嬰幼兒體外循環中區域組織氧飽和度監測判斷器官氧供需平衡的研究進展

魏碧玉，劉永哲，劉晴晴 綜述 高明龍 審校

脈搏血氧飽和度主要感受動脈的搏動反映呼吸和循環，在體外循環下，低灌注、深低溫、心臟停跳無脈搏時，脈搏血氧飽和度無法有效地體現機體氧合[1]。混合靜脈血氧飽和度是目前公認的可以準確反映機體灌注和氧合信息的指標[2]，但是必須有肺動脈導管，而且數據獲取對醫師依賴性大，不能夠實時監測也不能及時反映機體氧供和氧耗。區域組織氧飽和度監測主要感受靜脈血中的氧飽和度，受外界環境影響小，且操作簡單，可以無創、實時、有效地反映腎、腦等器官的灌注和氧合[3]，在心臟和血管手術及新生兒監測中有很大的潛力[4]。先天性心臟病占所有出生缺陷的0.8%～1.2%，每1000例新生兒就有5.8個患有先天性心臟病，患病人數越來越多[5]，嬰幼兒體外循環下心臟直視手術后急性腎損傷(acute kidney injury，AKI)發病率28%～51%[6]，體外循環后小于4歲嬰幼兒更容易發生腦功能障礙[7]，所以，術中對腦、腎氧飽和度連續監測顯得尤為重要。

目前，在先天性心臟病嬰幼兒體外循環中根據區域組織氧飽和度數值進行干預、診斷、治療尚沒有統一標準，筆者就近年來嬰幼兒體外循環中氧供需不平衡的原因及腎、腦氧飽和度連續監測的意義進行綜述，通過有效的監測手段為術中及早干預進行器官保護提供理論依據。

1 易造成氧供需不平衡的因素

1.1 低灌注 體外循環以人工裝置取代了心臟，實現了泵和氧合的功能。雖然心臟停跳，但是全身組織仍能保證氧合。在嬰幼兒體外循環心臟直視手術中，我們采用非搏動性等流量低壓灌注，這種方式不符合生理的搏動性灌注，非搏動性低壓灌注可增加兒茶酚胺的釋放，可能造成血流中斷、血流分布不均勻，進而使組織缺血缺氧[8]。組織缺血缺氧時，活性氧的產生減少，鈣超載使線粒體受損，三磷酸腺苷(ATP)生成增多，使得組織氧供減少。再灌注后，組織耗氧量增加，活性氧生成進一步增多，炎性因子釋放，進一步加重線粒體損傷，ATP產生減少，能量供不應求[9]。

1.2 血紅蛋白濃度降低 在嬰幼兒體外循環期間，血細胞比容維持到25%為宜，低于20%不利于預后[10]。而先天性心臟病患者多以5個月以內的嬰幼兒為主，體重小，血液量少，體外循環前管道中醋酸林格液的預充使患兒血液稀釋，雖然現在已經在預沖液中加了血液及使用了平衡超濾方法在體外循環中持續進行超濾，濾出多余的水分，但是體外循環結束后血細胞比容可能仍達不到滿意的效果。除此之外，長時間超濾、低溫、負壓造成紅細胞破壞、人工管道組織相容性差引起的炎性反應破壞紅細胞、庫存血紅細胞變形能力下降使紅細胞溶血[11]。以上多種原因均使攜氧載體血紅蛋白濃度下降，氧氣不能被運送到相應組織，氧供減少。為了減少體外循環機對紅細胞的破壞，微型體外循環機逐步取代傳統體外循環機，研究表明，微型體外循環可以減少炎性反應，減少紅細胞破壞，有益于圍術期器官保護[12]。目前，已經有半衰期長、不易產生腎損傷、受內環境干擾少、能很好地攜帶與釋放氧氣的血紅蛋白替代品攜氧載體在研發以減少因庫存血的大量使用而造成的溶血，但是由于攜氧載體的氧化副反應阻礙其投入臨床正式使用[13]。因此，不管在減少血紅蛋白稀釋還是紅細胞破壞方面，都將出現前景很好的替代品。

1.3 血液中微血栓形成 在凝血功能方面，兒童不能視為縮小版成人，嬰幼兒本身止血抗凝系統發育不完善容易發生凝血功能紊亂[14]，特別是在出生后1～4個月，嬰幼兒凝血因子Ⅻ、Ⅺ、Ⅹ、Ⅴ、Ⅱ和組織型纖溶酶原激活物(t-PA)水平低[15]。年齡小于1歲的嬰幼兒抗凝血活酶基線值更低，體外循環中需要更多的肝素抗凝以維持體外回路的通暢[16]。血液與管道生物材料界面發生的病理生理反應尚未被克服，當患兒血液暴露于人造回路時，炎性反應、溶血反應和凝血系統立即被激活產生微血栓，使組織發生缺血缺氧，如果術中管理不精確，腦卒中、急性腎小管壞死等并發癥可能是災難性的[17]。

總之，體外循環炎性級聯反應對線粒體的破壞使ATP生成減少、血液與管道直接接觸后破壞紅細胞激活機體凝血系統促進微血栓形成、大量抗凝物質使用打破凝血平衡，這些因素同時影響著氧供需平衡，對各器官的灌注和氧供都是一個巨大的打擊[18]，因此術中對腎、腦等重要器官灌注和氧合持續監測具有重大意義。

2 腦氧飽和度持續監測的意義

2.1 腦氧飽和度降低與術后神經并發癥相關 新生兒氧儲備較少，尤其是大動脈轉位、完全型肺靜脈異位引流、法洛四聯癥等發紺型先天性心臟病患兒，術前便有器官灌注和氧合差[19]。研究表明，嬰幼兒體外循環期間動脈氧分壓過高會增加腦損傷，增加血清蛋白質S100β，神經元特異性烯醇化酶(NSE)[20]。因此，動脈氧分壓不能判斷器官功能，傳統監測無法及時反映術中不良事件對腦氧供需平衡的影響。在嬰幼兒體外循環中，Hu等[7]記錄了1～4歲先心病患兒手術麻醉誘導前、麻醉誘導后、升主動脈夾閉、升主動脈夾閉后20 min、升主動脈開放、體外循環結束時腦氧飽和度數值，與誘導后基線值相比，腦氧飽和度在所有時間點顯著下降且腦氧飽和度與腦灌注壓成線性相關。Spaeder等[21]在體外循環術中和術后24 h監測新生兒腦氧飽和度，經過術后隨訪檢測神經發育指數，發現神經發育指數異常的患兒術后腦氧飽和度較低。腦氧飽和度降低與術后腦功能障礙密切相關，當術中腦氧飽和度明顯低于基線值20%時可警示臨床醫師及早采取措施增加腦灌注，改善腦氧合以減少神經并發癥的發生率。腦氧飽和度降低能否作為腦代謝自動調節功能受損的替代指標還需更大的樣本量進行觀察。目前，嬰幼兒尚沒有統一的腦灌注不足的臨界腦氧飽和度及腦氧飽和度的正常范圍。對于早產兒根據孕周不同腦氧飽和度的正常范圍也不同，孕周<32周的早產兒入院時平均腦氧飽和度為65%，孕周每增加1周腦氧飽和度增加1%[22]。

2.2 提高腦氧飽和度具有神經保護作用 當術中腦氧飽和度低于基線值20%時，應尋找原因，及時采取干預措施，如調整探頭的頭部位置、控制平均動脈壓波動在基線20%以內及合適的腦灌注壓、提高血氧飽和度、使呼末二氧化碳維持在正常范圍、監測血細胞壓積，必要時輸血等[23]。最新研究發現，嬰幼兒術中使用七氟烷麻醉對體外循環期間的腦氧平衡有益，并且可能改善認知損害，高劑量組(1.5MAC)術后血清S100β和NSE濃度顯著低于低劑量組(0.5MAC)和對照組[24]。所以在體外循環心臟停跳之前可適當提高七氟醚的濃度(2MAC以內)以發揮腦保護作用。

在一項小兒心臟手術回顧性觀察研究中，作者發現，體外循環術后腦氧飽和度低、脫氧血紅蛋白高的患兒，具有住院時間長、拔管時間長、病死率高等特點[25]。所以，先天性心臟病患兒體外循環術后回到重癥監護室，確保大腦充分氧合仍然是重點關注的問題，特別是術中或術后腦氧飽和度45%～50%[26]、術中發生過低氧血癥、術后心輸出量減低的患兒[27]。

3 腎氧飽和度持續監測的意義

3.1 腎氧飽和度降低與術后AKI相關 新生兒腎血流占心輸出量的3%～7%，出生后1周達到10%，最終達到成人水平25%，腎血流豐富，只有腎灌注壓維持在正常范圍才能維持正常的腎小球濾過率，嬰幼兒腎臟發育不完善，腎小管較短濃縮功能差、腎小球的毛細血管少、血壓低、濾過功能差，體外循環中炎性因子攻擊、紅細胞溶血等因素使體外循環術后AKI發生率達5%～20%[28]。AKI的診斷標準以血肌酐升高為依據，但是血肌酐的敏感性和特異性差，不僅受年齡、性別、種族、代謝、藥物及血容量影響，而且只有當腎小球濾過率下降50%時血肌酐才顯著升高[29]，所以嬰幼兒AKI的診斷標準無法診斷早期AKI；AKI的標志物如半胱氨酸蛋白酶抑制劑，由于很少通過胎盤，因此對嬰幼兒AKI診斷的敏感性和特異度都較高[30]，但在臨床上并不常規檢測，因此限制了早期AKI的診斷和治療。

區域組織氧飽和度可以在術中持續監測腎區灌注和氧合，大量研究表明，術中腎氧飽和度降低與術后AKI相關[31]，在一項前瞻性研究中[32]，59例1歲以內接受心臟手術的患兒，28例術后發生AKI；與正常患兒相比，患兒術中腎氧飽和度低于55%的時間顯著延長，術后12、24、48 h腎氧飽和度水平顯著降低，乳酸顯著升高，帶管時間延長，3例患兒需要腎臟替代療法，2例患兒死亡。雖然術中腎氧飽和度降低與術后AKI有關，但是在這項研究中肌酐仍然做為AKI的診斷依據，如果選擇敏感的AKI早期標志物，研究腎氧飽和度降低與AKI的相關性，可能會提高早期AKI的預防和診斷，這還有待于進一步的臨床研究。

3.2 提高腎氧飽和度可發揮腎保護作用 先天性心臟病嬰幼兒發生AKI的獨立危險因素很多，包括年齡小于12個月、體外循環超過90 min、術中低血紅蛋白[33]，以及β類酰胺類抗生素、阿片類藥物和非甾體類抗炎藥的使用[34]。體外循環期間盡量縮短轉機時間，血細胞比容維持在25%[10]，最好使用器官保護藥物，如烏司他丁、果糖、右美托咪定等[35]。術后盡早拔管，縮短ICU的停留時間，減少阿片類藥物及抗炎藥。盡管臨床大量研究表明這些保護措施是有效的，但都是憑經驗采取的，時機不好確定，而腎氧飽和度持續監測能夠及早發現有損腎功能的不良事件，便于醫師恰當地及早干預，大大有利于患兒的預后。

綜上所述，先天性心臟病嬰幼兒屬于生理弱勢群體，各器官發育不完善，代償功能不健全，所以我們對疾病診斷、干預、治療都要區別于成人。體外循環對內環境干擾巨大，術后腦功能障礙、AKI發病率居高不下。我們在不斷發現危險因素，尋找預防的藥物和更敏感的標志物，完善術中監測，及早發現一些不利于腦、腎功能的不良事件。區域氧飽和度監測能實時顯示腦、腎的灌注和氧合，腦、腎氧飽和度降低對術后腦功能障礙和AKI有預測作用。體外循環下持續腦、腎氧飽和度監測，使腎腦每時每刻的氧合和灌注都掌握在醫師手里，術中我們不斷干預使其維持在基線范圍。但是目前區域氧飽和度監測在嬰幼兒應用較少，數據不夠全面，尤其是跟孕周有關的早產兒，但是他們是更需要監測的人群，所以我們還要進一步擴大和普及區域組織氧飽和度監測。