圍術(shù)期局部腦氧飽和度影響因素的研究進(jìn)展

劉琳琳 嵇富海

蘇州大學(xué)附屬第一醫(yī)院麻醉科，江蘇省蘇州市 215031

不同于頸靜脈球血氧飽和度和腦組織氧分壓的測(cè)量等有創(chuàng)監(jiān)測(cè)，近紅外光譜(NIRS)儀無(wú)創(chuàng)、便捷、持續(xù)、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)等優(yōu)點(diǎn)減少了人們對(duì)腦氧供與氧耗監(jiān)測(cè)的顧慮[1]。NIRS能持續(xù)進(jìn)行床旁測(cè)量并反饋實(shí)時(shí)的局部腦氧飽和度(rSO2)信息，及早發(fā)現(xiàn)腦組織低灌注，從而預(yù)防腦功能障礙和術(shù)后神經(jīng)并發(fā)癥。但NIRS的監(jiān)測(cè)可能受到多種因素的干擾，rSO2的正常范圍仍未明確，在不同的研究中發(fā)現(xiàn)rSO2具有很大的個(gè)體差異，因此一些研究者建議，應(yīng)該主要以rSO2的相對(duì)變化和趨勢(shì)而不是rSO2的數(shù)值，作為腦組織氧供需平衡的指標(biāo)[2]。本文將從NIRS使用的基本原理、圍術(shù)期影響因素及其應(yīng)用的局限性對(duì)rSO2的監(jiān)測(cè)進(jìn)行論述。

1 近紅外光譜儀的工作原理

一般情況下組織對(duì)波長(zhǎng)700～1 000nm的近紅外光吸收較低，近紅外光束可以穿透皮膚、骨骼、肌肉以及腦組織，深度可達(dá)8cm，這對(duì)經(jīng)顱監(jiān)測(cè)腦血氧提供了可能[3]。腦組織中的氧合血紅蛋白(O2Hb)與脫氧血紅蛋白(HHb)對(duì)近紅外光束具有不同的吸收光譜，通過(guò)這一物理特性，可以分析局部腦組織中的氧飽和度。NIRS儀器的一對(duì)電極片通常被貼在左、右大腦額葉上方的皮膚上，也可以從任何腦葉上方進(jìn)行測(cè)量。每個(gè)電極片都包含有一個(gè)近紅外光發(fā)射器和一個(gè)遠(yuǎn)端的光探測(cè)器，光束從發(fā)射器沿著一條弧線傳播，最后由探測(cè)器接收，能夠測(cè)量皮膚下深度2～3cm的大腦皮層的O2Hb與HHb的比例。它不僅能測(cè)量腦組織的氧飽和度，也可以測(cè)量腦外組織如肌肉組織的氧飽和度。當(dāng)電極片被置于頭皮表面測(cè)量rSO2時(shí)，其測(cè)量的是動(dòng)靜脈與微循環(huán)中的混合血液的氧飽和度。rSO2作為一個(gè)計(jì)算值，取決于動(dòng)脈、靜脈血液及微循環(huán)的貢獻(xiàn)程度，在不同部位的腦組織測(cè)量出來(lái)的rSO2可能存在差異。同時(shí)測(cè)量嬰兒額葉與枕葉rSO2時(shí)，雖然整體統(tǒng)計(jì)上額葉與枕葉的rSO2沒(méi)有明顯規(guī)律性關(guān)聯(lián)和差異，但具體到個(gè)人時(shí)，額葉與枕葉的rSO2之間有-31%～28%的差距[4]。但不同部位測(cè)得的rSO2隨時(shí)間的變化趨勢(shì)是平行的，因此根據(jù)基線水平觀察rSO2的相對(duì)變化，更能反映出腦組織氧供的實(shí)際改變情況。

2 圍術(shù)期局部腦氧飽和度的影響因素

2.1 患者自身因素 目前對(duì)rSO2正常范圍仍沒(méi)有定論，根據(jù)已發(fā)表的研究數(shù)據(jù)表明，正常腦組織rSO2的一般水平大多為60%～80%，不同的個(gè)體在應(yīng)對(duì)外界因素干擾時(shí)rSO2也會(huì)展現(xiàn)不同的反應(yīng)?；颊呋A(chǔ)生理情況不同，rSO2基礎(chǔ)水平也有差異，年齡就是一個(gè)不可忽視的因素。隨著年齡增大，rSO2呈現(xiàn)降低趨勢(shì)。無(wú)心肺疾病、行擇期小手術(shù)的嬰兒[(7±3)個(gè)月]麻醉前基線水平的rSO2為(73±7)%，但關(guān)于65歲以上的老年人群中的研究rSO2普遍偏低，在75歲左右髖部骨折的老年人中，這一數(shù)值僅有60%左右[5-6]。因年齡差異導(dǎo)致的rSO2水平差異在中老年人群中尤為突出，這是由于隨著年齡的增長(zhǎng)，人體的生理機(jī)能逐漸老化，腦血管逐漸形成斑塊和硬化。與年齡相關(guān)的認(rèn)知功能、腦灌注和血管功能下降會(huì)增加患癡呆癥的風(fēng)險(xiǎn)。在2018年的一項(xiàng)橫斷面研究中，發(fā)現(xiàn)頸總動(dòng)脈β硬度的增加與中老年人執(zhí)行功能任務(wù)期間左側(cè)前額葉皮質(zhì)O2Hb濃度的下降和執(zhí)行能力的降低顯著相關(guān)[7]。老年人大腦灰質(zhì)的血流速度隨著年齡逐漸減少，與年齡相關(guān)的腦灌注下降或許是老年人腦萎縮和認(rèn)知功能降低的根本原因。老年人rSO2的正常低值警示我們，較低的腦氧合水平可能是大腦脆弱性的一個(gè)標(biāo)志，圍術(shù)期高齡患者能耐受的rSO2降低的安全閾值可能會(huì)更窄，更需要注意避免腦氧供的不足。

另外，患者身體的疾病狀態(tài)也會(huì)影響rSO2的表現(xiàn)。研究表明rSO2、O2Hb與HHb的水平均會(huì)隨著年齡的增加而逐漸下降，而吸煙、飲酒、腰臀比、糖尿病、心絞痛、充血性心力衰竭、短暫性腦缺血發(fā)作等都與腦氧合指標(biāo)降低有關(guān)[8]。有潛在腦血管疾病危險(xiǎn)因素的患者圍術(shù)期大腦對(duì)環(huán)境影響的應(yīng)變能力也表現(xiàn)的更差。在婦科腹腔鏡手術(shù)中，即使術(shù)前基線水平rSO2沒(méi)有明顯統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，但與無(wú)高血壓、糖尿病的患者相比，合并這類(lèi)基礎(chǔ)疾病的患者術(shù)中rSO2最低值、最高值以及最高值與基線值的差值均更低，說(shuō)明這些患者腦血管自我調(diào)節(jié)的儲(chǔ)備功能不佳，因此老年人尤其是伴有高血壓、糖尿病的患者圍術(shù)期更容易發(fā)生腦卒中事件[9]。嚴(yán)重全身疾病和器質(zhì)性功能障礙也會(huì)損害rSO2，如患有先天性心臟病、貧血、腎功能衰竭等疾病時(shí)，均能導(dǎo)致rSO2低于一般水平。

2.2 麻醉的管理

2.2.1 全身麻醉藥：維持全身麻醉可以采用吸入或靜脈麻醉藥，不同種類(lèi)的全麻藥對(duì)rSO2會(huì)產(chǎn)生不同的影響。通常認(rèn)為，揮發(fā)性麻醉藥降低腦代謝率并增加腦血流量(CBF)，而靜脈麻醉藥則是降低腦代謝率并減少CBF。七氟烷具有內(nèi)在腦血管舒張反應(yīng)，其作用呈劑量依賴性，低劑量或常規(guī)劑量的七氟烷濃度對(duì)腦血管的擴(kuò)張作用并不明顯。一項(xiàng)隨機(jī)對(duì)照研究表明，2%～3%七氟烷維持麻醉，當(dāng)發(fā)生腦電爆發(fā)抑制時(shí)，大腦中動(dòng)脈的平均血流速度和搏動(dòng)指數(shù)(即腦血管對(duì)血流的阻力)沒(méi)有明顯改變，但丙泊酚作為麻醉維持藥物發(fā)生腦電爆發(fā)抑制時(shí)，CBF有明顯下降，并且出現(xiàn)搏動(dòng)指數(shù)的增加，提示腦血管出現(xiàn)明顯的收縮[10]。雖然常規(guī)濃度的七氟烷并可能并不能明顯增加CBF，但相比于具有收縮血管作用的丙泊酚，在避免術(shù)中出現(xiàn)腦氧飽和度降低方面，七氟烷顯然更勝一籌。

右美托咪定和丙泊酚都具有類(lèi)似腦血管收縮的作用，但兩者對(duì)rSO2的作用似乎并沒(méi)有差別。2020年的一項(xiàng)隨機(jī)對(duì)照研究發(fā)現(xiàn)，椎管內(nèi)麻醉后CBF和rSO2會(huì)有所降低，隨后分別使用右美托咪定或異丙酚對(duì)患者進(jìn)行鎮(zhèn)靜，雖然右美托咪定組的血壓和SpO2更穩(wěn)定，但是并未觀察到兩組術(shù)中的rSO2有明顯統(tǒng)計(jì)學(xué)差異[11]。這可能是在一定灌注壓范圍內(nèi)腦血管自我調(diào)節(jié)后的結(jié)果。在動(dòng)物試驗(yàn)中，進(jìn)一步驗(yàn)證了右美托咪定對(duì)rSO2的作用，發(fā)現(xiàn)只有當(dāng)豬仔發(fā)生明顯低血壓時(shí)，再使用右美托咪定才會(huì)使腦灌注和腦氧合進(jìn)一步顯著下降[12]。因而在臨床工作中使用右美托咪定尤其需要注意預(yù)防和治療低血壓。

2.2.2 血流動(dòng)力學(xué)管理：雖然在很多研究中都觀察到rSO2與血壓相關(guān)，一定范圍內(nèi)rSO2會(huì)與平均動(dòng)脈壓同步升高。但實(shí)際上，使用血管活性藥物升高血壓卻不一定會(huì)使rSO2升高，這取決于不同升壓藥對(duì)血流動(dòng)力學(xué)的藥理作用特點(diǎn)。

苯腎上腺素和去甲腎上腺素均有較強(qiáng)的α受體激動(dòng)作用，通過(guò)動(dòng)脈血管收縮發(fā)揮作用的同時(shí)會(huì)引起周?chē)芎托呐K上交感神經(jīng)活動(dòng)的減少，導(dǎo)致心率下降，從而有引起心排血量降低的可能，而麻黃堿、多巴胺能夠在提高血壓的同時(shí)也能夠增加心率和心輸出量。在進(jìn)行非心臟外科手術(shù)時(shí)，對(duì)于維持rSO2方面，麻黃堿和多巴胺的作用優(yōu)于苯腎上腺素和去甲腎上腺素。然而一項(xiàng)關(guān)于頸動(dòng)脈內(nèi)膜切除術(shù)期間rSO2的小樣本量前瞻性研究持有相反的意見(jiàn)，認(rèn)為麻黃堿和苯腎上腺素在維持腦血流和供氧上并無(wú)明顯差異[13]。得出不同結(jié)論的原因，一方面，可能是不同個(gè)體的心輸出量對(duì)苯腎上腺素的反應(yīng)不同，另一方面，在使用苯腎上腺素的同時(shí)，維持足夠的有效循環(huán)血流量也十分重要。

精氨加壓素(AVP)通過(guò)介導(dǎo)血管平滑肌血管收縮的V1受體發(fā)揮作用，越來(lái)越多地用于臨床，但AVP在降低腦血流和腦供氧上的作用可能更強(qiáng)。在沙灘椅位(BCP)肩關(guān)節(jié)手術(shù)中的研究中，調(diào)節(jié)BCP體位前2min預(yù)防性注射0.07U/kg的AVP，雖然和生理鹽水組相比能有效預(yù)防BCP體位后的低血壓，但升高血壓的代價(jià)卻是大腦額葉血供的減少，AVP組的rSO2甚至低于未預(yù)防性使用升壓藥的生理鹽水對(duì)照組[14]。但在嚴(yán)重循環(huán)衰竭和腦灌注嚴(yán)重受損的人群中，例如心肺復(fù)蘇的患者，由于機(jī)體在血供不足的情況下對(duì)大腦、心臟優(yōu)先供應(yīng)的機(jī)制，AVP通過(guò)強(qiáng)烈收縮外周血管能對(duì)腦組織提供一定的灌注壓，這種極端條件下AVP對(duì)腦血供并非完全無(wú)益處。而硝酸甘油與AVP存在相反的作用，對(duì)于血管收縮劑如AVP引起的rSO2下降，硝酸甘油或許能夠作為一種有效的解決辦法。

2.2.3 呼吸管理：呼吸的管理是麻醉管理中的最重要環(huán)節(jié)之一。對(duì)于氣道壓力和呼氣末正壓(PEEP)是否會(huì)影響腦血流和腦灌注，目前的研究存在較多的爭(zhēng)議。Chen Han等[15]認(rèn)為，在正常大腦中，正壓通氣不會(huì)顯著改變顱內(nèi)壓(ICP)、腦氧合或腦灌注；對(duì)于顱腦損傷的患者，氣道壓力對(duì)ICP的影響是可變的，對(duì)ICP的影響由多個(gè)因素決定，例如原本ICP的高低、肺的順應(yīng)性、腦自動(dòng)調(diào)節(jié)等，其凈影響程度是不可預(yù)測(cè)的。PEEP對(duì)ICP和腦血流的影響一部分取決于機(jī)體血容量的狀態(tài)。在動(dòng)物試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，正常血容量時(shí)，ICP隨著PEEP從5cmH2O(1cmH2O=0.098kPa)逐漸增加至25cmH2O而逐漸升高；而通過(guò)放血處理的低血容量動(dòng)物，ICP隨著PEEP的增加呈降低趨勢(shì)；這是由于與正常血容量的動(dòng)物相比，低血容量狀態(tài)下PEEP升高時(shí)，頸總動(dòng)脈血流量會(huì)進(jìn)一步降低[16]。因此，在正壓通氣和使用PEEP時(shí)，需要注意對(duì)循環(huán)血量的監(jiān)測(cè)，維持充足的有效循環(huán)容量。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中PEEP水平較高，這并不適應(yīng)用人類(lèi)麻醉時(shí)常規(guī)麻醉的呼吸機(jī)設(shè)置。但在腹腔鏡手術(shù)中，尤其是肥胖患者頭端位置降低下的氣腹手術(shù)，患者的氣道壓力可較正常平臥位時(shí)顯著增加，這種被動(dòng)的氣道壓力極度升高可能會(huì)對(duì)腦血流和rSO2產(chǎn)生負(fù)面影響。

增加吸入氣體中的氧濃度和保持呼氣末CO2(ETCO2)適當(dāng)偏高是有助于改善術(shù)中rSO2的策略。這是由于吸入氧濃度的提升大幅度改善了血液中的氧分壓，而血液CO2分壓的升高則會(huì)使腦血管擴(kuò)張，腦血流增多。但當(dāng)CO2顯著高于正常水平時(shí)，也需要警惕腦血管擴(kuò)張?jiān)黾语B內(nèi)壓增高和腦水腫風(fēng)險(xiǎn)，這可能引起嚴(yán)重的腦組織氧合障礙。

2.3 非心臟外科手術(shù) 體位是術(shù)中rSO2的一個(gè)重要影響因素，在反向Trendelenburg體位或者BCP這類(lèi)頭端位置顯著抬高的體位中，由于“瀑布效應(yīng)”，在超聲多普勒下可以檢測(cè)到大腦中動(dòng)脈的最大血流量顯著下降。以前的研究通常將rSO2較基線水平降低超過(guò)20%或其數(shù)值低于50%稱(chēng)為腦氧去飽和事件(CDEs)。在BCP體位手術(shù)中，由于坐姿和全麻后機(jī)械通氣引起過(guò)度換氣對(duì)CBF和氧合有潛在的附加不良影響，發(fā)生CDEs的患者比例可高達(dá)55.6%，大多數(shù)CDEs(68%)是在低血壓期間記錄到的[17]。在平齊于心臟水平測(cè)量的動(dòng)脈血壓可能高估了大腦的實(shí)際血壓，因此將有創(chuàng)血壓的換能器置于外耳道水平更能反映實(shí)際腦灌注水平。相反地，手術(shù)中患者為T(mén)rendelenburg體位時(shí)，例如婦科、泌尿外科腹腔鏡手術(shù)，由于頭端降低，腦部充血，通?？捎^察到rSO2的升高，多數(shù)人認(rèn)為T(mén)rendelenburg體位下的手術(shù)不會(huì)影響rSO2。但由于CO2蓄積、高氣道壓、血液回流增多、高中心靜脈壓等因素的共同影響，也會(huì)導(dǎo)致Trendelenburg體位時(shí)ICP明顯增高。顱內(nèi)血管靜水壓增高、腦組織水腫也可能會(huì)導(dǎo)致rSO2降低[15]。目前在Trendelenburg體位腹腔鏡手術(shù)中rSO2下降對(duì)患者預(yù)后的影響及其發(fā)生的具體機(jī)制還未完全明確。

在開(kāi)胸或胸腔鏡檢查期間，也能發(fā)現(xiàn)相當(dāng)比例的患者rSO2顯著減低，這是由于單肺通氣可能存在例如通氣量不足、通氣血流比值的失調(diào)以及縱膈擺動(dòng)引起心輸出量減少等問(wèn)題。在頸動(dòng)脈內(nèi)膜剝脫術(shù)、關(guān)節(jié)與脊柱等手術(shù)中，由于局部微栓子的脫落可能會(huì)引起腦內(nèi)小血管的堵塞和腦組織缺血，監(jiān)測(cè)術(shù)中rSO2有助于及時(shí)識(shí)別可能存在的腦灌注降低[18-19]。老年人平均rSO2比年輕人低，也意味著術(shù)中允許rSO2降低的安全范圍較小，他們對(duì)于術(shù)中出血、低血壓等的耐受能力更低，更需要麻醉醫(yī)生去注意設(shè)法預(yù)防術(shù)中rSO2降低的發(fā)生。

3 NIRS監(jiān)測(cè)的局限性

頭皮至大腦皮質(zhì)之間的軟組織及顱骨內(nèi)都包含有血流，被測(cè)量者的皮膚、皮下組織的厚度、顱骨的厚度等顱外因素也可能對(duì)rSO2測(cè)量產(chǎn)生干擾。顱外血液對(duì)大腦NIRS讀數(shù)的貢獻(xiàn)范圍為14%～18%，目前很難完全將大腦與腦外組織中的氧飽和度分開(kāi)進(jìn)行測(cè)量，只能通過(guò)同時(shí)測(cè)量頭皮下組織的rSO2做減法盡可能減少顱外血流的混雜[20]。膽紅素、亞甲藍(lán)、吲哚菁綠與HHb具有相似的吸收光譜，因此也可能影響NIRS監(jiān)測(cè)的實(shí)際讀數(shù)，使rSO2讀數(shù)偏低[3]。另外，由于近紅外光譜儀器的物理特性，它能監(jiān)測(cè)的范圍僅為光源穿過(guò)區(qū)域、深度為2～3cm的大腦皮層，這大概僅包括指甲蓋大小的腦組織，這也是其局限所在。rSO2代表的是局部腦組織的氧合平衡狀態(tài)，對(duì)于存在腦血管疾病問(wèn)題的患者，當(dāng)監(jiān)測(cè)部位以外的腦組織出現(xiàn)缺血、缺氧時(shí)，或許并不能得到及時(shí)和正確的反饋。因此rSO2更能反映的本身無(wú)腦血管疾病患者的大腦整體氧供與血供，例如心臟驟停期間的較低的rSO2能夠預(yù)測(cè)術(shù)后缺血缺氧性腦病后遺癥和生存狀態(tài)[2]。這也解釋了為什么在有些神經(jīng)外科手術(shù)的研究中，術(shù)中監(jiān)測(cè)對(duì)側(cè)rSO2并不能很好地預(yù)測(cè)術(shù)后神經(jīng)系統(tǒng)并發(fā)癥的發(fā)生。神經(jīng)外科患者的常見(jiàn)后遺癥，更多的與原發(fā)灶的損傷程度相關(guān)，而術(shù)中監(jiān)測(cè)對(duì)側(cè)腦組織，同側(cè)及深部腦組織的缺血也有可能不被探及。頸靜脈球血氧飽和度測(cè)量反映的是整個(gè)大腦的氧供氧耗平衡，腦組織氧分壓測(cè)量可以對(duì)深部腦組織的氧分壓進(jìn)行更精準(zhǔn)的測(cè)量，幾種腦氧合狀態(tài)測(cè)量技術(shù)的作用有時(shí)候并不能完全相互替代，因此臨床上也可以將rSO2監(jiān)測(cè)與其他腦氧測(cè)定方式相互結(jié)合，可以更全面地了解大腦氧代謝的變化。

4 小結(jié)

圍術(shù)期rSO2的監(jiān)測(cè)需要注意潛在的多種影響因素。雖然CDEs(rSO2降低超過(guò)基線20%或rSO2數(shù)值低于50%)是人們?cè)谂R床中評(píng)價(jià)rSO2的常用標(biāo)準(zhǔn)，但在65歲以上老年人脊柱手術(shù)中，rSO2<60%就是術(shù)后認(rèn)知功能障礙的獨(dú)立危險(xiǎn)因素[19]。由此可見(jiàn)CDEs并非NIRS評(píng)估患者預(yù)后的唯一標(biāo)準(zhǔn)，可以在任何閾值任意定義rSO2的不飽和，但這個(gè)閾值必須與有意義的臨床結(jié)果相關(guān)。通過(guò)NIRS獲取的rSO2數(shù)值固然重要，明白它變化的背后原因及時(shí)做出對(duì)應(yīng)的處理對(duì)腦灌注異常的高危人群來(lái)說(shuō)更加重要。針對(duì)不同人群、不同手術(shù)的rSO2改變需關(guān)注的閾值應(yīng)該逐漸被開(kāi)發(fā)和利用起來(lái)，識(shí)別高?；颊叩膫€(gè)體化管理能夠在不浪費(fèi)有限醫(yī)療資源的前提下將患者的術(shù)后早期恢復(fù)最優(yōu)化。