体外循环前与浅低温体外循环期间异丙酚麻醉脑频谱图比较分析

曲宗阳1 周淑珍1 郑元庄2 杨帆3 华震1 杨宁1

1北京医院麻醉科，国家老年医学中心，中国医学科学院老年医学研究所，北京 100730；2浙江普可医疗科技有限公司，杭州 310013；3北京市南苑医院麻醉科，北京 100076

国际麻醉学与复苏杂志,2022,43(08):834-839.

DOI：10.3760/cma.j.cn321761-20220415‑00611

 基金项目 

北京医院121项目（BJ‑2019‑198）

临床试验注册：中国临床试验注册中心，ChiCTR1900022871

ORIGINAL ARTICLES

【论著】

本研究假设CPB浅低温期间脑频谱图改变能够反映脑电图各种波的能量变化，以期特征性的脑频谱图改变对分析CPB期间麻醉状态提供参考，进而有利于维持适宜的麻醉深度。

1 资料和方法      

1.1　病例选择

筛选2019年5月—2020年9月收治的44例患者进行研究。纳入标准：年龄18~85岁，计划行冠状动脉旁路移植术。排除标准：阿尔茨海默病、帕金森病、自闭症、短暂性脑缺血、症状性颈动脉狭窄或近期脑梗死史、异常脑电图和癫痫发作史、额头皮疹、拒绝参与本研究和永久起搏器植入。本研究初筛44例患者中，6例患者不符合纳入标准，2例患者符合排除标准，剔除3例自然降温病例和4例脑电伪影过多病例，故最终纳入患者29例。

1.2　麻醉管理

使用医用酒精清洁前额皮肤，左前额贴敷两个电极，分别为脑频谱电极和BIS电极。麻醉诱导采用依托咪酯0.2~0.4 mg/kg、舒芬太尼效应室靶控输注0.30~0.50 mg/L（Gepts模型）和苯磺顺阿曲库铵0.2~0.4 mg/kg。CPB前20 min使用异丙酚作为CPB期间唯一的镇静催眠药，血浆靶控输注滴定异丙酚（Marsh模型）维持脑频谱α波和δ波节律，并记录此时BIS值（多在40~60）。CPB建立后随即降温（目标体温30 ℃）。降温过程中外科医师钳夹升主动脉并泵入停搏液（温血高钾停跳液）使心脏停搏。体外循环机由专人负责，CPB最初流量2.2~2.4 L/m2，维持血压在60~80 mmHg，降温速度0.5~1.0 ℃/min。远端吻合结束后复温，复温速度0.1~0.2 ℃/min。配合心外科医师进行心脏复跳［温度34 ℃以上，给予200 mg利多卡因并半量通气］，如发生心室纤颤可心脏表面除颤恢复心律。复跳后继续复温，至鼻咽温度达到37 ℃左右（持续复温至CPB结束），使用血管活性药物（临床中根据需要采用多巴胺或多巴酚丁胺或肾上腺素）维持并逐步脱离CPB。术后一名独立研究者使用ICU患者意识模糊评估单问卷评估患者谵妄情况，并评估术后并发症。

1.3　前额脑电信号的采集和处理

脑电信号使用麻醉深度仪采集（采样频率500 Hz），消除脑电信号漂移，进行1~45 Hz零相位滤波，消除干扰。每30 s脑电图进行1次快速傅立叶变换分析（如干扰则时间<30 s）。采集CPB前10 min至CPB后10 min的脑电图生成脑频谱图。人工检视截选CPB前（CPB开始前10 min）和CPB浅低温阶段（降温后10 min，体温约30 ℃）无干扰脑电图各2 min。采用多锥形窗法计算脑电信号的功率谱，窗口长度T=2 s，时间带宽积TW=3，锥度数K=5，频谱功率表示为10×log10（μV2/Hz），即dB。分别计算了β波（13~25 Hz）、α波（9~12 Hz）、θ波（5~8 Hz）、δ波（1~4 Hz）能量。脑电信号抑制被定义为脑电振幅<5 uV持续>1 s。重建CPB前和CPB浅低温阶段的平均脑频谱图（具体方法为分割2 min的脑电图为60段，计算每段的频谱估计值，个体间采用中位值带入，合并60段中位频谱，重建两段脑频谱图）。此外，为更好地显示CPB前和CPB浅低温阶段个体间频谱的变化，采用差异谱分析描述个体间两个频谱变化。

2 结 果      

2.1　人口学资料和围手术期信息

人口学资料和围手术期信息相关数据见表1。

2.2　CPB脑频谱图时频改变

CPB降温时脑频谱图显示CPB前阶段向CPB浅低温阶段转变，呈现动态α~θ波主要能量的频率减慢。复温则相反。见图1。

2.3　CPB前和CPB浅低温阶段各种波能量比较

脑频谱图分析显示，CPB前与CPB浅低温阶段相比：θ波能量增强［13.1（10.7~15.2） dB比9.5（8.4~12.6） dB，差值的中位数估计为2.8（1.9~3.9） dB，Z=−4.64，P<0.001］；但δ波能量减弱［14.3（13.3~16.4） dB比16.0（14.7~17.3） dB，差值的中位数估计为−1.5（−1.9~−0.9） dB，Z=−3.53，P<0.001］，α波能量减弱［6.7（4.9~10.1） dB比11.5（7.2~13.7） dB，差值的中位数估计为−2.9（−3.9~−2.0） dB，Z=−4.01，P<0.001］，β波能量减弱［2.6（0.8~4.7） dB比5.0（3.4~9.6） dB，差值的中位数估计为−3.4（−4.1~−2.6） dB，Z=−4.62，P<0.001］。见图2。

2.4　CPB前和CPB浅低温阶段脑频谱图分析

两个阶段的脑频谱图直观地显示了1~45 Hz各频率能量分布的差别，未观察到爆发抑制。CPB前阶段相比于CPB浅低温阶段，θ波能量增强，而β波、α波和δ波能量则减弱。差异脑频谱图分析显示CPB前阶段在4~8 Hz时脑电能量（高δ波和θ波）更高。此外，最大α波能量下降幅度5.84（5.05~7.69） dB/Hz高于最大δ波能量下降幅度2.96（2.66~3.42） dB/Hz。见图3。

3 讨论      

3.1　CPB体温与脑频谱图改变的关系

本研究中脑频谱图显示，降温过程中α波的频率逐渐下降，可降至θ频率范围；而在复温时则呈现相反过程。在CPB浅低温阶段脑频谱图显著改变，相比于CPB前阶段，θ波能量增加，而δ波、α波和β波能量下降，这种变化可以直观地反映在脑频谱图上；差异脑频谱图分析细化了频谱前后改变，显示CPB浅低温状态在4~8 Hz内脑电能量较CPB前增高。

既往研究显示，CPB降温时高频波的频率和能量逐渐降低，而在复温时则相反，研究者认为这些改变与脑代谢率随温度降低相一致。这与本研究脑频谱动态变化相一致。前额脑电频谱图α波节律（即前文描述的高频峰频率）被认为与丘脑自主神经元节律有关，并参与丘脑‑皮质环路，CPB过程中出现降温时α频率下降至θ频率，相反复温时θ频率回升至α频率，提示温度改变可能影响前额的α节律（或丘脑节律）。相关动物研究亦说明温度对丘脑节律有一定影响。

3.2　CPB麻醉深度与脑频谱改变

脑电衍生指数亦在CPB期间发生改变，文献报道异氟醚麻醉维持时BIS值随体温下降而下降；Narcotrend指数与七氟醚最低肺泡有效浓度呈负相关，与体温呈正相关；静脉麻醉时脑电伤害性指数和脑电意识指数与体温呈负相关。本研究中CPB浅低温阶段β波能量降低和快慢比下降（本研究计算为α波能量下降与δ波能量下降的差值）可理解为麻醉程度更深，这与前述研究中“脑电衍生指数在CPB中与温度呈负相关”一致。

CPB期间由于体温、脑血流和药物代谢的改变，维持适当的麻醉深度有一定难度。CPB期间使用异丙酚靶控输注（Schnider模型）的实际血药浓度偏高，经验麻醉深度往往偏深。同样，CPB期间采用2.5%异氟醚麻醉维持则可防止体动，但BIS值（7~23）过低，意味着麻醉程度过深。另有研究显示，CPB时采用静脉麻醉或吸入麻醉均有一定的浅麻醉发生率。目前适合CPB的麻醉深度监测指标仍有较大争议。本研究结果提示，使用异丙酚维持麻醉脑频谱图呈动态改变，在浅低温下呈现θ波能量增强和β波、α波、δ波能量降低，可以作为判断麻醉状态的一种参考；本研究建议，浅低温CPB时若以θ波（4~8 Hz）为主，同时不伴随爆发抑制则提示麻醉深度适宜。

3.3　研究局限性

本研究是一项单中心、小样本量的观察研究，限于样本的代表性，应谨慎推断这些结果是否适用于更低的温度或复杂的心脏手术。本研究样本量计算共需纳入30例，实际入组36例，但考虑手术方式和脑电信号质量，仅对29例进行分析，可能对结果产生一定的影响。本研究无法区分浅低温、CPB转流、脑灌注流量、血压情况、手术操作以及小血栓对脑频谱图的影响，因此结果显示的是低温和CPB等共同的作用。本研究选择的2 min脑电图具有随意性，虽然符合脑电图常规处理，但仍可能导致选择性偏倚的产生。研究中没有测量麻醉药物的血药浓度，可能会影响本研究结果的分析，建议在后续研究中测定静脉麻醉药物血药浓度或提供麻醉气体浓度作为参考，以消除药物代谢模型在CPB中的偏倚。术后并发症（如谵妄）可能表现不同的脑频谱特征，本研究受限于样本量，并未对此类患者进行亚组分析，期待未来能够进行补充研究。