婴幼儿体外循环中区域组织氧饱和度监测判断器官氧供需平衡的研究进展

魏碧玉，刘永哲，刘晴晴 综述 高明龙 审校

脉搏血氧饱和度主要感受动脉的搏动反映呼吸和循环，在体外循环下，低灌注、深低温、心脏停跳无脉搏时，脉搏血氧饱和度无法有效地体现机体氧合[1]。混合静脉血氧饱和度是目前公认的可以准确反映机体灌注和氧合信息的指标[2]，但是必须有肺动脉导管，而且数据获取对医师依赖性大，不能够实时监测也不能及时反映机体氧供和氧耗。区域组织氧饱和度监测主要感受静脉血中的氧饱和度，受外界环境影响小，且操作简单，可以无创、实时、有效地反映肾、脑等器官的灌注和氧合[3]，在心脏和血管手术及新生儿监测中有很大的潜力[4]。先天性心脏病占所有出生缺陷的0.8%～1.2%，每1000例新生儿就有5.8个患有先天性心脏病，患病人数越来越多[5]，婴幼儿体外循环下心脏直视手术后急性肾损伤(acute kidney injury，AKI)发病率28%～51%[6]，体外循环后小于4岁婴幼儿更容易发生脑功能障碍[7]，所以，术中对脑、肾氧饱和度连续监测显得尤为重要。

目前，在先天性心脏病婴幼儿体外循环中根据区域组织氧饱和度数值进行干预、诊断、治疗尚没有统一标准，笔者就近年来婴幼儿体外循环中氧供需不平衡的原因及肾、脑氧饱和度连续监测的意义进行综述，通过有效的监测手段为术中及早干预进行器官保护提供理论依据。

1 易造成氧供需不平衡的因素

1.1 低灌注 体外循环以人工装置取代了心脏，实现了泵和氧合的功能。虽然心脏停跳，但是全身组织仍能保证氧合。在婴幼儿体外循环心脏直视手术中，我们采用非搏动性等流量低压灌注，这种方式不符合生理的搏动性灌注，非搏动性低压灌注可增加儿茶酚胺的释放，可能造成血流中断、血流分布不均匀，进而使组织缺血缺氧[8]。组织缺血缺氧时，活性氧的产生减少，钙超载使线粒体受损，三磷酸腺苷(ATP)生成增多，使得组织氧供减少。再灌注后，组织耗氧量增加，活性氧生成进一步增多，炎性因子释放，进一步加重线粒体损伤，ATP产生减少，能量供不应求[9]。

1.2 血红蛋白浓度降低 在婴幼儿体外循环期间，血细胞比容维持到25%为宜，低于20%不利于预后[10]。而先天性心脏病患者多以5个月以内的婴幼儿为主，体重小，血液量少，体外循环前管道中醋酸林格液的预充使患儿血液稀释，虽然现在已经在预冲液中加了血液及使用了平衡超滤方法在体外循环中持续进行超滤，滤出多余的水分，但是体外循环结束后血细胞比容可能仍达不到满意的效果。除此之外，长时间超滤、低温、负压造成红细胞破坏、人工管道组织相容性差引起的炎性反应破坏红细胞、库存血红细胞变形能力下降使红细胞溶血[11]。以上多种原因均使携氧载体血红蛋白浓度下降，氧气不能被运送到相应组织，氧供减少。为了减少体外循环机对红细胞的破坏，微型体外循环机逐步取代传统体外循环机，研究表明，微型体外循环可以减少炎性反应，减少红细胞破坏，有益于围术期器官保护[12]。目前，已经有半衰期长、不易产生肾损伤、受内环境干扰少、能很好地携带与释放氧气的血红蛋白替代品携氧载体在研发以减少因库存血的大量使用而造成的溶血，但是由于携氧载体的氧化副反应阻碍其投入临床正式使用[13]。因此，不管在减少血红蛋白稀释还是红细胞破坏方面，都将出现前景很好的替代品。

1.3 血液中微血栓形成 在凝血功能方面，儿童不能视为缩小版成人，婴幼儿本身止血抗凝系统发育不完善容易发生凝血功能紊乱[14]，特别是在出生后1～4个月，婴幼儿凝血因子Ⅻ、Ⅺ、Ⅹ、Ⅴ、Ⅱ和组织型纤溶酶原激活物(t-PA)水平低[15]。年龄小于1岁的婴幼儿抗凝血活酶基线值更低，体外循环中需要更多的肝素抗凝以维持体外回路的通畅[16]。血液与管道生物材料界面发生的病理生理反应尚未被克服，当患儿血液暴露于人造回路时，炎性反应、溶血反应和凝血系统立即被激活产生微血栓，使组织发生缺血缺氧，如果术中管理不精确，脑卒中、急性肾小管坏死等并发症可能是灾难性的[17]。

总之，体外循环炎性级联反应对线粒体的破坏使ATP生成减少、血液与管道直接接触后破坏红细胞激活机体凝血系统促进微血栓形成、大量抗凝物质使用打破凝血平衡，这些因素同时影响着氧供需平衡，对各器官的灌注和氧供都是一个巨大的打击[18]，因此术中对肾、脑等重要器官灌注和氧合持续监测具有重大意义。

2 脑氧饱和度持续监测的意义

2.1 脑氧饱和度降低与术后神经并发症相关 新生儿氧储备较少，尤其是大动脉转位、完全型肺静脉异位引流、法洛四联症等发绀型先天性心脏病患儿，术前便有器官灌注和氧合差[19]。研究表明，婴幼儿体外循环期间动脉氧分压过高会增加脑损伤，增加血清蛋白质S100β，神经元特异性烯醇化酶(NSE)[20]。因此，动脉氧分压不能判断器官功能，传统监测无法及时反映术中不良事件对脑氧供需平衡的影响。在婴幼儿体外循环中，Hu等[7]记录了1～4岁先心病患儿手术麻醉诱导前、麻醉诱导后、升主动脉夹闭、升主动脉夹闭后20 min、升主动脉开放、体外循环结束时脑氧饱和度数值，与诱导后基线值相比，脑氧饱和度在所有时间点显著下降且脑氧饱和度与脑灌注压成线性相关。Spaeder等[21]在体外循环术中和术后24 h监测新生儿脑氧饱和度，经过术后随访检测神经发育指数，发现神经发育指数异常的患儿术后脑氧饱和度较低。脑氧饱和度降低与术后脑功能障碍密切相关，当术中脑氧饱和度明显低于基线值20%时可警示临床医师及早采取措施增加脑灌注，改善脑氧合以减少神经并发症的发生率。脑氧饱和度降低能否作为脑代谢自动调节功能受损的替代指标还需更大的样本量进行观察。目前，婴幼儿尚没有统一的脑灌注不足的临界脑氧饱和度及脑氧饱和度的正常范围。对于早产儿根据孕周不同脑氧饱和度的正常范围也不同，孕周<32周的早产儿入院时平均脑氧饱和度为65%，孕周每增加1周脑氧饱和度增加1%[22]。

2.2 提高脑氧饱和度具有神经保护作用 当术中脑氧饱和度低于基线值20%时，应寻找原因，及时采取干预措施，如调整探头的头部位置、控制平均动脉压波动在基线20%以内及合适的脑灌注压、提高血氧饱和度、使呼末二氧化碳维持在正常范围、监测血细胞压积，必要时输血等[23]。最新研究发现，婴幼儿术中使用七氟烷麻醉对体外循环期间的脑氧平衡有益，并且可能改善认知损害，高剂量组(1.5MAC)术后血清S100β和NSE浓度显著低于低剂量组(0.5MAC)和对照组[24]。所以在体外循环心脏停跳之前可适当提高七氟醚的浓度(2MAC以内)以发挥脑保护作用。

在一项小儿心脏手术回顾性观察研究中，作者发现，体外循环术后脑氧饱和度低、脱氧血红蛋白高的患儿，具有住院时间长、拔管时间长、病死率高等特点[25]。所以，先天性心脏病患儿体外循环术后回到重症监护室，确保大脑充分氧合仍然是重点关注的问题，特别是术中或术后脑氧饱和度45%～50%[26]、术中发生过低氧血症、术后心输出量减低的患儿[27]。

3 肾氧饱和度持续监测的意义

3.1 肾氧饱和度降低与术后AKI相关 新生儿肾血流占心输出量的3%～7%，出生后1周达到10%，最终达到成人水平25%，肾血流丰富，只有肾灌注压维持在正常范围才能维持正常的肾小球滤过率，婴幼儿肾脏发育不完善，肾小管较短浓缩功能差、肾小球的毛细血管少、血压低、滤过功能差，体外循环中炎性因子攻击、红细胞溶血等因素使体外循环术后AKI发生率达5%～20%[28]。AKI的诊断标准以血肌酐升高为依据，但是血肌酐的敏感性和特异性差，不仅受年龄、性别、种族、代谢、药物及血容量影响，而且只有当肾小球滤过率下降50%时血肌酐才显著升高[29]，所以婴幼儿AKI的诊断标准无法诊断早期AKI；AKI的标志物如半胱氨酸蛋白酶抑制剂，由于很少通过胎盘，因此对婴幼儿AKI诊断的敏感性和特异度都较高[30]，但在临床上并不常规检测，因此限制了早期AKI的诊断和治疗。

区域组织氧饱和度可以在术中持续监测肾区灌注和氧合，大量研究表明，术中肾氧饱和度降低与术后AKI相关[31]，在一项前瞻性研究中[32]，59例1岁以内接受心脏手术的患儿，28例术后发生AKI；与正常患儿相比，患儿术中肾氧饱和度低于55%的时间显著延长，术后12、24、48 h肾氧饱和度水平显著降低，乳酸显著升高，带管时间延长，3例患儿需要肾脏替代疗法，2例患儿死亡。虽然术中肾氧饱和度降低与术后AKI有关，但是在这项研究中肌酐仍然做为AKI的诊断依据，如果选择敏感的AKI早期标志物，研究肾氧饱和度降低与AKI的相关性，可能会提高早期AKI的预防和诊断，这还有待于进一步的临床研究。

3.2 提高肾氧饱和度可发挥肾保护作用 先天性心脏病婴幼儿发生AKI的独立危险因素很多，包括年龄小于12个月、体外循环超过90 min、术中低血红蛋白[33]，以及β类酰胺类抗生素、阿片类药物和非甾体类抗炎药的使用[34]。体外循环期间尽量缩短转机时间，血细胞比容维持在25%[10]，最好使用器官保护药物，如乌司他丁、果糖、右美托咪定等[35]。术后尽早拔管，缩短ICU的停留时间，减少阿片类药物及抗炎药。尽管临床大量研究表明这些保护措施是有效的，但都是凭经验采取的，时机不好确定，而肾氧饱和度持续监测能够及早发现有损肾功能的不良事件，便于医师恰当地及早干预，大大有利于患儿的预后。

综上所述，先天性心脏病婴幼儿属于生理弱势群体，各器官发育不完善，代偿功能不健全，所以我们对疾病诊断、干预、治疗都要区别于成人。体外循环对内环境干扰巨大，术后脑功能障碍、AKI发病率居高不下。我们在不断发现危险因素，寻找预防的药物和更敏感的标志物，完善术中监测，及早发现一些不利于脑、肾功能的不良事件。区域氧饱和度监测能实时显示脑、肾的灌注和氧合，脑、肾氧饱和度降低对术后脑功能障碍和AKI有预测作用。体外循环下持续脑、肾氧饱和度监测，使肾脑每时每刻的氧合和灌注都掌握在医师手里，术中我们不断干预使其维持在基线范围。但是目前区域氧饱和度监测在婴幼儿应用较少，数据不够全面，尤其是跟孕周有关的早产儿，但是他们是更需要监测的人群，所以我们还要进一步扩大和普及区域组织氧饱和度监测。