近紅外光譜技術(shù)在急危重癥患者中的研究進(jìn)展

賈愛慶，劉志

(中國醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院急診科，沈陽110001)

近紅外光譜(near infrared spectroscopy，NIRS)是指波長在700～900 nm(也有學(xué)者提出為650～1 000 nm[1])內(nèi)的紅外線，其可以穿入體內(nèi)數(shù)毫米，也能穿透人體深層組織[2]，監(jiān)測人體組織的血氧變化。由于NIRS主要監(jiān)測直徑<1 mm的血管內(nèi)氧含量變化(>1 mm的血管容易完全吸收NIRS信號)，常用來評估局部組織的微循環(huán)改變[3]。NIRS使用便捷且能夠準(zhǔn)確、迅速地獲得檢查結(jié)果，因此臨床更適用于休克及心搏驟停等急危重癥患者的指標(biāo)監(jiān)測，通過及時的獲得醫(yī)學(xué)參數(shù)，指導(dǎo)臨床合理治療，進(jìn)而提高急危重癥患者的生存率。NIRS具有無創(chuàng)、無X線輻射、使用及攜帶方便、可床頭使用且可以連續(xù)監(jiān)測的特點(diǎn)，在不能耐受輻射性檢查的孕婦、依從性差的嬰幼兒、不易搬運(yùn)的危重患者的臨床診療過程中發(fā)揮重要作用。目前NIRS在監(jiān)測危重癥患者的組織器官微循環(huán)血氧飽和度方面明顯優(yōu)于常規(guī)血流動力學(xué)檢查。隨著科技的進(jìn)步，NIRS輸出結(jié)果更加具體、清晰，也為急危重癥患者的治療提供了新思路。現(xiàn)就NIRS在急診危重癥患者中研究進(jìn)展予以綜述。

1 NIRS的概述

1.1NIRS的原理 人體內(nèi)的發(fā)色團(tuán)(血紅蛋白、肌紅蛋白和細(xì)胞色素氧化酶)是NIRS的主要接受物質(zhì)，由于人體肌肉中細(xì)胞色素氧化酶的濃度不到血紅蛋白和肌紅蛋白總濃度的5%[4]，NIRS信號主要代表肌紅蛋白及血紅蛋白的含氧量變化。研究發(fā)現(xiàn)，氧合血紅蛋白和脫氧血紅蛋白對NIRS的光譜吸收具有差異性[5]。目前臨床上NIRS的應(yīng)用主要有連續(xù)波NIRS技術(shù)、時間或時域分辨NIRS技術(shù)、頻域強(qiáng)度調(diào)制NIRS技術(shù)三種形式[2]。除連續(xù)波NIRS外，后兩者通過將光波的吸收及散射特性結(jié)合進(jìn)而構(gòu)建NIRS的空間圖像。臨床上關(guān)于NIRS的應(yīng)用可歸納為監(jiān)測肌肉氧飽和度和腦部氧飽和度兩方面。

1.2NIRS監(jiān)測的注意事項(xiàng) 研究證實(shí)，NIRS在評估脊髓損傷、肌萎縮性側(cè)索硬化和慢性心力衰竭等患者的肌肉含氧飽和度方面具有重要價值[6]。然而，NIRS的監(jiān)測結(jié)果受多重因素干擾，如皮膚的黑色素含量、皮下脂肪的厚度，被監(jiān)測肌肉的大小及監(jiān)測部位是否存在大的血管等[2]。NIRS在精神疾病、帕金森病、休克等患者的腦氧飽和度監(jiān)測發(fā)面也發(fā)揮重要作用[7]。但NIRS在監(jiān)測腦氧飽和度時受患者膚色、性別及受側(cè)區(qū)域動靜脈血含量的影響，需要結(jié)合臨床實(shí)際給予動態(tài)評價。

2 NIRS在成人急重癥中的應(yīng)用

2.1NIRS在休克中的應(yīng)用 休克是一種十分危急的疾病，中心靜脈血氧飽和度作為臨床監(jiān)測休克的金標(biāo)準(zhǔn)存在有創(chuàng)、缺乏連續(xù)性的缺點(diǎn)，在臨床應(yīng)用受到一定限制。而無創(chuàng)及連續(xù)的脈搏血氧飽和度也常用于休克的監(jiān)測，但由于休克患者常出現(xiàn)手指外周血液灌注不良，其有效性值得商榷。Li等[8]通過用NIRS測量頸內(nèi)靜脈周圍組織的血氧飽和度發(fā)現(xiàn)，NIRS所監(jiān)測的數(shù)值與休克監(jiān)測的金標(biāo)準(zhǔn)——中心靜脈血氧飽和度有較強(qiáng)的相關(guān)性和高度的一致性，表明NIRS在監(jiān)測微循環(huán)血氧飽和度方面較中心靜脈血氧飽和度具有獨(dú)特優(yōu)勢。感染性休克患者常伴隨譫妄狀態(tài)，Wood等[9]通過NIRS監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，感染性休克后譫妄患者的平均腦組織含氧飽和度顯著降低，這對預(yù)防及治療因休克引起的譫妄癥狀評估有重要參考價值。宋根紅[10]通過NIRS測定膿毒癥患者局部腦氧飽和度發(fā)現(xiàn)，中心靜脈血氧飽和度水平與膿毒性休克重癥患者不良預(yù)后高度相關(guān)，并指出膿毒性休克的重癥患者可通過NIRS持續(xù)監(jiān)測局部腦氧飽和度的方式來間接評估中心靜脈血氧飽和度，進(jìn)而動態(tài)評估患者的預(yù)后。目前臨床醫(yī)師大多通過宏觀血流動力學(xué)指標(biāo)進(jìn)行重癥休克的診斷，但忽視了對患者微循環(huán)的評估，這往往引起休克的誤診、誤治。而早期休克患者雖然宏觀血流動力學(xué)相對穩(wěn)定，但微循環(huán)已經(jīng)出現(xiàn)灌注不足，這使目前的監(jiān)測方法難以發(fā)現(xiàn)，進(jìn)而延誤了最佳治療時機(jī)。Filho等[11]研究發(fā)現(xiàn)，NIRS衍生的參數(shù)可以動態(tài)地評價患者的休克狀態(tài)，其效果明顯優(yōu)于一些常規(guī)診斷休克的檢查，如外周毛細(xì)血管再灌注時間、外周血管灌注指數(shù)、皮膚溫度梯度及動脈乳酸含量等。隨著NIRS的發(fā)展，人們能更方便、準(zhǔn)確地獲取休克患者微循環(huán)的改變，這可能是一種更合適的休克診斷方法。

2.2NIRS在心肺復(fù)蘇中的應(yīng)用 NIRS監(jiān)測具有無創(chuàng)以及動態(tài)檢測的特點(diǎn)，這使其成為心搏驟停期間的理想監(jiān)測工具[12]。Al-Subu等[13]在豬的心室顫動停搏模型中，通過NIRS監(jiān)測模型前額部及腎區(qū)的血流量，指出NIRS監(jiān)測對于促進(jìn)心臟復(fù)蘇的成功具有重要作用。Storm等[14]通過NIRS監(jiān)測心肺復(fù)蘇患者的腦部氧飽和度，得到了與動物實(shí)驗(yàn)相同的結(jié)果，在心搏驟停發(fā)生前NIRS即能提示腦部氧飽和度明顯降低的趨勢。Lanks等[15]通過NIRS記錄了1例年輕患者無脈電活動的全過程發(fā)現(xiàn)，在發(fā)生無脈電活動前15 min，患者大腦的氧飽和度已出現(xiàn)了降低。提示應(yīng)用NIRS動態(tài)監(jiān)測可以預(yù)防猝死的發(fā)生，為醫(yī)師的早期干預(yù)并及時救治提供了支持。上述研究可能為預(yù)防心搏驟停的發(fā)生提供客觀依據(jù)。Yagi等[16]研究發(fā)現(xiàn)，NIRS監(jiān)測對于指導(dǎo)心肺復(fù)蘇及評估心肺復(fù)蘇的質(zhì)量方面具有一定作用。Eichhorn等[17]通過設(shè)計呼吸暫停情況下潛水員模型模擬心肺復(fù)蘇、喉痙攣、氣道阻塞或不能通氣、不能插管等急性致命情況下NIRS監(jiān)測患者腦組織氧合評估的敏感性發(fā)現(xiàn)，與脈搏血氧飽和度監(jiān)測相比，NIRS監(jiān)測能更可靠地測量腦組織氧飽和度的動態(tài)變化，更真實(shí)地反映患者的組織灌注狀態(tài)。提示通過NIRS監(jiān)測心肺復(fù)蘇患者的腦氧飽和度可能是一種新的手段。

遲海波和劉志[18]研究發(fā)現(xiàn)，組織氧飽和度的監(jiān)測對有創(chuàng)機(jī)械通氣患者撤機(jī)成功與否具有一定的指導(dǎo)意義。NIRS監(jiān)測能夠更好地反映嚴(yán)重創(chuàng)傷后器官功能障礙過程，為嚴(yán)重創(chuàng)傷后治療手段的調(diào)整提供依據(jù)[19]。此外，NIRS對研究評價新的重癥腦外傷治療方案也具有重要臨床價值[20]。NIRS可用于監(jiān)測腦膿毒癥患者腦內(nèi)循環(huán)的改變，并且在預(yù)防腦梗死方面也發(fā)揮重要作用[21]。有學(xué)者利用NIRS監(jiān)測在接受體外膜肺氧合(extracorporeal membrane oxygenation，ECMO)治療的重癥腦外傷患者，發(fā)現(xiàn)94%～100%的腦神經(jīng)損傷患者出現(xiàn)腦氧飽和度降低，且通過NIRS監(jiān)測也發(fā)現(xiàn)即使患者的心臟電活動恢復(fù)，心臟開始收縮，但動脈血中并不一定含有足夠的氧氣，提示此時仍需要調(diào)整ECMO的泵速，盡可能維持足夠的動脈血氧含量，表明NIRS對于指導(dǎo)合理的ECMO治療起重要作用[22]。

3 NIRS在嬰幼兒危重癥疾病中的應(yīng)用

目前，NIRS技術(shù)在嬰兒及兒童危重疾病護(hù)理及監(jiān)測方面發(fā)揮重要作用。新生兒缺氧缺血性腦病(neonatal hypoxic ischaemic encephalopathy,HIE)可引起神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育障礙甚至死亡。在缺氧的最初幾小時，由于人體自身調(diào)節(jié)作用，腦功能處于代償期，臨床上很難發(fā)現(xiàn)腦功能異常，但隨著病情進(jìn)展，腦功能失代償期時，神經(jīng)系統(tǒng)已出現(xiàn)了不可逆損傷，而臨床常在此時才開始啟動治療，而作為診斷HIE的金標(biāo)準(zhǔn)，質(zhì)子磁共振波譜測定常在出生1周后進(jìn)行，可能延誤早期的診斷及藥物干預(yù)[23]。研究發(fā)現(xiàn)，NIRS可以測量血中含氧和脫氧血紅蛋白以及細(xì)胞色素C氧化酶的變化[24]，在HIE的豬模型發(fā)病1 h后即可檢測到腦血氧飽和度變化，這為HIE患兒的超早期治療提供了可能[23]。

對于傳統(tǒng)療法無效的呼吸及循環(huán)衰竭新生兒，ECMO成為主要選擇。隨著醫(yī)療及手術(shù)技術(shù)的不斷進(jìn)步，經(jīng)過ECMO治療后患者的治愈率呈逐年上升趨勢。但在ECMO治療過程中患兒的近期及遠(yuǎn)期神經(jīng)系統(tǒng)并發(fā)癥發(fā)生率仍較高。在治療過程中因腦血流動力學(xué)不穩(wěn)定而引起的腦出血及腦栓塞的發(fā)病率仍居高不下。治愈后兒童腦室周圍白質(zhì)軟化癥、腦癱、感音神經(jīng)性聽力損失及智力殘疾[25]等并發(fā)癥也是一直困擾臨床醫(yī)師的難題。此外，在ECMO治療的早期階段，臨床醫(yī)師只能通過體格檢查判斷患兒的神經(jīng)系統(tǒng)缺損情況，但此時有些患兒因治療需要不得不應(yīng)用鎮(zhèn)靜劑，這常會誤導(dǎo)臨床醫(yī)師的體格檢查結(jié)論。在ECMO治療早期階段影像學(xué)檢查很難發(fā)現(xiàn)病灶，加之需要搬動患兒，檢查過程中患兒活動的偽影干擾、輻射大等使其準(zhǔn)確診斷受到影響[26]。NIRS可在床邊執(zhí)行，便攜式、連續(xù)性和無創(chuàng)性特點(diǎn)為早期的神經(jīng)系統(tǒng)檢測提供了可能。

研究發(fā)現(xiàn)在已經(jīng)死亡及經(jīng)過后期影像學(xué)檢查發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重腦缺血的嬰兒中，NIRS能夠較早地觀測到腦內(nèi)氧飽和度的降低，提示NIRS監(jiān)測可以早期發(fā)現(xiàn)患兒神經(jīng)系統(tǒng)病變[27]。NIRS能夠檢測超早產(chǎn)嬰兒的腦氧飽和度，這對早期發(fā)現(xiàn)神經(jīng)系統(tǒng)疾病具有重要意義[28-29]。腦氧飽和度<70%的重癥患兒在入院后24 h內(nèi)進(jìn)行救生干預(yù)可以明顯提高患兒生存率[30]。通過監(jiān)測患兒腦氧飽和度，根據(jù)結(jié)果對重癥患兒的ECMO泵速進(jìn)行調(diào)節(jié)，保證腦組織合理的氧氣供給，可以減少ECMO治療的患兒神經(jīng)系統(tǒng)并發(fā)癥發(fā)生[26]。此外，高碳酸血癥引起的腦內(nèi)高灌注是腦室周圍-腦室內(nèi)出血的主要原因，而早期的NIRS監(jiān)測對于該病的預(yù)防至關(guān)重要。NIRS監(jiān)測可以降低患兒因低灌注導(dǎo)致的腦白質(zhì)變性疾病發(fā)生率，有學(xué)者提出對于胎齡<30周的早產(chǎn)嬰兒，在入院72 h內(nèi)接受NIRS監(jiān)測是必要的；對于呼吸不穩(wěn)的嬰兒，在產(chǎn)后72 h仍需要應(yīng)用NIRS監(jiān)測腦氧合；對于一些特殊類型的疾病，如進(jìn)展性的出血性腦室擴(kuò)張患兒，NIRS監(jiān)測可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行長期的評估[31]。

4 NIRS在孕婦重度子癇中的應(yīng)用

孕婦作為一類特殊的人群，其檢查主要以無輻射、無創(chuàng)傷為主。而NIRS因無創(chuàng)傷、無輻射、便捷的特點(diǎn)，被人們用于產(chǎn)科重癥患者的診斷和治療。通過NIRS監(jiān)測孕婦大腦發(fā)現(xiàn)，重度先兆子癇產(chǎn)婦腦氧飽和度減少，可引起產(chǎn)婦神經(jīng)系統(tǒng)功能障礙，給予重度子癇前期孕婦輸注硫酸鎂可以恢復(fù)腦氧飽和度[32]。近紅外時間分辨光譜-20是一種近年來研發(fā)的新型近紅外時間分辨光譜系統(tǒng)，Yamazaki等[33]將其用于重度子癇前期孕婦發(fā)現(xiàn)，即使患者外周血氧飽和度未見明顯異常，但腦氧飽和度已發(fā)生改變，提示近紅外時間分辨光譜-20在監(jiān)測產(chǎn)婦疾病方面具有獨(dú)特優(yōu)勢。也有研究提示，通過NIRS監(jiān)測腦氧飽和度可以評估重度子癇前期大腦灌注情況，分析不同治療方法的療效，也可及時發(fā)現(xiàn)子癇孕婦相關(guān)的神經(jīng)疾病并發(fā)癥[28]。

5 新型NIRS技術(shù)在重癥疾病中的應(yīng)用

科學(xué)家們將NIRS與傳感器組合，得到了改良型NIRS技術(shù)設(shè)備，如擴(kuò)散光學(xué)層析成像技術(shù)(diffuse optical tomography,DOT)及彌散相關(guān)光譜技術(shù)(diffuse correlation spectroscopy,DCS)，這些設(shè)備可以對腦及其他重要器官的血液灌注進(jìn)行定量監(jiān)測[28-29]。DOT是一種監(jiān)測器官或局部組織中氧合分布的三維成像，其根據(jù)光在體內(nèi)傳播的漫反射原理，結(jié)合被測試對象的不同光學(xué)特性，進(jìn)而構(gòu)建被測試對象的光學(xué)圖像[28]。在診斷嬰兒腦缺血方面，DOT的診斷價值與功能磁共振成像技術(shù)具有高度的一致性[34]。此外，DOT還可以動態(tài)觀察患兒癲癇發(fā)作的腦內(nèi)變化過程[35]，具有早期識別早產(chǎn)兒顱內(nèi)出血的能力。DOT也可以通過后期數(shù)據(jù)處理去除檢測者運(yùn)動偽影，提示DOT較功能磁共振成像技術(shù)優(yōu)勢顯著[28]。然而，目前DOT技術(shù)的一個典型缺陷為監(jiān)測時患兒頭部只能安裝少量的信號源及探測器，不能對測試對象的頭部進(jìn)行密集采樣(信號源-檢測器間隔達(dá)到15 mm才可完成頭部密集采樣)，極大影響了診斷的準(zhǔn)確性[34]。2016年，Chitnis等[36]發(fā)明了可以進(jìn)行無線連接的新型DOT系統(tǒng)，這使監(jiān)測不再受限于頭部探測器安裝的空間限制，使其在臨床普及成為可能。

DCS是NIRS基礎(chǔ)上的另一種新興技術(shù)，可穿透到深層組織，通過記錄微循環(huán)中紅細(xì)胞的光強(qiáng)度，計算血流指數(shù)，進(jìn)而測量深部組織微血管的血流變化[37]。DCS可以在臨床上動態(tài)監(jiān)測迷走性暈厥、阻塞性睡眠呼吸暫停低通氣及缺血性腦卒中等患者的腦血流量變化[38]；也可以評價纖維肌痛和外周動脈疾病的骨骼肌血液灌注的影響情況[39]；另外對某些腫瘤(如乳腺癌)的診斷也具有重要價值。DCS因無創(chuàng)、便捷、準(zhǔn)確等特點(diǎn)，已在豬的出血性休克模型中表現(xiàn)出重要的監(jiān)測價值[40]。雖然DSC目前已經(jīng)得到了臨床醫(yī)師的認(rèn)可，但測量過程中出現(xiàn)的信噪比及監(jiān)測深度也是影響DCS準(zhǔn)確性的主要問題，有學(xué)者對此提出了DSC監(jiān)測的“百葉窗”模式，這使得DSC監(jiān)測結(jié)果更加可信。相信隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，DCS在臨床上會得到更廣泛的認(rèn)可。

6 結(jié) 語

NIRS具有便捷、準(zhǔn)確、可以床旁操作并且能夠連續(xù)監(jiān)測患者疾病相關(guān)指標(biāo)變化的優(yōu)勢，適合于一些急危重癥患者的診斷和監(jiān)測。NIRS對于一些潛在重癥患者可以較普通檢查更早地觀察到異常，為臨床早期干預(yù)提供依據(jù)。然而，NIRS仍存在許多不足：①全身各組織器官血氧飽和度數(shù)值尚無統(tǒng)一、明確的界定范圍；②多數(shù)臨床試驗(yàn)的樣本數(shù)量較少且為單中心研究。因此，未來尚需進(jìn)行大樣本、多中心的隨機(jī)對照試驗(yàn)研究，明確全身各組織器官氧飽和度發(fā)生功能性和器質(zhì)性改變的臨界值，明確組織氧飽和度變化幅度與各類缺血缺氧相關(guān)并發(fā)癥的關(guān)系，使NIRS技術(shù)更準(zhǔn)確地服務(wù)于臨床工作。