近紅外光譜儀監測成人主動脈弓部術中腦組織氧飽和度與中樞神經系統預后的相關性探索

朱 凱 潘旭東 董松波 鄭軍 劉永民 孫立忠 鄭斯宏

主動脈疾病一直以來都是心血管外科的復雜重癥，術后各系統并發癥發生率始終居高不下，尤其是夾層或動脈瘤累及主動脈弓的情況下，術中需要經歷中低溫停循環（moderate hypothermic circulatory arrest，MHCA）、選擇性腦灌注（selective perfusion，SCP）等特殊體外循環技術，其對神經系統缺血缺氧的損傷尤為嚴峻。根據國外的文獻［1］，術后永久性神經系統功能不全（permanent neurological dysfunction，PND）發生率大約在0.8%～14%；而短暫性神經系統功能不全（transient neurological dysfunction，TND）的發生率更高，約為3.3%～21.5%。因此術中實時、連續的神經系統監測顯得尤為重要。本次實驗運用近紅外光譜儀（near-infrared spectroscopy，NIRS）連續記錄主動脈弓部術中腦組織氧飽和度（rScO2）的變化，探究其與術后神經系統并發癥的相關關系。

資料與方法

1.研究對象 2018年7月至2018年10月，首都醫科大學附屬北京安貞醫院連續收治行主動脈弓部手術的患者，共65例。納入標準:①主動脈夾層或動脈瘤患者，年齡20～75歲，性別不限；②無嚴重語言或運動缺陷，具有接受精神心理測試的能力；③手術涉及主動脈弓部置換且采用MHCA和SCP者。排除標準:①術前新發中樞神經系統并發癥者；②孕婦；③精神異常無法配合者，或基線MMSE評分＜24分者；④術后一直昏迷或短時間內死亡，不能評估神經認知功能者。65例患者中男性52例，女性13例，平均年齡（48.32±10.11）歲。根據術后是否發生神經系統并發癥分為NND組（40例）與ND組（25例）。本研究經首都醫科大學附屬北京安貞醫院倫理委員會批準，所有患者均簽署知情同意。

2.診斷及定義 術后神經系統并發癥主要分為兩類:PND及TND。PND診斷標準:臨床影像學檢查如頭部CT和MRI提示明確出血或梗塞灶表現。TND診斷標準:①術后出現清醒延遲或一過性的意識障礙、躁動、譫妄和淡漠等精神癥狀；②影像學檢查無陽性表現；③經過治療或未經治療在出院前或短期內即得到恢復［2-3］。本研究采用簡易精神狀態檢查量表（MMSE）對患者術前、拔除氣管插管時、拔除氣管插管后24 h和48 h的精神狀態進行評估。患者在ICU期間由專業醫師協助診斷，聯合美國《精神疾病診斷與統計手冊》推薦的意識錯亂評估方法（CAM-ICU），最終診斷TND。急性期內手術指發病至手術時間＜14 d。所有數據以出院為截點。

3.手術情況 麻醉方法統一為靜脈麻醉復合吸入麻醉。正中開胸，經右腋動脈-右心房插管建立體外循環。阻斷升主動脈，降溫期間完成升主動脈近端操作，溫度降至25℃左右時，經右腋動脈行選擇性腦灌注，灌注流量為5～10 mL·min-1·kg-1，下半身停循環。完成主動脈弓遠端操作后，經四分支血管灌注分支恢復遠端灌注。吻合左頸總動脈恢復雙側腦灌注，還完氧債后復溫。再分別吻合升主動脈、左鎖骨下及無名動脈，排氣后開放復跳。術中常規運用冰帽降溫，術中監測左側橈動脈及足背動脈壓、中心靜脈壓、左手指氧飽和度、鼻咽溫及肛溫。

4.NIRS監測 所有病例運用NIRS（FORESIGHT CASMED）連續監測記錄rScO2。2片NIRS探頭分別置于患者前額中線兩側無毛發遮蓋處并妥善固定，監測兩側rScO2。記錄術中各關鍵步驟時的rScO2數值，同時記錄術中異常值及最低值。

5.統計學分析 所有資料采用SPSS 20.0軟件進行統計分析。正態分布計量資料以均數±標準差表示，非正態分布資料采用中位數（M）及四分位數間距（P25，P75）表示，組間比較采用t檢驗或秩和檢驗；分類資料以數值（百分比）形式表示，組間比較采用χ2檢驗或Fisher's精確檢驗。將單因素分析差異有統計學意義的變量引入多因素Logistic回歸分析危險因素的相關性。以P＜0.05為差異有統計學意義。

結 果

1.術前資料 研究共入組65例因主動脈夾層或動脈瘤行弓部手術患者。其中包括52位男性及13位女性，年齡29～68歲，平均（48.32±10.11）歲，BMI:18.29～42.25 kg/m2，平均BMI:25.84 kg/m2。25例（38.5%）患者出現神經系統損害癥狀，其中TND發生率為32.3%（21/65），PND發生率為6.2%（4/65）。術前基礎情況見表1。ND組患者年齡、急性期內手術比例、累及頸動脈比例、術前尿素氮、血糖水平明顯高于NND組，血小板計數明顯低于NND組（均P＜0.05）。

表1 患者術前一般資料［，n（%），M（QR）］

表1 患者術前一般資料［，n（%），M（QR）］

變量 NND（n=40） ND（n=25） P值年齡/歲男性BMI/（kg/m2）高血壓病史糖尿病史馬方綜合征急性期內手術夾層累及頸動脈LVEF/%cTnI/（ng/mL）WBC計數/（×109/L）中性粒細胞百分比/%PLT計數/（×109/L）尿素氮/（mmol/L）Scr/（μmol/L）FBG/（mmol/L）血鈉/（mmol/L）國際標準化比值INR 46.25±10.63 32（80.0）25.84±3.65 37（92.5）2（5.0）6（15.0）27（67.5）7（17.5）63.50（58.00，65.75）0.01（0.00，0.05）10.81±4.12 81.05（71.33，88.80）188.00（162.50，230.25）5.55（4.43，7.08）79.10（64.78，98.83）6.87（5.93，7.61）138.95±2.72 1.09（1.02，1.13）51.64±8.38 20（80.0）26.50±3.60 20（80.0）5（20.0）2（8.0）23（92.0）15（60.0）61.50（58.00，65.00）0.04（0.01，0.32）11.16±3.68 85.80（80.65，88.75）166.00（128.50，195.50）8.20（5.65，10.35）85.90（70.90，137.85）7.98（6.66，10.19）140.23±2.32 1.04（1.02，1.08）0.027 1.000 0.477 0.243 0.097 0.471 0.033 0.001 0.490 0.109 0.735 0.169 0.005 0.001 0.093 0.005 0.056 0.229

2.術中資料 所有病例術中詳細資料及rScO2記錄情況見表2。ND組患者手術、CPB及升主動脈阻斷時間、術中出血量及術中峰值血糖和血乳酸水平明顯高于NND組，術中雙側rScO2最低值明顯低于NND組（均P＜0.05）。

觀察手術全程rScO2趨勢圖（圖1）可以發現，CPB剛開始時雙側rScO2會有所上升，SACP過程中雙側rScO2均有所下降，左側顯著低于右側，SACP結束后左側顯著升高，升溫至25℃后雙側均呈下降趨勢。圖中橫坐標為各時間點，縱坐標為rScO2讀數值（%），所用作圖數據為各時間點rScO2讀數值的均值。術中各時間點雙側rScO2變化與神經系統并發癥無顯著相關性。

3.術后資料 術后清醒時間、實驗室檢查指標結果及rScO2記錄情況等見表3。ND組的術后清醒時間、峰值血糖、血乳酸水平，與NND組差異具有統計學意義（P＜0.05）。術后2 h、4h以及清醒時的雙側rScO2均差異有統計學意義（P＜0.05，表4）。

4.術后ND發生的危險因素分析 將以上單因素分析有統計學意義的變量納入Logistic回歸分析，結果顯示夾層累及頸動脈、術前尿素氮升高、術中左側rScO2降低是術后發生ND的危險因素（均P＜0.05，表5）。

表2 患者術中一般資料［，M（QR）］

表2 患者術中一般資料［，M（QR）］

注:1mmHg=0.133kPa

變量 NND（n=40） ND（n=25） P值術中rScO2min左側/%右側/%手術時間/h CPB總時間/min升主動脈阻斷時間/min SACP時間/min SACP流量/（mL·min-1·kg-1）SACP左橈動脈血壓/mmHg最低鼻咽溫度/℃最低直腸溫度/℃復溫時間/min復溫時收縮壓/mmHg復溫時舒張壓/mmHg復溫時MAP/mmHg術中出血量/mL術中懸紅用量/U術中峰值血糖/（mmol/L）術中峰值血乳酸/（mmol/L）術中峰值血鈉/（mmol/L）體外循環次數/次56.85±4.48 58.38±4.12 6.57±0.86 188.95±31.30 109.18±3.26 33.43±9.14 6.00（5.00，7.00）23.97±9.05 24.20（23.53，24.60）25.40（24.65，26.28）56.28±16.35 58.79±10.63 48.79±8.50 51.13±9.27 1210.26±374.02 0.00（0.00，3.50）11.95±1.92 3.87±1.57 141.16±3.11 1.00（1.00，1.00）51.68±6.18 54.32±7.12 7.44±1.18 218.78±47.19 126.32±26.39 33.35±6.60 6.00（5.00，7.00）20.38±6.84 24.10（22.90，24.65）25.20（24.40，25.80）63.92±20.09 58.65±12.02 49.35±9.77 51.64±10.03 1532.00±599.11 2.00（0.00，6.00）15.17±4.09 5.38±2.10 142.04±3.95 1.00（1.00，1.00）0.000 0.014 0.001 0.004 0.023 0.972 0.656 0.099 0.782 0.246 0.098 0.963 0.821 0.833 0.022 0.165 0.001 0.002 0.325 0.071

圖1 術中各時間段腦氧飽和度變化趨勢 注:t0:麻醉誘導后5 min；t1:CPB開始時；t2:CPB開始后10 min；t3:停循環SACP開始；t4:SACP開始后10 min；t5:SACP開始后20 min；t6:SACP開始后30 min；t7:SACP結束；t8:升溫至25℃；t9:升溫至30℃；t10:升溫至35℃；t11:CPB結束；t12:關胸

表3 患者術后一般資料［，M（QR）］

表3 患者術后一般資料［，M（QR）］

變量 NND（n=40） ND（n=25） P值清醒時間/h術后峰值血糖/（mmol/L）術后峰值乳酸/（mmol/L）術后峰值血鈉/（mmol/L）紅細胞壓積/%清醒前懸紅用量/U術后4 h氧合/mmHg術后8 h氧合/mmHg 4.42（3.00，6.48）12.94（12.10，19.18）4.00（2.50，7.95）144.45±3.91 26.84±4.77 0.00（0.00，0.00）636.50（453.50，811.00）566.00（489.25，688.50）9.00（5.96，21.96）18.59（15.68，24.75）8.90（5.30，10.75）145.44±3.83 26.18±5.3 0.00（0.00，0.00）473.00（404.00，725.00）532.00（431.50，726.00）0.000 0.002 0.002 0.321 0.606 0.162 0.070 0.345

表4 術后rScO2值（）

表4 術后rScO2值（）

變量 NND（n=40） ND（n=25） P值術后2 h rScO2值左側/%右側/%術后4 h rScO2值左側/%右側/%清醒時rScO2值左側/%右側/%63.74±4.31 63.89±3.72 60.72±3.20 61.67±2.38 0.012 0.011 63.75±4.81 64.55±4.40 59.38±5.15 61.00±3.76 0.013 0.015 63.94±5.33 64.14±4.73 59.43±4.91 61.14±3.06 0.009 0.034

表5 術后ND發生的多元Logistic回歸分析

以Logistic回歸法綜合上訴相關因素后分析，術中左側rScO2最低值與神經系統預后的相關性，結果顯示:術中左側rScO2min＜55%術后發生ND的概率顯著增加（表7）。除表中所列，左側rScO2min＜50%分組也作為因變量與上述各協變量做了Logistic回歸相關性分析，結果未提示顯著相關性。

為進一步探究左側rScO2最低值與神經系統預后的相關性，將術中左側rScO2最低值分組，探究其相關性，見表6。

表6 術中左側rScO2 min分組［n（%）］

表7 術后ND發生的多元Logistic回歸分析

討 論

神經系統的保護策略一直是主動脈弓部手術中非常重要的研究熱點，盡管術中采用了多種保護措施包括中低溫停循環聯合冰帽降溫、選擇性腦灌注、麻醉藥物等以提高對中樞神經系統的供氧并降低其氧耗，但是術后神經系統的并發癥率依舊居高不下。目前已有不少用于術中神經系統監測的儀器，包括BIS、SjvO2、TCD及NIRS等，其中NIRS以其無創、連續、實時、便捷等優勢，受到了近年心臟外科圍術期腦功能監測相關課題的廣泛關注。本研究所用的FORE-SIGHT CASMED監測儀是一款經典的NIRS檢測儀，它可以測量絕對腦組織氧飽和度［2，4-5］，實時地讀取rScO2，無需對照基線數值，甚至可以進一步建立rScO2的相關閾值以指導臨床干預。

為提高入組病例術中操作的基本一致性及可比性，本研究設定了rScO2術中降低的干預閾值:rScO2值＜50%。閾值參考了既往的研究結果，De Tournayjette等［6］發現術中rScO2降至50%以下，術后4～7 d出現術后認知功能障礙（POCD）較多（P=0.04）；Julika等［7］發現譫妄組術中rScO2最低值和最高值均較非譫妄組顯著降低，rScO2＜50%的曲線下面積顯著增大（P值均＜0.001）；Fischer等［8］發現rScO2讀數低于50%持續超過10 min的患者術后均出現了嚴重并發癥。改善rScO2的措施包括:提高灌注流量、提高收縮壓及平均動脈壓、提高供氧濃度、糾正PaCO2、加深麻醉，包括術中增加左頸總動脈插管等［9-10］。然而，并非所有術中干預都能獲得理想效果，如術中大出血、嚴重心肺功能不全、頸動脈夾層受累嚴重供血不足等均是導致術中rScO2降低超過閾值的因素。

本研究發現，CPB開始后雙側rScO2會有所上升，這和體外循環所致搏動血流消失，微循環血流量上升以及術中降溫腦組織耗氧量下降有關。rScO2在SACP開始后發生了很大變化:雙側均有所下降，且左側顯著下降，整個SACP過程中，左側顯著低于右側，在SACP結束后左側顯著升高。這是由于術中采用選擇性右腋動脈單側腦灌注，而左側腦組織的血供依賴于willis環交通雙側腦血管的解剖基礎上，因此左側腦組織獲得的血供稍差于右側［11］。這說明NIRS能夠非常靈敏地反應出SACP時雙側腦灌注的差異情況。同時，當術中發現左右兩側大腦rScO2差異過大，或者左側rScO2下降嚴重（＜50%）時，再增加左頸總動脈插管雙側腦灌注會更好［12］。開始復溫后（t8）雙側rScO2均呈下降趨勢。此時由于復溫后組織代謝率增加、需氧量上升，但循環流量有限；還有MHCA過程中所產生的酸性物質堆積、手術應激所致炎性因子釋放、控制性降壓止血等多重因素。這在Rubio等［13］的實驗中也觀察到類似的趨勢。這為復溫時調整流量，保證大腦灌注提供了一項參考指標。CPB結束后，rScO2趨于平穩，但相較術前基礎值稍低，這與手術應激炎癥反應、Hb和Hct較前降低等有關。

本研究ND發生率為38.5%，比較國內先前Liu等［14］的回顧性研究，ND發生率稍高，原因可能是研究入組病例急診手術比例高（76.9%/28.9%），病情偏重，平均年齡也比Liu等的研究組稍大。本研究結果顯示，年齡是發生ND的危險因素，但不是危險因素。國外很多研究表明年齡為ND發生的危險因素［15-17］。可能是因為本次研究數據的平均年齡為48.32歲，比國外的研究報告年輕；其中≤60歲的病例占89.2%，未能完全顯示出高齡的相關危險性。

本研究的結果顯示，夾層累及頸動脈、術前尿素氮升高、術中左側rScO2偏低是術后發生ND的危險因素。夾層累及頸動脈會影響頸動脈供血，造成一過/永久性缺血缺氧性腦病，術中必須重建弓上頭臂血管，因此造成術前腦供血受累及術中處理復雜、手術時間延長等影響。既往的研究也表明，夾層弓部嚴重受累的病例神經系統并發癥率明顯升高［16-17］。本次研究觀察到術前尿素氮水平升高是術后發生ND的危險因素，既往研究反應術前腎功能狀態與術后神經系統并發癥高度相關［18］。術前尿素氮水平反映腎缺血的狀態，本次研究中很多病例術前伴有單側腎動脈受累，相較于血肌酐水平，尿素氮水平更能夠反應腎缺血的狀態。這可能是肌酐值仍在正常范圍內而尿素氮水平升高的原因，這類患者術后存在較高的急性腎功能損傷的風險。

最后，研究發現術中左側rScO2偏低是術后發生ND的危險因素。術中rScO2偏低反應大腦灌注不良，大腦對于缺血缺氧的耐受性很差，如果超過其耐受閾值就會產生腦器質性損傷。主動脈弓部手術中，中低溫停循環結合順行性選擇性腦灌注是目前最優先選擇的神經系統保護策略［19-21］。既往研究表明［15］，順行性腦灌注術后有兩種不同的腦損傷病理生理機制:一類是是腦梗塞的結果，通常是由于栓塞出現；另一類患者，尤其是腦灌注時間長的患者，產生彌漫性的腦損傷，所表現的臨床癥狀復雜，大多數以TND表現為主。第二種類型的損傷與腦保護不足有關，也是本次研究設計所關注的重點。由于SACP時非生理性腦灌注的局限性，術中左側rScO2低于右側，所得結果顯示左側rScO2最低值低是術后發生ND的危險因素，之前很多研究中也發現術中rScO2絕對值的降低與術后ND發生率相關［6-8，22-23］。 我們進一步深入分析，將左側rScO2最低值轉化為二分類變量再進行Logistic回歸分析，結果示左側rScO2min＜55%術后發生ND的概率顯著增加。Orihashi等［24］發現，術中rScO2＜55%的持續時間超過5 min時，術后TND的發生率增加（44.4% vs.5.7%，P=0.0014）。Fischer等［8］發現，rScO2降低（＜50%，55%，60%，65%）更可能出現嚴重并發癥，包括腦梗死。本研究與文獻報道結果類似。另外，左側rScO2min＜50%分組分析結果未提示顯著相關性，因為設置了rScO2＜50%時的干預閾值，因此所記錄數據中，低于50%的病例數較少（n=9），統計分析意義不足，可能掩蓋了其存在的相關性。

本研究為單中心、橫斷面觀察研究，樣本量偏小，同時，出于倫理原因，無對照組設計，結果還有待更大樣本量的系統性研究進一步證實。綜上所述，NIRS術中監測能夠靈敏地捕捉到大腦灌注的情況，較早期的提示腦灌注不足，以期望早期干預來減少ND的發生。術中rScO2降低＜55%時，術后ND的發生率明顯增加，雖然界點的確定較粗略，但能夠為臨床工作及預后判斷提供一定的參考價值，從而潛在地減少術后ND的發生。