近红外光谱脑氧饱和度监测的临床应用进展

2020
07/29

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米勒之声
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近红外光谱脑氧饱和度监测的临床应用进展来了,赶紧来看看吧!

作者:闵祥振,贾智勇,郭蕊,王南海,蚌埠医学院第一附属医院麻醉科

近些年,近红外光谱学(near-infrared spectroscopy,NIRS)监测患者局部脑氧饱和度(ScO2)技术应用越来越广泛,但是关于ScO2指导临床应用的综述却鲜有报道。本文就近红外光谱脑氧饱和度(NIRS-ScO2)监测在预测神经功能损伤、术后认知功能障碍(PND)的作用、心肺脑复苏(CPCR)中的应用以及各种可能对ScO2产生影响的因素等作一综述,为临床提供参考。

1.ScO2的作用原理

自1986年首次将NIRS用于术中监测患者的ScO2以来,临床利用NIRS监测患者ScO2的应用日益广泛。ScO2监测运用了NIRS技术,其基本工作原理为:固定于左右眉弓上缘的NIRS探头发出近红外光谱依次穿过颅外皮肤颅骨后进入脑组织,处于不同氧合状态的血红蛋白吸收光谱的程度有差别,这种差异经过数字化处理就可以得到脑氧饱和度数值,其实质是根据脑组织血液中氧和血红蛋白和去氧血红蛋白比例得出数值,其测定的基本原理与SpO2的测定原理相同。

NIRS-ScO2具有较高稳定性,适用血流动力学不稳定的患者,因为该技术不依赖于动脉脉搏,具有较高的稳定性,对于生命体征不稳定的患者(体温过低,血压过低,休克,甚至心脏骤停的患者),仍然可以获得较稳定的ScO2数值。ScO2对脑灌注具有较高的敏感性,对心脏骤停、肝移植等血流动力学紊乱的患者具有重要意义。

2.ScO2监测的影响因素

ScO2的数值具有很大的个体差异性,这在很大程度上限制了ScO2的应用。在临床应用NIRS监测ScO2的过程中,临床医师应注意有可能会对ScO2数值产生影响的因素,并区分其是生理性还是病理性。

皮肤色素、胆红素及颅骨厚度对ScO2的影响:Sun等通过大样本的回顾性研究表明,非裔美国人和白种人相比ScO2数值处于一个较低的水平,这与皮肤色素吸收了部分近红外光谱有关,表现为色素沉着越深ScO2数值越低,色素沉着越浅ScO2数值越大,这也是ScO2数值个体化差异较大的一个主要原因。临床医师应该根据ScO2数值偏离基线的程度来判脑部的灌注状态,以此来消除个体化差异对ScO2数值造成的影响。有学者认为血液中的胆红素会吸收一部分近红外光谱,这将使ScO2数值基线偏低。Jun等研究表明,ScO2数值是和血液中氧供系统联系在一起的,例如:血红蛋白含量、心输出量、PaCO2、pH等因素有关,血总胆红素数值不会对ScO2数值相对于基线的变化程度产生影响,所以ScO2可以用于胆红素较高的肝移植患者。Hirasawa等研究表明,颅外皮肤血流量的变化也可以影响ScO2,而通过改变NIRS探头至颅骨的距离(15~30mm)并没有对ScO2的数值产生明显的影响。

颅骨厚度对ScO2数值的影响:ScO2在新生儿中的应用已经获得了很大进展,然而由于成人颅骨厚度较厚使得近红外光谱衰减较多,这在早期一定程度上限制了其应用。另有研究表明不同仪器设备亦可对数值大小产生影响:Schneider等将不同的NIRS-ScO2设备用于相同的新生儿,结果显示,不同厂家生产的NIRS监测仪器的测量结果存在明显的差异,最大的变异度可以达到12.66%,这可能是由于不同的厂家处理近红外光谱数值的算法和机器设备的较准标准不一样所造成的,所以临床医师应该根据ScO2数值的变化趋势来判断患者的脑灌注状态。

不同体位对ScO2的影响:ScO2测定混合了25%的动脉血、75%的静脉血和5%的毛细血管血液,体位变化可能会对脑循环中动静脉血液的比例变化产生影响,这可能也是体位变化对结果产生影响的原因。沙滩椅体位下造成的术后脑损伤已经被广泛报道,ScO2监测可以提示脑灌注不足,提高患者在围手术期的安全性。患者在由平卧位转变为沙滩椅位置后可以监测到ScO2的一个明显下降(约10%),这种下降趋势在10min后达到最大极限,当再次将患者改为平卧位后,ScO2的数值在第1分钟内就出现了1个明显的升高。

患者在沙滩椅位置时,ScO2的数值与MAP的波动具有相关性,然而在清醒的患者中ScO2的数值和体位没有关系,表明除了麻醉药物对ScO2的影响,沙滩椅体位也是使ScO2数值在麻醉过程中降低的一个因素。患者在头低脚高位置时ScO2的数值会升高,PEEP10cmH2O头低脚高位麻醉过程中ScO2的水平会维持在一个比较平稳的水平,在俯卧位的患者中当用头架把头部托起时ScO2的数值将会有一个小范围的提升(1%~3%),当把头偏向左侧或者右侧时ScO2的数值将出现一个明显的下降(大于5%),说明俯卧位的患者建议头部保持中立。ScO2测定技术已经被证明在监测脑灌注方面效果较好,它可以比较容易的监测体位变化中出现的脑供血不足并及时的给予临床干预措施,从而降低严重并发症的发生率。

PaCO2对ScO2的影响:PaCO2的增加将明显增加ScO2和SjvO2。PaCO2将明显影响ScO2,这可能与PaCO2的增加将明显扩张脑血管增加脑血流的作用有关。腔镜手术相较于传统开腹手术具有损伤小、并发症少等优点。国内外的学者也都把研究重点放在CO2对患者内环境的影响上。Tuna等研究表明,将CO2气腹压控制在8~10mmHg时,患者的ScO2并不会产生明显的变化,这表明将CO2气腹压控制在适当的范围内对维持患者内环境的稳定至关重要。

3.ScO2对PND的预测作用

非心脏手术患者PND:PND表现为患者手术前后患者认知功能的改变,这种改变主要表现为记忆力的减退,反应迟缓,对日常事务的处理能力下降,这种情况可以持续数月或者数年,有研究表明41%的全髋关节置换术患者在术后7d发生不同程度的认知功能障碍,这种情况在老年患者中发生率较高,研究者通过简易精神状态量表(MMSE)、认知功能表来了解患者手术前后认知功能的变化,对于老年患者可以应用简短精神状态检查(ASEM)测试,来判断患者术后是否发生了PND。

持续ScO2监测技术并且于数值下降时给予干预措施,患者PND的发生率下降,有利于患者的快速康复并降低了患者住院费用。心脏外科患者术后发生PND的概率要远高于普通手术,持续ScO2监测可以作为预测认知功能结果的一个敏感指标。持续的ScO2监测亦可以对脑蛛网膜下腔出血做出提前预判。老龄患者(年龄>65岁)和肥胖患者(BMI>30kg/m2)更容易发生ScO2降低,术后PND的发生率亦高于普通患者。ScO2测定具有较大的变异性,临床医师不应该仅以ScO2作为参考依据,临床医师应该用ScO2下降的最大百分数作为指导临床应用的指标。ScO2下降的最大百分比超过11%,PND发生的敏感度和特异性分别为86.5%和77.8%,提示如果ScO2下降的最大百分比超过11%,就应该采取相应的措施来提高ScO2以避免患者发生脑缺血。

心脏手术后PND的预测:心脏外科手术中如果ScO2下降幅度超过基础值的30%,患者术后发生神经认知功能损伤的可能性很大。有研究表明,对ScO2有效管理可以降低认知功能障碍的发生率,ScO2对术中出现低血压引起的神经功能损害显示出了较好预测效果。有研究表明,在接受心脏手术的患儿中有约1/3发生神经功能损伤,并且术中都出现ScO2降低。ScO2如果低于术前手术基础值的20%,患者则有可能发生神经系统的不良后果,术后床旁ScO2监测在预测短期或长期神经功能损害有较好的效果。

4.ScO2在心肺复苏的应用

缺血性脑损伤是心脏骤停患者死亡的主要原因,而且心肺复苏成功的患者约有50%遗留不同程度神经系统的并发症。当MAP波动于50~150mmHg时,脑可以通过脑血管的自动调节机制使脑血流量保持恒定。美国心脏学会(AHA)建议维持心脏骤停患者MAP>65mmHg,心脏骤停患者必定存在内环境紊乱,脑血管的自动调节能力下降,依靠MAP的水平作为复苏效果的指标不是唯一指标。

Sekhon等研究表明,将MAP和ScO2联合起来进行数据分析可以较好地评估患者的复苏效果。MAP增高同时ScO2下降表明脑血管的自动调节能力严重受损;MAP升高伴随ScO2不变提示脑血管的自动调节机制仍然发挥作用。心肺复苏失败的原因与临床上缺少实时监控脑和其他器官血流灌注的设备有关。有研究表明处于一个高水平的ScO2可能和自发循环恢复有关,ScO2动态测量在心脏骤停中的应用可降低患者的死亡率。在新生儿的复苏过程中进行ScO2监测并根据监测结果做出相应的干预措施会减少脑缺氧和脑过度氧合的几率。有研究已经证明,心肺复苏过程中自发循环恢复患者的ScO2明显高于未恢复的患者,ScO2下降幅度超过基础值30%的患者发生自发循环恢复的几率为0,说明心脏骤停患者ScO2测定可为复苏质量提供相应的数据。

ScO2的水平可以作为一个强烈预示患者能否触发自发循环恢复的指标。在心肺复苏后的第1个24h内,存活的患者ScO2数值与死亡的患者有明显的不同,在复苏过程中应用ScO2测定可以预测患者存活的可能性并对患者后期是否会产生神经功能的损害进行评估。患者心脏骤停后进行ScO2测定可以预测神经损伤的程度,具有较高的特异性和较高的预测价值。Fukuda等的研究表明,可以使用ScO2作为指导心肺复苏的指标,但是不应该单独使用ScO2当做停止心肺复苏的指标,临床医师可以将ScO2监测技术联合其他监测技术一起综合评价心肺复苏患者的复苏效果和复苏成功患者的远期预后。

5.ScO2指导麻醉药物的应用

在一些外科手术的过程中和紧急情况(例如肝脾损伤手术后的患者发生术后缺血性脑病的风险较大)中存在许多可以使脑灌注不足的因素,如何保护患者的中枢神经系统的安全成为麻醉科医师的主要任务。NIRS-ScO2监测技术作为一种无创实时的监测技术可以探测到ScO2的细微变化,这也就为临床医师在脑保护中使用不同麻醉药物提供了技术支持。

ScO2指导瑞芬太尼的应用:Silva等将不同剂量的瑞芬太尼应用于猪身上得出脑氧饱和度相较于颈静脉饱和度在反映脑组织的灌注状态更具有优势,正常剂量瑞芬太尼的使用导致ScO2增加说明脑血流量有所增加,大剂量的瑞芬太尼导致ScO2下降说明大剂量瑞芬太尼使脑灌注减少,这可能是由于大剂量瑞芬太尼抑制心肌收缩力,降低心输出量,进一步降低脑灌注压导致。因此,如果临床应用大剂量瑞芬太尼将使脑灌注不足,从而导致脑损伤。

七氟醚和丙泊酚对ScO2影响:七氟醚和丙泊酚都具有保护中枢神经系统的作用。Valencia等的研究表明,七氟醚麻醉下(≤1.5MAC)ScO2要明显高于丙泊酚麻醉,可能与七氟醚扩张脑血管有关,可以使脑组织的血流动力学维持在一个合适的范围之内。但是该研究排除了颅内压增高的患者,在这类患者中丙泊酚麻醉要优于七氟醚吸入麻醉更具有优势,因为丙泊酚麻醉可以降低患者的脑耗氧量及颅内压。在使用七氟醚吸入麻醉维持的过程中,患者几乎无ScO2的下降,提示临床医师七氟醚吸入麻醉可以降低脑损伤事件发生几率。

有文献报道,对于2岁以下的患儿MAP下降的情况下,七氟醚吸入麻醉仍然可以使ScO2升高;对于≤6个月的患儿,维持MAP≥33mmHg,≥6月龄的患儿维持MAP≥44mmHg可以使ScO2维持在一个较平稳的状态,降低脑损伤事件的发生率,改善患者的预后。这些研究表明七氟醚麻醉可以有效地提升脑灌注压,对于脑灌注压较低(排除颅内压过高)的患者七氟醚麻醉是一种较优的麻醉方法。

6.ScO2在新生儿和小儿中的应用

缺血缺氧性脑病(HIE)一直是新生儿死亡的主要原因。有研究表明在大脑局部严重缺血时ScO2成病态增高趋势。新生儿出生第1天脑血流量病态增加可以作为有可能产生不良后果的敏感指标。过去由于新生儿的神经损伤功能短期内难以测量,这限制了ScO2的应用。现在血清S100β的测定可以用于测定神经功能的损伤,这使得ScO2在新生儿的应用增加。ScO2的下降和血清S100β的下降具有一致性。使ScO2保持在基线水平的50%以上可能可以很大程度上避免脑损伤。

Mebius等通过对56例有先天性心脏病的新生儿研究发现,这些新生儿在出生的第1个72hScO2数值处于一个比较低的水平;早期的诊断和改善血流动力学的不稳定状态将有助于改善合并心脏病变患儿的预后。NIRS越来越广泛的应用将为临床医师监测局部脑灌注提供有效指标,使临床医师可以早期发现潜在的神经损伤和血流动力学的紊乱,早期进行干预改善患者的预后。

7.小结

近红外光谱脑氧饱和度监测技术作为一种无创、可持续监测、简单的脑氧供需平衡的监测技术,在指导临床实践活动中具有重要意义。近红外光谱脑氧饱和度监测技术经过了迅速的发展,现在已经广泛的应用于临床诊疗的各个领域,临床工作中临床医师应该充分考虑各种可能对ScO2产生影响的因素鉴别其下降为生理性还是病理性。根据ScO2数值做出相应的措施,避免严重并发症的发生。根据各种药物对ScO2数值的影响选择最优的药物进行麻醉操作。近红外光谱脑氧饱和度监测技术作为一项实时、无创反映脑供需平衡技术,值得临床推广。

来源:闵祥振,贾智勇,郭蕊,王南海.近红外光谱脑氧饱和度监测的临床应用进展[J].临床麻醉学杂志,2020,36(03):307-310.


转载来源:麻醉平台

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关键词:
脑氧饱和度,临床医师,新生儿

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