NIRS在兒科心臟手術(shù)監(jiān)護(hù)中的臨床應(yīng)用

近紅外光譜（near－infrared spectroscopy，NIRS）參用于測量大腦和軀體的氧合血紅蛋白飽和度。

01

近紅外光譜的技術(shù)概念

NIRS是一種用于監(jiān)測腦組織氧合的非侵入性光學(xué)技術(shù)。大多數(shù)設(shè)備運(yùn)用2～4個(gè)波長為700～1000nm的紅外光，其中氧合和脫氧血紅蛋白具有不同的吸收光譜圖。商用設(shè)備使用Beer－Lambert方程的變體來測量氧合與脫氧血紅蛋白的濃度。

其中I。是透過組織之前的光強(qiáng)度，I是透過組織之后的光強(qiáng)度，I／I。的比是吸收率。近紅外光的吸收取決于光程長度（L），該路徑中載色體的濃度（C），及在特定波長下載色體的摩爾吸收率（ε）。

腦氧飽和度測定法假設(shè)光通路中腦血流量的75％為靜脈血，而25％為動(dòng)脈血。這個(gè)75：25的比例是從理論解剖模型中得出的。Watzman等試圖通過測量頸靜脈球氧飽和度和動(dòng)脈氧飽和度，并將其與用NIRS測量的腦氧飽和度進(jìn)行比較，在CHD兒童中驗(yàn)證這一指數(shù)�；颊叩膶�(shí)際比例差異很大，但平均為85：15。

在當(dāng)前市場上的各種型號(hào)的腦血氧儀中，傳感器電極放置在前額上發(fā)際線下方。發(fā)光二極管（light－－emitting diode，LED）或激光器發(fā)射出紅外光，穿過額葉大腦皮質(zhì)中的“香蕉狀”組織，到達(dá)距發(fā)射器3～5cm的2個(gè)或3個(gè)探測器。屏幕顯示局部腦血氧飽和度（regional cerebral oxygen saturation，rS02）和隨時(shí)間變化的趨勢。通過使用不同的傳感光電二極管和多個(gè)波長，可以區(qū)分出顱外和顱內(nèi)的Hb吸收。狹窄的弧光透過皮膚和顱骨，但不穿透大腦皮質(zhì)。深的弧光透過皮膚、顱骨、硬腦膜和皮質(zhì)。這兩種從淺到深測得的吸收光相減，剩下的便是顱內(nèi)載色體吸收的光，這種處理使該血氧飽和度測定儀具有大腦特異性。然而，NIRS的準(zhǔn)確性會(huì)受到改變光程長度的光散射的干擾，在臨床使用的各商業(yè)設(shè)備以不同的方式解決這個(gè)問題。光線穿透的深度為2～4cm。

目前有幾種腦氧飽和度儀在市場上廣泛使用，介紹我院的一種。

Equanox設(shè)備（Nonin Medical，Plymouth，MN，USA）現(xiàn)在也獲得了FDA批準(zhǔn)，使用730～880nm的四個(gè)波長。該監(jiān)測儀還采用了雙發(fā)射器／雙檢測傳感器和動(dòng)態(tài)補(bǔ)償算法，可有效消除頭皮和顱骨吸收光的干擾。這樣可以更專注于監(jiān)測腦組織，并可以針對(duì)組織光學(xué)特性的變化進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，以提高在廣泛的年齡和生理狀況下的準(zhǔn)確性。在100名患有CHD且測得的腦血氧飽和度為34％～91％的兒科患者中，將測量值與測得的頸靜脈球部血氧飽和度（jugular venous bulb saturation，SjvO2）和動(dòng)脈氧飽和度的加權(quán)平均值進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)它們具有極好的相關(guān)性，平均偏差為0．5％，精確度5．39％，相關(guān)系數(shù)為0．88188這些商用設(shè)備之間的比較表明，由于波長數(shù)量和減法算法的不同，測量值存在差異，因此難以直接進(jìn)行數(shù)據(jù)比較。但是，無論使用哪種設(shè)備，重要的是要記住所有設(shè)備都測量動(dòng)脈和靜脈血氧飽和度的混合值，并不能假定與SjvO2相同。增加動(dòng)脈血氧飽和度的操作，如增加FiO2將增加這些設(shè)備測量的腦部氧合，但SjvO2可能保持不變。

02

軀體近紅外血氧儀

利用血紅蛋白種類獨(dú)特的光吸收譜的相同原理，NIRS也已用于測量成年人和兒童骨骼肌如股四頭肌、前臂肌或魚際肌的組織氧合。此外，在T10～L2，水平身體側(cè)面放置一個(gè)探頭可以測量骨骼肌的組織氧飽和度，而在小嬰兒中也可測到腎臟的氧合，因這些小患者所需的光穿透距離較小。最后，也可在臍部和恥骨聯(lián)合之間的中線放置探頭來測量嬰兒的腸系膜氧飽和度。

03

用近紅外光譜監(jiān)測的參數(shù)

為簡化術(shù)語，無論使用何種設(shè)備，本章節(jié)的后續(xù)部分將使用局部氧飽和度的術(shù)語rSO2。腦rSO2測量值是對(duì)光路照射過的樣本內(nèi)靜脈血加權(quán)的氧合血紅蛋白飽和度的估計(jì)值，大多數(shù)情況下為額葉皮質(zhì)。任何影響腦氧供需比例的因素都可以改變r(jià)SO2，尤其是受腦循環(huán)特有特征的影響，包括腦自動(dòng)調(diào)節(jié)和PaCO2引起的腦血流量改變。任何降低大腦耗氧量的因素通常都會(huì)增加rSO2，任何增加大腦氧供的因素也會(huì)普遍增加rS02。下面列出了可能改變r(jià)S02的一些常見臨床因素。由于大腦SO2受動(dòng)脈氧合的影響，因此，即使SjvO2的變化很小，改善該參數(shù)通常也會(huì)增加rS02o

對(duì)于接受先天性心臟病手術(shù)的兒科患者，基礎(chǔ)rSO2隨心臟病變而變化。無較大左向右心內(nèi)分流的非發(fā)紺患者吸空氣時(shí)，基礎(chǔ)腦氧飽和度約為70％。吸空氣時(shí)，發(fā)紺患者或有較大左向右心內(nèi)分流的非發(fā)紺患者的S02通常為40％～60％；左心發(fā)育不良綜合征（hypoplastic left heart syndrome，HLHS）的患者術(shù)前吸氧Fi02＜21％時(shí)，rS0，較低，平均為53％；而那些接受Fi02 0．21及3％C02的患者，rS02平均為68％。

考慮到兒科心臟手術(shù)結(jié)局的數(shù)據(jù)，一些醫(yī)師會(huì)考慮以從基線相對(duì)下降20％或更多（如從60％的基線下降到最低點(diǎn)的48％）作為干預(yù)的依據(jù)。大多數(shù)監(jiān)測儀內(nèi)的軟件會(huì)不斷計(jì)算與基線的相對(duì)差異。另一些醫(yī)師會(huì)使用rS02 50％這樣的絕對(duì)值作為干預(yù)的依據(jù)。

腦血氧測定法反映了氧供與腦氧代謝率（cerebralmetabolic rate for oxygen，．CMrO2）之間的平衡，故大腦氧含量會(huì)同時(shí)受動(dòng)脈血紅蛋白飽和度和血紅蛋白濃度的雙重影響。因此，必然存在一個(gè)腦氧飽和度值或缺血閾值，低于該值則由于氧需超過氧供，可能發(fā)生腦損傷。在一項(xiàng)使用NIRS的新生仔豬研究中，Kurth等發(fā)現(xiàn)，在rSO2值為44％或更低的情況下，腦乳酸水平上升；當(dāng)腦氧飽和度降至37％時(shí)，EEG發(fā)生了重大的變化；當(dāng)腦氧飽和度讀數(shù)為33％或更低時(shí)，腦ATP含量降低。這一觀點(diǎn)在另一只在常溫下使用低氧氣體混合物30min的新生仔豬模型中得到證實(shí)，表明rS02＞40％不會(huì)改變腦電圖，72h后沒有發(fā)現(xiàn)腦部病理學(xué)改變。S02在30％～40％沒有產(chǎn)生腦電圖變化，但在72h時(shí)海馬出現(xiàn)缺血性神經(jīng)元改變，并產(chǎn)生線粒體損傷。在rSO2＜30％時(shí)，出現(xiàn)了循環(huán)衰竭，腦電圖波幅降低，并出現(xiàn)神經(jīng)元空泡和嚴(yán)重的線粒體損傷％。最后，在類似的仔豬模型中發(fā)現(xiàn)，缺氧缺血性腦損傷的腦氧飽和度－時(shí)間閾值為rSO2在35％持續(xù)2h或更長時(shí)間。一般而言，大多數(shù)兒科臨床研究將較基線下降20％或腦氧讀數(shù)為45％～50％作為腦氧飽和度的治療閾值，因?yàn)楦鶕?jù)新發(fā)MRI病損或臨床檢查表明，在這些情況下更容易發(fā)生腦損傷。

在沒有絕對(duì)的預(yù)防神經(jīng)損傷的干預(yù)標(biāo)準(zhǔn)的情況下，每位麻醉醫(yī)師必須考慮每位患者的獨(dú)特病理生理情況和所用的監(jiān)測系統(tǒng)，決定干預(yù)標(biāo)準(zhǔn)，就像為手術(shù)和重癥監(jiān)護(hù)所測量的所有其他生理變量一樣。

04

兒童心臟手術(shù)的臨床資料

在有或沒有深低溫停循環(huán)的兒童體外循環(huán)期間，腦部氧合的變化都具有特征性。深低溫停循環(huán)（deep hypothermic circulatory arrest，DHCA）期間，rSO2預(yù)計(jì)會(huì)下降至最低值，比體外循環(huán)前的基礎(chǔ)值下降60％～70％；在約40min時(shí)達(dá)到最低點(diǎn)，此后沒有進(jìn)一步降低。在這一點(diǎn)上大腦似乎不再繼續(xù)攝取氧氣，有趣的是這一時(shí)間段似乎將臨床和實(shí)驗(yàn)研究關(guān)聯(lián)起來，研究提示40～45min是停循環(huán)的安全持續(xù)時(shí)間。在較高溫度下開始DHCA會(huì)導(dǎo)致rS02更快下降，并更快到達(dá)最低點(diǎn)�；謴�(fù)再灌注可立即使rSO2升高至DHCA前全流量時(shí)的水平。

對(duì)雙側(cè)大腦半球進(jìn)行NIRS監(jiān)測是否有必要，這一問題經(jīng)常出現(xiàn)。在一項(xiàng)針對(duì)20名接受特殊CPB技術(shù)，通過右無名動(dòng)脈進(jìn)行順行性腦灌注的患者的研究中，半數(shù)患者的左右差異＞10％。在接受常規(guī)CPB手術(shù)的60例新生兒中，只有10％的患者左右兩側(cè)基礎(chǔ)值差異大于10％，且這種差異僅在1名患者中持續(xù)存在。基于這些數(shù)據(jù)，僅當(dāng)使用特殊的CPB技術(shù)進(jìn)行主動(dòng)脈弓重建或存在解剖學(xué)變異，如雙側(cè)上腔靜脈或頭臂血管異常時(shí)，才可能需要進(jìn)行雙側(cè)監(jiān)測。

05

低SO2的治療

無論是成人還是兒童使用CPB行心臟手術(shù)期間，用于治療低rSO2的一般方法都是相似的，包括增加大腦的氧供或減少氧耗。

在重癥監(jiān)護(hù)醫(yī)學(xué)中，腦部NIRS已被用來監(jiān)測腦部氧供的充足性，并作為心臟術(shù)后及體外膜肺患者或心室輔助裝置患者的整體氧供充足性的替代指標(biāo)。單心室和雙心室患者在先心術(shù)后，rSO2的變化與混合靜脈血氧飽和度的變化密切相關(guān)。

文章選自：Gregory’s Pediatric Anesthesia

文章｜吳雅君

排版｜肉肉

       原文標(biāo)題 : 【兒科專場】NIRS在兒科心臟手術(shù)監(jiān)護(hù)中的臨床應(yīng)用