【儿科专场】NIRS在儿科心脏手术监护中的临床应用

2022-07-04 15:23

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NIRS在儿科心脏手术监护中的临床应用

近红外光谱（near－infrared spectroscopy，NIRS）参用于测量大脑和躯体的氧合血红蛋白饱和度。

近红外光谱的技术概念

NIRS是一种用于监测脑组织氧合的非侵入性光学技术。大多数设备运用2～4个波长为700～1000nm的红外光，其中氧合和脱氧血红蛋白具有不同的吸收光谱图。商用设备使用Beer－Lambert方程的变体来测量氧合与脱氧血红蛋白的浓度。

其中I。是透过组织之前的光强度，I是透过组织之后的光强度，I／I。的比是吸收率。近红外光的吸收取决于光程长度（L），该路径中载色体的浓度（C），及在特定波长下载色体的摩尔吸收率（ε）。

脑氧饱和度测定法假设光通路中脑血流量的75％为静脉血，而25％为动脉血。这个75：25的比例是从理论解剖模型中得出的。Watzman等试图通过测量颈静脉球氧饱和度和动脉氧饱和度，并将其与用NIRS测量的脑氧饱和度进行比较，在CHD儿童中验证这一指数。患者的实际比例差异很大，但平均为85：15。

在当前市场上的各种型号的脑血氧仪中，传感器电极放置在前额上发际线下方。发光二极管（light－－emitting diode，LED）或激光器发射出红外光，穿过额叶大脑皮质中的“香蕉状”组织，到达距发射器3～5cm的2个或3个探测器。屏幕显示局部脑血氧饱和度（regional cerebral oxygen saturation，rS02）和随时间变化的趋势。通过使用不同的传感光电二极管和多个波长，可以区分出颅外和颅内的Hb吸收。狭窄的弧光透过皮肤和颅骨，但不穿透大脑皮质。深的弧光透过皮肤、颅骨、硬脑膜和皮质。这两种从浅到深测得的吸收光相减，剩下的便是颅内载色体吸收的光，这种处理使该血氧饱和度测定仪具有大脑特异性。然而，NIRS的准确性会受到改变光程长度的光散射的干扰，在临床使用的各商业设备以不同的方式解决这个问题。光线穿透的深度为2～4cm。

目前有几种脑氧饱和度仪在市场上广泛使用，介绍我院的一种。

Equanox设备（Nonin Medical，Plymouth，MN，USA）现在也获得了FDA批准，使用730～880nm的四个波长。该监测仪还采用了双发射器／双检测传感器和动态补偿算法，可有效消除头皮和颅骨吸收光的干扰。这样可以更专注于监测脑组织，并可以针对组织光学特性的变化进行自动调整，以提高在广泛的年龄和生理状况下的准确性。在100名患有CHD且测得的脑血氧饱和度为34％～91％的儿科患者中，将测量值与测得的颈静脉球部血氧饱和度（jugular venous bulb saturation，SjvO2）和动脉氧饱和度的加权平均值进行比较，发现它们具有极好的相关性，平均偏差为0．5％，精确度5．39％，相关系数为0．88188这些商用设备之间的比较表明，由于波长数量和减法算法的不同，测量值存在差异，因此难以直接进行数据比较。但是，无论使用哪种设备，重要的是要记住所有设备都测量动脉和静脉血氧饱和度的混合值，并不能假定与SjvO2相同。增加动脉血氧饱和度的操作，如增加FiO2将增加这些设备测量的脑部氧合，但SjvO2可能保持不变。

躯体近红外血氧仪

利用血红蛋白种类独特的光吸收谱的相同原理，NIRS也已用于测量成年人和儿童骨骼肌如股四头肌、前臂肌或鱼际肌的组织氧合。此外，在T10～L2，水平身体侧面放置一个探头可以测量骨骼肌的组织氧饱和度，而在小婴儿中也可测到肾脏的氧合，因这些小患者所需的光穿透距离较小。最后，也可在脐部和耻骨联合之间的中线放置探头来测量婴儿的肠系膜氧饱和度。

用近红外光谱监测的参数

为简化术语，无论使用何种设备，本章节的后续部分将使用局部氧饱和度的术语rSO2。脑rSO2测量值是对光路照射过的样本内静脉血加权的氧合血红蛋白饱和度的估计值，大多数情况下为额叶皮质。任何影响脑氧供需比例的因素都可以改变rSO2，尤其是受脑循环特有特征的影响，包括脑自动调节和PaCO2引起的脑血流量改变。任何降低大脑耗氧量的因素通常都会增加rSO2，任何增加大脑氧供的因素也会普遍增加rS02。下面列出了可能改变rS02的一些常见临床因素。由于大脑SO2受动脉氧合的影响，因此，即使SjvO2的变化很小，改善该参数通常也会增加rS02o

对于接受先天性心脏病手术的儿科患者，基础rSO2随心脏病变而变化。无较大左向右心内分流的非发绀患者吸空气时，基础脑氧饱和度约为70％。吸空气时，发绀患者或有较大左向右心内分流的非发绀患者的S02通常为40％～60％；左心发育不良综合征（hypoplastic left heart syndrome，HLHS）的患者术前吸氧Fi02＜21％时，rS0，较低，平均为53％；而那些接受Fi02 0．21及3％C02的患者，rS02平均为68％。

考虑到儿科心脏手术结局的数据，一些医师会考虑以从基线相对下降20％或更多（如从60％的基线下降到最低点的48％）作为干预的依据。大多数监测仪内的软件会不断计算与基线的相对差异。另一些医师会使用rS02 50％这样的绝对值作为干预的依据。

脑血氧测定法反映了氧供与脑氧代谢率（cerebralmetabolic rate for oxygen，．CMrO2）之间的平衡，故大脑氧含量会同时受动脉血红蛋白饱和度和血红蛋白浓度的双重影响。因此，必然存在一个脑氧饱和度值或缺血阈值，低于该值则由于氧需超过氧供，可能发生脑损伤。在一项使用NIRS的新生仔猪研究中，Kurth等发现，在rSO2值为44％或更低的情况下，脑乳酸水平上升；当脑氧饱和度降至37％时，EEG发生了重大的变化；当脑氧饱和度读数为33％或更低时，脑ATP含量降低。这一观点在另一只在常温下使用低氧气体混合物30min的新生仔猪模型中得到证实，表明rS02＞40％不会改变脑电图，72h后没有发现脑部病理学改变。S02在30％～40％没有产生脑电图变化，但在72h时海马出现缺血性神经元改变，并产生线粒体损伤。在rSO2＜30％时，出现了循环衰竭，脑电图波幅降低，并出现神经元空泡和严重的线粒体损伤％。最后，在类似的仔猪模型中发现，缺氧缺血性脑损伤的脑氧饱和度－时间阈值为rSO2在35％持续2h或更长时间。一般而言，大多数儿科临床研究将较基线下降20％或脑氧读数为45％～50％作为脑氧饱和度的治疗阈值，因为根据新发MRI病损或临床检查表明，在这些情况下更容易发生脑损伤。

在没有绝对的预防神经损伤的干预标准的情况下，每位麻醉医师必须考虑每位患者的独特病理生理情况和所用的监测系统，决定干预标准，就像为手术和重症监护所测量的所有其他生理变量一样。

儿童心脏手术的临床资料

在有或没有深低温停循环的儿童体外循环期间，脑部氧合的变化都具有特征性。深低温停循环（deep hypothermic circulatory arrest，DHCA）期间，rSO2预计会下降至最低值，比体外循环前的基础值下降60％～70％；在约40min时达到最低点，此后没有进一步降低。在这一点上大脑似乎不再继续摄取氧气，有趣的是这一时间段似乎将临床和实验研究关联起来，研究提示40～45min是停循环的安全持续时间。在较高温度下开始DHCA会导致rS02更快下降，并更快到达最低点。恢复再灌注可立即使rSO2升高至DHCA前全流量时的水平。

对双侧大脑半球进行NIRS监测是否有必要，这一问题经常出现。在一项针对20名接受特殊CPB技术，通过右无名动脉进行顺行性脑灌注的患者的研究中，半数患者的左右差异＞10％。在接受常规CPB手术的60例新生儿中，只有10％的患者左右两侧基础值差异大于10％，且这种差异仅在1名患者中持续存在。基于这些数据，仅当使用特殊的CPB技术进行主动脉弓重建或存在解剖学变异，如双侧上腔静脉或头臂血管异常时，才可能需要进行双侧监测。

低SO2的治疗

无论是成人还是儿童使用CPB行心脏手术期间，用于治疗低rSO2的一般方法都是相似的，包括增加大脑的氧供或减少氧耗。