心臟瓣膜手術中低腦氧發(fā)生情況及其對早期預后的影響*

丁 夢,趙文君,魏 蔚

(四川大學華西醫(yī)院麻醉科,成都 610041)

心臟直視手術需在體外循環(huán)的輔助下完成,確保在為機體提供基礎氧供的同時,獲得清晰、安靜、無血的術野,使手術能安全、順利進行[1]。但是在體外循環(huán)(CPB)期間,由于血流動力學改變、血液稀釋、氧解離曲線左移、機體炎性反應等多種原因[2-3],機體極易發(fā)生氧供與氧耗的失衡,產(chǎn)生氧債,最終導致不可逆的缺氧性損傷及器官功能損害。在氧供下降的初期,傳統(tǒng)監(jiān)測指標幾乎不出現(xiàn)異常[4],而當動脈血氧飽和度、混合靜脈血氧飽和度、血乳酸等反映氧供需平衡的指標出現(xiàn)異常時,局部組織常常已缺氧一段時間,此時即使立即采取有效措施也不能完全避免缺氧性損傷的發(fā)生,嚴重時可導致重要器官功能損害甚至死亡[5]。近年來應用近紅外光譜(near infrared spectroscopy,NIRS)技術監(jiān)測腦額葉皮層組織內氧合血紅蛋白含量和非氧合血紅蛋白含量,得到該部位包括動脈血、靜脈血及混合動靜脈血在內的所有血液的氧合狀態(tài)[6],即局部腦組織氧飽和度,具有無創(chuàng)、廉價、實時、便捷的特點。它作為傳統(tǒng)監(jiān)測手段的補充已經(jīng)被應用于心臟大血管手術、胸科手術、頸動脈內膜剝脫手術、心肺復蘇、新生兒重癥監(jiān)護等領域[7-10]。局部腦組織氧飽和度監(jiān)測在減少術后神經(jīng)系統(tǒng)并發(fā)癥的積極作用被某些研究所證實[11],但仍有一定爭議[12]。本研究主要關注CPB輔助下心臟瓣膜手術中患者發(fā)生的低腦組織氧飽和度(rScO2),分析其影響因素及與患者預后的關系,以期為更好地應用NIRS技術進行圍手術期管理提供依據(jù),為心臟手術患者圍手術期維持氧供需平衡的管理提供思路,避免氧債產(chǎn)生,降低術后不良事件發(fā)生率,改善患者預后。

1 資料與方法

1.1 一般資料

本研究為前瞻性觀察性隊列研究。研究通過四川大學醫(yī)學倫理委員會批準(倫理編號:2017342),并在術前與患者及家屬談話,簽署知情同意書。納入2017年8月至2018年5月于四川大學華西醫(yī)院在淺低溫CPB下行擇期心臟瓣膜手術的患者190例,其中男102例,女88例,平均年齡(54.21±11.97)歲。定義患者術中出現(xiàn)雙側局部rScO2<55%持續(xù)5 min為低腦氧事件,根據(jù)是否發(fā)生低腦氧事件分為低腦氧組(L組)和正常腦氧組(N組)。

納入標準:(1)年齡18～80歲;(2)擬行擇期心臟瓣膜手術;(3)手術需要CPB輔助。

排除標準:(1)患有中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病;(2)有中樞神經(jīng)系統(tǒng)手術史;(3)預計手術時間≤2 h。

1.2 方法

1.2.1術前基線資料收集

術前1 d收集患者基線資料。(1)人口統(tǒng)計學資料:性別、年齡、體重、身高、體重指數(shù);(2)術前檢查結果:血紅蛋白、血肌酐、血尿素氮、膽紅素、天門冬氨酸氨基轉移酶/丙氨酸氨基轉移酶(AST/ALT)值、腦利鈉肽(brain natriuretic peptide,BNP)、肌鈣蛋白、心臟彩超、頭部CT;(3)術前合并癥及疾病史情況:美國麻醉醫(yī)師協(xié)會(American Society of Anesthesiologists,ASA)分級、是否有肝腎功能不全、是否有心功能不全、是否發(fā)生過心腦血管意外、是否存在頸動脈狹窄、是否存在神經(jīng)系統(tǒng)疾病、手術史、外傷史。

1.2.2術中監(jiān)測

rScO2監(jiān)測:采用近紅外光組織血氧參數(shù)無損監(jiān)測儀(愛琴醫(yī)療EGOS-600系列近紅外光組織血氧參數(shù)無損監(jiān)測儀)對患者雙側大腦半球局部rScO2進行監(jiān)測。入室后用酒精棉球對患者前額部皮膚進行去脂消毒。將左、右腦氧飽和度探頭分別置于左、右前額,使左、右探頭發(fā)光點分別位于眉骨上方 1.5～2.5 cm處,左、右腦氧飽和度探頭邊緣均距前正中線1～2 cm。務必保證傳感探頭與皮膚緊密貼合、接觸良好,貼合好后使用繃帶妥善固定,使其避光。系統(tǒng)每分鐘采集1次rScO2數(shù)據(jù)并保存。

常規(guī)監(jiān)測包括五導聯(lián)心電圖、脈搏氧飽和度、呼氣末二氧化碳、有創(chuàng)動脈壓、中心靜脈壓、鼻咽溫。分別在患者入室時、心肺轉流術前、心肺轉流術中每小時、心肺轉流術后20 min、手術醫(yī)生關胸時采集動脈血進行血氣分析。

1.2.3術后隨訪

隨訪指標包括:重癥監(jiān)護室(ICU)停留時間、總住院時間;血紅蛋白、肌酐、尿素氮、AST/ALT值、腦鈉肽(BNP)、肌鈣蛋白;術后并發(fā)癥情況(是否有新發(fā)的肝腎功能不全)。

1.3 統(tǒng)計學處理

2 結 果

2.1 低腦氧事件發(fā)生情況

最終納入190例淺體溫CPB下行心臟瓣膜手術患者,其中有99例患者發(fā)生了低腦氧,在發(fā)生低腦氧的患者中,73例患者發(fā)生于CPB期間。

2.2 基線資料比較

兩組患者性別、年齡、體重指數(shù)、ASA分級、術前血紅蛋白、肌酐、尿素氮水平、ALT/AST值、肌鈣蛋白、左室射血分數(shù)(EF)值及左心室大小差異均無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。L組術前血糖低于N組,BNP水平高于N組(P<0.05),見表1。

表1 兩組患者基線資料比較

2.3 隨訪結果比較

L組及N組術后最高肌酐水平、最高尿素水平、最高ALT/AST值及術后EF值比較,差異均無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。L組急性腎損傷(AKI)發(fā)生率、ICU停留時間、總住院時間、術后最高BNP、術中最高乳酸水平均明顯高于N組(P<0.05),見表2。

表2 兩組患者術后資料比較

2.4 低腦氧事件的影響因素

用二分類logistic回歸分析術中發(fā)生低腦氧事件的危險因素,發(fā)現(xiàn)年齡>65歲和CPB時間>120 min是發(fā)生低腦氧事件的危險因素(P<0.05),rScO2>60%為發(fā)生低腦氧事件的保護性因素,見表3。

表3 低腦氧事件影響因素單因素分析結果

3 討 論

按照 rScO2絕對值小于55%,持續(xù)超過5 min作為低腦氧事件的標準,納入的190例患者中,有99例患者發(fā)生了低腦氧。而發(fā)生低腦氧的患者中,73例患者發(fā)生在CPB期間。ZHENG等[13]系統(tǒng)評價了成人心臟手術患者應用腦NIRS監(jiān)測的情況,發(fā)現(xiàn)約50%的心臟手術患者在手術過程中發(fā)生了一次或多次的局部rScO2下降,這與本研究結果類似[13]。心臟瓣膜手術中低腦氧發(fā)生率較高,大多發(fā)生于CPB期間。患者的rScO2在CPB過程中有所下降,主要是由CPB時氧供與氧耗的特點和腦組織利用能量的特點兩方面原因導致的[2-3]。CPB時組織灌注壓降低,非搏動性血流代替搏動性血流,使微循環(huán)障礙發(fā)生率增高,并且這種非搏動性血流使體內兒茶酚胺類物質釋放增加,易導致局部血管收縮,局部組織灌注減少或無灌注,進而導致局部組織缺血缺氧。CPB時常有一定的血液稀釋,血液稀釋不僅導致腦細胞水腫發(fā)生率增高,而且由于血液稀釋、手術及CPB導致的紅細胞破壞增加、輸入庫存血紅細胞變形能力降低等原因使血紅蛋白水平降低,有效攜氧的血紅蛋白減少,組織易發(fā)生缺血缺氧。低灌注導致的局部組織乳酸產(chǎn)生增加、pH值降低,庫存血中二磷酸甘油酸水平較低,動脈血二氧化碳濃度降低,心肌保護需要低體溫等系列原因導致氧解離曲線左移,氧解離障礙,組織利用氧困難。此外,動脈血二氧化碳濃度降低時,腦血管收縮,腦血流減少,易發(fā)生腦組織缺血缺氧。CPB開始時由于有免疫細胞如單核細胞、巨噬細胞的活化,血液與CPB管路的接觸,核心體溫變化,血流動力學改變,腸道內毒素的釋放等原因,應激激素水平明顯增高,全身炎性反應啟動,過度炎性反應使機體氧耗增加,更易缺血缺氧。由于心臟手術及CPB的特點,約一半的患者在手術過程中發(fā)生了低腦氧,本研究結果提示有必要對CPB的患者進行腦氧監(jiān)測,特別是CPB期間,有助于及時發(fā)現(xiàn)腦組織缺氧。

進一步分析顯示,低腦氧組及正常腦氧組ICU停留時間、總住院時間、術后AKI發(fā)生率、術后最高BNP、術中最高乳酸的差異有統(tǒng)計學意義。低腦氧組表現(xiàn)出更高CPB后乳酸水平、術后最高BNP水平及AKI發(fā)生率,更長的ICU停留時間與總住院時間。發(fā)生低腦氧時,局部的腦組織發(fā)生了氧供需不平衡,需氧量大于供氧量,葡萄糖有氧氧化過程受阻,丙酮酸無法順利完成三羧酸循環(huán)產(chǎn)能,丙酮酸通過無氧酵解轉化為乳酸,此時細胞內氫離子堆積,pH值下降,同時由于無氧酵解產(chǎn)生三磷酸腺苷(ATP)減少,細胞供能不足,引起細胞損傷[14]。由于上述原因,CPB時導致組織缺血缺氧,局部乳酸堆積。CPB后由于組織恢復搏動性灌注,灌注壓增高,末梢循環(huán)改善,局部組織堆積的乳酸釋放入血,血中乳酸含量增加,加之恢復正常循環(huán)后,各個器官的缺血再灌注損傷,乳酸水平將進一步升高。CPB后高乳酸水平常提示組織灌注不良,細胞缺血缺氧,器官功能障礙,術后腎功能不全發(fā)生率增高。乳酸作為一項反映組織灌注不良的指標在臨床上廣泛應用,高乳酸血癥更是循環(huán)衰竭、臟器功能損傷、疾病預后不良、近遠期死亡率增加的標志物[15]。但臨床上由于乳酸水平的獲得依賴于血氣檢查,特別是CPB時由于灌注不足等原因,血液中的乳酸并不能完全反映此時的組織灌注及氧供需情況,有滯后性與不確切性的特點,當血乳酸水平明顯升高時,組織已經(jīng)缺血缺氧一段時間,此時即使立即采取補救措施也無法完全避免器官的缺氧性損傷[16]。相比乳酸而言,局部rScO2是一個更快、更靈敏的實時監(jiān)測局部組織氧供需情況的指標。

本研究還發(fā)現(xiàn)年齡>65歲和CPB時間>120 min是發(fā)生低腦氧的危險因素,而基礎 rScO2>60%為發(fā)生低腦氧事件的保護性因素。年齡較大的患者發(fā)生低腦氧的可能性更大,這與多篇研究的結果相似[15,17-18]。隨著年齡增加,機體功能逐漸減退,腦細胞萎縮,腦容量減少,腦氧代謝減慢,腦血管發(fā)生退行性變,腦血流減慢,在CPB條件下更容易產(chǎn)生氧供與氧需失衡,局部rScO2降低,導致低腦氧事件的發(fā)生[17]。另有研究表明,隨著年齡增長,近紅外光在顱內傳播的距離變長,傳播時間增加,能量衰減增加,rScO2降低[19-21]。由于CPB時氧供與氧耗的特點和腦組織利用能量的特點,CPB時易發(fā)生大腦的缺氧性損傷。CPB時間長也意味著手術難度相對高及創(chuàng)傷相對大,此時術中紅細胞破壞增多、血液稀釋。隨著手術時間延長腦細胞水腫概率增加、機體過度炎性反應、體內乳酸堆積、氧離曲線左移等原因也使機體發(fā)生低腦氧事件的概率增加。提示減少CPB時間可能會減少術中低腦氧的發(fā)生,降低大腦缺氧性損傷的發(fā)生率。

本研究還存在一些不足,未記錄血管活性藥物的準確使用情況,無法評估血管活性藥物對rScO2的影響,導致觀察結果的相對局限性,血管活性藥物對局部rScO2的影響應行進一步研究。且隨訪時間較短,只關注患者在院情況,未對患者術后長時間預后資料進行收集。本研究為觀察性研究,研究效能有限,對低腦氧干預的作用還有待進一步研究驗證,后續(xù)可行大樣本、多中心的隨機對照試驗。

綜上所述,心臟瓣膜手術中約有一半患者發(fā)生低腦氧,多發(fā)生于CPB期間。低腦氧可增加AKI發(fā)生率、升高血乳酸水平,延長患者ICU停留時間和總住院時間。年齡>65歲、CPB時間>120 min是術中發(fā)生低腦氧的危險因素,基礎 rScO2>60%是其保護因素。