老年患者圍手術(shù)期腦電圖監(jiān)測的應(yīng)用進展

顧玨，吉青青，戴詩云，何星穎

(1.海軍軍醫(yī)大學(xué)第二附屬醫(yī)院麻醉科，上海 200003； 2.上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬瑞金醫(yī)院麻醉科，上海 201800)

據(jù)統(tǒng)計，2019年我國65歲及以上人口達1.76億，占總?cè)丝诘?2.6%，預(yù)計到2040年該比例將超過20%[1]。由于人口老齡化日趨嚴(yán)重，需要進行手術(shù)治療的老年患者比例不斷上升。常見的神經(jīng)退行性疾病大多開始于中老年，腦血管疾病的發(fā)生率也會隨著年齡增長而增加[2]。對于術(shù)前合并急、慢性腦卒中病史、短暫腦缺血發(fā)作、中重度顱腦血管狹窄、阿爾茨海默病、帕金森病等疾病的患者，《中國老年患者圍手術(shù)期麻醉管理指導(dǎo)意見》建議行腦電圖等電生理學(xué)監(jiān)測以評價及指導(dǎo)圍手術(shù)期腦血氧供需平衡的管理[3]。

據(jù)以往經(jīng)驗，許多已知的腦電圖模式與正?；虿±頎顟B(tài)下大腦皮質(zhì)狀態(tài)密切相關(guān)。腦電圖系統(tǒng)通過將元分析方法應(yīng)用于頭皮記錄，結(jié)合腦磁圖可以毫秒級的分辨率重建特定腦區(qū)的神經(jīng)元活動，能夠?qū)崟r成像全腦神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的時間動態(tài)變化[4]。腦電圖作為一種客觀、無創(chuàng)的神經(jīng)系統(tǒng)功能監(jiān)測方法，通過記錄大腦皮質(zhì)錐體細(xì)胞自發(fā)產(chǎn)生的興奮性和抑制性突觸后電位的總和來反映圍手術(shù)期大腦的整體功能狀態(tài)，當(dāng)腦缺血、麻醉深度變化、體溫過低時可出現(xiàn)腦電圖改變[5]。隨著醫(yī)學(xué)領(lǐng)域?qū)颊邍中g(shù)期恢復(fù)及生存質(zhì)量關(guān)注度的增加，麻醉學(xué)逐漸向圍手術(shù)期醫(yī)學(xué)轉(zhuǎn)變，圍手術(shù)期麻醉的管理將影響患者的轉(zhuǎn)歸與預(yù)后，而腦電圖監(jiān)測技術(shù)可以幫助麻醉醫(yī)師評估老年患者圍手術(shù)期腦功能。現(xiàn)就老年患者圍手術(shù)期腦電圖監(jiān)測的應(yīng)用進展予以綜述。

1 術(shù)前腦電圖監(jiān)測

腦電圖波形個體差異較大，清醒個體大多顯示為α和β波。α波(8～13 Hz)在覺醒安靜閉目時出現(xiàn)數(shù)量最多，其隨著腦發(fā)育成熟或年齡增加出現(xiàn)變化，到老年期α波又逐漸變慢。因此，α波的頻率、振幅、分布等因素是反映大腦功能狀態(tài)的重要參考指標(biāo)。老年人β波(14～30 Hz)較60歲以下成人多，在覺醒大腦所有區(qū)域均可以記錄到這種高頻率和低振幅的信號[6]。當(dāng)大腦產(chǎn)生更高頻率的波形(γ為35～45 Hz)時稱為腦電激活，而產(chǎn)生較低頻率的波形(θ為4～7 Hz，δ<4 Hz)稱為腦電抑制[7]。隨著年齡增長，神經(jīng)元會發(fā)生不可逆死亡，因而腦電圖振幅降低。近年一項關(guān)于2型糖尿病及阿爾茨海默病患者腦電圖與認(rèn)知功能相關(guān)性的研究發(fā)現(xiàn)，靜息狀態(tài)腦電圖的連續(xù)改變與病理衰老相關(guān)，通常以α波和β波功率降低以及δ波和θ波功率增加為特征，且在大腦的不同區(qū)域有不同的變化[8]。

術(shù)前腦電圖監(jiān)測可以幫助評價老年患者腦功能的基礎(chǔ)狀態(tài)，其中閉眼靜息腦電圖模式是清醒時的基礎(chǔ)波形，用于與麻醉后的腦電圖進行對照。對于腦損傷后昏迷的患者，術(shù)前定量腦電圖特征和神經(jīng)系統(tǒng)預(yù)后隨時間變化而變化[9]，故預(yù)后評價必須在損傷導(dǎo)致昏迷24 h后，否則腦電圖反映的主要為損傷影響而非預(yù)后情況。如果24 h后腦電圖顯示持續(xù)爆發(fā)性抑制，提示可能存在嚴(yán)重的不可逆性腦損傷[10]；如果腦電圖對外部刺激無反應(yīng)，往往預(yù)示患者處于持續(xù)植物狀態(tài)或死亡[11]；如果腦電圖對外部刺激有反應(yīng)，出現(xiàn)同步波形變化或睡眠波，提示可能預(yù)后較好[12]。術(shù)前重復(fù)的腦電圖評估有助于提高老年患者非驚厥性癲癇持續(xù)狀態(tài)診斷率[13]，從而采取有針對性的治療措施預(yù)防術(shù)中或術(shù)后癲癇發(fā)作。另外，F(xiàn)ritz等[14]發(fā)現(xiàn)術(shù)前已經(jīng)存在認(rèn)知異常和未存在認(rèn)知異常的高齡患者術(shù)后譫妄的發(fā)生率分別為35%(151/430)和18%(123/683)，說明只有一小部分患者的術(shù)后譫妄是由術(shù)中腦電圖抑制介導(dǎo)。老年患者由于生理功能下降、基礎(chǔ)疾病增加、神經(jīng)系統(tǒng)老化導(dǎo)致腦電圖振幅降低、低頻波形增加，術(shù)前腦電圖監(jiān)測可以幫助麻醉醫(yī)師判斷老年患者術(shù)前認(rèn)知功能情況及是否存在腦損傷。

2 術(shù)中腦電圖監(jiān)測

術(shù)中腦電圖監(jiān)測可以及時發(fā)現(xiàn)腦電活動的改變，實時評估腦血流、麻醉深度，對圍手術(shù)期腦功能障礙早期診斷具有重要價值。

2.1評估腦血流狀態(tài) 術(shù)中腦電圖監(jiān)測可明確手術(shù)、麻醉引起的腦血流量(cerebral blood flow，CBF)減少以及腦組織牽拉時大腦皮質(zhì)的血流是否充足。腦缺血典型的腦電圖表現(xiàn)為快波(α波和β波)減少、慢波(δ波)增加，具體的振幅變化取決于缺血的嚴(yán)重程度和持續(xù)時間，極嚴(yán)重的情況下腦電圖會變成等電位[15-16]。腦缺血的常見原因包括灌注不足、腦自動調(diào)節(jié)受損、栓塞、缺氧和貧血[17]。

有腦血管疾病的老年患者圍手術(shù)期易發(fā)生腦缺血，需要較高的平均動脈壓來灌注腦部狹窄的動靜脈[18]。腦電圖已用于頸動脈內(nèi)膜剝脫術(shù)的CBF監(jiān)測。早在1974年，一項關(guān)于頸動脈內(nèi)膜剝脫術(shù)的研究證實，腦電圖是反映局部CBF充足性的有效指標(biāo)[19]。正常情況下，大腦灰質(zhì)和白質(zhì)的CBF平均為50 mL/(100 g·min)；麻醉狀態(tài)下，CBF下降至20 mL/(100 g·min)時，腦電圖開始發(fā)生異常改變，CBF下降至12 mL/(100 g·min)以下時會導(dǎo)致細(xì)胞死亡，這為頸動脈術(shù)中腦電圖監(jiān)測提供了理論基礎(chǔ)[19]。有學(xué)者對頸動脈內(nèi)膜剝脫術(shù)選擇性分流的患者給予16導(dǎo)聯(lián)腦電圖監(jiān)測，結(jié)果發(fā)現(xiàn)患者清醒后均未出現(xiàn)腦電圖不能預(yù)測的神經(jīng)損傷表現(xiàn)[20]。通過腦電圖的變化可以檢測出麻醉期間嚴(yán)重的腦缺血或灌注不足，特別是在麻醉維持期間，腦電圖突然改變(即功率向較低頻率范圍轉(zhuǎn)移、幅度進行性降低或出現(xiàn)爆發(fā)抑制甚至等電位腦電圖)或指標(biāo)值下降可能表明腦缺血意外。因此，持續(xù)腦電圖監(jiān)測可以及時發(fā)現(xiàn)術(shù)中腦缺血，并評估改善腦缺血的治療效果。

2.2監(jiān)測麻醉深度 老年患者對麻醉藥物反應(yīng)性增強、作用時間延長，麻醉醫(yī)師有時難以掌握合適的麻醉深度[21]。術(shù)中腦電圖常用于監(jiān)測老年患者全身麻醉時的麻醉深度，但其信號受年齡、認(rèn)知功能和麻醉藥物影響較大。即使在相同的全身麻醉鎮(zhèn)痛狀態(tài)下，腦電圖波幅和95%頻譜邊界頻率也隨年齡的變化而變化，而且在七氟烷、地氟烷、異氟烷3種吸入麻醉藥物中均觀察到了腦電圖波形的這種年齡依賴性變化[22]。在淺麻醉期間，腦電圖表現(xiàn)為高頻低幅。隨著給藥濃度升高，振幅加深、頻率降低；在深麻醉期間，“爆發(fā)抑制”模式變得明顯，出現(xiàn)以高頻、大振幅波(爆發(fā))和平坦的波形(抑制)交替的代表性波形[23]。因此，與臨床體征相比，圍手術(shù)期腦電圖監(jiān)測大腦鎮(zhèn)靜水平有助于優(yōu)化高齡患者術(shù)中麻醉藥物劑量、避免過度鎮(zhèn)靜或鎮(zhèn)靜不足。

心臟手術(shù)是術(shù)中知曉率最高的手術(shù)之一，在體外循環(huán)期間監(jiān)測額部腦電圖可能會降低術(shù)中知曉的發(fā)生率[24]。也有研究提出，60歲以上患者在體外循環(huán)期間腦電圖爆發(fā)抑制是圍手術(shù)期譫妄的預(yù)測因素[25]。術(shù)中腦電圖監(jiān)測降低了全憑靜脈麻醉的知曉率，其與呼氣末麻醉氣體監(jiān)測在預(yù)防術(shù)中知曉方面具有類似的效果[26]。與臨床體征相比，術(shù)中腦電圖監(jiān)測有助于優(yōu)化高齡患者術(shù)中麻醉藥物劑量，客觀確定個體患者的麻醉深度。老年患者全身麻醉下可采取麻醉鎮(zhèn)靜深度監(jiān)測、基于腦電圖的大腦傷害指數(shù)監(jiān)測、無創(chuàng)腦氧飽和度監(jiān)測、圍手術(shù)期神經(jīng)炎癥調(diào)控等，通過腦電圖聯(lián)合監(jiān)測可以避免依賴單一監(jiān)測造成干預(yù)的盲目性。

腦電雙頻指數(shù)(bispectral index，BIS)監(jiān)測是目前使用比較廣泛的麻醉深度監(jiān)測技術(shù)。該技術(shù)結(jié)合了腦電圖的時域、頻域和雙頻譜分析，使用專有算法處理單個額葉腦電圖信號并顯示介于0(腦電活動完全抑制)～100(清醒狀態(tài))的值[27-28]。BIS監(jiān)測值為40～60可以防止術(shù)中知曉的發(fā)生、減少麻醉藥物劑量[29]。有研究顯示，全身麻醉手術(shù)患者使用BIS監(jiān)測時不僅術(shù)中知曉的風(fēng)險降低，而且縮短了早期恢復(fù)時間[30-31]。

腦電小波指數(shù)(wavelet index，WLI)是一種聯(lián)系時、頻、域的分析方法，將時域的一維信號變換至?xí)r間、尺度和窗口的三維空間。其通過采集左右腦前額葉的兩導(dǎo)腦電波信號，用小波算法計算腦電波，提取腦功能狀態(tài)指標(biāo)。當(dāng)肌肉松弛或面部麻痹的情況下不能產(chǎn)生肌電圖信號時，WLI較BIS能更準(zhǔn)確地反映手術(shù)患者的意識恢復(fù)情況[32]。WLI可能具有反映術(shù)中患者意識狀態(tài)的優(yōu)勢，但有關(guān)WLI用于監(jiān)測老年患者意識恢復(fù)的研究較少，仍需進一步探索。

無論BIS、WLI，還是其他(Narcotrend等)術(shù)中麻醉深度監(jiān)測技術(shù)，均是為了維持術(shù)中老年患者合適的全身麻醉藥物用量，減少術(shù)中知曉及爆發(fā)抑制，從而減少圍手術(shù)期腦血管事件的發(fā)生。

2.3預(yù)防圍手術(shù)期神經(jīng)認(rèn)知障礙(perioperative neurocognitive disorders，PND) PND包括術(shù)后認(rèn)知功能障礙和術(shù)后譫妄。在接受擇期大手術(shù)的高齡患者中，15%～25%的患者會出現(xiàn)PND，且心臟手術(shù)或髖部骨折修復(fù)手術(shù)后的發(fā)病率更高[33]。術(shù)后譫妄是老年患者術(shù)后常見的并發(fā)癥，圍手術(shù)期發(fā)生腦電波形中θ波或δ波慢化，或術(shù)中BIS<20常預(yù)示術(shù)后譫妄的發(fā)生，可以導(dǎo)致嚴(yán)重的后果[34]。

有證據(jù)表明，腦電圖監(jiān)測在老年患者PND預(yù)防中具有重要作用[35-36]。PND患者深部腦電圖是興奮的(以快波為主)，而皮質(zhì)腦電圖是抑制的(以慢波為主)，其腦電表現(xiàn)類似于老年癡呆患者。術(shù)后連續(xù)的腦電圖有助于監(jiān)測譫妄的發(fā)展和嚴(yán)重程度。腦電圖監(jiān)測可用于已經(jīng)存在認(rèn)知功能障礙和新發(fā)的PND患者，且均能給麻醉醫(yī)師警示。目前，歐洲麻醉學(xué)會建議術(shù)中實施腦電圖監(jiān)測以預(yù)防PND[37]。

3 術(shù)后腦電圖監(jiān)測

疼痛是機體的一種主觀消極感覺，具有顯著的個體差異。由于個體對疼痛的感受和臨床表現(xiàn)不一，如何客觀可靠地評估疼痛是臨床醫(yī)師處理術(shù)后疼痛時面臨的首要問題。有效的疼痛評估方法不僅可以證明患者主觀疼痛的真實存在，還可以定量地分析疼痛程度和鎮(zhèn)痛需求、評估鎮(zhèn)痛藥物的臨床療效。

腦電圖監(jiān)測可以直接分析神經(jīng)元的激活，在獲取原始腦電信號的基礎(chǔ)上，利用小波變換(離散小波變換)對腦電數(shù)據(jù)進行分析，評估疼痛活動的腦電成分，在處理復(fù)雜的疼痛信息方面具有先進性[38]。同時，腦電圖顯示出作為客觀生物標(biāo)志物的潛力，并可能用于預(yù)測術(shù)后是否需要使用阿片類藥物鎮(zhèn)痛[39]。對于本身存在認(rèn)知功能障礙的老年患者，由于無法正確表述疼痛程度，腦電圖監(jiān)測的使用可能使這類患者得到良好的鎮(zhèn)痛。

此外，一些術(shù)后轉(zhuǎn)入重癥監(jiān)護病房的老年患者，往往需要使用鎮(zhèn)靜藥物以緩解疼痛、機械通氣等伴發(fā)的焦慮、躁動。腦電圖監(jiān)測具有客觀、實時評估鎮(zhèn)靜而無須使用外部刺激改變鎮(zhèn)靜狀態(tài)的優(yōu)勢，常被用于改善圍手術(shù)期鎮(zhèn)靜。與年輕患者相比，老年患者對鎮(zhèn)靜藥物更敏感[40]，表明在較低劑量下即可達到所需的鎮(zhèn)靜作用，且對血流動力學(xué)的抑制更明顯。為減少鎮(zhèn)靜藥物對血流動力學(xué)的影響，重癥監(jiān)護科醫(yī)師應(yīng)關(guān)注鎮(zhèn)靜水平滴定。重癥監(jiān)護病房中一些病理狀態(tài)，如腦電圖改變(醫(yī)源性爆發(fā)抑制或反射性昏迷)，可通過經(jīng)處理的腦電圖(原始腦電圖的處理軌跡)提示[41]。持續(xù)腦電圖主要用于非驚厥性發(fā)作或癲癇持續(xù)狀態(tài)和預(yù)測[42]。與臨床量表評估通常每4小時進行一次相比，經(jīng)處理的腦電圖監(jiān)測是連續(xù)的，可避免兩次評估期間的鎮(zhèn)靜不足[43]。輕度鎮(zhèn)靜狀態(tài)下，重要臟器功能早期恢復(fù)對重癥監(jiān)護病房老年重癥患者可能更有益，但是輕度鎮(zhèn)靜與重要臟器功能恢復(fù)之間的平衡有待臨床腦電圖監(jiān)測的進一步優(yōu)化。

4 腦電圖監(jiān)測的局限與展望

目前基于腦電圖監(jiān)測的臨床實踐存在一定局限性：①當(dāng)前圍手術(shù)期腦電圖監(jiān)測的研究中，手術(shù)人群和麻醉方案存在差異，且腦電圖參考數(shù)據(jù)庫大多是從青壯年人群中獲得，這些因素會影響老年人群研究的預(yù)測概率。隨著年齡的增長所有頻段的腦電信號功率均顯著降低，而這種影響在α波最為明顯[6]。與年齡相關(guān)的腦電圖功率降低可能是由突觸密度下降和樹突動力學(xué)變化引起，這些變化可能導(dǎo)致γ-氨基丁酸依賴的前額丘腦皮質(zhì)回路的功能變化。未來需要準(zhǔn)確闡明老年患者的腦電圖特征，識別不同的疾病機制。②不同腦電圖監(jiān)測儀信息的共享與解讀缺乏規(guī)范化的指南管理。因此，對腦電圖監(jiān)測技術(shù)和信號處理方面的改進，有望進一步提高圍手術(shù)期腦電圖監(jiān)測的實用性。

近年隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展與突破，其強大的診斷算法在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用日趨成熟。對于大量圍手術(shù)期腦電圖監(jiān)測數(shù)據(jù)，人工智能或許是麻醉醫(yī)師管理患者最為有效的工具。未來植入人工智能的圍手術(shù)期腦電圖監(jiān)測評估系統(tǒng)，可以通過連續(xù)采集和實時分析，精準(zhǔn)評估隨時間動態(tài)變化的時序性資料，便于麻醉醫(yī)師將這些重要信息運用于臨床決策，以改善患者預(yù)后，加速患者康復(fù)。

5 小 結(jié)

腦電圖監(jiān)測作為一種客觀、無創(chuàng)的檢查方法，在老年患者圍手術(shù)期管理領(lǐng)域具有較高的應(yīng)用價值。與此同時，人工智能技術(shù)在臨床醫(yī)療中處理大量、非線性數(shù)據(jù)的優(yōu)勢日益突出。目前，植入人工智能的腦電圖監(jiān)測技術(shù)已在麻醉深度監(jiān)測、藥物輸注控制、疼痛管理等方面開始應(yīng)用于臨床。相信隨著人工智能技術(shù)以及腦電圖監(jiān)測使用的科學(xué)化、普及化，未來有望優(yōu)化老年患者個體化圍手術(shù)期管理，從而為腦功能損傷的早期發(fā)現(xiàn)、干預(yù)和評估治療提供科學(xué)參考。