近红外光谱仪在心脏手术围手术期应用的研究进展

2019年01月15日   缅甸小勐拉   152人浏览   0人评论

  作者:河北医科大学第二医院麻醉科(梁伟民、刘海涛、刘燕、吕畅、冯晓贤、康荣田)

  心脏手术期间无创监测氧饱和度通常应用SpO2,但其只能对血管丰富区域(如手指)的搏动性血液的氧合程度进行监测。CPB期间心脏停搏,脉搏非常微弱,SpO2通常不能测出。CPB期间脑氧饱和度,特别是颈静脉球氧饱和度,可以通过近红外光谱仪(near-infraredspectroscopy,NIRS)监测得到,且不依赖于脉搏。因此当脉搏微弱时,尤其是CPB期间,NIRS几乎成为持续无创监测脑氧饱和度的唯一方法。

  目前有许多关于NIRS在心脏手术围手术期应用的文献,本文就NIRS在心脏手术围手术期应用进行综述,期望为NIRS监测在心脏手术围手术期的相关研究和临床应用提供参考。

  NIRS可连续无创地监测颅内Hb氧含量的变化(即局部脑氧饱和度,regionalcerebraloxygensaturation,rSO2)。近红外光谱法测量血氧饱和度以朗伯-比尔定律(TheLambert-BeerLaw)和光散射理论为基础,利用还原Hb和氧合Hb的光吸收系数差别,通过计算吸收谱比值,从而得出局部Hb的氧饱和度。

  NIRS依据生物组织吸收红外光的特性,采用两段波长(724nm和810nm)来测量Hb氧含量的变化。NIRS不同于传统动脉氧饱和度监测:NIRS有一个发射电极,两个接收电极。第1个接收电极放置在距离发射电极3 cm的位置,它可以探测到脑外组织(皮肤、骨骼、硬脑膜)的氧饱和度,提供一个浅表组织的信号。第2个接收电极放置于距离发射电极4 cm的位置,可以分析深部脑组织的信号。

  正常人脑血管可随BP自主调节颅内灌注压,当MAP波动在50~150mmHg(1mmHg=0.133kPa),颅内血管通过自主神经调节,可维持正常脑供血。Goto等通过核磁共振发现有50%择期行冠状动脉旁路移植术(coronaryarterybypassgrafting,CABG)的患者术前存在无症状性脑梗死,存在一处或更多无症状性腔隙脑梗死可能与随后的认知功能降低或痴呆有关。Patel等认为低血压会损害微栓物的清除并影响脑血管的自主调节功能。Ameloot等研究了51例心肌梗死后的患者,他们发现35%的患者脑血管自主调节丧失,且rSO2与MAP呈线性相关。

  未丧失脑血管自主调节功能的患者,其调定点右移升高至85mmHg,当BP低于85mmHg时,rSO2与MAP呈正相关。作者推测这可能与脑血流适应了长期高血压致脑血管自主调定点右移有关。虽然脑血管存在自主调节功能,但心脏病患者尤其是冠状动脉粥样硬化性心脏病(冠心病)的患者其脑血管功能可能受损,且术前可能已经存在微小栓塞了,因此应用NIRS监测rSO2来判断脑氧供需平衡是有必要的。Tovedal等研究发现无论患者有无颈动脉狭窄,CPB时患者的搏动性血流rSO2与非搏动性血流rSO2相比没有明显优势;且搏动性血流CPB组患者MAP明显低于非搏动性血流CPB组,CPB时搏动性血流引起MAP轻度下降但对脑氧饱和度的影响不显著。

  Ameloot等在发现rSO2与MAP有相关性,Tovedal等的研究得出与之相反的结论,可能与设定的研究条件不同有关。脑氧饱和度是脑动脉和静脉氧饱和度的混合,其中动脉所占比为25%,静脉所占比为75%。rSO2值的大小取决于脑组织的氧供和氧耗之间的平衡;脑灌注、PaO2、Hb浓度影响脑的氧供,而麻醉深度和体温影响脑的氧耗。有研究证实影响rSO2值的因素有Hb浓度、颅骨厚度、脑脊液的面积;rSO2值与体重、身高、头颅大小无关,其影响因素为年龄、Hb浓度及NIRS探头放置位置。

  Ito等发现血液透析患者的rSO2值低于健康人群,有多种影响rSO2值的因素,包括pH、血液透析持续时间、Hb浓度;并且发现血液透析合并糖尿病的患者比无糖尿病的患者的rSO2值更低。影响rSO2值的因素众多,其中Hb浓度均被各项研究视为rSO2值的影响因素,但究竟Hb影响有多大?Mukaida等研究了CPB过程中血液稀释对外周循环的影响,发现与高Hct组(Hct>22%)相比,低Hct组(Hct≤22%)标准化Hb指数增加,Hb初始浓度和组织氧合指数(tissueoxygenationindex,TOI)变化百分比均增加;但是相比于高Hct组,低Hct组氧合Hb浓度和去氧合Hb浓度的变化更小,这需要进一步研究。Hb虽然为影响rSO2的一个重要因素,但在CPB期间Hb浓度合适的浓度仍没有确切值,这值得进一步探讨研究。

  综上所述,影响rSO2值的因素众多(MAP、Hb浓度、麻醉深度、体温、PaO2、年龄、NIRS探头放置位置、pH等),但究竟哪个因素最重要还需进一步研究,但这并不影响NIRS的应用价值。

  CPB期间为了避免脑缺氧导致的功能和结构受损,监测脑氧饱和度是有必要的,脑氧饱和度可以被颈静脉球氧饱和度和混合静脉氧饱和度合理地反映,但其不适合持续监测;NIRS无创且可持续监测,因此NIRS监测成为一种较优选择。Moerman等研究发现rSO2与混合静脉氧饱和度的有很高的相关性,且rSO2能准确地反映混合颈静脉饱和度。一项研究发现术中rSO2降低幅度>基础值的20%,CPB期间需要更多的血液制品,且需要升压药的辅助;低rSO2组有3例患者发生了神经系统并发症,rSO2正常组没有神经系统并发症的发生(P=0.03);对低rSO2组做回归分析发现,其影响因素为糖尿病及年龄;因此术中rSO2降低幅度>基础值的20%与术后神经系统并发症相关,需要临床干预预防低rSO2的发生。

  目前关注rSO2与术后认知功能障碍(postoperativecognitivedysfunction,POCD)的研究较多,但存在不同的观点。如Goldman等研究发现CABG术中rSO2与POCD的发生率有相关性,但deTournay-Jette等研究发现rSO2与POCD发生率之间没有关系,究竟术中rSO2与POCD之间有无关系,存在争论,需要进一步研究。但术中应用rSO2可及早发现脑缺氧并进行干预,可减少神经系统并发症的发生。

  Murkin等选取了200例择期行CABG患者进行了随机对照研究,发现长时间的脑缺氧与ICU停留时间延长相关(P=0.014),严重并发症两组之间没有明显区别;与实验组(术中rSO2>基础值的75%)相比,对照组(只观察rSO2,不进行干预)患者的重要器官并发症或病死率(死亡、机械通气>48h、脑梗死、心肌梗死、二次开胸)明显增加;与无这些并发症患者相比,有重要器官并发症或死亡的患者,其rSO2基础值和平均值均更低,脑缺氧时间、ICU停留时间、术后住院时间均明显延长;对于术后住院时间≥10d的患者,术中rSO2值与术后住院时间呈负相关(r2=0.29)。

  与之相似的,Fisher等研究发现心脏手术术中rSO2降低幅度与术后拔管时间、ICU停留时间及住院时间延长呈正相关。由此可见术中rSO2值与预后是有相关性的。Kopp等观察了40例择期心脏手术的患者,发现组织氧饱和度(tissueoxygensaturation,StO2)在术后4h是降低的(75±6)%,在术后1d时就恢复了(84±5)%,但是乳酸值仍升高。用单因素和多因素回归分析发现,StO2最小值(r=0.46,P<0.01)和心脏指数(r=0.40,P<0.05)与术后1d乳酸清除率相关;但混合静脉氧饱和度最小值与MAP没有相关性。

  受试者工作特征(receiveroperatingcharacteristiccure,ROC)曲线%为阈值)发现:StO2最小值可以预测术后1d乳酸清除率<10%;ROC曲线%组,肌钙蛋白和肌酸激酶MB(肌酸激酶同工酶的亚型,主要存在于心肌中)在术后1d明显增加。因此作者得出结论,与心指数、混合静脉氧饱和度或MAP相比,术后第1个小时StO2<75%是一个更好的预测指标,可用来预测术后1dCr清除率。另有一项研究发现,严重先天性心脏病患儿手术后发生坏死性肠炎的婴儿其肠道rSO2更低(32.6%比47.0%,P=0.05),且在四分之一量喂养时rSO2值低于30%的次数更多(48.8%比6.7%,P=0.04),因此作者推测对于评估发现坏死性肠炎,NIRS是一个有用的工具。

  由此可见NIRS应用不仅局限于脑,还可以检测其他部位的氧饱和度,并且可预测某些术后的并发症。通过干预术中rSO2值(如术中维持脑rSO2降低幅度<基础值的20%)不仅可以预防心脏手术患者神经系统并发症,而且可以缩短患者术后拔管时间、ICU停留时间及住院时间。NIRS不仅可用于监测脑rSO2值,而且可用于监测肠道rSO2值,通过提高其rSO2值来预防坏死性肠炎的发生。由此可见临床应用NIRS监测氧饱和度是有意义的,值得临床推广。

  有研究旨在评估NIRS预测颈静脉球氧饱和度的可用性,通过测量脑和肾氧饱和度的方法,探索NIRS与心排血量测量方法的相关性及检测其发现低心排血量综合征(lowcardiacoutputsyndrome,LCOS)的能力。研究发现颈静脉球氧饱和度与脑氧饱和度(r=0.58)、肾氧饱和度(r=0.60)及脑肾氧饱和度联合(r=0.71)相关。同样的,SBP指数与NIRS值相关:脑(r=0.60)、肾(r=0.50)及两者联合(0.66)。

  热稀释法测量心排血量记录到29次LCOS事件,LOCS与非LCOS之间NIRS测量值差异有统计学意义:脑局部氧饱和度62%(59%~65%)比69%(63%~76%),肾局部氧饱和度83%(70%~89%)比89%(83%~95%),两者联合的氧饱和度64%(60%~69%)比72%(67%~76%)。脑和肾的联合监测值与颈静脉球氧饱和度和LCOS有相关性;LOCS的发现与不同的光谱模式相关。

  与之相似的研究,CPB期间通过NIRS监测脑、肾、前臂和下肢4处的氧饱和度,发现脑部的氧饱和度是最低的,且与心脏指数正相关(r=0.7,P=0.003)。NIRS在术后应用还可发现LCOS的发生,可为临床治疗提供指导。NIRS不足之处是,NIRS只能反映局部的氧饱和度,提供局部组织的氧饱和度信息,而不能反映出器官全部组织的氧饱和度。如NIRS监测脑,只能反映出一侧大脑的氧饱和度情况,而不能反映另一侧大脑氧饱和情况;若患者存在脑血管疾病,只监测一侧大脑氧饱和度,另一侧大脑就存在脑缺氧的风险,需监测双侧大脑的氧饱和度。

  综上所述,以rSO2为导向的临床干预可减少神经系统并发症,缩短心脏手术患者的拔管时间、ICU停留时间及住院时间,并可减少并发症的发生率及病死率;NIRS亦可在术后应用发现LCOS的发生。NIRS不仅可以应用于心脏围手术期,还可以应用于其他手术围手术期(如颈动脉内膜剥脱、单肺通气手术等)来反映rSO2,预防神经系统并发症的发生。因此NIRS监测rSO2值得临床推广、应用。

  来源:梁伟民,刘海涛,刘燕, 等.近红外光谱仪在心脏手术围手术期应用的研究进展[J].国际麻醉学与复苏杂志,2018,(5):487-490.

标签:光谱仪用途
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