围术期脑电及脑氧饱和度监测的研究进展

转载来源：麻醉科

本文原载于《中华麻醉学杂志》2022年第3期

脑电(EEG)及脑氧饱和度(ScO2)监测是围术期常用的脑功能监测手段。EEG是一种脑生物电活动的检查技术，可通过额部电极实时监测脑电活动情况。全麻状态下，EEG的变化在一定程度上能够反映麻醉药物对脑的抑制水平，因此能够辅助麻醉医师评估麻醉和镇静程度。基于近红外光谱技术(NIRS)的ScO2监测，使用光源和探测器来感应脑组织中的血流动力学变化，直接测量含氧血红蛋白(O2Hb)和脱氧血红蛋白(HHb)的浓度，计算局部脑氧饱和度(rScO2)，其正常值一般为60%~80%。麻醉医师通过rScO2可在一定程度上了解患者整体的氧供和氧耗平衡。本综述将阐述围术期EEG及ScO2监测在围术期应用的研究进展。

一、围术期EEG监测

1．全身麻醉EEG特点

全身麻醉药物包括吸入麻醉药和静脉麻醉药，其代表药物分别为卤族类吸入药物和丙泊酚，这两种药物均属于γ-氨基丁酸(GABA)受体激活剂，应用此类药物时可通过前额EEG变化来辨别全身麻醉的不同阶段[1]。从清醒到麻醉状态，EEG将会经历从高频低振幅波形到低频高振幅波形的转变。EEG频率分类见表1。

EEG已被建议作为围术期常规监护手段，以预防麻醉过浅术中知晓的发生或麻醉过深不良并发症的发生[2,3]，多种基于专利算法的EEG监测仪已广泛应用于临床中。但这些EEG监测指数存在一定局限性，如与某些麻醉药物相关性差[4,5]，指数变化滞后[6]和受年龄及肌电影响[7]。因此这些基于算法的麻醉深度指数所反映的麻醉和镇静深度可能与患者的真实情况并不相符，进而对麻醉医师的围术期管理产生误导作用[8]。Epstein建议应鼓励麻醉医师学习阅读和分析原始EEG[9]。有研究显示通过15 min的培训课程麻醉医师即可掌握清醒期、镇静期、麻醉期的原始EEG特点[10]。

通过进一步培训，麻醉医师可从原始EEG准确估测出BIS值[11]。通过对全身麻醉下原始EEG了解的不断深入，研究者有望将更多EEG信息整合到现有算法中去，进一步完善EEG监测设备。研究者发现丙泊酚全身麻醉下alpha振荡与delta振荡的相位振幅关系可以区分意识消失期和意识清醒期[12]，利用这个特点麻醉医师可以更加准确的预防术中知晓的发生。也有研究发现慢波振荡与药物剂量的关系[13]。当麻醉药物浓度增加到不会使慢波振荡功率增加时，患者对外界的感知消失，这个状态称为"慢波振荡饱和"。丙泊酚和吸入类麻醉药物均可达到这种"慢波振荡饱和"状态，并且此状态下药物浓度的个体差异很大。这种状态下的慢波功率有望成为意识消失的个体化标记物。通过不断探索与全身麻醉相关的个体化EEG标记物，研究人员将不断完善EEG监测装置，使其更好的为临床工作保驾护航。频谱图是原始EEG经过转换后最常见的呈现形式。原始EEG信号经过傅里叶转换分解为频率和功率两个变量，横坐标为时间轴(s)，纵坐标为EEG频率轴(Hz)，特定频段的功率强弱以颜色区分，从蓝色到红色表示功率从弱到强。频谱图可动态反映出全身麻醉下，患者从清醒到意识消失再到苏醒的整个变化过程，且应用不同麻醉药物可呈现出不同特点的频谱图[1]。在丙泊酚麻醉期间，GABA受体的激活使丘脑-皮质连通性降低，表现为前额alpha频段功率增强；另一方面，皮质内连通性中断导致delta频段功率增加。频谱图上呈现出在8~13和0~1 Hz频段上，两个红色的强功率条带图形。

在卤族类吸入药物麻醉期间，当药物浓度达到MAC值或高于MAC值时，在alpha和delta条带之间会出现一个强功率theta条带[1]。但如果麻醉继续加深，EEG将出现爆发抑制，频谱图表现为等电位和非等电位交替出现的条纹图形。Theta条带出现的原因尚不清楚，但其可能表明除激活GABA受体外，吸入类麻醉药物还存在其他促使意识消失的机制。MAC值与频谱图之间的这种相关性很有临床价值。吸入麻醉药物ED99为1.3 MAC，当频谱图出现theta条带时药物浓度即已达到或高于MAC值，表明此时的麻醉和镇静深度适合或接近适合手术所需要的深度；当频谱图出现等电位条纹时，表明药物浓度过高引起爆发抑制，此时应调整药物剂量。

2．"脆弱大脑"与EEG

随着人口老龄化，高龄手术患者越来越多，此类患者围术期神经认知障碍(PND)发生率高。老年患者因脑容量减低和神经退行性变，通常术前即存在一定程度的认知功能损伤，术中用药量较青年患者减少[14]且术后PND发生率高[15,16]，这类大脑被称为"脆弱大脑"。无论在解剖学还是生理学方面，"脆弱大脑"均不同于年轻大脑，因此EEG也会有所变化。研究显示，在丙泊酚和七氟烷麻醉下，随着年龄增加全频段功率均降低，特别是alpha和delta振荡[17]。在相同年龄校正MAC值下，老年患者更容易出现爆发抑制；且在全身麻醉下，老年患者EEG中beta频段功率占比更大，beta比率更高(13~30 Hz频段功率与11~20 Hz频段功率比值)[18]。研究者通过熵分析发现，老年患者EEG片段一致性更低，可预测性更差[18]。Beta比率和熵均为传统EEG监测指数算法的一部分，两者受年龄影响可降低EEG监测指数的可靠性。事实上在相同年龄校正MAC值下，传统EEG监测指数值已被证明与年龄成正相关趋势(即年龄越高患者的监测指数值更高，提示麻醉和镇静深度更浅)[19]。如果麻醉医师不考虑年龄因素对EEG的影响，仅凭EEG监测指数进行麻醉管理，老年患者往往会因麻醉过深导致血流动力学不平稳。

全身麻醉下alpha频段低功率可被作为"脆弱大脑"的标记物，有此类EEG标记物的患者术中爆发抑制发生率更高，从而导致术后认知功能障碍发生率增高[20]。术前存在认知功能损伤的患者，术中alpha功率也会显著降低[21]。另有研究显示，一些术前合并症，包括冠心病、肺动脉高压、糖尿病等也会使alpha功率降低[22]，可能由于这些疾病会影响脑功能。"脆弱大脑"患者的麻醉管理比正常患者复杂，尚没有研究证明通过调控术中alpha功率能否改善此类患者的预后，更深入的理解需要进一步大样本临床研究探索。

3．谵妄与EEG

术后谵妄(POD)是一种急性认知功能改变，表现为随时间波动的意识改变和注意力不集中[23]，可使患者住院时间延长，并发症发生率增高。有学者认为应用传统EEG监测指数可降低POD的发生率[2]，但Wildes团队质疑了EEG监测指数对POD的预防作用[24]。虽然结论尚不统一，近年来许多针对原始EEG的研究显示，POD的发生与原始EEG存在一定相关性。

1项针对全身麻醉苏醒期EEG特点的研究显示，POD的发生与麻醉期出现爆发抑制及苏醒期缺失alpha频段存在相关性[25,26]，不同轨迹的EEG可预测恢复室内苏醒期谵妄的发生，在全麻苏醒期当前额alpha频段功率较强时，POD发生率较低[26,27]。在伤害性刺激持续存在时，前额alpha活动会消失[28,29]。因此Gaskell等[30]提出假设，通过术中个体化麻醉管理使alpha频段功率最大化，也许可以做到在保证充足抗伤害性刺激的条件下，维持最适宜的麻醉和镇静深度，降低POD的发生率。术前认知功能下降是POD的危险因素[31]。Giattino等[32]通过全脑32导联EEG监测，发现全麻术中前额alpha频段功率的减弱与术前认知功能损伤密切相关，进而说明术中alpha频段功率减弱也许是POD的预测因子。近年有研究得出了相似的结果，与全脑EEG监测不同，此项研究只进行了前额单通道的EEG监测，发现术前认知功能水平与术中前额alpha频段功率正相关[33]。通过观察alpha频段功率筛选出高危患者，进行早期干预或术后密切随访，也许可以降低POD的发生率。

在1项单中心观察性研究中，研究者对28例心胸手术患者术后进行CAM量表评估谵妄的同时采集前额EEG，发现前额闭眼delta频段相对功率对POD具有诊断意义[34]。Numan等[35]在一项多中心研究中对159例患者术后3d连续进行谵妄量表评估，并以此作为诊断POD的金标准，同期采集前额EEG，绘制ROC曲线，同样发现delta频段相对功率和1~6 Hz频段相对功率对POD具有诊断意义。不仅如此，还有研究发现，心脏外科术后POD患者EEG以额叶alpha频段功能连通性缺失和delta频段的连通性增加为特征[36]。Tanabe等[37]发现POD患者更易在后脑区出现强功率的delta和theta频段，且这两个频段功率与POD严重程度和炎性因子浓度相关，提示可能是由于炎性反应导致了POD的发生。此团队1项最新的队列研究纳入了86例年龄>65周岁的老年手术患者，发现POD严重程度与术后delta功率呈线性相关，术后delta功率越强，POD严重程度越重[38]。EEG与POD发生发展相关，并具有潜在的诊断POD的价值，但尚需大样本前瞻性临床试验证明其可靠性。

二、围术期rScO2监测

1．术前评估与预后分析

rScO2可以反映患者的生理状态，Madsen等[39]发现与健康对照组相比，急性心功能不全患者的rScO2偏低，且在治疗心功能不全后有所回升。冠心病患者运动期间rScO2降低对未来不良心脑血管事件的发生有极强的预测作用，可能由于这种降低与脑低灌注有关[40]。心脏手术患者术前基线rScO2与左室射血分数相关，且在预测左室功能障碍方面准确性很高[41]。1项纳入1 178例心脏手术患者的前瞻性研究显示，术前基线rScO2与左室射血分数、肌钙蛋白和脑钠肽存在相关性，可反映心肺功能不全严重程度[42]。这个发现对临床具有一定指导意义。第一，大部分指南建议体外循环期间应将rScO2维持在高于基线值的80%水平[43]，这种标准在术前已存在严重心肺功能不全的患者中可能是不够的；第二，rScO2有望成为指导心功能不全治疗的个体化指标。

NIRS常应用于颈动脉内膜剥脱术，一般认为当清醒患者rScO2降低超过基线值的20%时为组织灌注不足[44]，多数学者认为rScO2下降15%~20%或rScO2绝对值低于50%时具有临床意义[45]。Casati等[46]研究发现老年患者行腹部手术更容易出现长时间rScO2降低的情况，PACU停留时间及住院时间延长都与这种rScO2降低相关。其他研究发现在胸科手术单肺通气时出现rScO2降低的患者，POD及PND的发生率增高[47,48]。1项前瞻观察性研究发现高达53%的心脏术后患者在术后早期发生超过1 h的rScO2持续降低，且这些患者几乎都在术中出现了低rScO2状态[49]。心脏术后多种不良事件与持续低rScO2相关，比如卒中、术后认知功能下降[50]及POD[51]等。Sanfilippo等[52]荟萃了17项关于NIRS的研究总结出在心肺复苏中维持高rScO2可明显提高复苏的成功率，此结果与先前1篇研究结果一致[53]。近年有学者提出可将rScO2作为指导和优化心肺复苏的指标[54]。围术期rScO2与患者自身状态及多种临床不良预后相关，有望成为指导围术期管理的新指标。

2．脑血管自主调节功能评估

脑血管自主调节功能(CA)是指脑组织在灌注压发生变化时仍能维持稳定脑血流的内在能力。若CA异常则增加了组织灌注不足、高灌注的风险，灌注不足及高灌注均可引起脑功能损伤。CA不是一成不变的，脑血流随灌注压变化而变化的曲线可表示CA，该曲线的平台期、下限和上限可能受年龄、疾病、麻醉、二氧化碳等多种因素影响，因此对CA的个体化实时评估具有重要的临床意义。目前有很多方法评估CA，但还没有公认的方法和标准。当动脉氧饱和度、脑组织的代谢速率和脑组织氧扩散能力保持稳定时，rScO2的变化能在一定程度上体现脑血流的变化。全身麻醉状态下能够使以上变量维持在相对稳定的水平，可认为rScO2反映了脑组织微循环流量的变化。如果患者的CA功能正常，当各种原因引起全身血流动力学指标发生改变时，脑组织微血管管径发生相应变化，但脑组织微循环流量保持相对稳定。因此从CA的角度看，rScO2体现脑血管的自主调节结果，rScO2相对稳定，提示CA功能稳定。

1项针对老年患者腹腔镜手术中麻醉、气腹、头低位对血流动力学改变的研究中发现[55]，在腹腔镜头低位手术中，平均动脉压和心排量的数据离散程度较大，表明相同的手术对不同老年患者的血流动力学产生了不同影响，但rScO2离散程度较小，不同患者的rScO2变化相对一致。这说明当不同患者的血流动力学变化时，由于其各自激发了不同的脑血管自主调节行为，从而保证了脑血管自主调节结果总体上的相对一致。因此对老年患者实施围术期ScO2监测十分重要，可实时监测脑血管自主调节功能，以提供个体化治疗。

3．rScO2监测目标导向治疗

低rScO2与多种不良预后的发生相关，因此针对术中低rScO2有许多干预措施。rScO2反映全身氧供和氧耗平衡，因此有两类方法可以提高rScO2，增加氧供和降低氧耗。增加氧供的措施有：头低位、提高吸入氧浓度、提高平均动脉压、增加二氧化碳分压等。降低氧耗的措施有：增加麻醉和镇静深度、有效管理疼痛、低体温等。研究证实，在心脏手术中，这些措施恢复脑灌注的成功率高达80%，从而降低了ICU停留时间及术后死亡率[56,57]。但在1项多中心随机对照试验中研究者得出了不同的结果。该研究拟评价术中维持正常或较高rScO2能否降低术后认知功能障碍发生率，结果显示，干预组与对照组术后认知功能障碍发生率无差异[58]。荟萃研究显示，rScO2监测目标导向治疗不会改善心脏搭桥术后患者预后[59]，也不会降低非心脏手术术后死亡率及PND发生率[60]，以上2篇文章所纳入的研究证据级别普遍较低，这可能与阴性结果的得出相关。目前可以肯定的是，围术期低rScO2发生率高，多种干预措施可治疗低rScO2，但低rScO2与不良预后发生的关系尚不清楚。

三、围术期NIRS-EEG联合监测

近年来多模式监测应用愈发广泛，其中NIRS-EEG同步监测成为备受关注的热点。由于没有光电干扰，将2种无创的脑活动记录程序整合起来是非常容易的。NIRS通过光谱测量脑血流动力学变化，EEG评估脑神经元电活动变化，这两种技术的整合可提供脑皮层的电和代谢-血流动力学信息。目前NIRS-EEG联合监测主要应用于非临床领域，比如脑机接口及神经血管耦合。临床方面主要用于新生儿脑发育和癫痫的研究。

NIRS-EEG联合监测同样适用于围术期监测。研究报道，将联合监测用于全麻下颈动脉内膜剥脱术，以预测颈动脉夹闭时围术期脑缺血风险[61,62]。de Letter等[63]以EEG作为金标准，旨在评估rScO2在颈动脉内膜剥脱术中对脑缺血监测的敏感性和特异性。在脑血管夹闭期间以rScO2下降5%作为界值，发现脑缺血的灵敏度为100%，特异度为44%。由于较低的特异性，rScO2不能单独作为脑缺血的独立预测因子，因此联合监测更加准确。但Perez等[62]发现rScO2在监测脑缺血方面比EEG更灵敏。在颈动脉夹闭过程中，手术侧和对侧的rScO2均显著下降至基线以下，当放置分流管后，对侧rScO2恢复到基线，手术侧rScO2仍低于正常，直到术毕移除分流管恢复正常血流。但当放置分流管后，双侧EEG均恢复至基线值。因此在监测脑缺血方面rScO2可能比EEG更可靠。NIRS-EEG联合监测也可应用于心脏手术，1项纳入41例心脏手术患者的研究显示，PND的发生与术中NIRS监测下氧合血红蛋白和去氧合血红蛋白的浓度变化相关[64]。此外NIRS-EEG联合监测在主动脉弓手术[65]和肩关节镜手术[66]中的应用也有报道。1项最新观察性研究发现脑电双频谱指数(BIS)与脑灌注水平有关[67]。心脏手术体外循环期间，同时进行EEG及ScO2监测，当平均动脉压低于脑血流自主调节水平低限时，随着平均动脉压的下降，BIS值降低。这个结果说明低BIS值可能由于脑灌注不足导致，因此在参考BIS值进行围术期管理时，不仅要考虑麻醉药物浓度，也要考虑脑灌注水平。国内研究显示，rScO2-EEG联合监测目标导向血流动力学多模式可降低老年胸腔镜食管癌根治术患者POD发生率，有利于患者术后恢复[68]。这种联合监测还对预测非大血管手术患者发生PND具有较好的临床应用价值[69]。

四、围术期EEG及ScO2监测展望

近年来麻醉医师已经越来越关注原始EEG所传递的信息，但仍需大样本随机对照研究来验证监测原始EEG是否对围术期患者预后产生有益效果。ScO2监测多数应用于心脏及颈动脉内膜剥脱术，在其他手术中应用是否有必要和有益处，也需进一步验证。随着多模式技术的不断成熟，NIRS-EEG技术未来的趋势可能会充分利用结合系统的灵活性和全面性，使得围术期监测更加准确全面，以改善患者的预后。

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END

编辑：MiLu.米鹭

校对：Michel.米萱 

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