嬰幼兒體外循環(huán)中區(qū)域組織氧飽和度監(jiān)測判斷器官氧供需平衡的研究進展

魏碧玉，劉永哲，劉晴晴 綜述 高明龍 審校

脈搏血氧飽和度主要感受動脈的搏動反映呼吸和循環(huán)，在體外循環(huán)下，低灌注、深低溫、心臟停跳無脈搏時，脈搏血氧飽和度無法有效地體現(xiàn)機體氧合[1]?；旌响o脈血氧飽和度是目前公認的可以準確反映機體灌注和氧合信息的指標[2]，但是必須有肺動脈導(dǎo)管，而且數(shù)據(jù)獲取對醫(yī)師依賴性大，不能夠?qū)崟r監(jiān)測也不能及時反映機體氧供和氧耗。區(qū)域組織氧飽和度監(jiān)測主要感受靜脈血中的氧飽和度，受外界環(huán)境影響小，且操作簡單，可以無創(chuàng)、實時、有效地反映腎、腦等器官的灌注和氧合[3]，在心臟和血管手術(shù)及新生兒監(jiān)測中有很大的潛力[4]。先天性心臟病占所有出生缺陷的0.8%～1.2%，每1000例新生兒就有5.8個患有先天性心臟病，患病人數(shù)越來越多[5]，嬰幼兒體外循環(huán)下心臟直視手術(shù)后急性腎損傷(acute kidney injury，AKI)發(fā)病率28%～51%[6]，體外循環(huán)后小于4歲嬰幼兒更容易發(fā)生腦功能障礙[7]，所以，術(shù)中對腦、腎氧飽和度連續(xù)監(jiān)測顯得尤為重要。

目前，在先天性心臟病嬰幼兒體外循環(huán)中根據(jù)區(qū)域組織氧飽和度數(shù)值進行干預(yù)、診斷、治療尚沒有統(tǒng)一標準，筆者就近年來嬰幼兒體外循環(huán)中氧供需不平衡的原因及腎、腦氧飽和度連續(xù)監(jiān)測的意義進行綜述，通過有效的監(jiān)測手段為術(shù)中及早干預(yù)進行器官保護提供理論依據(jù)。

1 易造成氧供需不平衡的因素

1.1 低灌注 體外循環(huán)以人工裝置取代了心臟，實現(xiàn)了泵和氧合的功能。雖然心臟停跳，但是全身組織仍能保證氧合。在嬰幼兒體外循環(huán)心臟直視手術(shù)中，我們采用非搏動性等流量低壓灌注，這種方式不符合生理的搏動性灌注，非搏動性低壓灌注可增加兒茶酚胺的釋放，可能造成血流中斷、血流分布不均勻，進而使組織缺血缺氧[8]。組織缺血缺氧時，活性氧的產(chǎn)生減少，鈣超載使線粒體受損，三磷酸腺苷(ATP)生成增多，使得組織氧供減少。再灌注后，組織耗氧量增加，活性氧生成進一步增多，炎性因子釋放，進一步加重線粒體損傷，ATP產(chǎn)生減少，能量供不應(yīng)求[9]。

1.2 血紅蛋白濃度降低 在嬰幼兒體外循環(huán)期間，血細胞比容維持到25%為宜，低于20%不利于預(yù)后[10]。而先天性心臟病患者多以5個月以內(nèi)的嬰幼兒為主，體重小，血液量少，體外循環(huán)前管道中醋酸林格液的預(yù)充使患兒血液稀釋，雖然現(xiàn)在已經(jīng)在預(yù)沖液中加了血液及使用了平衡超濾方法在體外循環(huán)中持續(xù)進行超濾，濾出多余的水分，但是體外循環(huán)結(jié)束后血細胞比容可能仍達不到滿意的效果。除此之外，長時間超濾、低溫、負壓造成紅細胞破壞、人工管道組織相容性差引起的炎性反應(yīng)破壞紅細胞、庫存血紅細胞變形能力下降使紅細胞溶血[11]。以上多種原因均使攜氧載體血紅蛋白濃度下降，氧氣不能被運送到相應(yīng)組織，氧供減少。為了減少體外循環(huán)機對紅細胞的破壞，微型體外循環(huán)機逐步取代傳統(tǒng)體外循環(huán)機，研究表明，微型體外循環(huán)可以減少炎性反應(yīng)，減少紅細胞破壞，有益于圍術(shù)期器官保護[12]。目前，已經(jīng)有半衰期長、不易產(chǎn)生腎損傷、受內(nèi)環(huán)境干擾少、能很好地攜帶與釋放氧氣的血紅蛋白替代品攜氧載體在研發(fā)以減少因庫存血的大量使用而造成的溶血，但是由于攜氧載體的氧化副反應(yīng)阻礙其投入臨床正式使用[13]。因此，不管在減少血紅蛋白稀釋還是紅細胞破壞方面，都將出現(xiàn)前景很好的替代品。

1.3 血液中微血栓形成 在凝血功能方面，兒童不能視為縮小版成人，嬰幼兒本身止血抗凝系統(tǒng)發(fā)育不完善容易發(fā)生凝血功能紊亂[14]，特別是在出生后1～4個月，嬰幼兒凝血因子Ⅻ、Ⅺ、Ⅹ、Ⅴ、Ⅱ和組織型纖溶酶原激活物(t-PA)水平低[15]。年齡小于1歲的嬰幼兒抗凝血活酶基線值更低，體外循環(huán)中需要更多的肝素抗凝以維持體外回路的通暢[16]。血液與管道生物材料界面發(fā)生的病理生理反應(yīng)尚未被克服，當患兒血液暴露于人造回路時，炎性反應(yīng)、溶血反應(yīng)和凝血系統(tǒng)立即被激活產(chǎn)生微血栓，使組織發(fā)生缺血缺氧，如果術(shù)中管理不精確，腦卒中、急性腎小管壞死等并發(fā)癥可能是災(zāi)難性的[17]。

總之，體外循環(huán)炎性級聯(lián)反應(yīng)對線粒體的破壞使ATP生成減少、血液與管道直接接觸后破壞紅細胞激活機體凝血系統(tǒng)促進微血栓形成、大量抗凝物質(zhì)使用打破凝血平衡，這些因素同時影響著氧供需平衡，對各器官的灌注和氧供都是一個巨大的打擊[18]，因此術(shù)中對腎、腦等重要器官灌注和氧合持續(xù)監(jiān)測具有重大意義。

2 腦氧飽和度持續(xù)監(jiān)測的意義

2.1 腦氧飽和度降低與術(shù)后神經(jīng)并發(fā)癥相關(guān) 新生兒氧儲備較少，尤其是大動脈轉(zhuǎn)位、完全型肺靜脈異位引流、法洛四聯(lián)癥等發(fā)紺型先天性心臟病患兒，術(shù)前便有器官灌注和氧合差[19]。研究表明，嬰幼兒體外循環(huán)期間動脈氧分壓過高會增加腦損傷，增加血清蛋白質(zhì)S100β，神經(jīng)元特異性烯醇化酶(NSE)[20]。因此，動脈氧分壓不能判斷器官功能，傳統(tǒng)監(jiān)測無法及時反映術(shù)中不良事件對腦氧供需平衡的影響。在嬰幼兒體外循環(huán)中，Hu等[7]記錄了1～4歲先心病患兒手術(shù)麻醉誘導(dǎo)前、麻醉誘導(dǎo)后、升主動脈夾閉、升主動脈夾閉后20 min、升主動脈開放、體外循環(huán)結(jié)束時腦氧飽和度數(shù)值，與誘導(dǎo)后基線值相比，腦氧飽和度在所有時間點顯著下降且腦氧飽和度與腦灌注壓成線性相關(guān)。Spaeder等[21]在體外循環(huán)術(shù)中和術(shù)后24 h監(jiān)測新生兒腦氧飽和度，經(jīng)過術(shù)后隨訪檢測神經(jīng)發(fā)育指數(shù)，發(fā)現(xiàn)神經(jīng)發(fā)育指數(shù)異常的患兒術(shù)后腦氧飽和度較低。腦氧飽和度降低與術(shù)后腦功能障礙密切相關(guān)，當術(shù)中腦氧飽和度明顯低于基線值20%時可警示臨床醫(yī)師及早采取措施增加腦灌注，改善腦氧合以減少神經(jīng)并發(fā)癥的發(fā)生率。腦氧飽和度降低能否作為腦代謝自動調(diào)節(jié)功能受損的替代指標還需更大的樣本量進行觀察。目前，嬰幼兒尚沒有統(tǒng)一的腦灌注不足的臨界腦氧飽和度及腦氧飽和度的正常范圍。對于早產(chǎn)兒根據(jù)孕周不同腦氧飽和度的正常范圍也不同，孕周<32周的早產(chǎn)兒入院時平均腦氧飽和度為65%，孕周每增加1周腦氧飽和度增加1%[22]。

2.2 提高腦氧飽和度具有神經(jīng)保護作用 當術(shù)中腦氧飽和度低于基線值20%時，應(yīng)尋找原因，及時采取干預(yù)措施，如調(diào)整探頭的頭部位置、控制平均動脈壓波動在基線20%以內(nèi)及合適的腦灌注壓、提高血氧飽和度、使呼末二氧化碳維持在正常范圍、監(jiān)測血細胞壓積，必要時輸血等[23]。最新研究發(fā)現(xiàn)，嬰幼兒術(shù)中使用七氟烷麻醉對體外循環(huán)期間的腦氧平衡有益，并且可能改善認知損害，高劑量組(1.5MAC)術(shù)后血清S100β和NSE濃度顯著低于低劑量組(0.5MAC)和對照組[24]。所以在體外循環(huán)心臟停跳之前可適當提高七氟醚的濃度(2MAC以內(nèi))以發(fā)揮腦保護作用。

在一項小兒心臟手術(shù)回顧性觀察研究中，作者發(fā)現(xiàn)，體外循環(huán)術(shù)后腦氧飽和度低、脫氧血紅蛋白高的患兒，具有住院時間長、拔管時間長、病死率高等特點[25]。所以，先天性心臟病患兒體外循環(huán)術(shù)后回到重癥監(jiān)護室，確保大腦充分氧合仍然是重點關(guān)注的問題，特別是術(shù)中或術(shù)后腦氧飽和度45%～50%[26]、術(shù)中發(fā)生過低氧血癥、術(shù)后心輸出量減低的患兒[27]。

3 腎氧飽和度持續(xù)監(jiān)測的意義

3.1 腎氧飽和度降低與術(shù)后AKI相關(guān) 新生兒腎血流占心輸出量的3%～7%，出生后1周達到10%，最終達到成人水平25%，腎血流豐富，只有腎灌注壓維持在正常范圍才能維持正常的腎小球濾過率，嬰幼兒腎臟發(fā)育不完善，腎小管較短濃縮功能差、腎小球的毛細血管少、血壓低、濾過功能差，體外循環(huán)中炎性因子攻擊、紅細胞溶血等因素使體外循環(huán)術(shù)后AKI發(fā)生率達5%～20%[28]。AKI的診斷標準以血肌酐升高為依據(jù)，但是血肌酐的敏感性和特異性差，不僅受年齡、性別、種族、代謝、藥物及血容量影響，而且只有當腎小球濾過率下降50%時血肌酐才顯著升高[29]，所以嬰幼兒AKI的診斷標準無法診斷早期AKI；AKI的標志物如半胱氨酸蛋白酶抑制劑，由于很少通過胎盤，因此對嬰幼兒AKI診斷的敏感性和特異度都較高[30]，但在臨床上并不常規(guī)檢測，因此限制了早期AKI的診斷和治療。

區(qū)域組織氧飽和度可以在術(shù)中持續(xù)監(jiān)測腎區(qū)灌注和氧合，大量研究表明，術(shù)中腎氧飽和度降低與術(shù)后AKI相關(guān)[31]，在一項前瞻性研究中[32]，59例1歲以內(nèi)接受心臟手術(shù)的患兒，28例術(shù)后發(fā)生AKI；與正?；純合啾龋純盒g(shù)中腎氧飽和度低于55%的時間顯著延長，術(shù)后12、24、48 h腎氧飽和度水平顯著降低，乳酸顯著升高，帶管時間延長，3例患兒需要腎臟替代療法，2例患兒死亡。雖然術(shù)中腎氧飽和度降低與術(shù)后AKI有關(guān)，但是在這項研究中肌酐仍然做為AKI的診斷依據(jù)，如果選擇敏感的AKI早期標志物，研究腎氧飽和度降低與AKI的相關(guān)性，可能會提高早期AKI的預(yù)防和診斷，這還有待于進一步的臨床研究。

3.2 提高腎氧飽和度可發(fā)揮腎保護作用 先天性心臟病嬰幼兒發(fā)生AKI的獨立危險因素很多，包括年齡小于12個月、體外循環(huán)超過90 min、術(shù)中低血紅蛋白[33]，以及β類酰胺類抗生素、阿片類藥物和非甾體類抗炎藥的使用[34]。體外循環(huán)期間盡量縮短轉(zhuǎn)機時間，血細胞比容維持在25%[10]，最好使用器官保護藥物，如烏司他丁、果糖、右美托咪定等[35]。術(shù)后盡早拔管，縮短ICU的停留時間，減少阿片類藥物及抗炎藥。盡管臨床大量研究表明這些保護措施是有效的，但都是憑經(jīng)驗采取的，時機不好確定，而腎氧飽和度持續(xù)監(jiān)測能夠及早發(fā)現(xiàn)有損腎功能的不良事件，便于醫(yī)師恰當?shù)丶霸绺深A(yù)，大大有利于患兒的預(yù)后。

綜上所述，先天性心臟病嬰幼兒屬于生理弱勢群體，各器官發(fā)育不完善，代償功能不健全，所以我們對疾病診斷、干預(yù)、治療都要區(qū)別于成人。體外循環(huán)對內(nèi)環(huán)境干擾巨大，術(shù)后腦功能障礙、AKI發(fā)病率居高不下。我們在不斷發(fā)現(xiàn)危險因素，尋找預(yù)防的藥物和更敏感的標志物，完善術(shù)中監(jiān)測，及早發(fā)現(xiàn)一些不利于腦、腎功能的不良事件。區(qū)域氧飽和度監(jiān)測能實時顯示腦、腎的灌注和氧合，腦、腎氧飽和度降低對術(shù)后腦功能障礙和AKI有預(yù)測作用。體外循環(huán)下持續(xù)腦、腎氧飽和度監(jiān)測，使腎腦每時每刻的氧合和灌注都掌握在醫(yī)師手里，術(shù)中我們不斷干預(yù)使其維持在基線范圍。但是目前區(qū)域氧飽和度監(jiān)測在嬰幼兒應(yīng)用較少，數(shù)據(jù)不夠全面，尤其是跟孕周有關(guān)的早產(chǎn)兒，但是他們是更需要監(jiān)測的人群，所以我們還要進一步擴大和普及區(qū)域組織氧飽和度監(jiān)測。