心臟瓣膜手術中低腦氧發生情況及其對早期預后的影響*

丁 夢,趙文君,魏 蔚

(四川大學華西醫院麻醉科,成都 610041)

心臟直視手術需在體外循環的輔助下完成,確保在為機體提供基礎氧供的同時,獲得清晰、安靜、無血的術野,使手術能安全、順利進行[1]。但是在體外循環(CPB)期間,由于血流動力學改變、血液稀釋、氧解離曲線左移、機體炎性反應等多種原因[2-3],機體極易發生氧供與氧耗的失衡,產生氧債,最終導致不可逆的缺氧性損傷及器官功能損害。在氧供下降的初期,傳統監測指標幾乎不出現異常[4],而當動脈血氧飽和度、混合靜脈血氧飽和度、血乳酸等反映氧供需平衡的指標出現異常時,局部組織常常已缺氧一段時間,此時即使立即采取有效措施也不能完全避免缺氧性損傷的發生,嚴重時可導致重要器官功能損害甚至死亡[5]。近年來應用近紅外光譜(near infrared spectroscopy,NIRS)技術監測腦額葉皮層組織內氧合血紅蛋白含量和非氧合血紅蛋白含量,得到該部位包括動脈血、靜脈血及混合動靜脈血在內的所有血液的氧合狀態[6],即局部腦組織氧飽和度,具有無創、廉價、實時、便捷的特點。它作為傳統監測手段的補充已經被應用于心臟大血管手術、胸科手術、頸動脈內膜剝脫手術、心肺復蘇、新生兒重癥監護等領域[7-10]。局部腦組織氧飽和度監測在減少術后神經系統并發癥的積極作用被某些研究所證實[11],但仍有一定爭議[12]。本研究主要關注CPB輔助下心臟瓣膜手術中患者發生的低腦組織氧飽和度(rScO2),分析其影響因素及與患者預后的關系,以期為更好地應用NIRS技術進行圍手術期管理提供依據,為心臟手術患者圍手術期維持氧供需平衡的管理提供思路,避免氧債產生,降低術后不良事件發生率,改善患者預后。

1 資料與方法

1.1 一般資料

本研究為前瞻性觀察性隊列研究。研究通過四川大學醫學倫理委員會批準(倫理編號:2017342),并在術前與患者及家屬談話,簽署知情同意書。納入2017年8月至2018年5月于四川大學華西醫院在淺低溫CPB下行擇期心臟瓣膜手術的患者190例,其中男102例,女88例,平均年齡(54.21±11.97)歲。定義患者術中出現雙側局部rScO2<55%持續5 min為低腦氧事件,根據是否發生低腦氧事件分為低腦氧組(L組)和正常腦氧組(N組)。

納入標準:(1)年齡18～80歲;(2)擬行擇期心臟瓣膜手術;(3)手術需要CPB輔助。

排除標準:(1)患有中樞神經系統疾病;(2)有中樞神經系統手術史;(3)預計手術時間≤2 h。

1.2 方法

1.2.1術前基線資料收集

術前1 d收集患者基線資料。(1)人口統計學資料:性別、年齡、體重、身高、體重指數;(2)術前檢查結果:血紅蛋白、血肌酐、血尿素氮、膽紅素、天門冬氨酸氨基轉移酶/丙氨酸氨基轉移酶(AST/ALT)值、腦利鈉肽(brain natriuretic peptide,BNP)、肌鈣蛋白、心臟彩超、頭部CT;(3)術前合并癥及疾病史情況:美國麻醉醫師協會(American Society of Anesthesiologists,ASA)分級、是否有肝腎功能不全、是否有心功能不全、是否發生過心腦血管意外、是否存在頸動脈狹窄、是否存在神經系統疾病、手術史、外傷史。

1.2.2術中監測

rScO2監測:采用近紅外光組織血氧參數無損監測儀(愛琴醫療EGOS-600系列近紅外光組織血氧參數無損監測儀)對患者雙側大腦半球局部rScO2進行監測。入室后用酒精棉球對患者前額部皮膚進行去脂消毒。將左、右腦氧飽和度探頭分別置于左、右前額,使左、右探頭發光點分別位于眉骨上方 1.5～2.5 cm處,左、右腦氧飽和度探頭邊緣均距前正中線1～2 cm。務必保證傳感探頭與皮膚緊密貼合、接觸良好,貼合好后使用繃帶妥善固定,使其避光。系統每分鐘采集1次rScO2數據并保存。

常規監測包括五導聯心電圖、脈搏氧飽和度、呼氣末二氧化碳、有創動脈壓、中心靜脈壓、鼻咽溫。分別在患者入室時、心肺轉流術前、心肺轉流術中每小時、心肺轉流術后20 min、手術醫生關胸時采集動脈血進行血氣分析。

1.2.3術后隨訪

隨訪指標包括:重癥監護室(ICU)停留時間、總住院時間;血紅蛋白、肌酐、尿素氮、AST/ALT值、腦鈉肽(BNP)、肌鈣蛋白;術后并發癥情況(是否有新發的肝腎功能不全)。

1.3 統計學處理

2 結 果

2.1 低腦氧事件發生情況

最終納入190例淺體溫CPB下行心臟瓣膜手術患者,其中有99例患者發生了低腦氧,在發生低腦氧的患者中,73例患者發生于CPB期間。

2.2 基線資料比較

兩組患者性別、年齡、體重指數、ASA分級、術前血紅蛋白、肌酐、尿素氮水平、ALT/AST值、肌鈣蛋白、左室射血分數(EF)值及左心室大小差異均無統計學意義(P>0.05)。L組術前血糖低于N組,BNP水平高于N組(P<0.05),見表1。

表1 兩組患者基線資料比較

2.3 隨訪結果比較

L組及N組術后最高肌酐水平、最高尿素水平、最高ALT/AST值及術后EF值比較,差異均無統計學意義(P>0.05)。L組急性腎損傷(AKI)發生率、ICU停留時間、總住院時間、術后最高BNP、術中最高乳酸水平均明顯高于N組(P<0.05),見表2。

表2 兩組患者術后資料比較

2.4 低腦氧事件的影響因素

用二分類logistic回歸分析術中發生低腦氧事件的危險因素,發現年齡>65歲和CPB時間>120 min是發生低腦氧事件的危險因素(P<0.05),rScO2>60%為發生低腦氧事件的保護性因素,見表3。

表3 低腦氧事件影響因素單因素分析結果

3 討 論

按照 rScO2絕對值小于55%,持續超過5 min作為低腦氧事件的標準,納入的190例患者中,有99例患者發生了低腦氧。而發生低腦氧的患者中,73例患者發生在CPB期間。ZHENG等[13]系統評價了成人心臟手術患者應用腦NIRS監測的情況,發現約50%的心臟手術患者在手術過程中發生了一次或多次的局部rScO2下降,這與本研究結果類似[13]。心臟瓣膜手術中低腦氧發生率較高,大多發生于CPB期間。患者的rScO2在CPB過程中有所下降,主要是由CPB時氧供與氧耗的特點和腦組織利用能量的特點兩方面原因導致的[2-3]。CPB時組織灌注壓降低,非搏動性血流代替搏動性血流,使微循環障礙發生率增高,并且這種非搏動性血流使體內兒茶酚胺類物質釋放增加,易導致局部血管收縮,局部組織灌注減少或無灌注,進而導致局部組織缺血缺氧。CPB時常有一定的血液稀釋,血液稀釋不僅導致腦細胞水腫發生率增高,而且由于血液稀釋、手術及CPB導致的紅細胞破壞增加、輸入庫存血紅細胞變形能力降低等原因使血紅蛋白水平降低,有效攜氧的血紅蛋白減少,組織易發生缺血缺氧。低灌注導致的局部組織乳酸產生增加、pH值降低,庫存血中二磷酸甘油酸水平較低,動脈血二氧化碳濃度降低,心肌保護需要低體溫等系列原因導致氧解離曲線左移,氧解離障礙,組織利用氧困難。此外,動脈血二氧化碳濃度降低時,腦血管收縮,腦血流減少,易發生腦組織缺血缺氧。CPB開始時由于有免疫細胞如單核細胞、巨噬細胞的活化,血液與CPB管路的接觸,核心體溫變化,血流動力學改變,腸道內毒素的釋放等原因,應激激素水平明顯增高,全身炎性反應啟動,過度炎性反應使機體氧耗增加,更易缺血缺氧。由于心臟手術及CPB的特點,約一半的患者在手術過程中發生了低腦氧,本研究結果提示有必要對CPB的患者進行腦氧監測,特別是CPB期間,有助于及時發現腦組織缺氧。

進一步分析顯示,低腦氧組及正常腦氧組ICU停留時間、總住院時間、術后AKI發生率、術后最高BNP、術中最高乳酸的差異有統計學意義。低腦氧組表現出更高CPB后乳酸水平、術后最高BNP水平及AKI發生率,更長的ICU停留時間與總住院時間。發生低腦氧時,局部的腦組織發生了氧供需不平衡,需氧量大于供氧量,葡萄糖有氧氧化過程受阻,丙酮酸無法順利完成三羧酸循環產能,丙酮酸通過無氧酵解轉化為乳酸,此時細胞內氫離子堆積,pH值下降,同時由于無氧酵解產生三磷酸腺苷(ATP)減少,細胞供能不足,引起細胞損傷[14]。由于上述原因,CPB時導致組織缺血缺氧,局部乳酸堆積。CPB后由于組織恢復搏動性灌注,灌注壓增高,末梢循環改善,局部組織堆積的乳酸釋放入血,血中乳酸含量增加,加之恢復正常循環后,各個器官的缺血再灌注損傷,乳酸水平將進一步升高。CPB后高乳酸水平常提示組織灌注不良,細胞缺血缺氧,器官功能障礙,術后腎功能不全發生率增高。乳酸作為一項反映組織灌注不良的指標在臨床上廣泛應用,高乳酸血癥更是循環衰竭、臟器功能損傷、疾病預后不良、近遠期死亡率增加的標志物[15]。但臨床上由于乳酸水平的獲得依賴于血氣檢查,特別是CPB時由于灌注不足等原因,血液中的乳酸并不能完全反映此時的組織灌注及氧供需情況,有滯后性與不確切性的特點,當血乳酸水平明顯升高時,組織已經缺血缺氧一段時間,此時即使立即采取補救措施也無法完全避免器官的缺氧性損傷[16]。相比乳酸而言,局部rScO2是一個更快、更靈敏的實時監測局部組織氧供需情況的指標。

本研究還發現年齡>65歲和CPB時間>120 min是發生低腦氧的危險因素,而基礎 rScO2>60%為發生低腦氧事件的保護性因素。年齡較大的患者發生低腦氧的可能性更大,這與多篇研究的結果相似[15,17-18]。隨著年齡增加,機體功能逐漸減退,腦細胞萎縮,腦容量減少,腦氧代謝減慢,腦血管發生退行性變,腦血流減慢,在CPB條件下更容易產生氧供與氧需失衡,局部rScO2降低,導致低腦氧事件的發生[17]。另有研究表明,隨著年齡增長,近紅外光在顱內傳播的距離變長,傳播時間增加,能量衰減增加,rScO2降低[19-21]。由于CPB時氧供與氧耗的特點和腦組織利用能量的特點,CPB時易發生大腦的缺氧性損傷。CPB時間長也意味著手術難度相對高及創傷相對大,此時術中紅細胞破壞增多、血液稀釋。隨著手術時間延長腦細胞水腫概率增加、機體過度炎性反應、體內乳酸堆積、氧離曲線左移等原因也使機體發生低腦氧事件的概率增加。提示減少CPB時間可能會減少術中低腦氧的發生,降低大腦缺氧性損傷的發生率。

本研究還存在一些不足,未記錄血管活性藥物的準確使用情況,無法評估血管活性藥物對rScO2的影響,導致觀察結果的相對局限性,血管活性藥物對局部rScO2的影響應行進一步研究。且隨訪時間較短,只關注患者在院情況,未對患者術后長時間預后資料進行收集。本研究為觀察性研究,研究效能有限,對低腦氧干預的作用還有待進一步研究驗證,后續可行大樣本、多中心的隨機對照試驗。

綜上所述,心臟瓣膜手術中約有一半患者發生低腦氧,多發生于CPB期間。低腦氧可增加AKI發生率、升高血乳酸水平,延長患者ICU停留時間和總住院時間。年齡>65歲、CPB時間>120 min是術中發生低腦氧的危險因素,基礎 rScO2>60%是其保護因素。