近紅外光譜儀在早產兒腦損傷方面的研究進展

向鑫宇 綜述，韋 紅 審校

重慶醫科大學附屬兒童醫院/中國兒童發育與危重癥國際科學技術合作基地/國家兒童健康與疾患臨床醫學研究中心新生兒科/教育部兒童發育與疾患重點實驗室重慶市兒科重點實驗室，重慶 400014

近年來，隨著醫學技術的不斷發展，早產兒的存活率明顯增加，同時可存活早產兒的胎齡也越來越小，隨之早產兒腦損傷發生風險越來越高，引起人們對這些患兒遠期神經系統預后的擔憂。目前研究顯示，導致早產兒腦損傷的病因主要是腦的缺血缺氧及炎癥[1]。目前應用最廣泛的機體氧合狀態監測方法是外周脈搏血氧飽和度監測及動脈血氣分析，但它們主要反映機體小動脈的氧分壓及氧飽和度[2]，不能反映腦組織局部的氧合狀態。運用多普勒技術可以進行腦灌注的評估及動態測量[3]，但使用多普勒技術進行大腦灌注變化的持續測量仍是比較困難的。而近紅外光譜技術(NIRS)提供了一種連續監測大腦氧合狀態的方法[4]。通過將傳感器放置于額部，NIRS可以監測腦局部血氧飽和度(rScO2)，同時還可以估計腦血流(CBF)和腦組織氧提取(cTOE)[5]。這些NIRS的相關指標也可以與持續的血壓測量相結合來監測大腦的自動調節功能[6]。NIRS不僅可以監測大腦的氧合狀態，也可以監測局部的內臟氧合，在貧血、高血流動力學改變的動脈導管未閉(hsPDA)、喂養不耐受、新生兒壞死性小腸結腸炎等方面均有所應用[7-10]。

NIRS具有無創、無輻射的優點，且能在床旁實時監測大腦氧合狀態的變化及間接測量腦灌注。更重要的是，NIRS可用于評估病情危重、臨床狀態不穩定及使用呼吸機的患兒。但NIRS在臨床應用中也存在某些缺陷，比如局部頭皮的損傷及對遠期神經系統預后影響的不確定性，此外，造價昂貴及一次性探針的使用也是NIRS至今仍未成為新生兒重癥監護病房(NICU)中常規的輔助監測手段的原因之一。本文擬就NIRS在早產兒腦損傷方面的研究進展展開綜述。

1 NIRS應用于大腦監測的原理

NIRS主要是基于朗伯比爾定律的原理。近紅外光(波長在700～1 000 nm)能穿透新生兒的軟組織及骨骼，但會被體內的一些物質所吸收，同時吸收的程度根據其的氧化狀態不同也隨之不同。這些物質包括血紅蛋白(Hb)、組織細胞色素aa3和肌紅蛋白、黑色素及膽紅素[11]。以Hb為例，NIRS可以實時測量氧合血紅蛋白(O2Hb)和脫氧血紅蛋白(HHb)水平的變化[12]，可以得出以下信息：(1)rScO2，反映機體實時的腦組織氧合狀態；(2)組織氧合指數(TOI)，結合TOI和rScO2能間接反映腦血流情況[13]；(3)腦組織氧提取分數(cFTOE)，反映腦組織攝取氧的能力，以及氧供給與氧消耗之間的平衡關系[14]；(4)將rScO2與持續的平均動脈壓監測相結合，可以反映早產兒大腦自我調節能力，即在一定血壓波動范圍內維持穩定的大腦灌注能力[13]。

2 NIRS在腦損傷方面的臨床應用

2.1新生兒大腦氧合狀態參考值 近年來，腦rScO2監測已逐步納入神經重癥監護常規中。在這種情況中，會對有高風險的神經發育功能受損的新生兒進行不間斷的神經學評估。此外，除了大腦影像學和振幅整合腦電圖，大腦氧合的變化也會納入監測范圍中。因此，確立大腦氧合的參考范圍就顯得格外重要。PICHLER等[15]給出了一組未進行呼吸支持的穩定新生兒出生后15 min內cFTOE及rScO2的參考范圍，然而，該研究未給出胎齡32周以下的早產兒腦氧合的參考范圍，而這些早產兒恰恰是發生腦損傷的高危人群。隨后ELSAYED等[16]的研究也發現了個體之間rScO2的差異性。目前的文獻來看，給出一個統一的參考范圍還有困難。

穩定大腦氧合也是一個研究非常活躍的領域。在一項SafeBoosC的觀察性試驗中，研究人員證明了將早產兒大腦rScO2維持在預定范圍內(55%～85%)的可行性[17]。隨后，SafeBoosC-Ⅱ試驗將早產兒(胎齡<32周)隨機分為兩組，試驗組是基于NIRS的rScO2值進行指南相關的干預，對照組是基于脈搏血氧飽和度數值進行指南相關的干預，結果顯示采用預先設定的治療指南和腦氧合監測相結合的方法，可以穩定早產兒的大腦氧合狀態[18]。

2.2大腦氧合監測與腦室出血 近年來的研究已經證實了低rScO2與腦室出血之間的相關性。KATHERIA等[19]的研究納入了127例胎齡小于32周的早產兒，連續測量其72 h內rScO2、振幅整合腦電圖及其他生命體征，并在出生后12、72 h分別進行了頭顱超聲檢查，結果發現發生嚴重腦室出血或死亡的早產兒出生后8～10 min rScO2明顯降低。同樣，SafeBoosC Ⅱ試驗結果發現，早期的大腦缺氧與嚴重腦室出血及死亡發生相關。但PLOMGAARD等[20]進一步的分析表明，在顱腦超聲、磁共振成像、振幅整合腦電圖、腦損傷相關的生物標志物及2年內隨訪的神經發育預后方面，試驗組與對照組差異無統計學意義(P>0.05)。目前正在計劃一項更深入的研究，以全面評估以rScO2為指導的干預措施的利弊[21]。

2.3大腦氧合監測與新生兒缺氧缺血性腦病(HIE) HIE是新生兒腦損傷中重要的一種類型，并常常伴隨著嚴重的神經系統發育障礙。缺血/再灌注機制在其中扮演著重要的角色，因此監測大腦血流量在管理HIE患者中就顯得格外重要。有研究利用寬頻段NIRS監測11例出生后診斷為HIE并需要進行亞低溫治療的患兒，結果發現重癥HIE患兒腦血流量明顯低于輕癥HIE患兒(P<0.038)[22]。盡管樣本量較少，但可以看出利用NIRS在監測HIE患兒腦血流并預測患兒預后方面有一定價值。

2.4NIRS與大腦自我調節 大腦自我調節是指大腦在面對血壓變化時保持恒定灌注的內在能力。大腦自我調節功能的紊亂被認為是腦損傷的原因之一。前期的研究已經發現，早產兒大腦自我調節功能的受損與不良神經系統預后相關[23]。但如何監測大腦的自我調節功能一直是一個難題。近年來的證據支持將NIRS作為可靠的床邊設備來監測大腦自我調節的變化。BRADY等[24]開發了大腦血氧測量指數(COx)模型，以用于推導血壓自我調節窗口，即大腦自我調節完整且功能正常的血壓范圍。有研究利用這個模型監測16例接受亞低溫治療的HIE患兒，結果發現3例MRI提示嚴重腦損傷的HIE患兒出現了晚期腦自我調節功能障礙，其中主要表現為高灌注負荷[25]。這一發現有利于這些接受亞低溫治療的HIE患兒的術后血壓管理，同時也為早期及時采取必要的介入措施如肌力藥物的使用提供了有力依據。

3 NIRS技術的未來展望

目前，NIRS測量的是整個大腦組織整體的氧合作用，而不是局限于大腦的特定區域，希望未來的高分辨率光學成像設備能對大腦區域血流進行更精細的估計。不同生產廠家的NIRS設備由于算法不同，其測出的大腦氧飽和度值有一定偏差，同時由于使用的探針類型不用，測出的值也不盡相同。由歐洲資助的BABYLUX項目開發了一種專門檢測和評估早產兒腦部血流量及腦部氧合狀態的儀器，能同時對氧合指數和血流指數進行連續測量，具有更高精確性及更小的差異性，未來可能在NICU中有進一步的應用。在國內，新生兒神經重癥監護病房(NNICU)的建設逐漸受到關注，倡導對腦損傷患兒的早期預防、監護及恰當干預。在這種大環境下，NIRS作為一項新技術，具有一定預測神經發育損傷的潛力，但仍然需要進一步的高級別的臨床試驗證實其效果，同時也亟待建立一個統一的標準來規范NIRS的使用。

4 小 結

目前對腦損傷早產兒應用NIRS來監測大腦氧合狀態的好處已經逐漸顯現，但NIRS的使用仍部分局限于臨床試驗中。基于NIRS的rScO2監測可能成為腦損傷的一個早期預警工具，但仍需要更多的研究結果來支持這個結論。隨著技術的發展及規范的建立，NIRS有望成為NICU及NNICU中常規的監測手段之一。