近紅外光腦氧飽和度監(jiān)測技術(shù)的臨床應(yīng)用及進展

李泓邑，劉孝文，趙 晶

中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)院麻醉科，北京 100730

·綜述·

近紅外光腦氧飽和度監(jiān)測技術(shù)的臨床應(yīng)用及進展

李泓邑，劉孝文，趙 晶

中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)院麻醉科，北京 100730

近紅外光腦氧飽和度監(jiān)測技術(shù)是指利用近紅外光監(jiān)測局部腦組織氧飽和度。該技術(shù)已經(jīng)成為一種能夠?qū)崟r、無創(chuàng)反映腦組織氧供氧耗平衡的監(jiān)測方法。本文主要總結(jié)該技術(shù)的原理、臨床應(yīng)用進展和局限性。

近紅外光譜；局部腦組織氧飽和度；腦缺氧；腦保護

維持器官組織的氧供氧耗平衡是臨床麻醉工作中最重要的目標(biāo)之一。許多監(jiān)測指標(biāo)如血氧飽和度、血壓、血紅蛋白量，可以用來評估全身的氧供是否充足。但是直接反映組織的氧供需平衡的監(jiān)測手段不多。尤其是對于腦，這一全身耗氧最大而又最不能耐受缺氧的器官，在圍術(shù)期中仍然缺乏準(zhǔn)確直觀的監(jiān)測指標(biāo)反映其氧供氧耗情況。近紅外光腦氧飽和度監(jiān)測技術(shù)是指利用近紅外光(near-infrared spectroscopy，NIRS)監(jiān)測局部腦組織的氧飽和度(regional cerebral oxygen saturation，rSO2)。此技術(shù)自從上世紀(jì)70年代提出以來，已經(jīng)成為一種能夠?qū)崟r、無創(chuàng)監(jiān)測腦組織氧供氧耗平衡的手段[1]?，F(xiàn)已廣泛應(yīng)用于臨床工作中。本文主要總結(jié)該技術(shù)的原理、臨床應(yīng)用進展和局限性。

NIRS監(jiān)測rSO2的基本原理

NIRS是指波長在700～900 nm的紅外光，它對人體組織具有較好的穿透性，而組織中主要的物質(zhì)水，對此波段的光吸收很小。NIRS主要被組織中的氧合血紅蛋白和去氧血紅蛋白吸收，而兩者的吸收譜有明顯差異，氧合血紅蛋白的最大吸收光譜在850～1000 nm，去氧血紅蛋白的最大吸收光譜是700～760 nm[1- 2]。因此利用近紅外光射入人體組織，然后檢測出射光在相應(yīng)光譜上的吸收衰減，再利用Beer-Lambert衰減公式：[x]=△A/L×ε([x]：吸收近紅外光的物質(zhì)濃度，△A：近紅外光的衰減量，L：近紅外光的穿透路徑距離，ε：物質(zhì)對近紅外光的吸收系數(shù))和漫反射修正，就可以計算出組織中氧合血紅蛋白和去氧血紅蛋白的相對濃度，進而得出組織的氧飽和度[3- 4]。使用該技術(shù)對大腦進行監(jiān)測就可以實時、無創(chuàng)地檢測出rSO2。rSO2是由動脈血成分占25～30%、靜脈血成分占70%～75%，加權(quán)后得出的混合靜脈血的血氧飽和度[5]。NIRS監(jiān)測得出的rSO2與反映大腦氧代謝的金標(biāo)準(zhǔn)頸靜脈球氧飽和度有很好的相關(guān)性(相關(guān)系數(shù)r=0.78)[6]。其主要受平均動脈壓(mean blood pressure，MAP)、血氧飽和度、血紅蛋白濃度和血二氧化碳分壓的影響[5- 7]。其絕對數(shù)值在人群中變化較大，通過對健康自愿者和心臟手術(shù)患者的檢查rSO2在(67±10)%，其相對變化更有臨床意義[6- 7]。

NIRS監(jiān)測rSO2的臨床應(yīng)用進展

心肺復(fù)蘇中的應(yīng)用對于心跳驟?；颊?，心肺復(fù)蘇的目的是保證大腦氧供，避免腦缺氧損傷。因為rSO2可以方便實時地反映腦氧供需平衡，其近年在心肺復(fù)蘇中的應(yīng)用得到廣泛關(guān)注。對院內(nèi)心跳驟停者的觀察性研究顯示，19例恢復(fù)自主循環(huán)患者在復(fù)蘇前以及復(fù)蘇過程中的rSO2(分別為35%、36%)明顯高于8例自主循環(huán)未恢復(fù)患者復(fù)蘇前和復(fù)蘇過程中的rSO2(分別為17.5%、15%)，并指出可以rSO2評價心肺復(fù)蘇的質(zhì)量[8]。院內(nèi)心跳驟停患者使用機械胸外按壓時其rSO2(53.1%)高于人工按壓者的rSO2(24%)，該研究也發(fā)現(xiàn)經(jīng)復(fù)蘇后自主循環(huán)恢復(fù)者的rSO2顯著高于未恢復(fù)者(47.4%比23%)[9]。而復(fù)蘇后存活出院患者第1個24 h的rSO2也高于未存活者[10]。對于院外心跳驟?；颊撸湓谌朐汉蟮母呒壣С种?，自主循環(huán)恢復(fù)者的rSO2的基礎(chǔ)值和相對增加值均高于未恢復(fù)患者，表明提高rSO2與增加自主循環(huán)恢復(fù)有關(guān)[11]。院外心跳驟停者剛?cè)朐簳r的rSO2還與90 d后的神經(jīng)功能預(yù)后相關(guān)，神經(jīng)功能預(yù)后較好患者的rSO2高于神經(jīng)功能受損者(56%比15%)[12]。以入院時rSO2>42%為臨界值預(yù)測患者90 d后較好的神經(jīng)功能預(yù)后，其敏感性79%，特異性95%，陰性預(yù)測值較高(99%)，但陽性預(yù)測值偏低(41%)[13]。但由于心跳驟?；颊叩奶厥庑裕壳吧袩o隨機對照試驗證明以rSO2指導(dǎo)心肺復(fù)蘇可以改善患者預(yù)后。

心臟手術(shù)中的應(yīng)用心臟手術(shù)后神經(jīng)系統(tǒng)并發(fā)癥發(fā)生率較高，1%～3%的患者發(fā)生術(shù)后腦卒中，有超過50%的患者發(fā)生術(shù)后認知功能障礙(postoperative cognitive dysfunction，POCD)[14]。其可能與體外循環(huán)(cardiopulmonary bypass，CPB)中發(fā)生腦缺氧有關(guān)，因此監(jiān)測rSO2可作為心臟手術(shù)中的腦保護策略[15]。

兩項多中心隨機對照研究顯示，在復(fù)雜的成人心臟手術(shù)中，有70%的患者發(fā)生rSO2相對下降大于10%[16]，有61%患者rSO2相對下降大于20%[17]。術(shù)中通過提高MAP、改善血氧飽和度、調(diào)節(jié)血二氧化碳分壓和輸血可有效逆轉(zhuǎn)rSO2降低[16- 17]。接受雙心室修補術(shù)的嬰兒，其CPB期間最低rSO2值與術(shù)后1年較低的神經(jīng)運動發(fā)育指數(shù)評分相關(guān)，且CPB時平均rSO2值較低患兒其腦核磁檢出含鐵血黃素病灶(反映缺血缺氧損傷)率較高[18]。在冠脈搭橋手術(shù)中維持術(shù)中rSO2相對下降小于20%，可減少術(shù)后腦卒中、腎臟衰竭、呼吸衰竭等并發(fā)癥的發(fā)生率，并縮短ICU的停留時間，改善患者預(yù)后[19]。應(yīng)用NIRS監(jiān)測腦血流自動調(diào)節(jié)能力后，發(fā)現(xiàn)CPB時維持腦血流的最低MAP有較大的變化范圍[43～90 mmHg(1 mmHg=0.133 kPa)]，簡單的根據(jù)病史和腦血流自動調(diào)節(jié)曲線不能準(zhǔn)確預(yù)測維持腦血流的最低MAP，用rSO2作為CPB時血壓控制的靶向指標(biāo)，可使血壓管理更加個體化、準(zhǔn)確[20]。亦有研究指出心臟手術(shù)患者術(shù)前的rSO2與術(shù)后死亡率也有關(guān)系，Herinqlake等[21]記錄了1178例心臟手術(shù)患者的術(shù)前rSO2和術(shù)后30 d的死亡率。發(fā)現(xiàn)術(shù)后30 d內(nèi)死亡者的術(shù)前rSO2(58%)較生存者(64%)低，作者認為術(shù)前的rSO2可以反映心肺功能衰竭程度。一項研究以術(shù)前rSO2低于60%預(yù)測心臟術(shù)后死亡風(fēng)險，其預(yù)測效能與胸心外科學(xué)會死亡風(fēng)險評分相當(dāng)，術(shù)前rSO2低于60%的患者術(shù)后死亡率較高[22]。

特殊患者中的應(yīng)用老年患者屬于腦血流調(diào)節(jié)能力下降的高?；颊摺Ｒ豁?6例老年患者行腹部手術(shù)的回顧性研究顯示，有近50%的患者術(shù)中rSO2相對降低大于15%。而rSO2的下降主要與失血量有關(guān)[23]。老年患者行脊柱手術(shù)，術(shù)中rSO2低于60%的持續(xù)時間越長與術(shù)后第7天POCD發(fā)生率越高[24]。維持老年患者術(shù)中rSO2大于基礎(chǔ)值的75%可以改善患者術(shù)后認知功能，減少麻醉恢復(fù)室停留時間和住院日[25]。

早產(chǎn)兒往往會有合并疾病，監(jiān)測其rSO2可以反映一些疾病狀態(tài)。在對380例早產(chǎn)兒監(jiān)測rSO2后發(fā)現(xiàn)，患有嚴(yán)重動脈導(dǎo)管未閉的患兒其rSO2變化與動脈導(dǎo)管直徑的變化相關(guān)，隨著出生后動脈導(dǎo)管的閉合rSO2會逐漸升高，而未能閉合者rSO2一直保持較低值[26]。生長發(fā)育受限的早產(chǎn)兒因為代謝較低，其rSO2會略高于正常嬰兒[27]。早產(chǎn)兒剛出生后的復(fù)蘇和供氧過程中監(jiān)測rSO2可以避免缺氧或氧中毒[28]。

特殊體位手術(shù)中的應(yīng)用手術(shù)中的體位也會影響麻醉狀態(tài)下患者的腦血流和rSO2。肩關(guān)節(jié)鏡手術(shù)中，沙灘椅體位可使患者rSO2較側(cè)臥位時顯著下降[29- 30]，40%的患者rSO2相對下降大于20%，rSO2變化與術(shù)中血壓相關(guān)[31]。術(shù)后觀察顯示沙灘椅位組的rSO2下降增加了術(shù)后惡心、嘔吐的發(fā)生[30]，但并不影響術(shù)后認知功能[29]。氣腹頭高位時，因為氣腹壓迫腔靜脈和頭高腳低致血液淤積在下肢，會使rSO2下降，行順序擠壓下肢的措施可增加回心血量，恢復(fù)rSO2[32]。而氣腹頭低腳高位對rSO2無影響[33]。俯臥位時，旋轉(zhuǎn)擺放頭的位置會壓迫同側(cè)頸部血管使得同側(cè)大腦半球的rSO2較對側(cè)明顯降低，而保持頭中立位時兩側(cè)大腦的rSO2相似[34]，且較仰臥位或俯臥位清醒狀態(tài)的rSO2均無變化[35- 36]。

rSO2在血流動力學(xué)研究中的應(yīng)用術(shù)中使用不同的升壓藥升高血壓的同時，對血流動力學(xué)和腦血流會有不同影響。去氧腎上腺素和麻黃堿兩種藥物都使血壓升高，但是去氧腎上腺素使心輸出量降低、rSO2降低，而麻黃堿可使心輸出量和rSO2基本保持不變，且心輸出量與rSO2有顯著相關(guān)性[37]。Pennekamp等[38]研究顯示使用麻黃堿時rSO2與MAP呈正相關(guān)，而使用去氧腎上腺素時rSO2和MAP呈負相關(guān)；作者認為去氧腎上腺素興奮α受體使腦血管收縮，增加外周阻力使心輸出量下降，這些因素導(dǎo)致去氧腎上腺素升高血壓時反而使腦血流減少、rSO2下降。

NIRS監(jiān)測rSO2的局限和發(fā)展

盡管NIRS監(jiān)測rSO2有實時、無創(chuàng)、連續(xù)方便的優(yōu)點但是也有其局限性。在嚴(yán)重腦創(chuàng)傷患者中，rSO2的準(zhǔn)確性受到皮下血腫、顱內(nèi)血腫的干擾，其應(yīng)用尚有爭議。Sun等[39]指出皮膚色素沉著會影響NIRS的監(jiān)測，黑人的rSO2普遍低于白種人。靜脈使用造影劑也會干擾NIRS，亞甲藍導(dǎo)致rSO2讀數(shù)降低，而吲哚青綠使rSO2讀數(shù)升高[40]。NIRS技術(shù)還常受到周圍環(huán)境光的干擾。而肌紅蛋白的吸收譜與血紅蛋白有部分重疊，頭顱前額肌肉少對rSO2影響小，但如果運用NIRS監(jiān)測外周組織如手足等的氧飽和度，就可能受到肌紅蛋白的較大干擾。

綜上，在心肺復(fù)蘇、心臟手術(shù)、特殊體位和高危人群中使用NIRS監(jiān)測rSO2，可以及時發(fā)現(xiàn)腦缺氧，以此評價復(fù)蘇質(zhì)量、指導(dǎo)術(shù)中管理、維持術(shù)中的rSO2可以減少術(shù)后并發(fā)癥，尤其神經(jīng)系統(tǒng)并發(fā)癥和POCD的發(fā)生，縮短住院日，改善患者預(yù)后。以rSO2為目標(biāo)導(dǎo)向的血流動力學(xué)管理可以為患者提供個體化、精準(zhǔn)的治療。未來可以通過rSO2為基礎(chǔ)計算腦血流調(diào)節(jié)能力、腦氧代謝等更詳細、直觀的大腦監(jiān)測數(shù)據(jù)指導(dǎo)腦保護。

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ClinicalApplicationandDevelopmentofNear-infraredSpectroscopyforMonitoringRegionalCerebralOxygenSaturation

LI Hongyi,LIU Xiaowen,ZHAO Jing

Department of Anesthesiology，PUMC Hospital，CAMS and PUMC，Beijing 100730，China

ZHAO Jing Tel：010- 69155591，E-mail：zhaojing1009@aliyun.com

The near-infrared spectroscopy has been applied to the continuous and noninvasive monitoring of regional cerebral oxygen saturation，providing information about the equilibrium between cerebral oxygen supply and consumption. This article reviews the mechanism，clinical application，and limitations of this technique.

near-infrared spectroscopy；regional cerebral oxygen saturation；cerebral hypoxia；cerebral protection

ActaAcadMedSin，2017,39(6)：846-850

中華醫(yī)學(xué)會臨床醫(yī)學(xué)科研專項基金(13081230508)Supported by the Chinese Medical Association Clinical Medical Science Research Special Fund (13081230508)

趙 晶 電話：010- 69155591，電子郵件：zhaojing1009@aliyun.com

R604；R443

A

1000- 503X(2017)06- 0846- 05

10.3881/j.issn.1000- 503X.2017.06.019

2016- 09- 14)