脑组织氧饱和度临床应用研究进展

田鹏声， 马宏昌

1. 中国医学科学院北京协和医学院国家心血管病中心阜外医院麻醉中心，北京 100037 2. 高碑店市燕赵医院外科，保定 074099

1 脑组织氧饱和度(cerebral tissue oxygen saturation,SctO2)监测的原理

1.1 基本原理 近红外光是介于可见光和中红外光之间的电磁波，在 20 世纪 90 年代初开始应用于组织氧饱和度(StO2)监测。StO2监测的基本原理是改良的朗伯-比尔定律，即由于组织内的氧合血红蛋白和去氧血红蛋白的光吸收系数不同，当光源穿过组织的时候可以将其加以区分，以氧合血红蛋白含量除以总血红蛋白含量，即得到 StO2[1]。

1.2 SctO2监测原理 SctO2监测设备能通过探测器光源发射装置发出近红外光源，近处光源接收装置接收穿过头皮各层与颅骨的信号，远处光源接收装置接收穿过头皮各层、颅骨及脑组织的信号，两者相减即得到SctO2[2]。将探测器贴在患者前额两侧，可以持续、安全、无创地测量患者的StO2。

1.3 不同SctO2监测设备监测原理的比较 目前不同StO2监测设备的准确性各有优劣，区别主要集中于光源数量及波长范围。部分仪器发出四段光源，部分仪器发出两段光源，最新出现的仪器能发出五段光源。两段波长仅能探测氧合血红蛋白和去氧血红蛋白，而不能探测同一区域的其他吸光团(如黑色素)[3]，而更多波长的光源能产生更多的数据，反映更多的变量，进而鉴别组织中其他的吸光团(如黑色素、胎粪)，提高测量准确性。

2 SctO2监测在心脏外科中的应用

术中脑保护一直是麻醉医师关注的焦点。尤其是在心脏手术中，传统的监测手段不能敏感地探测重要器官灌注的急性改变，而良好的灌注是维持器官功能的关键。近红外光谱仪(near infrared spectrum instrument，NIRS)NIRS 作为最新的监测技术，被越来越多的用于心脏直视手术中脑氧合能力的评估。维持足够的 SctO2能减少心脏手术后神经系统并发症和认知功能障碍的发生[4]。

2.1 体外循环(cardiopulmon-ary bypass，CPB) 在心脏直视手术中，常需用CPB来代替心肺功能。CPB过程中血液氧合是否充分、组织灌注是否能满足组织代谢的需求，临床上只能通过血气分析和皮肤温度、皮肤颜色、尿量等临床指标来判断，而血气分析结果仅反映血液的氧合和代谢情况，不能反映组织灌注情况，皮肤温度、颜色和尿量等的改变对组织灌注的反映有延迟。因此，SctO2作为反映脑组织灌注及代谢状态的敏感指标，越来越多地应用于CPB 中。Vida 等[5]发现，在心脏手术围术期， SctO2下降与术后并发症的发生较乳酸有更强的相关性。Lopez 等[6]指出，心脏手术中高氧状态可导致患者肾脏和脑过氧化损伤，因此在心脏手术中应维持正常氧供。影响SctO2的因素较多。Kobayashi 等[7]发现，脑萎缩、左心室功能差、贫血和血液透析与择期心脏手术患者低 SctO2相关。Razlevice等[8]在婴儿心脏手术术中发现，超过 20%的患儿出现 SctO2下降，其中动脉血压是其最重要的影响因素。

2.2 先心病手术 婴幼儿发育不完善，各器官处在快速生长阶段，脑组织灌注不足会影响其神经系统发育。因此，在先心病患儿的心脏矫治手术中，维持全身组织器官良好的灌注和氧供显得很重要。Rüffer等[9]通过用多普勒彩色超声监测在心脏手术中行 RCP 婴儿双侧基底动脉、颈内动脉、大脑前动脉和大脑中动脉的平均血流速度和双额 SctO2，发现 SctO2与双侧半球血流速度相关。Hansen 等[10]在左室发育不全综合征患儿中发现，围术期SctO2可能影响其认知发展。Hayashida等[11]发现，小于 4 岁的患儿在心脏手术过程中，更容易出现因低血压引起的脑缺血，可能与脑血流自身调节缺陷和CPB 过程中血液被稀释有关。

3 SctO2在颈动脉内膜剥脱术(carotid endarterectomy，CEA)中的应用

CEA是治疗重度颈动脉粥样硬化性狭窄，并预防或延缓缺血性脑卒中的有效方法。CEA 术中需要阻断手术侧的颈内动脉以完成手术，在阻断颈内动脉时通常需要适当升高血压以保证脑组织灌注，此时可以用 SctO2来反映脑组织灌注情况。Kamenskaya等[12]发现，在 CEA 夹闭颈内动脉过程中，SctO2持续<60%可使缺血性中风的风险升高 10 倍、认知功能障碍的风险升高 8 倍，而术前SctO2<50%能使缺血性中风在围术期和术后早期的风险性升高 6 倍。Perez等[13]通过监测CEA 术中患者SctO2和脑电图(electroencephalogram，EEG)发现， SctO2比 EEG 更能准确反映脑灌注。

CEA 术中转流是避免颈内动脉阻断后脑灌注下降的有效手段，但转流可导致斑块脱落，从而增加中风的风险。因此，术中是否需要转流及应用标准目前仍存在争议。因此有学者试图探寻用 SctO2监测来指导 CEA 术中转流，但是很难确定需要转流的准确阈值。Jonsson 等[14]用 Foresight®StO2监测仪监测在局麻下行CEA 患者的双侧 SctO2，发现 SctO2预测脑组织缺血和判断是否需要转流的敏感性和特异性较颈动脉残端压更高。

上述研究表明，CEA 术中持续监测 SctO2，可协助手术医师判断患者脑灌注是否受到影响和影响程度，是否需要升压及升压程度，以及是否需要转流，进而有利于减少或避免相关神经系统并发症的发生。

4 SctO2在心肺复苏(cardiopulmonary resuscitation，CPR)中的应用

尽管CPR治疗策略不断改进，院外和院内心脏骤停(cardiac arrest，CA)的发生率还是很高。Cournoyer等[15]发现，复苏良好患者的SctO2明显高于复苏不良的患者，长时间无法使 SctO2高于30%可以考虑停止复苏。Nishiyama等[16]发现，复苏过程中，SctO2>40 %与良好的神经功能预后独立相关。Genbrugge等[17]发现，复苏过程中自主循环恢复患者的 SctO2升高更多。Fukuda等[18]发现，到达医院时 SctO2过低预示患者较难恢复自主循环。Schewe等[19]指出，密切观察SctO2有助于及时判断自主循环恢复或内脏再次停搏，复苏过程中较高的 SctO2与自主循环恢复相关，而机械胸外按压能获得较高的 SctO2。

5 SctO2在单肺通气(one-lung ventilation，OLV)手术中的应用

胸科手术OLV对心肺功能影响较大，术中应密切监测SctO2。Li等[20]发现，胸科手术OLV 患者术后认知功能障碍(postoperative cognitive dysfunction，POCD)与 术中SctO2下降相关。Brinkman 等[21]用 FORE-SIGHT®监测 StO2发现，在OLV过程中，SctO2普遍下降。因此，尽管心肺有强大的储备功能，也不能避免患者在 OLV 过程中出现 SctO2下降。尤其对于老年患者和有基础心肺疾病的患者，在OLV过程中应持续监测 SctO2，以避免相关并发症的发生。

6 SctO2在骨科手术中的应用

骨科手术多持续时间较长、出血较多，常需要控制性降压以保证术野清晰，而降压易影响脑部灌注，尤其易导致有基础血管病变或心肺功能减退的老年患者出现相关并发症。因此，SctO2监测也常应用于骨科手术，其中在沙滩椅位肩关节镜手术应用最多，目前多集中于体位对SctO2的影响。Meex等[22]对比了侧卧位和沙滩椅位肩关节镜手术中患者的 SctO2，发现超过55%的沙滩椅位患者SctO2下降，侧卧位患者仅5%。Kim 等[23]发现，老年患者腰椎手术中持续SctO2<60%与术后第7天 POCD 的发生率相关。Trafido等[24]也发现， SctO2维持在正常水平能减少俯卧位腰椎手术后 POCD 的发生。Salazar等[25]观察了 125 例行全膝关节置换术的65岁以上患者术中 SctO2与 POCD 的关系，发现术中所有患者 SctO2明显下降，术后3个月， 26.4%的患者出现心理症状， 16.8%的患者出现记忆力下降。Mori等[26]发现，对于在全麻下行沙滩椅位肩关节镜手术的患者，当维持其 MAP >60 mmHg时，SctO2能维持在正常范围内。

7 StO2在儿科的应用

在新生儿科，吸氧是维持早产儿生命体征和保证其生存率的基本措施，但吸氧浓度过高或持续时间过长可导致早产儿发生严重的视网膜病变(retinopathy of prematurity，ROP)和支气管病变。SctO2监测仪有可能成为协助医师判断早产儿吸氧浓度的有效工具。Vesoulis 等[27]在新生儿出生后 4 d内对其进行血氧饱和度(SpO2 )、SctO2和 NIRS 监测，发现与 SpO2 相比，SctO2预测ROP 风险的特异性更高。Pichler 等[28]认为，在早产儿出生后快速转运和复苏过程中，可以用 SctO2监测来指导吸氧，以减少脑缺氧负荷。Schat 等[29]通过监测坏死性肠炎(necrotizing enterocolitis，NEC)早产儿脑、肝脏、脐下 StO2发现，监测脑和内脏 StO2有助于区分复杂性与非复杂性 NEC。此外，由于婴幼儿的颅骨厚度、头曲率与成年人有差异，因此NIRS 仪器探测器应与小儿解剖结构相匹配，目前仍在探索中。

8 SctO2的其他临床应用

五官科一些内窥镜手术中，如鼻内窥镜术中由于腔道较深且腔道骨骼表面覆盖的软组织较薄，止血困难，常须降低血压来减少术野出血，以保证手术视野清晰，而术中低血压就可能引起脑组织灌注不良，进而引起POCD、PONV或使麻醉恢复室(postanesthesia care unit ，PACU)停留时间延长[30]。还有文献[31]指出， SctO2监测有助于判断中风类型和部位，双侧SctO2差异超过10%时，较低的一侧可能出现了中风，其中出血性中风较缺血性中风患者的SctO2更低。但是，目前区分缺血性中风和出血性中风的 SctO2界限尚未明确。

9 躯体StO2监测的研究

不同组织器官的血流自我调节能力不一致，因此监测不同部位的StO2具有重要意义，其中肾区、肝区、腹部、肢体StO2越来越多受到关注。Ricci等[32]在婴儿心脏手术 CPB 过程中，发现其脑NIRS 值持续低于躯体 NIRS值，而躯体 NIRS 常表现高饱和度现象。Kim等[33]指出，肾StO2对术后并发症预测较SctO2更优。

10 小 结

不同品牌的 SctO2监测仪采取不同的计算方法，而且目前SctO2的正常值范围尚未确定且缺乏标准的干预流程，使其临床应用受到限制。目前SctO2监测的临床应用局限于心脏和大血管手术，其他领域还处于科研阶段，且多集中于术中 SctO2下降与术后并发症相关性。这些研究表明， SctO2与术后并发症有显著相关性，术中避免 SctO2持续下降，有助于改善患者的预后。而对于SctO2监测仪器，准确性是最重要的。

手术过程中有多种因素会对 SctO2产生影响，给 SctO2变化原因的分析带来困难。但是随着研究的深入，SctO2的应用将不断扩展，同时其监测的无创手段也有利于其在临床的推广。除SctO2外，目前对其他组织器官 StO2的研究逐渐增多，如肾区、肝区、骨骼肌(三角肌、股四头肌等)、脐周(肠系膜)等。术中这些区域 StO2的改变是否比 SctO2更加明显，与临床并发症的相关性是否更强，在不同种类手术中的作用是否不同，以及不同的干预手段的效果等，都需进一步的研究。