脑组织氧供需平衡监测的进展.doc

脑组织氧供需平衡监测的进展第四军医大学西京医院麻醉科（710032） 陈绍洋 王强 熊利泽摘要：维持脑氧供需平衡，对脑保护和脑复苏具有重要的意义。脑氧代谢率(CMRO2)、颈内静脉血氧饱和度(SivO2)、局部脑氧饱和度(SrO2)、脑动脉氧含量差(AVOO2)、脑组织氧分压(PbtO2)和正电子断层扫描等是监测脑组织氧供需平衡较常用的可行的方法。它有助于指导脑损伤和脑复苏的治疗，评估低温、药物和过度通气等各种治疗措施对维持脑氧供需平衡的效果，并为预后的判断提供依据。关键词：脑保护；脑氧供需平衡；监测；评估一、脑组织氧供需平衡监测的意义及方法 （一）脑组织氧供需平衡监测的意义传统上，多依赖临床表现、颅内压(ICP)和脑灌注压(CPP)监测来指导脑复苏病人的治疗。但是，由于ICP和CPP缺乏脑血管阻力的信息，即使ICP正常时，脑循环不一定也正常；CPP正常或升高时，脑循环灌注也不一定是正常的。脑血流量 (CBF)测定尽管在反映脑血流动力学方面比CPP准确，但它只是一个单纯的血流动力学参数，不能反映脑代谢状况。脑的缺血与否是相对于脑代谢而言的，即不管 CBF多少，只要血液供应能够满足脑代谢需要，则意味着脑循环正常，否则为脑缺血。事实上，脑中不同部位CBF和脑氧代谢率（CMRO2）并不相同。正常情况下，通过血流代谢耦联(flow-metabolism coupling)以及压力-流量调节(pressure-flow regulation)机制，使CBF和CMRO2之间维持平衡，即CBF/CMRO2之比在15-20，称为脑氧供需平衡。机体正常状态下，氧供(oxygen delivery, DO2)与氧耗(oxygen consumption, VO2)保持动态平衡状态；而在危重特殊脑复苏患者，则可出现病理性氧供依赖性氧耗，即氧耗增加或减少，随氧供的增加或减少而变化，这反映了低氧及氧债的存在，从而有可能导致脑缺血、缺氧，脑组织损害。由于脑氧代谢指标反映脑血液供应与脑代谢所需之间的匹配关系，能够更准确地反映脑循环状态，因此从维持脑氧供需平衡角度监测脑氧合，指导脑保护和脑复苏治疗十分重要。（二）脑组织氧供需平衡监测的方法1. 脑氧代谢率（CMRO2）测定 CMRO2=CBF(CaO2- CjvO2)，需测定CBF、动脉血氧含量(CaO2)和颈内静脉血氧含量(CjvO2)。它反映全脑组织的氧代谢状况，结果可靠，但操作较复杂。CBF测定方法很多，经典的Kety-Schmidt法及Xe清除法均为使用放射性物质的有创性方法，很难常规用于术中监测。阻抗血流图(REG)方法还有待进一步完善。经颅彩色多普勒血流图(TCD)是一种连续无创监测脑血流量的新方法。研究表明, TCD所测定的血流速度与CBF之间有良好相关性(r=0.80-0.93, P0.01)。但由于个体差异及解剖变异，TCD不能准确测量脑血流量，仅能反映脑血流的动态变化，对局部脑组织的病理改变，则受探头放置的部位影响，不能获得确切结果。2. 颈内静脉血氧饱和度(SjvO2)监测 SivO2监测是目前较常用的监测脑氧合的方法。由于颈静脉球部血液由大脑直接引流而至，故临床上以监测颈静脉球部血氧饱和度代替脑静脉血氧饱和度。由Fick原理可推得公式：SjvO2=CaO2-CMRO2/CBF。在动脉氧合良好、血红蛋白相对稳定（即CaO2不变）的情况下，SjvO2反映的是CMRO2与CBF的平衡关系，即所为谓的脑氧供需平衡。CBF减少时，脑组织为维持正常代谢需要，从血流中摄取氧的比例相对增多，脑静脉血中氧含量下降；反之，CBF增多超过代谢需要时，脑组织从血流中所摄取氧的比例相对减少，致脑静脉血中氧含量升高。人脑血液回流主要通过颈内静脉，所以SjvO2能够代表脑氧代谢水平，间接反映脑循环状态，它与CBF之间具有正相关关系。正常人的SjvO2在5575，大于75意味着脑DO2或CBF增多；小于50时，说明脑DO2或CBF相当减少，若小于40则可能存在全脑缺血缺氧。SjvO2只反映同侧大脑半球的氧代谢情况，不能反映局部和对侧大脑半球脑缺血情况。SjvO2监测需作颈内静脉逆行穿刺，放置导管使顶端达颈内静脉球部，可间断采血样测定；也可置入SjvO2光纤探头，持续动态监测SjvO2，二者具有良好的相关性。3. 局部脑氧饱和度(regional cerebral oxygen saturation, rSO2)监测近红外线光谱(near-infrared spectroscopy, NIRS)技术是新近发展起来的一项新技术，能够无创伤连续性地监测rSO2。近红外光在特定范围(650-1100nm)可以穿透人脑几厘米，其衰减主要依靠氧合血红蛋白等色基。NIRS监测采样区内氧合血红蛋白与总血红蛋白之比就是rSO2。大脑中，动、静脉交错，静脉占75%，动脉占20%，毛细血管占5%，这就意味着rSO2值主要代表静脉血中氧含量，反映的是脑氧输送代谢指标，rSO2低于55应视为异常。4. 脑动静脉氧含量差(AVDO2)根据Fick公式，CMRO2=CBFAVDO2，即AVDO2= CMRO2/CBF，因此，AVDO2实际上反映了CBF和脑氧耗的相对关系，即脑氧供需平衡。AVDO2正常为5 -7Vol%，增加意味着脑氧摄取增加，CBF相对脑氧耗不足；AVDO2降低则脑氧摄取减少，CBF相对脑氧耗有剩余。CEO2的意义和AVDO2一样，但在贫血状况下，它比AVDO2更加准确地反映脑氧代谢AVDO2。5. 脑组织氧分压(partial pressure of brain tissue oxygen, PbtO2)监测 PbtO2是随着电子和光纤技术的发展新近涌现的有创脑氧监测技术。直接测定脑组织氧分压，可检出局灶性缺血病灶，其灵敏度达92%，特异性为84%。PbtO2低于多少即发生缺血损害尚无定论，一般认为PbtO2正常值为2530mmHg，维持脑皮质功能PbtO2必须大于5mmHg，所以缺血阈值应高于5 mmHg。缺血阈值大小同时还受测定仪器技术差别、探头放置部位等多种因素的影响。6其他 脑动-颈内静脉血乳酸差值和脑内静脉腺苷含量也可反映脑代谢情况，脑电图监测及体感诱发电位测量可反映脑细胞电生理活动，核磁共振和正电子断层扫描结果可靠，但不能实现手术中实时监测且设备昂贵。总之，对脑组织氧供需平衡的监测方法，目前临床应用较多的为TCD、SjvO2和rSO2。PbtO2监测的优势也日渐受到重视和推广。二、脑组织氧供需平衡监测的应用现代危重病医学中，心肺复苏术获得了飞跃发展，惟有脑功能衰竭的复苏尚不尽如人意。其原因，一方面对危重病症抢救中对早期脑保护认识不足，耽误了可贵的时间；另一方面在抢救中措施不当或针对性不强而贻误病情。故脑复苏的关键，贵在防治结合，采取最有效的措施。而脑氧供需平衡监测在其中可起到指南针的作用。Cruz等研究认为脑氧供需平衡监测的意义在于：指导治疗，及时改进治疗方案，使得治疗效果得以及时反馈，从而加快患者恢复；提供具体指标变化与预后间的关系，可对患者预后进行估计。（一）指导治疗 脑复苏是指脑缺血缺氧发生后采取治疗措施以减轻脑缺血损伤，而脑保护是在脑缺血损伤发生前给予的保护措施，二者是不同的概念，但二者又是相辅相成的。脑氧供需平衡监测对于二者的实施均有指导意义。1脑损伤后脑氧供需平衡监测在脑外伤和体外循环手术病人监测脑氧供需平衡对临床治疗具有显著的指导意义。研究表明脑损伤后不同时期脑氧供需状态不同，损伤早期（伤后6h以内），脑血流量（CBF）降低，但是通过测量动脉-颈静脉氧含量差（AVDO2）发现，整个大脑氧摄取正常，即使在全脑缺血早期，最初的AVDO2值也正常，数小时后才降低并持续至整个急性期, 随后才有上升趋势。研究发现脑外伤后1天脑缺氧可能性最大，且持续时间一般不超过1h。临床经验表明，在脑外伤和蛛网膜下腔出血病人，脑静脉氧饱和度异常的病人愈后均较差，因此，早期持续监测SjvO2有助于及早发现迟发性损害，对评估并减轻脑缺氧损害很有必要。2脑复苏中脑氧供需平衡监测 既往评估脑复苏的有效性和改进复苏方法的重要依据是脑血流动力学，而对脑氧供需平衡研究较少，其主要原因往往忙于急救，无暇及时建立监测指标。脑氧供需平衡监测对于指导医师进一步支持病人生命具有重要意义。了解大脑氧供需情况，结合全身氧供需的变化，可及时调整机械通气模式，指导降颅压药物的使用，判断脱呼吸机时机。在这方面，SjvO2较CBF更有意义。重型颅脑外伤患者有30%的患者SjvO2降至50%以下；而异常高的SjvO2提示可能有CBF升高，脑氧代谢下降，外伤性动静脉分流或颅外静脉血掺杂等。Manley等研究结果表明：FiO2升至100%，局部脑组织氧分压(PbtO2)从152mmHg升至3611mmHg。吸纯氧行过度通气可致PbtO2下降40，而通气不足反而可使PbtO2升至88mmHg。失血量达血容量50% 时，PbtO2、平均动脉压和ICP 都显著下降。说明直接监测PbtO2 对FiO2、机械通气都非常敏感。因此，复苏后监测 PbtO2、SjvO2等指标可以反映脑氧代谢情况，评估脑损害，为复苏中根据不同病人脑损害情况采用不同治疗方案提供依据。（二）评估脑保护及脑复苏措施对维持脑组织氧供需平衡的作用1低温 浅低温是脑复苏的有效手段，也是重要的脑保护措施。研究表明低温可降低脑缺血缺氧期间维持脑电生理活动及细胞功能的能量利用率，这对于防止不可逆的膜完整性损害极为重要。近年来大量观察结果已充分肯定浅低温对各种脑损伤的保护作用。有研究表明，在心肺脑复苏同时或自主循环恢复后即给予全身亚低温(34)，并维持1h，可明显改善脑功能；而延迟15min给予亚低温，则可影响脑复苏的效果。脑氧供需平衡监测为评估低温的脑保护作用提供了直观的指标。对重度脑外伤的观察表明，全身低温35.0至35.5，可显著降低ICP和脑氧摄取率，温度降低1，脑氧代谢率相应下降5%7%，CBF也下降，但两者下降程度不一致。脑温从37降至30时，CBF降低37%，而CMRO2降低58%，远远大于CBF降低的程度。依据公式，CMRO2=CBFCa-jvO2，即Ca-jvO2= CMRO2/ CBF，CBF下降程度较CMRO2小，提示在维持脑血流供应相对充足的基础上降低脑氧耗，既可维持一定的能量和氧供，又能减少代谢产物的堆积，起到脑保护作用。在低温保护的过程中，实施对SjvO2的连续监测很有意义，Okano等研究证实虽然低温较常温时SjvO2升高，但复温时由于脑氧代谢率进行性增加，与脑血流量的增加幷不平行, 导致SjvO2下降，发生脑氧供需失衡（脑脱氧合）。因此，对SjvO2进行连续监测，寻找浅低温的最佳温度，权衡其利与弊，找到最佳平衡点很重要。2脑保护和脑复苏药物静脉和吸入麻醉药均可明显降低脑代谢率，抑制脑细胞电活动,但并不抑制脑细胞生存相关的CMRO2 ,如ATP代谢，跨膜离子梯度的维持等。Mielck 等发现1MAC地氟醚可导致CMRO2下降51%，且不影响脑血管对CO2的反应性。异氟醚已被证实具有脑保护作用，异氟醚和硫喷妥钠均可降低 CMRO2 和D(a- jv) O2 ，且与 CBF呈良好负相关, 有利于脑保护。我们观察到异氟醚麻醉后, D(a- jv) O2 明显降低 ,意味着脑氧摄取减少, 脑氧供相对多于脑氧耗。应用巴比妥类药物时,如果PaCO2维持正常，CBF、CMRO2、脑葡萄糖代谢率和脑电图呈剂量相关性抑制。动物实验表明应用巴比妥类药物有保护缺氧脑组织的作用，可能由于其减小了CBF和CMRO2，从而使ICP降低。但也有研究表明巴比妥类药物可能影响脑血管对CO2的反应性。因此，巴比妥类药物的应用最好能在有连续监测脑氧供需的条件下进行，以便为脑复苏脑保护提供有益的指导。 临床监测外周血糖浓度并不能完全代表脑内血糖浓度。因为葡萄糖是脑能量代谢唯一来源，而在脑复苏早期应激状态下往往存在胰岛素抵抗、糖利用障碍，所以取颈静脉球部血样测血糖变化并计算动静脉血糖差（Da-jvBG），更能反映脑的能量代谢变化。胰岛素不仅可使血糖降低，而且对脑神经元有直接保护作用。用胰岛素后患者的脑氧摄取率（CEO2）和动静脉氧含量差（Da-jvO2）增加，且两者与 Da-jvBG变化一致，说明胰岛素有利于促进脑能量代谢。 甘露醇是降低和控制ICP增高的常用药物之一。应用甘露醇在降低ICP同时，有助于改善脑血流代谢耦联。若应用甘露醇前，脑灌注压（CPP）足以维持充足氧供（CPP70mmHg和ICP40mmHg），则其虽可显著改善CPP或ICP，但PbtO2变化幷不明显，表明单用甘露醇降颅压幷不能改善脑氧合。所以脑复苏中甘露醇应用时机和意义有待进一步研究。3过度通气研究表明适当的过度通气幷相应提高吸入O2的浓度，有利于改善脑氧供；过度通气可降低ICP，还可影响脑血管对CO2的反应性。但不适当的过度通气可致脑血管严重收缩，脑血流量明显减少，引起脑氧供需失衡。过度通气PaCO2自29.3mmHg降至21.3mmHg时，虽然ICP下降，CPP上升，PbtO2却显著下降，说明脑氧供减少。我们观察发现轻、中度的过度通气(PETCO2 4.04.5kpa)可保持脑氧供需平衡，其脑氧供需指标Ca-jvO2、SjvO2与严重过度通气(PETCO23.5kPa)相比有显著差异。由此可见，机械通气宜维持PaCO2在3035 mmHg。Manley等4研究脑复苏中FiO2和通气对PbtO2的影响，结果显示FiO2升至100，PbtO2从152mmHg升至3611mmHg；过度通气可致PbtO2下降40，而通气不足反而可使PbtO2 升至88mmHg，表明过度通气可使脑氧供减少。另有研究22探讨了不同FiO2通气对脑复苏结果的影响，结果表明FiO2=21的神经功能学结果明显优于FiO2=100%、8和12，认为脑复苏通气期间FiO2过高或过低均不利于脑氧供需平衡。因此，在脑复苏期间，加强通气时的脑氧合监测，有助于探讨适宜的通气模式和FiO2，避免脑缺血缺氧，预防出现脑氧供需失衡。4. 其它 研究认为某些物理措施和药物，如针灸、中药、Ca2+拮抗剂、自由基清除剂、兴奋性氨基酸受体拮抗剂、糖皮质激素、纳洛酮等，均有对脑缺血损伤有保护作用，但其在脑复苏方面的应用价值及对脑氧供需平衡的影响有待进一步探索。（三）判断预后脑继发性缺血缺氧而致中枢神经损害是急性脑损伤最严重的幷发症之一，脑氧供需平衡监测对于估计病人预后具有指导意义。据报道,重型颅脑外伤后若SjvO2持续 70%都表示预后不良。Valadka等6用ECT扫描，发现重型颅脑损伤后早期脑缺血发生率为33，此组病人有4例在伤后24h内（40）有较长时间PbtO25mmHg的5例均存活（重残、中残或恢复良好），二者有显著性差异，提示伤后24h内PbtO20.60超过812h，提示病人出现并发症的机会增多，预后很差。如果明显低于正常值时间过长，可能提示组织对氧利用出现严重障碍，预后不好。dka血流量，仅能反映脑血流的动态变化。目前，临床脑死亡的标准多认为：心脏对阿托品无反应；自主呼吸停止；脑电图呈直线；上述情况是在无休克、低血压、未使用肌松剂和/或镇静剂情况下。为增加脑死亡诊断的准确性，近年来，有人主张用颈内静脉球血氧饱和度(SjvO2)监测作为脑死亡的辅助诊断方法。Diaz-Re