目前術(shù)中監(jiān)測腦氧飽和度越來越受臨床工作者的歡迎，并且得以廣泛應(yīng)用。

2腦氧飽和度的監(jiān)測在心臟外科手術(shù)中的應(yīng)用

研究顯示在心肺轉(zhuǎn)流術(shù)，瓣膜手術(shù)，或者主動脈弓修復(fù)術(shù)中，監(jiān)測局部腦氧飽和度可以被用來提示動靜脈插管的對位是否準確，有助于于術(shù)中及時調(diào)整與矯正[10,11]。另外還有研究顯示在心臟外科手術(shù)中腦氧飽和度的下降還與中風(fēng)，以及術(shù)后Ⅰ型或Ⅱ型神經(jīng)神經(jīng)受損有關(guān)[12]。Edmonds[13]報道了一個用腦氧飽和度監(jiān)測322例患者進行冠狀動脈旁路移植術(shù)的回顧性研究。在這篇文章中，42%的患者發(fā)生過腦氧飽和度的下降超過基線值的20%。其結(jié)果顯示Ⅰ型和Ⅱ型神經(jīng)損傷的發(fā)生率與腦氧飽和度下降有關(guān)。發(fā)生神經(jīng)損傷的患者的術(shù)中最低腦氧飽和度要比沒有發(fā)生神經(jīng)損傷的患者低。Roach等[14]也證明了這一觀點。另有很多研究顯示，腦氧飽和度的急性下降與術(shù)后認知功能障礙有關(guān)。Nollert等[15]和Yao等[16]發(fā)現(xiàn)低腦氧飽和度與術(shù)后認知功能評分具有相關(guān)性。雖然多數(shù)研究發(fā)現(xiàn)低腦氧飽和度與術(shù)后認知功能障礙的發(fā)生率有相關(guān)性，也有學(xué)者提出相反的觀點，如Negargar等[17]通過研究冠狀動脈搭橋手術(shù)對進行心肺轉(zhuǎn)流術(shù)以及非心肺轉(zhuǎn)流術(shù)，發(fā)現(xiàn)腦氧飽和度的測定并不能準確的預(yù)測術(shù)后認知功能障礙的發(fā)生率。Hong等[18]也在心臟瓣膜手術(shù)中發(fā)現(xiàn)腦氧飽和度與POCD的發(fā)生并沒有相關(guān)性。因此在心臟手術(shù)中腦氧飽和度的數(shù)值與POCD的發(fā)生是否具有相關(guān)性目前觀點還不完全統(tǒng)一。

3腦氧飽和度的監(jiān)測在非心臟外科手術(shù)中的應(yīng)用

3.1胸外科手術(shù)中的應(yīng)用

胸外科手術(shù)過程中經(jīng)常會采用單肺通氣，但是由于單肺通氣時會產(chǎn)生肺內(nèi)分流，所以氧合就會發(fā)生變化。Tobias等[19]在開胸手術(shù)或者胸腔鏡手術(shù)中，觀察到約有一半的患者呈現(xiàn)出術(shù)中至少一次腦氧飽和度在基線值的80%以下，并且Hemmerling、Kazan、Tang等[20-22]發(fā)現(xiàn)術(shù)中在單肺通氣期間75%的患者腦氧飽和度降低至少20%。Tobias等[19]還在開胸手術(shù)中發(fā)現(xiàn)腦氧飽和度降低的危險因素包括年齡，體重，ASA分級在Ⅲ級以上的患者。并且進一步發(fā)現(xiàn)腦氧飽和度值小于65%的暴露時間與術(shù)后認知功能障礙的發(fā)生相關(guān)，這一研究是通過MMSE評分評估的認術(shù)前和術(shù)后認知功能障礙的發(fā)生，并且當評分比基線值減小2分記為POCD[22]。

3.2腦氧飽和度的監(jiān)測在骨科手術(shù)中的應(yīng)用

3.2.1肩關(guān)節(jié)手術(shù)

進行肩部手術(shù)的患者常常采用沙灘椅體位，這一體位由于具有腦缺血的風(fēng)險，所以很可能會產(chǎn)生不利的神經(jīng)系統(tǒng)癥狀。Murphy等[23]研究發(fā)現(xiàn)肩關(guān)節(jié)鏡手術(shù)中，相比于側(cè)臥位的體位，當患者取沙灘椅體位時腦氧飽和度就會下降，并且在沙灘椅體位中發(fā)生腦氧飽和度低于55%的患者例數(shù)較多。Fischer等[24-32]也同樣發(fā)現(xiàn)了這一現(xiàn)象。另外Lee等[26]發(fā)現(xiàn)腦氧飽和度的降低與平均動脈壓的降低是相伴隨的，并且平均動脈壓的升高能夠升高腦氧飽和度。通過研究肩關(guān)節(jié)手術(shù)患者發(fā)現(xiàn)諸多因素能夠影響腦氧飽和度，其中a1激動劑，去氧腎上腺素也能夠增加平均動脈壓進而增加腦氧飽和度[24]。Jeong等[28]通過對肩關(guān)節(jié)手術(shù)研究發(fā)現(xiàn)，吸入麻醉藥與靜脈麻醉藥對腦氧飽和度會有不同影響影響。在沙灘椅體位的患者中行七氟醚麻醉比丙泊酚麻醉具有更高的頸內(nèi)靜脈氧飽和度和腦氧飽和度，并且腦氧飽和度和頸靜脈氧飽和度具有相關(guān)性。作者得出結(jié)論是控制相同的BIS深度下，相比于丙泊酚，在沙灘椅體位患者中應(yīng)用七氟醚是更好的選擇。

3.2.2其他關(guān)節(jié)鏡手術(shù)

Han等[33]進行了前瞻性的隨機研究，來比較大型關(guān)節(jié)鏡手術(shù)中在急性等容血液稀釋下或者在急性等容稀釋以及控制性降壓的混合條件下腦氧飽和度的變化。研究發(fā)現(xiàn)大型關(guān)節(jié)鏡手術(shù)(臀部手術(shù))能夠使腦氧飽和度相比于基線值的減少10%，通過應(yīng)用艾司洛爾產(chǎn)生低血壓后，也會使腦氧飽和度會變的更低。在髖骨骨折手術(shù)中Papadopoulos等[34]發(fā)現(xiàn)38%的患者中會出血腦氧飽和度小于50或者小于基線值的75%，并且Yoshitani[35]發(fā)現(xiàn)在髖骨骨折手術(shù)中，無論應(yīng)用丙泊酚或者七氟醚都會使腦氧飽和度下降。

3.3腦氧飽和度的監(jiān)測在泌尿外科手術(shù)中的應(yīng)用

泌尿外科手術(shù)中，前列腺切除術(shù)常需要建立氣腹并取頭低腳高位，這就會使顱內(nèi)壓增加以及腦血流增加。Park等[36]研究報道，通過腦氧飽和度來評估在頭低腳高位傾斜30度的條件下，建立氣腹對氧合的影響。此研究發(fā)現(xiàn)在頭低腳高位的狀態(tài)下，建立氣腹期間腦氧飽和度會增加。通過腦氧飽和度的增加可以說明腦的氧合也會輕度增加，提示在這種手術(shù)期間，此操作并不會增加腦缺血風(fēng)險。此項研究顯示患者頭低腳高位進行前列腺切除術(shù)時腦氧飽和度會升高。另Kalmar[37]也在前列腺切除術(shù)中發(fā)現(xiàn)，術(shù)中采取40度的頭低腳高位狀態(tài)下，建立氣腹，腦氧飽和度會升高的相似的結(jié)論。

3.4腦氧飽和度的監(jiān)測在婦產(chǎn)科手術(shù)中的應(yīng)用

Fassoulaki等[38]在婦產(chǎn)科采取全麻腹腔鏡手術(shù)中研究了七氟醚和地氟醚在不同的麻醉深度下對于局部腦氧飽和度的影響，發(fā)現(xiàn)在控制相同的麻醉深度下BIS取40-50以及20-30時，七氟醚和地氟醚對腦氧飽和度數(shù)值差異不大，但當BIS在20-30之間，較深的麻醉狀態(tài)下，這兩種吸入麻醉藥都可以增加腦氧飽和度數(shù)值。由于在婦產(chǎn)科手術(shù)中，腰硬聯(lián)合阻滯麻醉應(yīng)用范圍很廣，并且此種麻醉方式下，術(shù)中患者低血壓很常見，Berlac等[39]應(yīng)用了近紅外光譜技術(shù)來探討患者氧合狀態(tài)是否與低血壓相關(guān)，發(fā)現(xiàn)腦氧合減少5%就與低血壓的形成相關(guān)。Kondo等[40]發(fā)現(xiàn)在采用腰硬聯(lián)合阻滯麻醉的患者中，應(yīng)用高比重的布比卡因，較等比重的布比卡因更能夠減少氧合血紅蛋白濃度。Lee[41]在婦產(chǎn)科腹腔鏡手術(shù)中對24位女性患者研究發(fā)現(xiàn)，患者術(shù)中采取頭低腳高位的腦氧飽和度會下降，并且發(fā)現(xiàn)術(shù)中腦氧飽和度減少到50%以下，術(shù)后會出現(xiàn)頭痛。

3.5腦氧飽和度的監(jiān)測在腹部手術(shù)中的應(yīng)用

Green等[42]對行大型腹部手術(shù)的老年患者進行了一個有關(guān)腦氧飽和度變化的回顧性研究發(fā)現(xiàn)，一共46例患者中有11例患者術(shù)中腦氧飽和度降幅超過了20%，這其中六例患者腦氧的下降與術(shù)中出血密切相關(guān)。在這46例患者中，23例患者術(shù)中發(fā)生過腦氧飽和度最大降幅超過15%的情況。這一研究表明，腦氧飽和度的下降與失血量明顯相關(guān)。盡管保證患者的收縮壓在正常范圍內(nèi)，腦氧飽和度的下降似乎只能依靠輸血來糾正。雖然腦氧飽和度的下降在大型手術(shù)中尤其是與失血相關(guān)的手術(shù)中是很常見的，但腦氧飽和度的下降可以通過輸血得以糾正。大多數(shù)情況下，如果我們采用常規(guī)的監(jiān)測手段，很難發(fā)現(xiàn)這一變化。由于術(shù)中監(jiān)測腦氧飽和度是無創(chuàng)的，并且能夠?qū)崟r監(jiān)測患者的腦血供狀態(tài)，便于術(shù)中及時調(diào)整，因此在大型術(shù)中應(yīng)用是很有必要的。

4腦氧飽和度的影響因素

腦氧飽和度受諸多因素影響其中包括年齡(患者年齡越大，腦氧飽和度越低)，血紅蛋白濃度(Hb)，(Hb降低，腦氧飽和度降低)、動脈血氧飽和度、呼吸末二氧化碳濃度(EtCO2增高，高腦氧飽和度降低)[43]，另有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)與吸氧濃度等、動脈血pH、體溫以及脈搏血氧飽和度等都會影響rSO2監(jiān)測結(jié)果44。Kishi K等[45]研究發(fā)現(xiàn)腦氧飽和度與探頭放置的位置、Andersen JD等[46]發(fā)現(xiàn)俯臥位時頭顱旋轉(zhuǎn)的角度，以及Moerman,A.T.等[47]研究發(fā)現(xiàn)患者手術(shù)時的沙灘椅體位等也會影響腦氧飽和度的數(shù)值。腦氧飽和度由于通過近紅外光譜測得，所以腦氧飽和度還與光學(xué)路徑長度相關(guān)的因素的影響[43]，如血紅蛋白濃度，差分路徑長度的因素，顱骨厚度(t-skull)，和模具的腦脊液層面積(a-csfl)等[45,48]，都會影響腦氧飽和度的數(shù)值。

綜上所述，NIRS監(jiān)測rSO2分析技術(shù)在外科手術(shù)中已經(jīng)得以廣泛應(yīng)用，能夠?qū)崟r、準確、無創(chuàng)地反映腦組織的氧合情況及腦血流動力學(xué)的變化，為預(yù)防圍術(shù)期腦缺血等不良事件提供有力的監(jiān)測保障；對于降低術(shù)后并發(fā)癥以及縮短術(shù)后住院時間也起著至關(guān)重要的作用。因此，NIRS監(jiān)測rSO2分析技術(shù)的臨床應(yīng)用具有廣泛前景。

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(收稿日期：2015-03-20)

作者簡介：黃昕(1991-)，女，碩士研究生，研究方向：腦氧飽和度在全麻中監(jiān)測的應(yīng)用。

文章編號：1007-4287(2016)02-0346-04

*通訊作者