胡裕,韓陽東,王寧,蘇振波
(吉林大學(xué)中日聯(lián)誼醫(yī)院麻醉科,長春 130033)
隨著現(xiàn)代社會人們工作壓力大,生活不節(jié)制,激素藥物濫用,特別是我國社會老齡化[1](2018年末≥65周歲人口16 658萬人,占總?cè)丝诘?1.9%),腦血管疾病患者呈爆發(fā)式增長。2018年中國腦卒中防治報(bào)告指出40歲以上腦卒中患病人數(shù)已達(dá)1 242 萬[2],腦血管疾病已成為我國人口死亡的首位因素[3],同時(shí)腦血管疾病手術(shù)、合并腦血管疾病的非腦血管疾病手術(shù)在臨床逐漸增多,圍手術(shù)期對腦血流監(jiān)測的需求日益增加。維持大腦灌注是防治這些脆弱腦功能患者圍手術(shù)期中樞神經(jīng)合并癥的一個重要目標(biāo),而腦血流監(jiān)測是必要前提。腦血流量一般用單位時(shí)間內(nèi)單位重量腦組織的血液灌注量表示,根據(jù)泊肅葉定律可知,腦血流量與腦灌注壓呈正相關(guān),與腦血管管徑呈負(fù)相關(guān),因此腦血管疾病、平均動脈壓、顱內(nèi)壓等均影響腦血流灌注[4]。近兩個世紀(jì)以來產(chǎn)生了多種腦血流監(jiān)測方法,現(xiàn)按發(fā)展歷史介紹各種監(jiān)測方法,希望能為臨床提供可靠的參考資料。
19世紀(jì)人們就已經(jīng)開始腦血流的研究,但多年來均是一些間接性研究,第一次成功進(jìn)行人體腦血流測量是Kety和Schmidt使用低濃度的氧化亞氮吸入,利用Fick原理測得[4]。Fick原理是單位時(shí)間器官攝取的物質(zhì)的量等于通過該器官的血流量與該物質(zhì)的動靜脈濃度差的乘積,要求這些物質(zhì)是惰性可擴(kuò)散的。后來又引入了放射性惰性氣體85Kr和133Xe 從而更加推動了腦血流的研究。雖然此方法可定量測量腦血流,但由于操作繁雜,耗時(shí)較長且有放射性、氣體栓塞風(fēng)險(xiǎn)、不能即時(shí)監(jiān)測等弊端逐漸被人們摒棄。近年來人們將超極化129Xe用作腦血流示蹤劑與磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)相結(jié)合來探索正常和異常腦灌注。目前有實(shí)驗(yàn)研究使用低氣壓的淬火氣體異丁烯以增強(qiáng)超極化129Xe MRI監(jiān)測腦血流的效用[5]。惰性擴(kuò)散示蹤劑法可用于術(shù)前篩查和一些臨床試驗(yàn)。
2.1CT在腦血流監(jiān)測中的原理及應(yīng)用 CT的問世對腦血管疾病診斷技術(shù)有里程碑式的意義。CT是根據(jù)人體不同組織對X線的吸收系數(shù)不同,利用X線對人體進(jìn)行掃描,然后由探測器接收透過人體組織的X線,經(jīng)過計(jì)算機(jī)的一系列處理最終獲得重建圖像。與普通X線檢查圖像不同,CT是斷層影像。創(chuàng)傷性腦出血或有腦出血風(fēng)險(xiǎn)的患者初始評估首選影像學(xué)檢查是CT,其可以定位出血灶,確定顱內(nèi)高壓的早期跡象等[6]。隨著技術(shù)的發(fā)展出現(xiàn)了CT血管造影、CT灌注成像技術(shù),均可用來獲取腦灌注圖像,對腦血管疾病的診斷、評估更加準(zhǔn)確。特別是CT灌注成像技術(shù)已用于腦梗死、腦缺血的診斷,蛛網(wǎng)膜下腔出血后血管痙攣的評估,腦血管狹窄患者腦血管儲備和腦外傷后腦灌注的評估。
2.2CT在腦血流監(jiān)測中的研究 CT成像技術(shù)可以快速、準(zhǔn)確地診斷腦血管疾病,但由于其具有電離輻射、設(shè)備昂貴且需要專業(yè)技師操作等不足限制了在臨床上的廣泛使用。因CT灌注成像技術(shù)涉及患者的高輻射劑量,近年來人們開發(fā)了具有投影視圖共享的低劑量CT灌注成像技術(shù),有研究認(rèn)為在不影響成像質(zhì)量和速度的情況下可降低約75%的輻射劑量[7]。近年人們提出了專門針對個體人腦的4D CT數(shù)字體模,用于研究腦實(shí)質(zhì)灌注,具有一定的臨床應(yīng)用價(jià)值[8]。CT一般用于術(shù)前診斷、評估,也可用于介入術(shù)中。
3.1正電子發(fā)射斷層掃描(positron emission tomography,PET)在腦血流監(jiān)測中的原理及應(yīng)用 PET特別是具有15O標(biāo)記水的PET被認(rèn)為是量化腦血流量的金標(biāo)準(zhǔn)。將能發(fā)射正電子的放射性核素標(biāo)記到參與人體組織血流或代謝的化合物上(水和葡萄糖等),再將這些能發(fā)射正電子的放射性核素標(biāo)記過的化合物注射到體內(nèi),通過探測器在不同時(shí)間、不同角度探測放射性核素產(chǎn)生的光子傳入計(jì)算機(jī)形成圖像,這些圖像經(jīng)過一系列處理得出區(qū)域血流情況。PET提供腦灌注和新陳代謝的定量測量,能定量測量腦血流量、腦血容量,具有較高的空間分辨率[9]。PET不僅可以進(jìn)行腦血流成像還可進(jìn)行腦功能成像。根據(jù)PET研究腦血流灌注低于20 mL/(min·100 g)腦組織可發(fā)生局部腦氧耗和腦能量代謝改變,出現(xiàn)腦功能損害的神經(jīng)癥狀。腦血流灌注低于11 mL/(min·100 g)腦組織發(fā)生腦結(jié)構(gòu)的破壞,因此,PET可以對腦血管疾病進(jìn)行預(yù)后評估和提前干預(yù),也可以為腦血管疾病病理生理研究提供更加準(zhǔn)確的方法。
3.2PET在腦血流監(jiān)測中的研究進(jìn)展 PET技術(shù)分辨率高、精確度高,不僅能定量測定腦血流量,還能獲得腦代謝方面的參數(shù),且所用的放色性核素都是人體所需的基本元素。其不足之處是PET雖然為腦血流測定的金標(biāo)準(zhǔn),但價(jià)格昂貴,一般不會作為首選檢查;需要專門的技師操作,基層醫(yī)院沒有相關(guān)的設(shè)備,不能普遍使用。近年來研究者將PET與MRI相結(jié)合創(chuàng)造出一種用于定量腦血流量的混合PET/MRI無創(chuàng)方法來彌補(bǔ)PET的有創(chuàng)性[10]。PET定量測量腦血量和腦代謝的值使用不同的示蹤劑,為避免前一種示蹤劑對PET數(shù)據(jù)的干擾通常需要間隔約1 h,近年來應(yīng)用基于發(fā)射的衰減校正來縮短檢查周期[11]。PET可用于術(shù)前診斷、預(yù)后評估、腦血管疾病病理生理研究。
4.1MRI技術(shù)在腦血流監(jiān)測中的原理及應(yīng)用 MRI用于腦血流測量有2種不同的技術(shù),均可提供腦血流量的定量評估。一種是動態(tài)磁敏對比MRI技術(shù),并非完全無創(chuàng),需要注射外源性造影劑。該方法可以繪制出高時(shí)間和空間的分辨率的腦血流圖像。通過一系列復(fù)雜的專業(yè)算法最終求得腦血量速度、腦血流量等血流動力參數(shù)。另一種是動脈自旋標(biāo)記技術(shù),其使用患者自身動脈血中質(zhì)子作為內(nèi)源性示蹤劑,可以無創(chuàng)地對血流進(jìn)行定量成像。使用動脈自旋標(biāo)記技術(shù)可進(jìn)行多次重復(fù)血流測量,因?yàn)榇判詷?biāo)記水的信號相對快速的衰減,允許動態(tài)測量[12]。與對急性缺血不敏感的常規(guī)MRI不同,動態(tài)磁敏感對比MRI可用于急性缺血的早期檢測、腦血栓栓塞以及溶栓后相關(guān)腦區(qū)的灌注評估。動脈自旋標(biāo)記技術(shù)可用于腦血管反應(yīng)性檢查,評價(jià)大腦動脈血管疾病的血管儲備,還可用于研究偏頭痛患者的腦血流動力學(xué),以及慢性神經(jīng)變性疾病(阿爾茨海默病)的灌注評估。
4.2MRI在腦血流監(jiān)測中的研究進(jìn)展 MRI具有非侵入性、無輻射、精確、能對腦血流量定性定量評估等優(yōu)點(diǎn),不足之處是設(shè)備費(fèi)用昂貴,一般基層醫(yī)院沒有配備,技術(shù)要求高,需要有專門技師操作,不適合術(shù)中使用。發(fā)生腦血管疾病時(shí)局部的腦血細(xì)胞比容會發(fā)生變化,局部腦血細(xì)胞比容的測量方法多是侵入性的,近年來有學(xué)者提出了一種無創(chuàng)地用MRI測量局部腦血細(xì)胞比容的新方法[13]。MRI中用灌注-擴(kuò)散不匹配方法評估永久死亡腦組織和可存活腦組織的有效性受到質(zhì)疑,人們引入了23Na-MRI方案[14]。有學(xué)者提出聯(lián)合MRI和擴(kuò)散參數(shù)可預(yù)測急性缺血性腦缺血再灌注后實(shí)質(zhì)出血[15]。MRI技術(shù)可用于腦血管疾病的術(shù)前診斷、術(shù)后治療效果的評估。
頸靜脈球血氧飽和度(jugular bulb venous oxygen saturation,SjvO2)通過頸靜脈插管連續(xù)監(jiān)測腦組織靜脈回流血氧飽和度變化,是最早的腦氧監(jiān)測方法。SjvO2的正常值為55%~75%,有證據(jù)表明,較低的SjvO2與較差的腦功能預(yù)后有關(guān),腦缺血的閾值是持續(xù)10 min SjvO2低于50%[16]。SjvO2低可能是由于發(fā)熱或癲癇引起的腦氧耗增加,也可能是由于腦血管痙攣或低血壓引起的腦血流量降低。SjvO2高可能是由于大腦的良性充血或腦代謝需求減少。SjvO2檢測最常用于監(jiān)測創(chuàng)傷性腦出血或蛛網(wǎng)膜下腔出血腦血管痙攣患者的腦灌注減少。該技術(shù)有侵入性,難以識別導(dǎo)管放置的合適位置,容易形成血栓影響讀數(shù),SjvO2反映的是全腦的氧供情況,可能錯過一些重要腦區(qū)的氧供變化情況,存在假陰性的結(jié)果。近年來有研究認(rèn)為SjvO2與嚴(yán)重創(chuàng)傷性腦損傷的響應(yīng)性總評分相關(guān),可作為嚴(yán)重創(chuàng)傷性腦損傷的獨(dú)立死亡率預(yù)測因子[17]。有研究使用近紅外腦血氧儀替代SvjO2監(jiān)測[18]。SvjO2主要用于術(shù)中腦血氧飽和度的監(jiān)測,防止腦灌注不足。
6.1近紅外光譜(near infrared spectroscopy,NIRS)技術(shù)在腦血流監(jiān)測中的原理 NIRS監(jiān)測技術(shù)是目前唯一非侵入式的床旁腦血氧監(jiān)測技術(shù),也是臨床上使用最廣泛的腦血氧監(jiān)測方法。其原理是近紅外光(波長700~950 nm)能穿透頭皮、顱骨及腦組織達(dá)數(shù)厘米。光在組織中會發(fā)生透射和散色,體內(nèi)有色物質(zhì)的透射光量根據(jù)氧濃度而變化,并且每種物質(zhì)的光吸收特性不同,體內(nèi)可測量的有色物質(zhì)是血紅蛋白和細(xì)胞色素,每種都具有不同的吸收帶。近紅外光譜儀可通過檢測入射光和透射光的強(qiáng)度,經(jīng)Beer-Lanbert定律換算得出氧合血紅蛋白和去氧化血紅蛋白的濃度,還可通過血氧飽和度的變化與氧合血紅蛋白和去氧化血紅蛋白的濃度變化推算出腦血流量和腦血容量[19]。
6.2NIRS技術(shù)在心臟手術(shù)中的應(yīng)用 NIRS于1985年被引入臨床實(shí)踐,用于評估早產(chǎn)兒的大腦氧合情況[20],經(jīng)過不斷改進(jìn)現(xiàn)已應(yīng)用于各種手術(shù)麻醉中的監(jiān)測。在心臟手術(shù)中,將NIRS監(jiān)測與現(xiàn)有的術(shù)前危險(xiǎn)評分標(biāo)準(zhǔn)相結(jié)合有助于制訂出更有利的醫(yī)療方案。術(shù)前低腦血氧飽和度預(yù)示著顯著的體循環(huán)功能受損,患者處于依靠生理代償機(jī)制維持腦血流的極限。在心臟和胸主動脈大血管手術(shù)中,腦血氧飽和度值低于50%或較基礎(chǔ)值下降20%表示大腦對缺氧的耐受性下降,需要及時(shí)干預(yù)。心臟手術(shù)術(shù)中腦血氧飽和度低發(fā)生術(shù)后并發(fā)癥的風(fēng)險(xiǎn)較高,如術(shù)后認(rèn)知功能障礙,呼吸衰竭,心肌梗死和再次手術(shù)[21]。
6.3NIRS技術(shù)在非心臟手術(shù)中的應(yīng)用 由于耗材費(fèi)用問題NIRS監(jiān)測在臨床非心臟手術(shù)中沒有普遍使用。頸動脈內(nèi)膜切除術(shù)中使用NIRS監(jiān)測能及時(shí)指導(dǎo)頸動脈插管,有效地防止頸動脈內(nèi)膜手術(shù)后腦卒中的發(fā)生,降低患者術(shù)后死亡率和致殘率。沙灘椅位較其他體位更容易發(fā)生腦灌注不足,在沙灘椅位手術(shù)中NIRS監(jiān)測能及時(shí)發(fā)現(xiàn)腦血氧飽和度降低,指導(dǎo)麻醉師進(jìn)行術(shù)中管理的調(diào)整。在小兒外科手術(shù)中通常使用平均動脈壓來預(yù)估腦灌注,但小兒腦血流的自動調(diào)節(jié)閾值范圍還未確定,因此小兒患者可能有腦缺血和充血損傷的風(fēng)險(xiǎn)[22-23],若新生兒存在嚴(yán)重的生理紊亂,最終可導(dǎo)致神經(jīng)損傷[24],NIRS監(jiān)測為小兒患者腦灌注監(jiān)測提供了可能。在單肺通氣的胸科手術(shù)中,Tang等[25]觀察發(fā)現(xiàn)單肺通氣胸科手術(shù)術(shù)后早期腦血氧飽和度低與術(shù)后認(rèn)知功能障礙有關(guān),即使是短暫的腦血氧飽和度低于65%的患者意識障礙發(fā)生率也會增加2倍,而且腦血氧飽和度降低基礎(chǔ)值25%以上的患者住院時(shí)間明顯延長。
6.4NIRS在腦血流監(jiān)測中的研究進(jìn)展 NIRS監(jiān)測具有簡單、無創(chuàng)、即時(shí)、連續(xù)、真實(shí)、穩(wěn)定,不受低溫、低血壓甚至循環(huán)停止影響的優(yōu)點(diǎn),使NIRS技術(shù)有廣泛的臨床應(yīng)用前景。但患者的年齡、血紅蛋白水平、監(jiān)測電極放置的位置會對腦血氧飽和度產(chǎn)生影響。顱外組織、顱外循環(huán)可能會干擾腦血氧飽和度的監(jiān)測。由于個體基礎(chǔ)差異,NIRS監(jiān)測無法確定腦組織缺氧的絕對閾值,當(dāng)前臨床所使用的設(shè)備只能監(jiān)測腦氧的相對變化,腦血氧飽和度監(jiān)測屬于趨勢性指標(biāo),不能診斷病因,僅具有警示作用[26]。針對腦血氧飽和度監(jiān)測進(jìn)行臨床決策時(shí)需要充分考慮各種相關(guān)因素。近年來NIRS在早產(chǎn)新生兒中得到廣泛應(yīng)用[27]。NIRS技術(shù)已被證明在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域包括分析工具、治療技術(shù)和診斷方法中有廣泛應(yīng)用[28]。目前已開發(fā)出一種功能性NIRS技術(shù)用于精神分裂癥的研究[29]。NIRS監(jiān)測用于可能存在腦灌注不足患者的術(shù)前評估、術(shù)中監(jiān)測、術(shù)后重癥監(jiān)護(hù)病房監(jiān)護(hù)。
7.1經(jīng)顱多普勒(transcranial Doppler,TCD)在腦血流監(jiān)測中的原理 TCD于1982年被引入臨床,其原理是相控陣探頭發(fā)出超聲波束穿過顱骨薄弱處(顳窗、頜下窗、眶窗、枕下窗,顱骨的較薄區(qū)域稱為聲學(xué)窗)經(jīng)血管中流動的紅細(xì)胞反射回來,其頻率變化(多普勒頻移)與血流速度成正比,由此可估計(jì)腦血流的速度[30]。TCD通過血流速度的快慢來評價(jià)血流狀況,大腦動脈在相同情況下腦血管的內(nèi)徑相對固定,根據(jù)腦血流速度的快慢即可推斷出腦的灌注情況。使用TCD無法直接測量腦血流量的實(shí)際量,但可以通過血流速度的變化程度推斷血流量變化。
7.2TCD在腦血流監(jiān)測中的應(yīng)用 TCD在大腦病變的早期階段和慢性腦血管疾病的隨訪期間均發(fā)揮重要作用。TCD可用于急性缺血性腦卒中的診斷和預(yù)后評估。TCD可以檢測急性大動脈閉塞,其敏感性、特異性、陽性率高[31],連續(xù)的TCD監(jiān)測可以追蹤溶栓前后動脈閉塞的過程[32]。TCD可用于術(shù)中監(jiān)測,血管舒縮功能的評估,并評估由右向左心臟分流引起的腦微栓塞。TCD可在體外循環(huán),頸動脈內(nèi)膜切除術(shù)和頸動脈支架術(shù)期間監(jiān)測腦循環(huán)和栓塞。早期TCD篩查加上預(yù)防性輸血可明顯減少鐮狀細(xì)胞病患兒腦卒中。TCD在癡呆研究中也有顯著的效用[33]。
7.3TCD在腦血流監(jiān)測中的研究進(jìn)展 TCD有方便、快捷、無創(chuàng)、安全、價(jià)格低廉、操作簡單并能實(shí)時(shí)監(jiān)測病理生理下腦血流的變化情況、測量結(jié)果可重復(fù)等優(yōu)點(diǎn),但其測量結(jié)果受探頭放置位置、患者顱骨密度、操作者熟練程度、血流信號強(qiáng)弱的影響,而且有部分老年女性測量窗口為盲窗或顱骨造成超聲波的過度衰減無法檢測到血流信號。TCD測量也僅限于大的基底動脈,只能提供全腦而非局部的腦血流速度情況。近年來有學(xué)者通過Meta分析表明,TCD是高度準(zhǔn)確的腦死亡確認(rèn)手段[34]。TCD在神經(jīng)臨床護(hù)理的常規(guī)監(jiān)測中發(fā)揮越來越重要的作用[35]。近年來研發(fā)出一種新型自動TCD系統(tǒng)[36],將有助于TCD擴(kuò)展到更多的臨床應(yīng)用。未來TCD可能為一項(xiàng)麻醉常規(guī)監(jiān)測方法,實(shí)時(shí)監(jiān)測腦血流的變化情況提高麻醉安全性,特別是對一些腦功能脆弱的患者具有重要意義。TCD可用于腦血管疾病的術(shù)前診斷和預(yù)后評估,術(shù)中監(jiān)測防止腦灌注不足,術(shù)后評價(jià)治療效果。
8.1神經(jīng)電生理監(jiān)測方法在腦血流監(jiān)測中的原理及應(yīng)用 定量腦電圖是在腦電圖的基礎(chǔ)上將原始腦電信號輸入電腦通過數(shù)模轉(zhuǎn)換和傅里葉轉(zhuǎn)換最終將腦電信號轉(zhuǎn)化為一種能夠定量的二維腦電波圖像,可根據(jù)定量腦電圖的參數(shù)來檢測腦功能障礙的原因。如在蛛網(wǎng)膜下腔出血的患者中,隨著腦血管痙攣引起腦血量減少,定量腦電圖參數(shù)α趨勢變異性百分比急劇下降,隨著腦血管痙攣的緩解而恢復(fù)正常。Rathakrishnan等[37]報(bào)道,α趨勢變異有助于區(qū)分蛛網(wǎng)膜下腔出血后遲發(fā)性腦缺血和腦血管痙攣。定量腦電圖可用于輕度創(chuàng)傷性腦損傷的診斷和預(yù)后評估[38]。定量腦電圖定位不精確,較難判別細(xì)微的異常。將定量腦電圖與顱腦模式圖相結(jié)合制成腦電地形圖可用于缺血性腦血管病的早期診斷和預(yù)后評價(jià)[39]。腦電地形圖定位更加準(zhǔn)確而且直觀醒目,較定量腦電圖能提供更多的信息,但定量腦電圖與腦電地形圖均需要專業(yè)人員進(jìn)行分析。為了更方便解讀將定量腦電圖簡化為腦電雙頻指數(shù)。腦電雙頻指數(shù)可監(jiān)測術(shù)中、術(shù)后腦灌注是否充足,腦電雙頻指數(shù)異常降低或突然降低均可能是因?yàn)槟X灌注不足[40]。
8.2神經(jīng)電生理監(jiān)測在腦血流監(jiān)測中的進(jìn)展 神經(jīng)電生理監(jiān)測的優(yōu)點(diǎn)是無創(chuàng)、簡單、連續(xù)、即時(shí),相對價(jià)廉,有腦缺血病史或有腦缺血風(fēng)險(xiǎn)因素的患者能在很大程度上受益。其監(jiān)測靈敏度較腦血氧飽和度差,定量腦電圖和腦地形圖需要專業(yè)醫(yī)師分析。腦電雙頻指數(shù)監(jiān)測區(qū)域是單側(cè)的額葉皮質(zhì),大腦其他腦區(qū)容易出現(xiàn)假陰性,且腦電雙頻指數(shù)受患者、麻醉劑、手術(shù)器械(電刀)的影響。有研究認(rèn)為定量腦電圖可能是預(yù)測輕度認(rèn)知功能障礙發(fā)展為路易斯癡呆的有力工具[41]。目前通過定量腦電信號源的定位可以研究慢性疼痛的病理生理[42]。神經(jīng)電生理監(jiān)測術(shù)前可作為腦血管疾病的輔助診斷,術(shù)中監(jiān)測腦功能和防止腦灌注不足。
惰性氣體示蹤劑法僅用于一些腦血流灌注的研究和其他監(jiān)測方法聯(lián)合應(yīng)用。CT、PET、 MRI不適合動態(tài)連續(xù)的腦血流監(jiān)測,無法用于一般術(shù)中和病房對患者實(shí)時(shí)監(jiān)測,但由于其精確性高仍是臨床上無法替代的檢查手段。大型醫(yī)院已開展介入手術(shù),使得這些影像學(xué)技術(shù)在腦血管疾病治療中具有廣闊的應(yīng)用前景。SjvO2監(jiān)測有被近紅外腦血氧儀取代的趨勢。NIRS監(jiān)測不僅用于腦血管疾病手術(shù)的監(jiān)測,一些有腦血流灌注不足風(fēng)險(xiǎn)的患者和手術(shù)均將受益,但需要不斷地改進(jìn)。TCD監(jiān)測未來可能用于老年患者麻醉的腦保護(hù)。定量腦電圖、腦電地形圖、腦電雙頻指數(shù)因簡單、實(shí)用,未來可能從腦電圖中提取出更有價(jià)值的監(jiān)測指標(biāo)??傊瑖中g(shù)期腦血流監(jiān)測將隨著腦血管疾病的發(fā)病率和手術(shù)量的增加而受到臨床醫(yī)師的重視,綜合采用各種方法,相互補(bǔ)充、取長補(bǔ)短,提高監(jiān)測的敏感性和特異性,保障患者在圍手術(shù)期的安全。