近紅外光譜在嬰幼兒心臟手術(shù)圍術(shù)期的應(yīng)用及研究進(jìn)展

1、近紅外光譜在嬰幼兒心臟手術(shù)圍術(shù)期的應(yīng)用及研究進(jìn)展先天性心臟?。ㄏ刃牟。┦窍忍煨曰沃凶畛Ｒ?jiàn)的一類(lèi)，發(fā)病率高，約占出生活嬰的0.4%1%。我國(guó)是世界上先心病發(fā)病率較高的國(guó)家之一，發(fā)病率可高達(dá)0.9%。先心病患兒心臟手術(shù)后神經(jīng)系統(tǒng)并發(fā)癥發(fā)生率為2%25%，近紅外光譜（nearinfraredspectroscopy，NIRS）可以監(jiān)測(cè)心臟手術(shù)過(guò)程中重要臟器局部組織氧飽和度的變化，如局部腦氧飽和度（regionalcerebraloxygensaturation，rScO2），以反映重要臟器的灌注、代謝及氧供需平衡。首先，嬰幼兒機(jī)體代謝旺盛，對(duì)氧的需求比成人高，同時(shí)，心肺轉(zhuǎn)流（cardiopulmo

2、narybypass，CPB）中多種因素，如血液稀釋、非生理灌注、紫紺患兒大量側(cè)枝循環(huán)、低溫及復(fù)溫、腦血流自主調(diào)節(jié)功能改變等，直接影響術(shù)中腦灌注及腦氧供需平衡，而導(dǎo)致術(shù)后神經(jīng)認(rèn)知功能障礙；而不合理的高灌注則會(huì)導(dǎo)致栓塞、血液破壞，也會(huì)增加術(shù)后譫妄等神經(jīng)系統(tǒng)并發(fā)癥。并且，對(duì)于復(fù)雜先心病手術(shù)，尤其是紫紺型心臟病患兒，術(shù)后大多需要較長(zhǎng)時(shí)間呼吸機(jī)輔助，而麻醉過(guò)程中鎮(zhèn)靜、肌肉松馳等情況又能掩蓋早期神經(jīng)系統(tǒng)并發(fā)癥的表現(xiàn)，因此圍術(shù)期中的腦組織氧代謝、腦功能監(jiān)測(cè)十分重要。再者，NIRS監(jiān)測(cè)rScO2具有較強(qiáng)的抗干擾能力，腦血流及腦氧供需平衡狀態(tài)變化能夠及時(shí)被反映，這對(duì)于滿(mǎn)足圍術(shù)期腦灌注，優(yōu)化麻醉、CPB及圍術(shù)期

3、管理方案等具有重要指導(dǎo)意義。本文就NIRS在嬰幼兒先心病心臟手術(shù)圍術(shù)期的應(yīng)用進(jìn)行綜述，旨在探討NIRS在嬰幼兒心臟手術(shù)圍術(shù)期的臨床價(jià)值及應(yīng)用前景，為其進(jìn)一步的臨床研究及應(yīng)用提供指導(dǎo)依據(jù)。1.NIRS監(jiān)測(cè)基本原理應(yīng)用NIRS監(jiān)測(cè)大腦和心臟局部氧飽和度在1977年由Jobsis首次提出。NIRS技術(shù)作為一種新型測(cè)量局部血氧飽和度的工具，采用兩段波長(zhǎng)，分別為724nm和810nm來(lái)測(cè)量局部血紅蛋白（hemoglobin，Hb）氧含量的變化，以改良朗伯-比爾定律及光散射理論為基礎(chǔ)，利用氧合血紅蛋白（HbO2）和還原血紅蛋白含（HHb）光吸收系數(shù)差別，直接測(cè)得HbO2和總Hb的比值，從而計(jì)算出HbO2飽

4、和度。NIRS不同于傳統(tǒng)動(dòng)脈氧飽和度監(jiān)測(cè)：NIRS有1個(gè)發(fā)射電極及2個(gè)可以接收不同組織信號(hào)的電極。第1個(gè)接收電極（距離發(fā)射電極3cm的位置）可以提供淺表組織的信號(hào)，如皮膚、骨骼等腦外組織；第2個(gè)接收電極（距離發(fā)射電極4cm的位置），能夠分析深部腦組織的信號(hào)。NIRS廣泛應(yīng)用于圍術(shù)期rScO2的監(jiān)測(cè)，一方面，從NIRS所監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)來(lái)看，可以獲得以下信息：可直接反映腦組織氧合狀況；可反映總Hb變化，間接反映腦血流動(dòng)力學(xué)變化；可反映腦組織細(xì)胞對(duì)氧的利用過(guò)程，由此反映腦組織氧代謝信息。另一方面，由于腦組織微循環(huán)由動(dòng)脈、靜脈、毛細(xì)血管組成（靜脈約占70%80%），所以，應(yīng)用NIRS技術(shù)監(jiān)測(cè)的rScO2并

5、非是動(dòng)脈或者靜脈的HbO2濃度，而是混合的rScO2，主要代表靜脈部分。因此，在動(dòng)脈搏動(dòng)較弱、血壓較低、CPB平流灌注、深低溫、停循環(huán)等情況下的使用不受限制。2.rScO2基礎(chǔ)值及臨界值rScO2的基礎(chǔ)值根據(jù)患者人群和NIRS儀器的不同而有所不同，具有顯著的個(gè)體間和個(gè)體內(nèi)差異。健康兒童rScO2基礎(chǔ)值大約為69%，嬰兒約為64%。雖然大部分研究發(fā)現(xiàn)兒童和嬰幼兒rScO2基礎(chǔ)值在60%70%范圍內(nèi)，但有研究報(bào)告剛出生23d的新生兒其rScO2高達(dá)77.9%。然而許多患有先心病的兒童中，rScO2顯著低于健康兒童，這可以用解剖和生理因素（紫紺與非紫紺比，存在心室或動(dòng)脈水平的左向右分流）來(lái)解釋。紫紺

6、型心臟病患兒rScO2為40%60%，大動(dòng)脈轉(zhuǎn)位新生兒的rScO2的基線(xiàn)值可能低于50%。在臨床應(yīng)用中，如果患者的rScO2低于上述正常范圍，則應(yīng)將其視為具有與腦損傷相關(guān)的異?；€(xiàn)值。臨界rScO2值，又稱(chēng)腦缺氧缺血性（H-I）閾值，低于這一閾值，持續(xù)的缺氧和/或缺血將導(dǎo)致神經(jīng)生理?yè)p傷、腦代謝功能障礙和不可逆轉(zhuǎn)的腦組織形態(tài)學(xué)損傷。對(duì)于成人來(lái)說(shuō)，許多研究證明，術(shù)中rScO2下降超過(guò)基線(xiàn)值15%20%或rScO2絕對(duì)值低于50%，提示大腦氧供不足。與成人不同，尚沒(méi)有充分臨床研究說(shuō)明兒童腦H-I閾值具體是多少。在相關(guān)動(dòng)物研究中，Kurth等人發(fā)現(xiàn)在新生仔豬中，H-I閾值為33%44%；在一項(xiàng)后續(xù)研究

7、中，H-I閾值（rScO2為35%）的時(shí)間窗為2h，超過(guò)2h，異常神經(jīng)行為結(jié)果和神經(jīng)損傷呈線(xiàn)性增加。Hou等人發(fā)現(xiàn)，高乳酸血癥和代謝性酸中毒與30%40%范圍的rScO2相關(guān)，雖然腦電圖未見(jiàn)明顯改變，但存在組織缺血性改變，包括海馬線(xiàn)粒體損傷。3.NIRS監(jiān)測(cè)rScO2結(jié)果的影響因素rScO2是反映腦部氧合狀況的敏感指標(biāo)，它的大小取決于腦組織的氧供和氧耗之間的平衡，凡是影響腦灌注、腦代謝及腦氧供/氧耗的因素，都能夠影響rScO2。NIRS在臨床使用過(guò)程中的影響因素較多，特別是在嬰幼兒心臟手術(shù)圍手術(shù)期，因此，結(jié)合患兒的病理生理及CPB過(guò)程進(jìn)行綜合分析是必要的。作者將從以下三方面探討影響rScO2結(jié)

8、果的因素。3.1腦血流自動(dòng)調(diào)節(jié)（cerebralautoregulation，CA）功能腦血管可隨血壓的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)顱內(nèi)灌注壓，在心臟手術(shù)中，當(dāng)平均動(dòng)脈壓（meanarterialpressure，MAP）波動(dòng)于4390mmHg，機(jī)體可通過(guò)腦血管的自主調(diào)節(jié)功能，維持正常的腦血流量，即CA。而當(dāng)MAP變化較大時(shí)，腦灌注就會(huì)受到影響。CPB中的血壓應(yīng)該維持在CA的壓力范圍內(nèi)，而最佳血壓是指具有最佳CA功能的血壓。然而，Joshi等研究顯示，CPB中CA下限壓力范圍很廣，且存在廣泛的個(gè)體變異，很難基于術(shù)前人口統(tǒng)計(jì)學(xué)和血壓數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)。Ono等報(bào)道，CPB中20%的患者CA功能受損；且在復(fù)溫過(guò)程中，受損比

9、例是低溫時(shí)的兩倍。并且，Hoshino等回顧分析了CPB下行房間隔缺損或室間隔缺損手術(shù)患兒，發(fā)現(xiàn)CA機(jī)制在嬰幼兒是不成熟的。因此，CPB中嬰幼兒腦灌注更容易受到MAP波動(dòng)的影響。另外，一項(xiàng)觀(guān)察性前瞻性研究發(fā)現(xiàn)低齡兒童在心臟手術(shù)中更容易發(fā)生由低血壓引起的腦缺血。3.2腦的氧供與氧耗CPB期間的全身氧供（oxygendelivery，DO2）通過(guò)泵流量乘以動(dòng)脈血氧含量來(lái)計(jì)算，所以泵流量、動(dòng)脈氧分壓（PaO2）、動(dòng)脈氧飽和度（SaO2）、Hb濃度等變化都直接影響腦的氧供。CPB中，膜肺氧合性能下降、灌注流量不足、血液稀釋程度過(guò)大、大量側(cè)枝循環(huán)等因素都會(huì)影響腦的氧供，導(dǎo)致rScO2下降。針對(duì)嬰幼兒CP

10、B，在膜肺、體外管路及插管的選擇、輸血指征等方面，既要最大限度地降低預(yù)充量，做到節(jié)約用血、甚至無(wú)血預(yù)充，同時(shí)也要提供足夠的灌注流量、維持合適的血液稀釋?zhuān)员ＷC患兒安全。對(duì)于嚴(yán)重紫紺的嬰幼兒，術(shù)中大量側(cè)枝循環(huán)會(huì)影響重要臟器的灌注，應(yīng)該加強(qiáng)NIRS及其它氧代謝指標(biāo)，如靜脈氧飽和度、乳酸（lacticacid，Lac）、DO2及氧耗的監(jiān)測(cè)，從而指導(dǎo)流量及溫度管理。而灌注含血心臟停搏液及使用超濾等情況下產(chǎn)生的不可避免的部分分流，也會(huì)一定程度地影響機(jī)體灌注流量，導(dǎo)致rScO2下降，臨床操作上應(yīng)該通過(guò)增加泵流量進(jìn)行補(bǔ)償。同時(shí)，一項(xiàng)前瞻性研究發(fā)現(xiàn)CPB前和CPB結(jié)束早期血流動(dòng)力學(xué)不穩(wěn)定、且無(wú)低溫保護(hù)，是腦D

11、O2不足的易感期。因此，在監(jiān)測(cè)rScO2時(shí)，要充分考慮不同CPB時(shí)期泵流量、PaO2、SaO2、Hb濃度對(duì)腦氧的影響。有關(guān)先心病手術(shù)后低氧血癥原因的研究結(jié)果顯示，先心病手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)評(píng)估（RACHS-1）高的患者，術(shù)后rScO2降低幅度更明顯。而術(shù)前存在紫紺、左向右分流的患兒，術(shù)中也同樣更容易出現(xiàn)低氧合狀態(tài)。另一方面，麻醉深度、體溫變化、機(jī)體酸堿代謝（pH）和Lac以及二氧化碳分壓（PaCO2）的改變都會(huì)影響腦代謝，從而影響腦的氧耗。最顯著的是，CPB復(fù)溫過(guò)程中，尤其是復(fù)溫過(guò)快時(shí)，rScO2會(huì)明顯下降，原因?yàn)樯郎貙?dǎo)致的腦代謝和腦氧耗增加超過(guò)腦血流量增加。針對(duì)先心病患兒的相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，術(shù)中rScO

12、2與體溫及pH存在負(fù)性關(guān)系，原因在于體溫升高及pH降低時(shí)，機(jī)體腦代謝增強(qiáng)，腦氧供需失衡所致。在嬰幼兒全麻過(guò)程中，腦血流量受血PaCO2和PaO2水平的影響，如果存在過(guò)度通氣，會(huì)導(dǎo)致心排血量減少，進(jìn)而導(dǎo)致腦血流減少；有研究表明在患有呼吸窘迫綜合征的嬰兒中，低rScO2值可能與術(shù)前人工通氣有關(guān)。而CPB中PaCO2水平也會(huì)直接影響腦血流，低溫下CO2溶解度增加而導(dǎo)致PaCO2下降，而術(shù)野沖洗CO2時(shí)會(huì)導(dǎo)致PaCO2增高，應(yīng)該適當(dāng)調(diào)整膜肺通氣量以增加CO2排出，維持合適的PaCO2。3.3其他因素CPB中，上腔靜脈引流不暢、氣栓、血栓也會(huì)影響rScO2監(jiān)測(cè)結(jié)果。嬰幼兒CPB心臟手術(shù)常應(yīng)用多位點(diǎn)NIR

13、S監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)部位及監(jiān)測(cè)時(shí)間點(diǎn)會(huì)共同影響局部組織氧飽和度，有關(guān)研究表明術(shù)中及術(shù)后rScO2持續(xù)低于身體其他部位局部組織氧飽和度。研究還發(fā)現(xiàn)，除了腦組織本身對(duì)rScO2的影響，顱外、血管活性藥物等因素也能干擾rScO2。4.NIRS在嬰幼兒心臟手術(shù)圍術(shù)期應(yīng)用的臨床研究4.1與術(shù)后中樞神經(jīng)系統(tǒng)并發(fā)癥的相關(guān)研究盡管嬰幼兒心臟外科及CPB技術(shù)日趨完善，然而腦卒中、腦損傷、神經(jīng)認(rèn)知功能障礙等術(shù)后中樞神經(jīng)系統(tǒng)并發(fā)癥仍然是其面臨的重要挑戰(zhàn)。NIRS在心臟手術(shù)圍術(shù)期的應(yīng)用最早可追溯到1995年，Kurth等人發(fā)現(xiàn)短暫的深低溫停循環(huán)與不良的神經(jīng)功能預(yù)后相關(guān)，并且腦氧飽和度的降低程度和年齡相關(guān)。同時(shí)Austin等人

14、首次將NIRS應(yīng)用于兒童CPB下心臟手術(shù)的多模式神經(jīng)功能監(jiān)測(cè)，結(jié)果顯示能顯著改善患兒短期及長(zhǎng)期的神經(jīng)功能預(yù)后。隨后多項(xiàng)研究證實(shí)心臟手術(shù)圍術(shù)期NIRS監(jiān)測(cè)rScO2確實(shí)能夠降低患者的中樞神經(jīng)系統(tǒng)并發(fā)癥。然而，一項(xiàng)關(guān)于先心病患兒心臟手術(shù)治療的系統(tǒng)評(píng)價(jià)得出結(jié)論，沒(méi)有證據(jù)表明rScO2監(jiān)測(cè)和管理可以改善此類(lèi)患者人群短期臨床神經(jīng)認(rèn)知功能方面的結(jié)局。關(guān)于NIRS應(yīng)用于嬰幼兒心臟手術(shù)是否能改善神經(jīng)認(rèn)知功能預(yù)后，目前還需要大樣本隨機(jī)對(duì)照臨床研究進(jìn)一步證實(shí)。但圍術(shù)期應(yīng)用NIRS監(jiān)測(cè)rScO2，可及早發(fā)現(xiàn)腦灌注不足并進(jìn)行及時(shí)的干預(yù)，進(jìn)而減少嬰幼兒心臟術(shù)后神經(jīng)系統(tǒng)并發(fā)癥的發(fā)生。4.2與術(shù)后低心排血量綜合征（lowc

15、ardiacoutputsyndrome，LCOS）及近期預(yù)后的相關(guān)研究LCOS是嬰幼兒復(fù)雜型先心病術(shù)后常見(jiàn)的嚴(yán)重并發(fā)癥，發(fā)病率約25%，也是術(shù)后患兒死亡的主要原因。隨著NIRS監(jiān)測(cè)技術(shù)的成熟，臨床上越來(lái)越多用于預(yù)測(cè)心臟術(shù)后早期LCOS狀態(tài)以及近期預(yù)后情況。Zulueta等回顧22例先心病，手術(shù)發(fā)現(xiàn)9例發(fā)生術(shù)后LCOS的患兒，其術(shù)中rScO2持續(xù)50%，并且這些患兒術(shù)后需要更多正性肌力藥物、低溫治療以及體外生命支持。隨后一項(xiàng)納入27例先心病患兒的研究顯示，11例術(shù)后發(fā)生LCOS患兒術(shù)中的肝臟NIRS平均監(jiān)測(cè)數(shù)值要低于另外16例術(shù)后沒(méi)有發(fā)生LCOS患兒的監(jiān)測(cè)數(shù)值（49%vs.66%）。近期的一項(xiàng)

16、關(guān)于NIRS在危重癥嬰幼兒中應(yīng)用的系統(tǒng)評(píng)價(jià)也報(bào)道，NIRS監(jiān)測(cè)有助于發(fā)現(xiàn)LCOS并及時(shí)進(jìn)行干預(yù)。但是如果要明確NIRS監(jiān)測(cè)與LCOS的關(guān)系，還需要大樣本隨機(jī)對(duì)照臨床研究來(lái)進(jìn)一步證實(shí)。另一方面，NIRS監(jiān)測(cè)是否與圍手術(shù)期轉(zhuǎn)歸和近期預(yù)后存在相關(guān)性，已經(jīng)在一些研究中得到了證實(shí)。Suemori等對(duì)399例先心病患兒在手術(shù)前和手術(shù)后采用NIRS監(jiān)測(cè)，研究發(fā)現(xiàn)術(shù)中rScO2低的患兒術(shù)后氣管拔管時(shí)間延遲、ICU停留時(shí)間延長(zhǎng)。隨后也有研究顯示，氣管拔管前的rScO2值可作為能否成功氣管拔管的預(yù)測(cè)因子。另外，術(shù)中持續(xù)低rScO2可能增加術(shù)后死亡率以及復(fù)合并發(fā)癥發(fā)生率。由此可見(jiàn)，NIRS監(jiān)測(cè)能夠提供血流動(dòng)力學(xué)或氧

17、代謝損害的早期預(yù)警信號(hào)，進(jìn)行早期和快速干預(yù)能夠預(yù)防或減少可能危及生命的并發(fā)癥。4.3與CPB目標(biāo)導(dǎo)向灌注（goal-directedperfusion，GDP）的相關(guān)研究GDP是近年提出的一種整合各種監(jiān)測(cè)手段的精細(xì)化、個(gè)體化CPB灌注策略，具體是通過(guò)監(jiān)測(cè)CPB期間氧供指數(shù)（indexedoxygendilivery，DO2i）等氧代謝指標(biāo)、指導(dǎo)灌注流量及血壓管理，而NIRS則可以通過(guò)直接監(jiān)測(cè)rScO2來(lái)指導(dǎo)灌注方案。Haydin等首次將NIRS應(yīng)用于指導(dǎo)灌注流量調(diào)節(jié)，與血壓相比、根據(jù)NIRS值調(diào)節(jié)灌注流量可能更準(zhǔn)確，更能反映機(jī)體氧供狀態(tài)。隨后，關(guān)于應(yīng)用NIRS監(jiān)測(cè)腦血流自動(dòng)調(diào)節(jié)能力的研究表明，

18、CPB期間CA的MAP低限有較大的變化范圍（4397mmHg），單靠CA曲線(xiàn)不能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)維持腦血流的最低MAP，用rScO2作為CPB時(shí)血壓控制的靶向指標(biāo)，可使血壓管理更加準(zhǔn)確。最新研究顯示，與單純監(jiān)測(cè)rScO2相比，NIRS衍生的腦血流自動(dòng)調(diào)節(jié)指數(shù)可能是一種更可靠的腦生理和神經(jīng)認(rèn)知預(yù)后的指標(biāo)，腦血流自動(dòng)調(diào)節(jié)功能監(jiān)測(cè)引導(dǎo)的灌注壓力管理，即所謂的最佳血壓是可行的，這種個(gè)體化CPB血壓管理策略可能會(huì)改善患者臨床預(yù)后。并且，近年來(lái)，隨著NIRS技術(shù)在直接測(cè)量組織氧合方面的技術(shù)進(jìn)步，能有效減少各種干擾因素的影響，NIRS監(jiān)測(cè)通過(guò)準(zhǔn)確反映術(shù)中不同階段的rScO2，可敏感地檢測(cè)到組織缺血缺氧及低灌注階段。

19、Amigoni等通過(guò)評(píng)估16位嬰幼兒CPB缺血缺氧最可能發(fā)生的階段，發(fā)現(xiàn)CPB前及胸骨切開(kāi)后rScO2波動(dòng)最大。將NIRS應(yīng)用于最可能發(fā)生缺血缺氧的階段、來(lái)指導(dǎo)灌注流量，可以早期發(fā)現(xiàn)CPB中組織器官的低灌注狀態(tài)，并及時(shí)進(jìn)行干預(yù)，提高CPB質(zhì)量，改善患者愈后。4.4NIRS監(jiān)測(cè)其它組織氧合雖然NIRS技術(shù)多用于監(jiān)測(cè)rScO2，但越來(lái)越多研究證明NIRS可應(yīng)用于其他組織（如下肢、腎臟、小腸）。近期幾項(xiàng)對(duì)嬰幼兒心臟手術(shù)圍術(shù)期采用NIRS監(jiān)測(cè)腎臟氧飽和度（renaloxygensaturation，RSO2）的小規(guī)模臨床研究發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)時(shí)間的低RSO2與心臟術(shù)后急性腎損傷（cardiacsurgeryas

20、sociatedacutekidneyinjury，CS-AKI）的發(fā)生相關(guān)。Ruf等發(fā)現(xiàn)RSO2降低與術(shù)后24h乳酸升高相關(guān)，提示NIRS監(jiān)測(cè)RSO2可以早期發(fā)現(xiàn)患兒血流動(dòng)力學(xué)變化并預(yù)測(cè)CS-AKI的發(fā)生。Owens等對(duì)40例接受雙心室矯治術(shù)的嬰兒進(jìn)行連續(xù)NIRS監(jiān)測(cè)局部RSO2，RSO2值50%持續(xù)超過(guò)2h可預(yù)測(cè)術(shù)后48h內(nèi)CS-AKI的發(fā)生。另外，也有研究發(fā)現(xiàn)，心臟手術(shù)術(shù)后發(fā)生壞死性腸炎的嬰兒，其腸道氧飽和度更低。盡管許多研究證實(shí)NIRS在腎、腸等臟器應(yīng)用的優(yōu)越性，但腦組織的應(yīng)用目前還是最為廣泛的，與CPB中組織低灌注最為相關(guān)，而其他組織的應(yīng)用，例如腎、小腸，由于局部肌肉及組織的干擾，可能并不能顯示真正器官的氧合狀態(tài)。然而，一項(xiàng)關(guān)于NIRS在先心病中應(yīng)用的綜述指出，多位點(diǎn)NIRS監(jiān)測(cè)（如rScO2聯(lián)合RSO2）可以提高NIRS監(jiān)測(cè)全身低灌注的靈敏度、準(zhǔn)確度和陽(yáng)性預(yù)測(cè)值。