脑电双频指数在麻醉中的应用

张江超 综述 续 飞 郭向阳 李天佐 审校

(北京大学第三医院麻醉科，北京 100083)

·文献综述·

脑电双频指数在麻醉中的应用

张江超 综述 续 飞 郭向阳 李天佐*①审校

(北京大学第三医院麻醉科，北京 100083)

麻醉深度的监测有利于调控麻醉药的用量，实现用最少的麻醉药物达到最好的麻醉效果，不仅可以防止麻醉药物过量所造成的危险，缩短苏醒过程，还可以避免术中知晓。脑电双频指数(bispectral index,BIS)作为一种麻醉深度的监测工具，能较好地监测大脑皮质功能状态及其变化，对预测体动、术中知晓以及意识的消失和恢复都具有较好的灵敏度，同时，还可减少麻醉药物用量，已成为麻醉深度监测的重要手段。本文对BIS在临床应用的进展进行综述。

脑电双频指数； 麻醉深度； 镇静监测； 睡眠深度

麻醉深度监测有助于防止麻醉过浅和术中知晓，也可避免麻醉过深，并有助于加快苏醒，对于提高麻醉质量、保障病人的围术期安全与康复具有极为重要的意义。脑电双频指数(bispectral index,BIS)可以分析脑电信号，代表大脑皮层的抑制程度。自从1996年美国FDA批准第一台用于麻醉深度的监护仪(采用双频指数Aspect MS，美国)进入临床，目前BIS监测已经得到广泛应用，成为临床监测麻醉深度的一种常规手段。本文就近年来BIS在临床应用中的进展进行综述。

1 BIS的基本原理

BIS是将脑电图的功率和频率经快速傅立叶转换和双频谱分析得出的混合信息综合成一个100～0的无量纲数字，用以表示大脑的抑制程度[1]。BIS是一复合参数，涉及到时域、频域和双谱域，综合了4个完全不同的脑电图(electroencephalogram，EEG)参数，即突发抑制率(burst suppression ratio，BSR)、“QUAZI”、β比率(beta ratio)和快慢波的相对同步性(Synch Fast Slow)。BSR和“QUAZI”是突发抑制时域参数。当脑电信号动态电压不超过均值±5 mV，时程>0.5 s时应考虑BSR的计算。当脑电信号出现基线漂移，BSR不起作用时，通过“QUAZI”来监测突发抑制。β比率是指2个不同频段(30～40 Hz，11～20 Hz)脑电功率比的对数。Synch Fast Slow定义为0.5～47 Hz频带内的所有双谱峰值之和与40～47 Hz频带内的所有双谱峰值之和的比取对数的值。通过复杂的非线性算法将4个参数综合成的一个单变量就是BIS[2]。通常认为80～100为清醒状态，60～79为浅麻醉状态，40～59为临床麻醉状态，低于40为深麻醉状态[3]。

2 脑电双频指数与麻醉药物

目前，许多研究已表明BIS的变化与许多麻醉药物(包括丙泊酚、咪达唑仑、异氟烷、七氟烷、地氟烷等)的血药浓度有较好的一致性。

2.1 BIS与静脉麻醉药

大量研究表明丙泊酚的血药浓度与BIS值的变化具有较好的一致性。在丙泊酚镇静与麻醉时，BIS与警觉镇静评分(observer’s assessment of alertness/sedation,OAA/S)的一致性也很好。随着靶控技术的发展，BIS更适合于丙泊酚的镇静评估[4，5]。Kerssens等[6]的研究显示，丙泊酚麻醉过程中，将BIS值维持在40～60，平均50左右，通过播放录音带对患者施以声音刺激，术后无回忆。BIS值的变化与咪达唑仑也有很好的一致性，可以很好地用于咪达唑仑的镇静，但是一致性不如丙泊酚。氯胺酮会使脑血流量及脑代谢率增加，并且增加α波的活动，故可使BIS值升高。当氯胺酮复合丙泊酚使用时，增加镇静深度，但是不会影响BIS值的变化(P=0.62)[7]。

2.2 BIS与吸入麻醉药物

BIS的变化与七氟烷和异氟烷的呼气末浓度具有很好的一致性。当两者的呼气末浓度从0.5最低有效肺泡浓度(minimum alveolar concentration，MAC)上升到1.5 MAC时，BIS值随着浓度的增加而下降，但是在相同MAC时七氟烷对应的BIS值更低(P<0.01)[8]。但Detsch等[9]报道部分患者异氟烷的呼气末浓度从0.8 MAC增加到1.6 MAC时，BIS反而升高。当浓度下降到0.8 MAC之后，BIS又回到了原来的基线，结果表明BIS用于外科手术时可能会导致错误的判断。BIS监测与氧化亚氮之间的关系，文献报道结果不一致。Ozcan等[10]观察到在复合七氟烷麻醉时氧化亚氮会降低BIS值，而Coste等[11]的研究显示，氧化亚氮对BIS无影响。

2.3 BIS与右美托咪定

近几年，右美托咪定作为一种新型镇静剂在临床中的应用越来越广泛。目前已经有很多研究[12～14]表明BIS在成年人与右美托咪定的镇静深度有很好的一致性，BIS值75～85对评估右美托咪定的镇静深度有较好的特异性和敏感性。这同样也体现在儿童方面。Kunisawa等[15]在一例先天性心脏病患儿行心导管造影检查时用BIS指导右美托咪定镇静，同时根据BIS中的脑电图避免出现β波，维持在α和θ波。结果表明，BIS值的变化与右美托咪定镇静的深度一致性很好。

2.4 BIS与阿片类药物

BIS在临床应用中已被证实可以较为准确地反映镇静深度，但仅代表大脑皮层的抑制情况。而阿片类药物主要作用于皮层下中枢(包括脊髓)，其剂量5倍于镇痛剂量时才会出现比较明显的脑电抑制现象[16]。目前已有大量研究表明瑞芬太尼与丙泊酚合用时可以增加后者的镇静效应，但是即使大剂量(靶控输注浓度为3.0 ng/ml)瑞芬太尼也不会影响丙泊酚镇静时的BIS值[17]。同样有研究表明在没有疼痛刺激时改变舒芬太尼的靶浓度并没有影响BIS值[18]。可以看出，阿片类药物在镇痛浓度下仅有极小的镇静或遗忘作用，因此对BIS值影响不明显。

3 BIS与镇静深度

庄少惠等[19]在一项胆囊手术研究中观察到，诱导期随着OAA/S评分从5分降为0分，BIS值也相应下降；且不同的OAA/S评分时，BIS值之间差异有统计学意义。这说明BIS能很好地反映镇静深度的变化情况。但是在临床使用中，因为更新间隔较长带来延迟，对即将发生的意识恢复无法作出可靠的预测。因此，临床上应结合多种指标综合进行判断，从而更好地指导麻醉。侯铁柱等[20]在一项关于老年人行胃肠镜的研究中观察到，不但BIS组患者的静脉药物配伍液用量[依托咪酯用量(15.5±1.2)mg]少于对照组[(18.2±1.6)mg](P<0.05)，而且不良反应发生率明显低于对照组(P<0.05)。这表明BIS在指导镇静时更好、更快、更安全。

4 BIS与睡眠深度

BIS的测量原理是基于EEG的改变。正常睡眠时，每个分期呈现出不同的脑电图的波形。非快动眼睡眠(non rapid eye movement，NREM)1期时为θ波，NREM 2期则表现为睡眠梭形波和κ复合波，当睡眠深度加深到NREM 3期时，脑电图表现为频率更慢、波幅更高的δ波。但是进入快动眼睡眠期(rapid eye movement，REM)时，波形为本质为θ的锯齿波。这与加深麻醉时EEG的改变是相似的[21]。Sleigh等[22]对5名正常志愿者的睡眠研究表明：正常睡眠时，睡眠各期的深度与BIS值的变化有很好的一致性，但是清醒期和REM的BIS值存在交叉。然而，Nieuwenhuijs等[23]对9例轻度睡眠呼吸暂停综合征患者的研究却显示，在正常睡眠各期转换时，BIS并不能准确地显示出来。并且此项研究中睡眠各期的BIS值均小于Sleigh的结果：浅睡眠(Ⅰ期、Ⅱ期)分别为50和81；深睡眠(Ⅲ期、Ⅳ期)为42和59；而REM期的BIS值相差更大，为48和83。2005年Benini等[24]对15名健康儿童进行观察，结果显示BIS值随着睡眠深度的加深而逐渐下降。2011年Dahaba等[25]用BIS对10名健康、睡眠剥夺的麻醉科医生进行睡眠监测，应用新的BIS-VISTA系统(1.4版)，并且对两侧半球进行对比，结果显示，BIS值随着睡眠的加深呈现逐渐下降的趋势，两侧半球在各睡眠周期的BIS值无明显差异。

5 BIS在重症监护室(ICU)中的应用

由于疾病本身的痛苦，外科操作的刺激，再加上ICU环境中的灯光、噪音、护士操作、医生查房等，导致ICU的患者普遍存在睡眠紊乱，表现为频繁的觉醒，睡眠片段化，有效睡眠减少，NREM1和NREM2睡眠为主，NREM3和REM期明显减少[26，27]。此外，ICU的患者常存在低血压、休克等血流动力学问题，且大多数患者需要机械通气，因此通常需要一定的镇静。ICU患者除了保持处于舒适而安静的镇静状态外，还要保证稳定的生命体征。这就要求医生尽可能减少药物用量而达到较好的镇静效果。研究[28～30]表明BIS可以有效地用于ICU镇静及镇痛的监测，BIS与镇静躁动评分(sedation-agitation scale,SAS)和Ramsay评分之间均有很好的一致性。除此之外，BIS可以客观地持续进行监测，并且不影响患者休息。因此，BIS在重症监护室中有很好的应用价值和广阔的前景。

6 影响BIS的因素

BIS是经过大量志愿者在镇静和全麻的试验中提取EEG信号然后进行特定的运算法则计算出来的数值。虽然近几年抗干扰技术和运算法则在不断提高和改进，BIS结果还是受到了很多外界因素的干扰。

6.1 监测仪的选择和电极片的粘贴

Shiraishi等[31]的研究表明，在同一个患者，前额和枕部的BIS值是不一样的。错误的放置或者粘贴不紧会增加阻抗，从而使BIS值偏高。所以，在放置电极片之前，进行有效的皮肤清洁是必要的。此外，还需要选择合适的BIS电极。Dahaba等[32]的研究表明，BIS-XP(4.0版)监测仪的BIS值要低于BIS A-2000(4.0版)的数据。

6.2 BIS的延迟

由于BIS有一定的采样及计算时间，所以原始脑电图的获取和相应的BIS值之间稍有滞后，有伪迹时延迟就更长。研究表明，BIS的延迟时间从14～155 s不等[33]。这可能是导致BIS出现术中知晓和BIS不准确的一个原因，尤其是当患者意识状态改变的时候。

6.3 肌电图(electromyography,EMG)和肌松剂对BIS的影响

一方面，EMG信号的频率范围为30～300 Hz，非常接近EEG(0.5～30 Hz)，因此低的EMG信号可能被错误地当成高的EEG信号，从而导致BIS值偏高，误以为是清醒或者浅麻醉的表现(30～47 Hz)[34]。另一方面，肌松剂的使用可以降低肌肉的张力，神经肌肉阻滞剂影响BIS可能是由于肌肉松弛，从而阻断脊髓的传入神经。本体传入的急骤降低会导致意识水平下降，产生镇静效应，从而增加机体对麻醉药物的敏感性。肌松药对BIS的影响与镇静深度有关，在较浅的镇静状态下肌松药可引起BIS数值下降。这种影响的原因主要在于降低肌电活动引起的数值的个体差异，与肌松药的种类无关。Dressler等[35]分析了觉醒状态下EEG的频谱，BIS采集0～47 Hz的频谱。而EEG频谱在0～30 Hz之间，EMG频谱在30～300 Hz之间，二者之间存在重叠。因此，肌肉松弛可使电极附近的EMG减弱或消失而使BIS值降低，肌松也因此减少了牵张感受器的传入而影响觉醒，从而影响BIS作为麻醉深度监测的判断。

全麻是一个多因素的复杂过程，单一的BIS并不能全面反映全麻的深度，而且不同麻醉药物对BIS的影响不完全相同，不同药物的先后使用也会使BIS发生变化。噪音、电刀、低温、低血容量、中枢神经系统疾病(阿尔茨海默病和脑瘫等)、过敏性循环障碍等都可能会对BIS构成干扰。但即便如此，BIS仍不失为一个较好的反映大脑皮层功能的指标。此外，BIS能否用于正常睡眠的监测仍存在很大争议，需要更一步的研究进行探讨。

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(修回日期：2016-05-16)

(责任编辑：王惠群)

Application of Bispectral Index in Clinical Anesthesia

ZhangJiangchao,XuFei,GuoXiangyang,etal.

DepartmentofAnesthesiology,PekingUniversityThirdHospital,Beijing100083,China

LiTianzuo,E-mail:trmzltz@126.com

Bispectral index; Depth of anesthesia; Sedation; Depth of sleep

* 通讯作者，E-mail：trmzltz@126.com

①(北京世纪坛医院麻醉科，北京 100038)

A

1009-6604(2016)07-0661-04

10.3969/j.issn.1009-6604.2016.07.022

2015-12-04)

【Summary】 Anesthesia depth monitoring is helpful to control the narcotic dosage,obtaining the least amount of anesthetic drug for best effects. It not only can prevent dangers posed by anesthetic drug overdose and shorten the awakening process,but also avoid intraoperative awareness. Bispectral index (BIS),as a tool of monitoring the anesthesia depth,can monitor the state and change of cerebral cortex functions. It is sensitive in predicting body motion,intraoperative awareness,as well as consciousness loss and recovery. At the same time,BIS can reduce the use of anesthetic drugs. It has become an important means of anesthetic depth monitoring.This article reviewed the application of BIS in dinical anesthesia.