腦組織氧飽和度臨床應用研究進展

田鵬聲， 馬宏昌

1. 中國醫學科學院北京協和醫學院國家心血管病中心阜外醫院麻醉中心，北京 100037 2. 高碑店市燕趙醫院外科，保定 074099

1 腦組織氧飽和度(cerebral tissue oxygen saturation,SctO2)監測的原理

1.1 基本原理 近紅外光是介于可見光和中紅外光之間的電磁波，在 20 世紀 90 年代初開始應用于組織氧飽和度(StO2)監測。StO2監測的基本原理是改良的朗伯-比爾定律，即由于組織內的氧合血紅蛋白和去氧血紅蛋白的光吸收系數不同，當光源穿過組織的時候可以將其加以區分，以氧合血紅蛋白含量除以總血紅蛋白含量，即得到 StO2[1]。

1.2 SctO2監測原理 SctO2監測設備能通過探測器光源發射裝置發出近紅外光源，近處光源接收裝置接收穿過頭皮各層與顱骨的信號，遠處光源接收裝置接收穿過頭皮各層、顱骨及腦組織的信號，兩者相減即得到SctO2[2]。將探測器貼在患者前額兩側，可以持續、安全、無創地測量患者的StO2。

1.3 不同SctO2監測設備監測原理的比較 目前不同StO2監測設備的準確性各有優劣，區別主要集中于光源數量及波長范圍。部分儀器發出四段光源，部分儀器發出兩段光源，最新出現的儀器能發出五段光源。兩段波長僅能探測氧合血紅蛋白和去氧血紅蛋白，而不能探測同一區域的其他吸光團(如黑色素)[3]，而更多波長的光源能產生更多的數據，反映更多的變量，進而鑒別組織中其他的吸光團(如黑色素、胎糞)，提高測量準確性。

2 SctO2監測在心臟外科中的應用

術中腦保護一直是麻醉醫師關注的焦點。尤其是在心臟手術中，傳統的監測手段不能敏感地探測重要器官灌注的急性改變，而良好的灌注是維持器官功能的關鍵。近紅外光譜儀(near infrared spectrum instrument，NIRS)NIRS 作為最新的監測技術，被越來越多的用于心臟直視手術中腦氧合能力的評估。維持足夠的 SctO2能減少心臟手術后神經系統并發癥和認知功能障礙的發生[4]。

2.1 體外循環(cardiopulmon-ary bypass，CPB) 在心臟直視手術中，常需用CPB來代替心肺功能。CPB過程中血液氧合是否充分、組織灌注是否能滿足組織代謝的需求，臨床上只能通過血氣分析和皮膚溫度、皮膚顏色、尿量等臨床指標來判斷，而血氣分析結果僅反映血液的氧合和代謝情況，不能反映組織灌注情況，皮膚溫度、顏色和尿量等的改變對組織灌注的反映有延遲。因此，SctO2作為反映腦組織灌注及代謝狀態的敏感指標，越來越多地應用于CPB 中。Vida 等[5]發現，在心臟手術圍術期， SctO2下降與術后并發癥的發生較乳酸有更強的相關性。Lopez 等[6]指出，心臟手術中高氧狀態可導致患者腎臟和腦過氧化損傷，因此在心臟手術中應維持正常氧供。影響SctO2的因素較多。Kobayashi 等[7]發現，腦萎縮、左心室功能差、貧血和血液透析與擇期心臟手術患者低 SctO2相關。Razlevice等[8]在嬰兒心臟手術術中發現，超過 20%的患兒出現 SctO2下降，其中動脈血壓是其最重要的影響因素。

2.2 先心病手術 嬰幼兒發育不完善，各器官處在快速生長階段，腦組織灌注不足會影響其神經系統發育。因此，在先心病患兒的心臟矯治手術中，維持全身組織器官良好的灌注和氧供顯得很重要。Rüffer等[9]通過用多普勒彩色超聲監測在心臟手術中行 RCP 嬰兒雙側基底動脈、頸內動脈、大腦前動脈和大腦中動脈的平均血流速度和雙額 SctO2，發現 SctO2與雙側半球血流速度相關。Hansen 等[10]在左室發育不全綜合征患兒中發現，圍術期SctO2可能影響其認知發展。Hayashida等[11]發現，小于 4 歲的患兒在心臟手術過程中，更容易出現因低血壓引起的腦缺血，可能與腦血流自身調節缺陷和CPB 過程中血液被稀釋有關。

3 SctO2在頸動脈內膜剝脫術(carotid endarterectomy，CEA)中的應用

CEA是治療重度頸動脈粥樣硬化性狹窄，并預防或延緩缺血性腦卒中的有效方法。CEA 術中需要阻斷手術側的頸內動脈以完成手術，在阻斷頸內動脈時通常需要適當升高血壓以保證腦組織灌注，此時可以用 SctO2來反映腦組織灌注情況。Kamenskaya等[12]發現，在 CEA 夾閉頸內動脈過程中，SctO2持續<60%可使缺血性中風的風險升高 10 倍、認知功能障礙的風險升高 8 倍，而術前SctO2<50%能使缺血性中風在圍術期和術后早期的風險性升高 6 倍。Perez等[13]通過監測CEA 術中患者SctO2和腦電圖(electroencephalogram，EEG)發現， SctO2比 EEG 更能準確反映腦灌注。

CEA 術中轉流是避免頸內動脈阻斷后腦灌注下降的有效手段，但轉流可導致斑塊脫落，從而增加中風的風險。因此，術中是否需要轉流及應用標準目前仍存在爭議。因此有學者試圖探尋用 SctO2監測來指導 CEA 術中轉流，但是很難確定需要轉流的準確閾值。Jonsson 等[14]用 Foresight?StO2監測儀監測在局麻下行CEA 患者的雙側 SctO2，發現 SctO2預測腦組織缺血和判斷是否需要轉流的敏感性和特異性較頸動脈殘端壓更高。

上述研究表明，CEA 術中持續監測 SctO2，可協助手術醫師判斷患者腦灌注是否受到影響和影響程度，是否需要升壓及升壓程度，以及是否需要轉流，進而有利于減少或避免相關神經系統并發癥的發生。

4 SctO2在心肺復蘇(cardiopulmonary resuscitation，CPR)中的應用

盡管CPR治療策略不斷改進，院外和院內心臟驟停(cardiac arrest，CA)的發生率還是很高。Cournoyer等[15]發現，復蘇良好患者的SctO2明顯高于復蘇不良的患者，長時間無法使 SctO2高于30%可以考慮停止復蘇。Nishiyama等[16]發現，復蘇過程中，SctO2>40 %與良好的神經功能預后獨立相關。Genbrugge等[17]發現，復蘇過程中自主循環恢復患者的 SctO2升高更多。Fukuda等[18]發現，到達醫院時 SctO2過低預示患者較難恢復自主循環。Schewe等[19]指出，密切觀察SctO2有助于及時判斷自主循環恢復或內臟再次停搏，復蘇過程中較高的 SctO2與自主循環恢復相關，而機械胸外按壓能獲得較高的 SctO2。

5 SctO2在單肺通氣(one-lung ventilation，OLV)手術中的應用

胸科手術OLV對心肺功能影響較大，術中應密切監測SctO2。Li等[20]發現，胸科手術OLV 患者術后認知功能障礙(postoperative cognitive dysfunction，POCD)與 術中SctO2下降相關。Brinkman 等[21]用 FORE-SIGHT?監測 StO2發現，在OLV過程中，SctO2普遍下降。因此，盡管心肺有強大的儲備功能，也不能避免患者在 OLV 過程中出現 SctO2下降。尤其對于老年患者和有基礎心肺疾病的患者，在OLV過程中應持續監測 SctO2，以避免相關并發癥的發生。

6 SctO2在骨科手術中的應用

骨科手術多持續時間較長、出血較多，常需要控制性降壓以保證術野清晰，而降壓易影響腦部灌注，尤其易導致有基礎血管病變或心肺功能減退的老年患者出現相關并發癥。因此，SctO2監測也常應用于骨科手術，其中在沙灘椅位肩關節鏡手術應用最多，目前多集中于體位對SctO2的影響。Meex等[22]對比了側臥位和沙灘椅位肩關節鏡手術中患者的 SctO2，發現超過55%的沙灘椅位患者SctO2下降，側臥位患者僅5%。Kim 等[23]發現，老年患者腰椎手術中持續SctO2<60%與術后第7天 POCD 的發生率相關。Trafido等[24]也發現， SctO2維持在正常水平能減少俯臥位腰椎手術后 POCD 的發生。Salazar等[25]觀察了 125 例行全膝關節置換術的65歲以上患者術中 SctO2與 POCD 的關系，發現術中所有患者 SctO2明顯下降，術后3個月， 26.4%的患者出現心理癥狀， 16.8%的患者出現記憶力下降。Mori等[26]發現，對于在全麻下行沙灘椅位肩關節鏡手術的患者，當維持其 MAP >60 mmHg時，SctO2能維持在正常范圍內。

7 StO2在兒科的應用

在新生兒科，吸氧是維持早產兒生命體征和保證其生存率的基本措施，但吸氧濃度過高或持續時間過長可導致早產兒發生嚴重的視網膜病變(retinopathy of prematurity，ROP)和支氣管病變。SctO2監測儀有可能成為協助醫師判斷早產兒吸氧濃度的有效工具。Vesoulis 等[27]在新生兒出生后 4 d內對其進行血氧飽和度(SpO2 )、SctO2和 NIRS 監測，發現與 SpO2 相比，SctO2預測ROP 風險的特異性更高。Pichler 等[28]認為，在早產兒出生后快速轉運和復蘇過程中，可以用 SctO2監測來指導吸氧，以減少腦缺氧負荷。Schat 等[29]通過監測壞死性腸炎(necrotizing enterocolitis，NEC)早產兒腦、肝臟、臍下 StO2發現，監測腦和內臟 StO2有助于區分復雜性與非復雜性 NEC。此外，由于嬰幼兒的顱骨厚度、頭曲率與成年人有差異，因此NIRS 儀器探測器應與小兒解剖結構相匹配，目前仍在探索中。

8 SctO2的其他臨床應用

五官科一些內窺鏡手術中，如鼻內窺鏡術中由于腔道較深且腔道骨骼表面覆蓋的軟組織較薄，止血困難，常須降低血壓來減少術野出血，以保證手術視野清晰，而術中低血壓就可能引起腦組織灌注不良，進而引起POCD、PONV或使麻醉恢復室(postanesthesia care unit ，PACU)停留時間延長[30]。還有文獻[31]指出， SctO2監測有助于判斷中風類型和部位，雙側SctO2差異超過10%時，較低的一側可能出現了中風，其中出血性中風較缺血性中風患者的SctO2更低。但是，目前區分缺血性中風和出血性中風的 SctO2界限尚未明確。

9 軀體StO2監測的研究

不同組織器官的血流自我調節能力不一致，因此監測不同部位的StO2具有重要意義，其中腎區、肝區、腹部、肢體StO2越來越多受到關注。Ricci等[32]在嬰兒心臟手術 CPB 過程中，發現其腦NIRS 值持續低于軀體 NIRS值，而軀體 NIRS 常表現高飽和度現象。Kim等[33]指出，腎StO2對術后并發癥預測較SctO2更優。

10 小 結

不同品牌的 SctO2監測儀采取不同的計算方法，而且目前SctO2的正常值范圍尚未確定且缺乏標準的干預流程，使其臨床應用受到限制。目前SctO2監測的臨床應用局限于心臟和大血管手術，其他領域還處于科研階段，且多集中于術中 SctO2下降與術后并發癥相關性。這些研究表明， SctO2與術后并發癥有顯著相關性，術中避免 SctO2持續下降，有助于改善患者的預后。而對于SctO2監測儀器，準確性是最重要的。

手術過程中有多種因素會對 SctO2產生影響，給 SctO2變化原因的分析帶來困難。但是隨著研究的深入，SctO2的應用將不斷擴展，同時其監測的無創手段也有利于其在臨床的推廣。除SctO2外，目前對其他組織器官 StO2的研究逐漸增多，如腎區、肝區、骨骼肌(三角肌、股四頭肌等)、臍周(腸系膜)等。術中這些區域 StO2的改變是否比 SctO2更加明顯，與臨床并發癥的相關性是否更強，在不同種類手術中的作用是否不同，以及不同的干預手段的效果等，都需進一步的研究。