静息状态的动态脑血流自动调节：检查方法及临床应用

纪乃方，王政严，韩珂，胡汉华，4，5

1 脑血流自动调节：生理现象和分析方法

CA是使脑血流（cerebral blood flow，CBF）维持恒定的生理机制。过去研究发现：①正常人在注射去氧肾上腺素持续升高动脉血压（arterial blood pressure，ABP）时，CBF没有明显变动[1]。②若以充气袖带暂时阻断大腿血流再释放，或令受检者做瓦氏动作（Valsalva maneuver，VM），可以诱发十余秒CBF及ABP的共同改变，并可观察到CBF比ABP更快恢复到测试前的基线[2-3]。以上两种观察CA作用的方法，分别被称为sCA和dCA。这两种CA在生理机制上不全然相同，在生理学及医学的价值上彼此无法完全取代对方。时至今日，dCA研究逐渐增多，而sCA逐渐减少，因为dCA检查不需使用药物诱发ABP改变，安全性较高，医师及患者的接受度也较高。

使用大腿充气袖带或VM诱发ABP改变的dCA测试，仍然存在一些缺点：①大腿充气袖带在正常年轻受检者中使用没有问题，但老年人或有腿部血管阻塞疾病的患者使用则有耐受度及安全性的问题。②VM在正常年轻受检者中使用没有问题，但对认知功能有障碍或身体太过虚弱的患者，可能有配合度的问题。而且在疾病急性期，诱发CBF和ABP变化有造成疾病恶化的风险。理想的临床检查方法应该安全、结果可靠、步骤简单、价格合理。因此，dCA若能在不需使用大腿充气袖带或VM的状况下测量，就是一个理想的临床诊疗工具了。所幸，过去研究发现，即便受检者处于静息状态，ABP及CBF仍有自发性的波动（spontaneous oscillation）。而且在这样的状态下，仍能观察到dCA的表现：CBF的变动会领先于ABP（图1）。因此，测量CBF频谱领先于ABP频谱的程度，即两个频谱间的相位差（phase difference），就可以当作dCA的量化指标[4-5]。CBF和ABP间的相位差变小（CBF调节的反应变慢），代表dCA变差[6]。

量化CBF和ABP频谱的相位差，常用传递函数分析法（transfer functional analysis，TFA）[4-5]。TFA是将CBF及ABP的频谱分解为3个不同频带：高频（high frequency，HF），0.20～0.50 Hz；低频（low frequency，LF），0.07～0.2 Hz；极低频（very low frequency，VLF），0.02～0.07 Hz（图2），再分别计算不同频带的CBF和ABP频谱间的平均相位差。通常在VLF和LF这两个频带，CBF领先ABP比较明显；而HF频带CBF和ABP之间的相位差就很小而趋近于零，这代表dCA主要调节＜0.20 Hz的CBF波动[6]。TFA的方法和可以调整的参数很多，因此，不同的研究团队若使用不同的参数，得到的相位差数值就会有差异，造成不同团队的研究结果无法互相比较，也无法建立适用于所有研究的参考值。过去dCA的研究因为方法不统一而没有公认的结果参考值，每一个研究团队皆要自己招募健康受试者当对照组，如果有统一的方法，就可以建立健康正常人的参考数值供大家使用。在经过多年的研究和经验交流后，由不同国家研究团队组成的联盟——脑血流自动调节研究网络（the international cerebral autoregulation research network，CARNet）推荐使用统一的静息状态CA检查程序及TFA运算方法，将它写成白皮书供大家参考，并将TFA的运算方法写成Matlab code免费供同行研究下载使用（http：//www.car-net.org/content/resources），这样可以免去研究者自己写运算程序的困难，也可促进不同中心检查结果的一致性，以利于建立CA结果的参考值及增加临床应用的可能性[7]。目前尚未有公认的dCA正常/疾病参考数值，但随着CARNet TFA运算方法的普及，相信不久的未来可以统合不同中心的研究结果，提供dCA参考数值以供临床应用。

图2 CBF及ABP的频谱的3个不同频带

2 静息状态脑血流自动调节的测量步骤

记录CBF和ABP频谱常用的仪器分别是TCD监测器及无创性手指连续血压监测仪。这两种机器通常都有模拟讯号输出和输入端口，可以将测得的频谱实时输出给其他仪器，也可以接受其他仪器的实时信号输入。研究者可以将TCD监测器和血压监视仪的模拟讯号输出端口接到数据撷取器（data acquisition，DAQ），再配合相关软件如LabView（National Instruments），就可以将CBF及ABP的频谱同时记录存盘，以进行后续运算。也可以将血压监视器的模拟讯号输出端口接到TCD监测器的模拟讯号输入端口，再配合TCD监测器内建的软件，例如DWL的QL software，将CBF及ABP的频谱同时记录存盘，再进行后续运算。某些机型的模拟信号输出会有明显的时间延迟现象（如图3，用Finapress Finometer Pro血压监测仪的模拟信号输出，大约比DWL Multi-Dop Pro TCD监测仪的模拟信号慢0.9 s，这可以由同时挤压手指血压传感器和TCD探头制造的人工噪声信号发现两台机器信号在时间上不同步的现象），因此测量不同机器的信号输出时间差异，并在撷取信号后将它们在时间上重新同步（synchronization），是进行TFA前的重要步骤[7]。

使用TCD监测仪测量到的其实是MCA的血流速度（middle cerebral artery flow velocity，MCAFV），而不是真正的CBF。在MCA直径维持恒定的状况下，MCAFV的变化和CBF的变化是成正相关的。进行TFA时依赖的是CBF的相对变化程度而非绝对值，因此记录MCAFV时，TCD监测仪的超声探测角度若固定不变，则角度大小不会影响TFA的计算结果。记录MCAFV过程中不可改变超声探测角度或深度，也应尽量避免以手接触超声探头，以免造成MCAFV测量的人为误差。此外，使用MCAFV代替CBF的前提是MCA直径不变，而脑血管直径会随血中CO2浓度产生改变，因此一般建议在测量dCA时要使用呼气末CO2监测器（End tidal CO2monitor）进行观察，待受检者呼吸速度及PaCO2稳定时才开始记录；若记录过程中受检者的PaCO2发生明显改变（＞1 mm Hg），则应考虑舍弃该段数据，或是将它可能造成的影响纳入结果分析中[5，7]。但用TFA运算dCA只需要CBF和ABP，并不需要PaCO2的资料。

图3 不同检测仪的模拟信号输出不同步

记录时受检者可采用坐姿或卧姿，通常需先让受检者维持同一姿势休息至少15 min再开始记录CBF和ABP；记录时间长度至少应有5 min，得到的结果才可靠[7-8]。若要比较不同受检者或不同次的测试结果，建议采用同一种姿势及同一种时间长度的记录结果，因为记录时间的长短会影响TFA运算时采用的参数（如果使用CARNet提供的Matlab code并且使用默认模式执行）。但以本课题组研究比较5 min及10 min记录长度的结果，两种时间长度所算出的CBF-ABP相位差并没有显著差异[9]。此外，TCD在亚洲人群的整体成功率只有60%～70%，尤其在老人及女性中更低[10-13]。若从颅外颈内动脉监测血流速度（extracranial internal carotid artery flow velocity，ICAFV），则可以有100%的检查成功率。本课题组改造TCD监测仪的头架，使其可以将超声探头固定在下颚后方颈部监测ICAFV，并分析ICAFV和MCAFV得到的dCA结果，发现同时间ICAFV及MCAFV得到的CBF-ABP相位差并无显著差异[12，14]。因此，使用ICAFV监测，可以作为dCA在经颅多普勒超声失败时的替代方案。

将撷取的CBF及ABP讯号以逗号分隔值文件格式（Comma-Separated Values，CSV）存盘后，就可以利用Matlab软件配合CARNet的TFA code进行运算，即可得到CBF-ABP相位差、增益及一致性等结果。脑血管疾病临床预后指标。

未来CA的研究方向应要朝标准化检查方法、生理机制、介入方法及仪器设备小型化的方向努力，以使CA可以早日成为辅助脑血管疾病诊疗的有用工具。

3 脑血流自动调节检查的临床价值

CA在脑血管疾病，包括脑出血、缺血性卒中或脑血管狭窄都会变差。脑出血或缺血性卒中的患者，若CA异常，死亡率和残障率比较高[15-19]。对于大血管阻塞造成的缺血性卒中，CBF-ABP的相位差会变小，且以患侧大脑较严重[17-18，20]；对于小血管疾病造成的缺血性卒中，CBF-ABP的相位差在双侧大脑都变小[16，20-21]；高血压及糖尿病患者双侧大脑CBF-ABP的相位差也变小[22-23]。因此，CA变差可以是大脑本身疾病造成，也可以是系统性疾病造成。

过去研究发现，脑出血及缺血性卒中急性期ABP过高或过低的患者，死亡和残障率较高；但是在急性期积极控制ABP并不会降低死亡或残障率[24-25]。有研究显示缺血性卒中患者的CBF-ABP相位差比起ABP本身，更能预测患者的残障率[16]。因此，CA有潜力作为一个有用的

【点睛】本文介绍了TCD监测器及无创性手指连续血压监测仪测量静息状态脑血流自动调节的临床价值、方法和参数调节。