近紅外光譜技術(shù)在心肺復(fù)蘇中的應(yīng)用進(jìn)展

彭 祥，李湘民

中南大學(xué)湘雅醫(yī)院急診科，長沙 410008

心臟驟停是指各種原因?qū)е碌男呐K機(jī)械活動停止。隨著社會的快節(jié)奏發(fā)展，心臟驟停已成為世界范圍內(nèi)的重大公共衛(wèi)生問題[1]。盡管近年來心臟驟停的救治水平顯著提高，但受大腦嚴(yán)重缺血缺氧和缺血再灌注損傷等的影響，心臟驟?；颊叩纳婧蜕窠?jīng)系統(tǒng)功能恢復(fù)情況不容樂觀。在院外心臟驟停(out-of-hospital cardiac arrest，OHCA)住院期間死亡的患者中，近70%死于缺氧后神經(jīng)損傷[2]。因此，為及時和科學(xué)地評估心臟驟停患者的病情及預(yù)后，腦代謝監(jiān)測非常重要。近紅外光譜技術(shù)(near infrared spectroscopy，NIRS)是一種無創(chuàng)的腦氧監(jiān)測手段，其能夠在低血流量甚至無血流灌注的情況下進(jìn)行精準(zhǔn)監(jiān)測，因此該項技術(shù)在心肺復(fù)蘇領(lǐng)域中的應(yīng)用受到廣泛關(guān)注。NIRS應(yīng)用簡便、指標(biāo)靈敏，可實時提供額葉區(qū)域腦氧飽和度相關(guān)信息，且與頸靜脈球血氧飽和度存在良好的相關(guān)性[3]。通過NIRS實時監(jiān)測患者額葉皮質(zhì)腦組織局部腦氧飽和度(regional cerebral oxygen saturation，rScO2)，有助于直觀判斷患者腦血流變化及腦血氧供需平衡情況。本文就NIRS在心臟驟停救治中的最新應(yīng)用進(jìn)展進(jìn)行概述，以期為臨床實踐提供參考。

1 NIRS基本原理

NIRS于1977年由Jobsis提出，是一種實時、連續(xù)的光學(xué)診斷方法。近紅外光譜儀通過放置在前額的傳感器發(fā)射并檢測無害的近紅外光，測定含氧和脫氧血紅蛋白的獨特吸收光譜，利用比爾—蘭伯特定律計算rScO2，從而估計腦組織的氧合程度[3]。rScO2是由25%～30%的動脈血成分、70%～75%的靜脈血成分和部分毛細(xì)血管加權(quán)后得出的混合靜脈血血氧飽和度，更接近于靜脈血氧飽和度，可反映腦氧供給與消耗的動態(tài)平衡狀況。由于該技術(shù)不依賴于動脈搏動，因此即使在深低溫、低血壓、脈搏微弱甚至無脈搏的特殊情況下，也可正常測量腦氧參數(shù)，故其在心肺復(fù)蘇領(lǐng)域具有較好的應(yīng)用前景[4]。既往研究報道顯示，大腦皮層的靜脈/動脈分布在個體之間存在差異，且其絕對數(shù)值在人群中變化較大，通過檢測，健康志愿者和心臟手術(shù)患者的rScO2值均為(67±10)%，因此其相對變化值更具臨床意義[5]。

2 NIRS在心肺復(fù)蘇中的應(yīng)用

2.1 評估心肺復(fù)蘇質(zhì)量

高質(zhì)量的心肺復(fù)蘇已被證明可改善心臟驟?；颊叩纳娼Y(jié)局[6]。目前復(fù)蘇指南推薦的心肺復(fù)蘇質(zhì)量統(tǒng)一評價標(biāo)準(zhǔn)是監(jiān)測心肺復(fù)蘇時的胸部按壓速率、深度和按壓呼吸比，即對所有患者采用相同的按壓率和按壓深度，因此無法從病理生理方面為患者提供個體化的復(fù)蘇方案。在復(fù)蘇過程中，生理監(jiān)測指標(biāo)特別是冠狀動脈和腦灌注，對復(fù)蘇過程中的微小變化更敏感，可更好地提高復(fù)蘇質(zhì)量[7]。近年來研究表明，心肺復(fù)蘇術(shù)中較高的rScO2值與自主循環(huán)恢復(fù)(return of spontaneous circulation，ROSC)或良好神經(jīng)系統(tǒng)功能預(yù)后之間具有相關(guān)性，表明rScO2可作為優(yōu)化心肺復(fù)蘇質(zhì)量的生理指標(biāo)。

Meex等[8]觀察到心肺復(fù)蘇術(shù)中收縮壓與rScO2平行升高，說明高質(zhì)量的心肺復(fù)蘇可提高收縮壓和腦氧合。在胸外按壓過程中，rScO2可隨按壓質(zhì)量變化而變化，反映了患者的腦氧合變化情況。通過NIRO-200NX和NIRO-CCR1兩種設(shè)備監(jiān)測心肺復(fù)蘇時的腦氧合，可觀察到腦血流量波形與胸外按壓同步，體外循環(huán)(cardiopulmonary bypass，CPB)實施后初始腦氧合指數(shù)顯著增加[1]。高質(zhì)量的心肺復(fù)蘇與胸外按壓深度足夠、不間斷密切相關(guān)，無論何種原因，胸外按壓質(zhì)量的下降均可同時引起rScO2值的下降[9]。研究表明，機(jī)械按壓能夠在長時間內(nèi)提供足夠的壓力而不產(chǎn)生疲勞或中斷，與人工按壓相比，機(jī)械按壓可顯著增加OHCA患者的rScO2值[10]，院內(nèi)心臟驟?；颊卟捎脵C(jī)械胸外按壓的rScO2值明顯高于采用人工按壓(53.1%比24%)[11]。潮末二氧化碳分壓(endtidal carbon dioxide，ETCO2)是目前研究最為廣泛的心肺復(fù)蘇質(zhì)量監(jiān)測指標(biāo)和ROSC預(yù)測指標(biāo)，但實際上ETCO2僅可用于氣管插管患者，依賴于通氣策略，其并不能提供腦氧合充足性相關(guān)信息。相對于ETCO2，rScO2在心肺復(fù)蘇監(jiān)測中的潛在優(yōu)勢是rScO2信號監(jiān)測無需先進(jìn)的氣道管理。NIRO-Pulse是一種新型NIRS，能夠可視化評估心肺復(fù)蘇過程中的腦灌注，如顯示血紅蛋白波動和rScO2，在心肺復(fù)蘇過程中同時有助于評價心肺復(fù)蘇質(zhì)量和患者對心肺復(fù)蘇的反應(yīng)性[12]。需指出的是，NIRS技術(shù)雖可用于評估心肺復(fù)蘇質(zhì)量，但由于心臟驟?；颊叩奶厥庑?，尚無隨機(jī)對照試驗證明以rScO2指導(dǎo)心肺復(fù)蘇可改善患者預(yù)后。

2.2 早期發(fā)現(xiàn)再次心臟驟停

研究表明，接受心肺復(fù)蘇術(shù)的兒童和青少年在心肺復(fù)蘇開始后10～15 min有再次心臟驟停的傾向[13]。此外，部分患者雖在院前環(huán)境中能夠成功達(dá)到ROSC，但隨后可出現(xiàn)循環(huán)不穩(wěn)定和再次心臟驟停，而在到達(dá)醫(yī)院前再次發(fā)生心臟停搏是 OHCA患者的潛在生存障礙，因此早期發(fā)現(xiàn)患者再次心臟驟停跡象至關(guān)重要。若采用心電圖或除顫儀電極進(jìn)行間歇性(每2分鐘)心律檢查，必須中斷胸部按壓，這對大腦供血極為不利。部分急診醫(yī)療服務(wù)體系常規(guī)采用脈搏血氧儀進(jìn)行監(jiān)測，然而該方法依賴于周圍脈沖的存在，故在心肺復(fù)蘇中的使用受限。與脈搏血氧儀相比，NIRS可在無搏動血流的情況下測量組織氧合，且無需中斷胸部按壓，有助于早期發(fā)現(xiàn)ROSC患者的再次心臟驟停現(xiàn)象。Nishiyama 等[14]在使用心電圖和脈搏血氧儀檢測到無脈性心電活動前即檢測到了rScO2值的急劇降低。Meex等[8]發(fā)現(xiàn)ROSC后患者rScO2值增加，而新的室顫發(fā)作后可立即檢測到rScO2下降，表明rScO2值可反映危及生命的情況，如無脈性心律失?；驀?yán)重腦灌注不足，這兩種情況均迫切需要立即進(jìn)行心肺復(fù)蘇。有研究認(rèn)為，低近紅外光譜值突出了額外救生干預(yù)的必要性，如液體復(fù)蘇和/或使用血管升壓藥[15-16]。因此，NIRS有助于早期發(fā)現(xiàn)再次心臟驟停，特別是無脈性心電活動以及腦循環(huán)不良情況[15]。若能提高無脈性心電活動向ROSC的轉(zhuǎn)變率，并降低再次心臟驟停率，則可提高患者的總體生存率。

2.3 預(yù)測ROSC及神經(jīng)功能預(yù)后

目前在心臟驟?；颊咧蓄A(yù)測ROSC仍存在較大挑戰(zhàn)，盡管心肺復(fù)蘇技術(shù)和復(fù)蘇后護(hù)理均有所改善，但心臟驟停，尤其OHCA的死亡率仍然極高。Genbrugge等[17]的研究表明，rScO2監(jiān)測可用于院前高級生命支持，作為預(yù)測ROSC的額外指標(biāo)，此期間rScO2增加≥15%與更高的ROSC率相關(guān)。Tsukuda[18]等發(fā)現(xiàn)，初始腦氧合指數(shù)監(jiān)測可提高ROSC預(yù)后判斷的準(zhǔn)確性，并可能是選擇終止心肺復(fù)蘇和進(jìn)行體外心肺復(fù)蘇(extracorporeal cardiopul-monary resuscitation，ECPR)的參照因素。較高的冠狀動脈灌注壓(coronary perfusion pressure，CPP)可增加心臟驟?；颊吣X氧分壓，為了達(dá)到ROSC，CPP須維持在15 mm Hg(1 mm Hg=0.133 kPa)以上，理想情況應(yīng)超過20 mm Hg[19]，而NIRS是CPP的替代測量手段，因此腦氧合值越高理論上表明CPP越高，心肺復(fù)蘇效果越好。最新薈萃分析[20]結(jié)果證實，心臟驟?；颊哌M(jìn)行復(fù)蘇時，NIRS監(jiān)測rScO2的初始值和總值越大，心臟驟?；颊咝姆螐?fù)蘇ROSC的可能性越大。Yazar等[9]的研究表明，rScO2最大值與ROSC成功率相關(guān)，而rScO2最小值及平均值可提示心臟驟停后患者的不良神經(jīng)功能轉(zhuǎn)歸，存活者rScO2最小值(r=0.811，P=0.015)和平均值(r=0.771，P=0.025)均與1周全面無反應(yīng)性量表(full outline of unresponsive-ness，F(xiàn)OUR)評分呈顯著正相關(guān)。 rScO2(基線)與rScO2值隨時間的最大上升量相結(jié)合，可作為預(yù)測ROSC的新指標(biāo)指導(dǎo)心肺復(fù)蘇[21]。Schnaubelt等[22]發(fā)現(xiàn)rScO2和ΔrScO2可能有助于終止無效的心肺復(fù)蘇術(shù)。Engel等[23]的研究證明，ETCO2和rScO2均是ROSC是否成功的良好預(yù)測因子，在預(yù)測ROSC方面，rScO2優(yōu)于ETCO2。

決定心臟驟停后神經(jīng)功能預(yù)后的關(guān)鍵因素之一是基礎(chǔ)生命支持能夠維持腦細(xì)胞具備充足的氧合，并防止腦細(xì)胞發(fā)生繼發(fā)性損傷。因此，通過采用床邊NIRS監(jiān)測額葉rScO2，可獲得神經(jīng)預(yù)后預(yù)測的可靠附加信息。在 OHCA期間的初始 rScO2水平通常在緊急醫(yī)療服務(wù)團(tuán)隊開始心肺復(fù)蘇時檢測不到。通過心肺復(fù)蘇，rScO2水平升高，且在后來實現(xiàn)ROSC的患者中更高。心肺復(fù)蘇術(shù)中持續(xù)低水平的rScO2可能預(yù)示不良的神經(jīng)系統(tǒng)功能預(yù)后[24]。我國學(xué)者孫海偉等[25]的研究發(fā)現(xiàn)，聯(lián)合rScO2與神經(jīng)元特異性烯醇化酶可提高心臟驟?；颊咝姆螐?fù)蘇后神經(jīng)系統(tǒng)功能預(yù)后的預(yù)測準(zhǔn)確性，其預(yù)測價值遠(yuǎn)大于單一指標(biāo)。

2.4 監(jiān)測目標(biāo)溫度管理的治療效果

心臟驟停ROSC后，患者易出現(xiàn)腦缺血再灌注損傷。為減輕此類損傷，指南建議在ROSC后24 h內(nèi)采取目標(biāo)溫度控制(targeted temperature management，TTM)策略，即體溫控制在32 ℃～36 ℃之間[26]。TTM是唯一能夠提高心臟驟?；颊呱媛室约案纳粕窠?jīng)系統(tǒng)預(yù)后的治療方法[27]，但考慮到低溫誘導(dǎo)可影響腦氧代謝及氧供需平衡，近年來NIRS監(jiān)測在TTM期間的作用備受關(guān)注。2018年日本的一項研究發(fā)現(xiàn)，32 ℃～34 ℃的TTM策略可降低OHCA后昏迷患者的全因死亡率，并可改善90 d內(nèi)神經(jīng)系統(tǒng)功能預(yù)后，特別是在三級醫(yī)院住院時rScO2為41%～60%的患者[28]。Saritas等[29]采用rScO2值預(yù)測ROSC昏迷患者及TTM后存活患者的神經(jīng)系統(tǒng)功能，發(fā)現(xiàn)單純rScO2值不足以預(yù)測神經(jīng)系統(tǒng)功能預(yù)后，但其隨時間的變化值以及前6 h內(nèi)的變化率可預(yù)測神經(jīng)系統(tǒng)功能預(yù)后。Kwon等[30]的研究中，36 ℃組與33 ℃組患者的rScO2水平無顯著差異，且無論目標(biāo)溫度如何，TTM期間較低的rScO2水平與6個月后神經(jīng)系統(tǒng)不良預(yù)后相關(guān)。該研究結(jié)果表明，rScO2可作為一種潛在的實時監(jiān)測工具，用于評估接受TTM的OHCA幸存者的腦損傷以及長期神經(jīng)系統(tǒng)功能預(yù)后。Jakkula等[31]發(fā)現(xiàn)，正常高值動脈血二氧化碳分壓(arterial partial pressure of carbon dioxide，PaCO2)和中度高氧均可增加NIRS值，PaCO2的作用可能因TTM期間的目標(biāo)溫度而異，低碳酸血癥在目標(biāo)溫度為33 ℃的患者中尤為常見[32]。在治療性低體溫期間，低碳酸血癥可能導(dǎo)致此類患者腦血流減少。在采用rScO2監(jiān)測TTM治療的心臟驟?；颊邥r，建議對血氧飽和度、血紅蛋白、平均動脈壓(mean arterial pressure，MAP)和PaCO2各參數(shù)進(jìn)行全面評估，以優(yōu)化腦氧代謝平衡[33]。

2.5 監(jiān)測ECPR救治效果

近年來，體外膜肺氧合(extracorporeal membrane oxygenation，ECMO)越來越多地被用于常規(guī)心肺復(fù)蘇的輔助治療，在患者無自發(fā)性心臟循環(huán)的情況下提供氧合和血流動力學(xué)支持[34-35]。若在建立體外循環(huán)的時間窗內(nèi)，懷疑心臟驟停的病因可逆，通常考慮采用ECPR[1]。Wiest等[36]的隊列研究是首個采用rScO2作為ECPR插管預(yù)后指標(biāo)的研究，結(jié)果表明rScO2≤15%可能是ECPR插管無效的標(biāo)志。OHCA患者采用緊急CPB可改善神經(jīng)功能預(yù)后，然而在急診和院前環(huán)境中，ECMO插管往往需在超聲或透視引導(dǎo)下進(jìn)行，否則很難安全插管，在CPB建立后，通過NIRS確認(rèn)初始腦氧合指數(shù)顯著增加，可認(rèn)為插管成功[37]。在6例ECPR患者的病例系列研究中，ECMO插管2.5 min內(nèi)rScO2平均增加(20.8±12.1)%[38]。在OHCA個案研究中，rScO2在 ECPR作用下從30%增加至75%[39]。這些初步結(jié)果表明，ECMO在提高腦氧輸送方面具有實質(zhì)性價值，尤其對于傳統(tǒng)心肺復(fù)蘇無效的患者。NIRS已被提出作為一種無創(chuàng)監(jiān)測手段，用于提示采用ECMO治療患者的大腦循環(huán)狀態(tài)。一些研究擬通過NIRS測量下肢氧合血紅蛋白、去氧血紅蛋白水平及組織飽和指數(shù)，以指導(dǎo)準(zhǔn)確調(diào)整ECMO血流量，使患者快速脫離機(jī)器。初步結(jié)果顯示，在接受ECMO的患者中，近紅外光譜值與患者整體循環(huán)狀態(tài)之間存在較強的相關(guān)性，即隨著ECMO血流的調(diào)整，氧合血紅蛋白水平發(fā)生了明顯變化，而去氧血紅蛋白水平和組織飽和指數(shù)變化不明顯，且這種現(xiàn)象在非插管側(cè)更為顯著[40]。

2.6 評估腦血流自主調(diào)節(jié)水平

循環(huán)驟停所致的神經(jīng)系統(tǒng)損傷是決定心臟驟停后患者預(yù)后和生存率的主要因素，但循環(huán)系統(tǒng)的恢復(fù)并不一定意味著腦灌注的恢復(fù)。心臟驟停后24 h內(nèi)腦血管自主調(diào)節(jié)紊亂與預(yù)后不良相關(guān)，神經(jīng)系統(tǒng)損傷仍然是幸存者的主要風(fēng)險，腦損傷被認(rèn)為不僅是由心臟驟停時缺血所引起，再灌注損傷亦是重要因素。其特征是ROSC后數(shù)小時至數(shù)天內(nèi)自我調(diào)節(jié)功能衰竭、腦灌注不足和腦水腫。有趣的是，在預(yù)后較差的患者中動脈血壓與腦血流之間存在相關(guān)性，提示復(fù)蘇后腦血流自動調(diào)節(jié)功能受損與預(yù)后不良相關(guān)。研究表明，35%的心臟驟?；颊叽嬖谀X自我調(diào)節(jié)障礙，其中以心臟驟停前高血壓為主，這些患者預(yù)后較差，因為當(dāng)復(fù)蘇到統(tǒng)一的血流動力學(xué)目標(biāo)時，存在腦灌注不足的風(fēng)險，心臟驟停后伴有腦自動調(diào)節(jié)障礙的ROSC患者可能從較高的MAP中獲益[41]。最近的一項研究發(fā)現(xiàn)，rScO2與腦灌注壓之間存在中度相關(guān)性[42]。啟動心肺復(fù)蘇通常僅可使基線腦血流恢復(fù)10%～15%，這在很大程度上無法滿足大腦的代謝需求，而心臟驟停復(fù)蘇過程中實時NIRS監(jiān)測腦氧合可反映腦復(fù)蘇和腦供氧質(zhì)量。但Doepp等[43]的研究表明，心臟驟停后患者的預(yù)后幾乎不受腦血流的影響，且全腦低灌注和高灌注均與預(yù)后無關(guān)，因此，尚無法確定腦血流的臨界值以預(yù)測不良預(yù)后。但在大腦自我調(diào)節(jié)嚴(yán)重受損的患者中，MAP與rScO2具有同向性變化，表明rScO2可作為一種指導(dǎo)性工具，以確定患有嚴(yán)重腦損傷的心臟驟停幸存者的最佳MAP。

3 NIRS的局限性

隨著國內(nèi)外學(xué)者對NIRS各領(lǐng)域應(yīng)用的深入研究，其在臨床診斷和治療中的地位逐漸提高。然而，作為一項新型監(jiān)測技術(shù)，NIRS依然存在著一些不足之處，有待進(jìn)一步改進(jìn)。首先，NIRS信號與電極片放置位置密切相關(guān)，位置及操作不當(dāng)會嚴(yán)重影響rScO2監(jiān)測的準(zhǔn)確性；此外，近紅外光不能穿透探頭和組織之間的氣體和出血層，因此在硬膜外、硬膜下以及腦組織中有出血或顱內(nèi)積氣時會影響監(jiān)測結(jié)果。研究表明，rScO2值可受多種因素影響，如顱外污染、皮膚色素沉著和生理狀況等[44]。影響上述參數(shù)的已知因素包括年齡、心輸出量、酸堿狀態(tài)、大出血、動脈流入/靜脈流出阻塞、血紅蛋白濃度/飽和度、肺功能、吸入性氧濃度和藥物 (如苯腎上腺素)[16]。因此，仍需進(jìn)一步研究以提高NIRS在復(fù)蘇中的應(yīng)用價值。

4 小結(jié)與展望

NIRS技術(shù)是實現(xiàn)連續(xù)無創(chuàng)腦氧監(jiān)測的一項新興技術(shù)，目前已受到臨床醫(yī)師的廣泛重視。通過NIRS技術(shù)實時監(jiān)測rScO2，可直觀判斷腦血流變化及腦血氧供需平衡情況，用于指導(dǎo)心肺復(fù)蘇患者大腦氧合優(yōu)化與治療。NIRS還可用于評估心肺復(fù)蘇質(zhì)量、早期發(fā)現(xiàn)再次心臟驟停及判斷患者預(yù)后、評估腦血流自主調(diào)節(jié)水平、監(jiān)測TTM和ECMO治療患者的救治效果。未來可以rScO2為基礎(chǔ)計算腦血流調(diào)節(jié)能力、腦氧代謝等大腦監(jiān)測數(shù)據(jù)，為心臟驟停患者提供更加個體化、精細(xì)化的治療方案。

作者貢獻(xiàn)：彭祥負(fù)責(zé)文獻(xiàn)檢索與論文撰寫；李湘民負(fù)責(zé)研究設(shè)計與論文修訂。

利益沖突：所有作者均聲明不存在利益沖突