脑氧饱和度监测用于预测术后认知功能障碍的研究进展

刘 晨，徐 晴，孙刚强，郭文俊

(皖南医学院弋矶山医院麻醉科，安徽 芜湖 241000)

POCD是老年人围术期常见的并发症之一。它除了有焦虑、人格改变、记忆障碍、认知能力恶化、处理信息能力减弱等表现外，还会影响患者术后恢复、降低生活质量，为患者的经济生活带来重大负担[1]。rSO2监测作为一种可以实时反映组织氧供需平衡的无创监测技术，正被广泛应用于临床实践，对围术期的麻醉管理具有重要作用。目前，越来越多的研究将rSO2监测应用于POCD的早期诊断和预防，但二者之间的关系尚无明确结论，因而本文就rSO2监测在不同类型手术中对围术期认知障碍的的预测价值进行综述。

1 rSO2监测技术概述

rSO2监测技术由Jobsis在1977年首次提出，原理主要是利用人体组织对不同波长近红外光吸收所具有的差异性。其测量方法是在额部放置无创电极片，通过光谱仪发射器发出不同波长的红外光，激光进入大脑后被脑内还原血红蛋白、氧合血红蛋白及细胞色素aa3吸收，未被吸收的红外光则经近红外光谱接收器捕获后通过Beer-Lambert定律计算出局部脑氧饱和度。rSO2监测主要用来反映机体组织在低血压、低血容量、栓塞、休克引起缺血、内环境改变等情况下发生的氧合变化，由于其具有实效、准确性高，对机体无创且不受温度影响等优点，临床应用日趋增多[2]。

2 POCD概念的更新及影响因素

相关研究显示，POCD作为一种围术期常见的神经系统并发症，60岁以上的老年患者术后1周出现POCD的发生率为25.8%，术后3个月发生率为9.9%[3]。在以往的研究中，POCD经常发生于心脏等大手术术后，它仅被广义地定义为患者术后的认知能力较术前出现了一定程度的损害。然而目前最新的研究中，国内外专家对围术期发生的认知功能改变进行了规范命名，建议将“围手术期神经认知障碍(perioperative neurocognitive disorders，PND)”作为术前或术后神经认知障碍(neurocognitive disorders，NCD)的总称[4]。内容包括(1)术前即存在神经认知障碍(pre-existing NCD)：术前已诊断的认知功能受损；(2)术后谵妄(postoperative delirium)：发生在术后一周内或出院前且症状符合精神障碍诊断与统计手册(diagnostic and statistical manual of mental disorders-5，DSM-5)对谵妄的评价标准；(3)延迟性神经认知恢复(delayed neurocognitive recovery)：术后30d内诊断存在的认知能力下降；(4)术后神经认知障碍(postoperative NCD)：从术后30d到术后12个月内，患者较术前相比诊断存在认知功能减退。

目前POCD的发病机制并不明确，近年来部分学者发现其可能与炎症及免疫激活、阿尔茨海默病表达相关的β淀粉样蛋白(Aβ)沉积以及白细胞介素-1β介导的海马神经炎症等相关[3,5]，其认为在手术和麻醉时人体内会释放出一些全身性炎症因子，损害血脑屏障的完整性进而促使更多炎症因子和巨噬细胞渗入大脑内造成脑功能受损。相关研究发现POCD的危险因素包括麻醉及手术时间长、既往有过手术治疗史、存在其他器官系统性疾病、合并有呼吸道感染、携带APOE4基因型，酗酒等[6]。另有学者发现POCD的其他潜在危险因素还包括高龄、胰岛素抵抗、术前血小板计数低、患者受教育时间短、术中止血时间延长等[7]。

3 rSO2监测在不同类型手术中的应用价值

3.1 心脏外科手术一项前瞻性研究对61例行冠状动脉旁路移植术(coronary artery bypass grafting，CABG)老年患者术中进行连续rSO2监测[8]，结果发现手术期间rSO2绝对值下降到50%以下的患者术后4～7d POCD的发生率明显增高，且术中rSO2下降超过基线下30%的患者与术后1个月POCD发生率也存在一定关联，即术中rSO2的降低与CABG患者早期及晚期POCD的发生都存在着相关性。Fudickar等人对35例体外循环患者术中采用近红外光谱法连续监测术中rSO2，手术麻醉期间(包括心肺转流术)维持rSO2在基线水平的80%或者绝对值在55%以上，术前和术后5d分别进行认知功能评估。该研究中POCD被定义在两个或两个以上的测试中评分下降超过术前水平的20%，结果显示纳入研究的患者POCD发生率与术中rSO2的最低值具有一定相关性[9]。Zeljko等人纳入200例心脏手术患者，根据术中是否有rSO2监测将患者分为干预组和对照组，干预组采取消除脑血流机械性阻塞、调节FiO2、增加麻醉深度、降低体温等措施降低脑氧耗，使rSO2维持在基线水平的80%或者绝对值大于50%。所有患者在术前和术后7d均进行认知功能评估，评估方法包括简易智能精神状态检查表(MMSE)、色彩连线试验和钉板试验。结果发现干预组术后7天认知功能下降的发生率显著低于对照组，术中对rSO2的调节可能降低了患者POCD的发生率[10]。Momeni等人同样在接受心脏介入治疗的患者中发现rSO2较低的个体围术期POCD发生率较高，二者之间存在一定的相关性[11]。然而，除了Fudickar、Zeljko等人证明术中rSO2可能对POCD有预测作用，尚有其他学者对此提出不同看法。Hong等人对100例择期心脏手术患者进行研究，在术前1d及术后7d对患者进行神经认知功能测试，记录术中rSO2出现如下几种情况的发生率及持续时间：(1)rSO2绝对值降至50%以下；(2)rSO2绝对值降至40%以下；(3)rSO2下降超过了基线值的20%。该研究中POCD被定义为三个试验中一个或多个试验认知功能评分降低。结果发现rSO2并不能预测心脏手术患者POCD的发生率，仅仅提示术中rSO2较低的患者可能需要更长的术后住院时间[12]。同样，Holmgaar等人对153例术中行rSO2监测的心脏手术患者出院时和手术后3个月进行认知功能评估，结果也显示rSO2值与患者POCD无显著相关性[13]。然而对比Fudickar、Hong等人的研究发现，结果出现不一致的原因可能是术中对于低rSO2值的定义的不一致。Fudickar将rSO2维持在基线水平的80%或者绝对值的55%以上，而Hong所纳入研究的标准是术中出现rSO2绝对值降至50%以下甚至40%以下，因此这种术中rSO2控制范围的不同可能会影响了最终结果的分析，从而得出不同的结论。由此可见，关于心脏手术中低rSO2和POCD的确切关系目前仍需要进一步的研究。

3.2 普胸外科手术非心脏普胸外科手术由于其手术操作的需要，麻醉方式常选择双腔支气管插管下单肺通气(one lung ventilation，OLV)。OLV不仅可以防止血液或分泌物由患侧肺流向健侧肺，还为肺、纵隔、食管等手术提供了更好的手术暴露野。然而，单肺通气作为一种非生理性通气方式，虽然存在缺氧性肺血管收缩(HPV)等有效的保护机制，但麻醉期间仍可能由于通气血流比值(VA/Q)失调、肺内分流增加、通气侧肺功能残气量减少等因素导致肺静脉血掺杂从而发生低氧血症。老年患者由于血管内膜等因素致使血压脑血管灌注曲线明显右移，血管舒缩功能及自身调节能力下降，脑组织氧供需失衡，从而更容易导致术后神经系统并发症的发生。常规的临床监测如血压、心电图、血氧饱和度等虽然有助于监测患者麻醉期间机体整体的稳态，却不足以具体反映心、脑等重要器官的功能状态。因此rSO2利用可以对脑血流灌注及脑组织的氧供平衡状态进行实时无创监测的优势，目前已被广泛的应用于不同种类的胸外科手术。有学者为了评估了OLV期间rSO2的变化与围手术期认知功能改变的相关性，纳入69例行胸腔镜下肺叶切除术且术中OLV>1h的老年患者，使用MMSE量表术于前1d及术后4d评估患者认知功能状态。该研究中将“脑去饱和事件”定义为OLV期间rSO2低于基线值的80%。17例术中出现去饱合事件患者设为去饱合组(D组)，其余52例为非去饱合组(N组)。结果显示，虽然两组术前MMSE评分与术后4d评分无显著性差异，但D组术中rSO2出现的最低值较N组更低，且D组MMSE评分的下降幅度明显高于N组(P<0.05)[14]。该研究提示rSO2降低是术后发生认知障碍的危险因素，临床上可以通过干预rSO2降低来预防患者围术期认知功能障碍的发生。Tang等人对76例接受胸外科手术且术中单肺通气持续时间>45min的患者采用MMSE量表评估其术前及术后24h的认知功能，术后评分较基线下降2分则定义为POCD。研究使用Spearman相关分析检验rSO2和POCD之间的关系，结果发现术中rSO2绝对值降低至65%以下的患者与术后早期POCD的发生率呈正相关，且POCD发生程度与rSO2降低程度及低rSO2持续时间相关[15]。另一项研究中，XiMing等人记录50例行胸外科手术患者麻醉诱导前、OLV过程中、手术结束时的各个时间点rSO2值，计算手术中rSO2平均值、rSO2最小值及rSO2与基线值相比减少的最大百分比。所有患者均在术前1d和术后7d评估并记录其认知功能评分。结果显示OLV患者术后第7dMMSE和数字广度测验评分均明显低于术前(P<0.05)，MMSE和语言流畅性评分POCD组显著低于非POCD组(P<0.05)，并且当rSO2值与基线值相比减少的最大百分比大于10%时，可作为认知功能变化的预警指标。该研究同样提示了OLV患者POCD的发生可能与术中rSO2下降存在一定相关性[16]。

3.3 胃肠外科手术围术期麻醉药物会对患者的心血管系统产生抑制作用，而这种作用对于老年人可能更加明显，从而影响患者术中脑灌注诱发认知功能的下降。尽管如此，脑功能的状态在临床实践中却很少受到监控，因此，可以通过利用rSO2监测来最大限度地了解术中脑氧供需状态，尽可能减少大脑暴露在潜在的缺氧环境中时间。Casati等人研究了122例老年腹部大手术(包括腹腔镜胃切除、结肠切除、肝切除和十二指肠胰头切除术)患者术中rSO2与围术期认知功能的关系。该项前瞻性、双盲、随机对照实验中，患者被随机分为干预组(手术过程中脑氧监视仪可见，采用干预措施使rSO2保持在基线值75%以上)和对照组(术中脑氧监视仪不可见)。基线rSO2定义为全身麻醉诱导前1min内的平均值。使用MMSE量表于手术前1d及术后第7d测试评定患者的认知功能，MMSE评分比基线降低2分及以上被认为存在认知功能的下降。结果显示干预组术后第7dMMSE评分下降低于对照组，且术中出现rSO2曲线下面积<75%基线值的患者与术前MMSE评分下降显著相关，术中rSO2值与患者认知功能的降低存在一定关联[17]。另有研究对168例胃次全切除术的老年患者术中进行rSO2连续监测，所有患者于手术前1d、术后第2天及第9天进行MMSE检查和蒙特利尔认知评定来判断患者是否发生POCD。结果显示术后出现POCD的患者其rSO2水平明显低于对照组，rSO2可以作为POCD的临床诊断和预防指标[18]。但也有学者提出不一样的看法，Özgüna等人对50名腹腔镜下子宫切除术及前列腺切除术中rSO2与患者术后不良反应的相关性进行研究，所有患者术前及术后1h均进行标准化MMSE检查。在这两种类型的手术中，虽然术中Trendelenburg体位及CO2气腹会对患者的颅内压、脑血流量及脑氧供需平衡产生影响，但结果显示患者认知功能的下降与术中rSO2值的关系并不显著[19]。以上学者得出研究结论的不同，可能由于缺乏对患者的远期认知功能状态的跟踪随访和相关性分析，也有可能与不同研究中对POCD的评价标准及使用不同的评价量表有关。因此，对于腹部手术中rSO2与POCD的相关性仍需要更多的实验研究和临床证据进行评价。

3.4 骨科手术Salazar等对125名65岁以上蛛网膜下腔阻滞麻醉下行全膝关节置换的患者术中rSO2与术后认知功能进行相关性分析，结果发现术后21例(16.8%)患者记忆力下降，3例(2.4%)患者韦式记忆量表评分下降，33例(26.4%)患者出现心理症状，而其中记忆力减退患者的左、右rSO2值出现不对称现象[20]。Trafidlo等将43例行俯卧位腰椎手术(包括椎板切除，半椎板切除和腰椎内椎间盘切除术)患者进行随机分组，一组术中实时rSO2监测并在数值出现波动时采用干预措施(n=13，30.2%)，另一组不进行rSO2监测(n=30，69.8%)。所有患者术后7d和1个月均进行神经认知测试，包括N-back测试、连线测试、色词测试、语言流利性测试、数字广度测试以及MMSE评价，评分下降20%被认为出现认知功能受损。结果显示监测组POCD发生率更低，术中rSO2监测有助于减少俯卧位腰椎手术患者术后认知功能下降的发生[21]。Lin等则发现在全髋关节置换术中rSO2最大下降百分比可作为POCD的重要预测指标，且rSO2最大下降百分比超过11%可作为出现神经认知损伤的潜在预测因子[22]。然而也有学者提出不同的观点，Salazar等对50例沙滩椅位置进行肩关节手术患者术中连续监测rSO2并与术后认知功能改变进行相关性分析。该研究中，每位患者均于手术当天、出院前第1天、出院后第3天接受神经心理状态评估，内容包括即时记忆、视觉、空间构造、语言、注意力和延迟记忆的测定。将术中任意时间rSO2降低20%或更高被定义为脑去饱和事件。结果发现，尽管手术过程中沙滩椅位置可能会造成脑灌注不足且有18%的患者术中出现脑去饱和，但术中脑去饱和与POCD的发生无统计学意义[23]。对于Salazar得出不同结论的原因，可能与术中早期发现脑去饱和后及时快速采取相关措施干预来逆转脑去饱和有关，且由于对患者术后认知功能的评定仅追踪到出院后第3d，因此对于术中rSO2是否会对远期认知功能产生影响仍有待进一步的研究确认。

4 小结与展望

rSO2监测作为一种有效评估脑氧供需平衡状况和脑血流变化的无创性监测方式，对于患者的围术期不良反应的诊断和预防具有重要的临床价值。由于rSO2监测的是混合动静脉血氧饱和度，且不同患者同一区域动静脉构成比可能存在差异，所以目前临床上没有公认的rSO2干预标准[24]，通常将rSO2控制在绝对值高于50%或者在基线水平的80%以上。虽然术中rSO2监测与术后认知功能的相关性没有得到完全的肯定，但以往的研究仍然表明两者之间确实存在着一定的关联，只是需要更大规模以及更多的临床试验来进一步定性两者的关系。目前大量的研究中仍使用POCD来命名术后认知功能障碍，而随着POCD概念的更新及新概念PND中对术后随访时间的要求发生改变，rSO2监测能否对围术期认知障碍进行全面预测及改善，尚需进一步验证。