老年患者围手术期脑电图监测的应用进展

顾珏，吉青青，戴诗云，何星颖

(1.海军军医大学第二附属医院麻醉科，上海 200003； 2.上海交通大学医学院附属瑞金医院麻醉科，上海 201800)

据统计，2019年我国65岁及以上人口达1.76亿，占总人口的12.6%，预计到2040年该比例将超过20%[1]。由于人口老龄化日趋严重，需要进行手术治疗的老年患者比例不断上升。常见的神经退行性疾病大多开始于中老年，脑血管疾病的发生率也会随着年龄增长而增加[2]。对于术前合并急、慢性脑卒中病史、短暂脑缺血发作、中重度颅脑血管狭窄、阿尔茨海默病、帕金森病等疾病的患者，《中国老年患者围手术期麻醉管理指导意见》建议行脑电图等电生理学监测以评价及指导围手术期脑血氧供需平衡的管理[3]。

据以往经验，许多已知的脑电图模式与正常或病理状态下大脑皮质状态密切相关。脑电图系统通过将元分析方法应用于头皮记录，结合脑磁图可以毫秒级的分辨率重建特定脑区的神经元活动，能够实时成像全脑神经元网络的时间动态变化[4]。脑电图作为一种客观、无创的神经系统功能监测方法，通过记录大脑皮质锥体细胞自发产生的兴奋性和抑制性突触后电位的总和来反映围手术期大脑的整体功能状态，当脑缺血、麻醉深度变化、体温过低时可出现脑电图改变[5]。随着医学领域对患者围手术期恢复及生存质量关注度的增加，麻醉学逐渐向围手术期医学转变，围手术期麻醉的管理将影响患者的转归与预后，而脑电图监测技术可以帮助麻醉医师评估老年患者围手术期脑功能。现就老年患者围手术期脑电图监测的应用进展予以综述。

1 术前脑电图监测

脑电图波形个体差异较大，清醒个体大多显示为α和β波。α波(8～13 Hz)在觉醒安静闭目时出现数量最多，其随着脑发育成熟或年龄增加出现变化，到老年期α波又逐渐变慢。因此，α波的频率、振幅、分布等因素是反映大脑功能状态的重要参考指标。老年人β波(14～30 Hz)较60岁以下成人多，在觉醒大脑所有区域均可以记录到这种高频率和低振幅的信号[6]。当大脑产生更高频率的波形(γ为35～45 Hz)时称为脑电激活，而产生较低频率的波形(θ为4～7 Hz，δ<4 Hz)称为脑电抑制[7]。随着年龄增长，神经元会发生不可逆死亡，因而脑电图振幅降低。近年一项关于2型糖尿病及阿尔茨海默病患者脑电图与认知功能相关性的研究发现，静息状态脑电图的连续改变与病理衰老相关，通常以α波和β波功率降低以及δ波和θ波功率增加为特征，且在大脑的不同区域有不同的变化[8]。

术前脑电图监测可以帮助评价老年患者脑功能的基础状态，其中闭眼静息脑电图模式是清醒时的基础波形，用于与麻醉后的脑电图进行对照。对于脑损伤后昏迷的患者，术前定量脑电图特征和神经系统预后随时间变化而变化[9]，故预后评价必须在损伤导致昏迷24 h后，否则脑电图反映的主要为损伤影响而非预后情况。如果24 h后脑电图显示持续爆发性抑制，提示可能存在严重的不可逆性脑损伤[10]；如果脑电图对外部刺激无反应，往往预示患者处于持续植物状态或死亡[11]；如果脑电图对外部刺激有反应，出现同步波形变化或睡眠波，提示可能预后较好[12]。术前重复的脑电图评估有助于提高老年患者非惊厥性癫痫持续状态诊断率[13]，从而采取有针对性的治疗措施预防术中或术后癫痫发作。另外，Fritz等[14]发现术前已经存在认知异常和未存在认知异常的高龄患者术后谵妄的发生率分别为35%(151/430)和18%(123/683)，说明只有一小部分患者的术后谵妄是由术中脑电图抑制介导。老年患者由于生理功能下降、基础疾病增加、神经系统老化导致脑电图振幅降低、低频波形增加，术前脑电图监测可以帮助麻醉医师判断老年患者术前认知功能情况及是否存在脑损伤。

2 术中脑电图监测

术中脑电图监测可以及时发现脑电活动的改变，实时评估脑血流、麻醉深度，对围手术期脑功能障碍早期诊断具有重要价值。

2.1评估脑血流状态 术中脑电图监测可明确手术、麻醉引起的脑血流量(cerebral blood flow，CBF)减少以及脑组织牵拉时大脑皮质的血流是否充足。脑缺血典型的脑电图表现为快波(α波和β波)减少、慢波(δ波)增加，具体的振幅变化取决于缺血的严重程度和持续时间，极严重的情况下脑电图会变成等电位[15-16]。脑缺血的常见原因包括灌注不足、脑自动调节受损、栓塞、缺氧和贫血[17]。

有脑血管疾病的老年患者围手术期易发生脑缺血，需要较高的平均动脉压来灌注脑部狭窄的动静脉[18]。脑电图已用于颈动脉内膜剥脱术的CBF监测。早在1974年，一项关于颈动脉内膜剥脱术的研究证实，脑电图是反映局部CBF充足性的有效指标[19]。正常情况下，大脑灰质和白质的CBF平均为50 mL/(100 g·min)；麻醉状态下，CBF下降至20 mL/(100 g·min)时，脑电图开始发生异常改变，CBF下降至12 mL/(100 g·min)以下时会导致细胞死亡，这为颈动脉术中脑电图监测提供了理论基础[19]。有学者对颈动脉内膜剥脱术选择性分流的患者给予16导联脑电图监测，结果发现患者清醒后均未出现脑电图不能预测的神经损伤表现[20]。通过脑电图的变化可以检测出麻醉期间严重的脑缺血或灌注不足，特别是在麻醉维持期间，脑电图突然改变(即功率向较低频率范围转移、幅度进行性降低或出现爆发抑制甚至等电位脑电图)或指标值下降可能表明脑缺血意外。因此，持续脑电图监测可以及时发现术中脑缺血，并评估改善脑缺血的治疗效果。

2.2监测麻醉深度 老年患者对麻醉药物反应性增强、作用时间延长，麻醉医师有时难以掌握合适的麻醉深度[21]。术中脑电图常用于监测老年患者全身麻醉时的麻醉深度，但其信号受年龄、认知功能和麻醉药物影响较大。即使在相同的全身麻醉镇痛状态下，脑电图波幅和95%频谱边界频率也随年龄的变化而变化，而且在七氟烷、地氟烷、异氟烷3种吸入麻醉药物中均观察到了脑电图波形的这种年龄依赖性变化[22]。在浅麻醉期间，脑电图表现为高频低幅。随着给药浓度升高，振幅加深、频率降低；在深麻醉期间，“爆发抑制”模式变得明显，出现以高频、大振幅波(爆发)和平坦的波形(抑制)交替的代表性波形[23]。因此，与临床体征相比，围手术期脑电图监测大脑镇静水平有助于优化高龄患者术中麻醉药物剂量、避免过度镇静或镇静不足。

心脏手术是术中知晓率最高的手术之一，在体外循环期间监测额部脑电图可能会降低术中知晓的发生率[24]。也有研究提出，60岁以上患者在体外循环期间脑电图爆发抑制是围手术期谵妄的预测因素[25]。术中脑电图监测降低了全凭静脉麻醉的知晓率，其与呼气末麻醉气体监测在预防术中知晓方面具有类似的效果[26]。与临床体征相比，术中脑电图监测有助于优化高龄患者术中麻醉药物剂量，客观确定个体患者的麻醉深度。老年患者全身麻醉下可采取麻醉镇静深度监测、基于脑电图的大脑伤害指数监测、无创脑氧饱和度监测、围手术期神经炎症调控等，通过脑电图联合监测可以避免依赖单一监测造成干预的盲目性。

脑电双频指数(bispectral index，BIS)监测是目前使用比较广泛的麻醉深度监测技术。该技术结合了脑电图的时域、频域和双频谱分析，使用专有算法处理单个额叶脑电图信号并显示介于0(脑电活动完全抑制)～100(清醒状态)的值[27-28]。BIS监测值为40～60可以防止术中知晓的发生、减少麻醉药物剂量[29]。有研究显示，全身麻醉手术患者使用BIS监测时不仅术中知晓的风险降低，而且缩短了早期恢复时间[30-31]。

脑电小波指数(wavelet index，WLI)是一种联系时、频、域的分析方法，将时域的一维信号变换至时间、尺度和窗口的三维空间。其通过采集左右脑前额叶的两导脑电波信号，用小波算法计算脑电波，提取脑功能状态指标。当肌肉松弛或面部麻痹的情况下不能产生肌电图信号时，WLI较BIS能更准确地反映手术患者的意识恢复情况[32]。WLI可能具有反映术中患者意识状态的优势，但有关WLI用于监测老年患者意识恢复的研究较少，仍需进一步探索。

无论BIS、WLI，还是其他(Narcotrend等)术中麻醉深度监测技术，均是为了维持术中老年患者合适的全身麻醉药物用量，减少术中知晓及爆发抑制，从而减少围手术期脑血管事件的发生。

2.3预防围手术期神经认知障碍(perioperative neurocognitive disorders，PND) PND包括术后认知功能障碍和术后谵妄。在接受择期大手术的高龄患者中，15%～25%的患者会出现PND，且心脏手术或髋部骨折修复手术后的发病率更高[33]。术后谵妄是老年患者术后常见的并发症，围手术期发生脑电波形中θ波或δ波慢化，或术中BIS<20常预示术后谵妄的发生，可以导致严重的后果[34]。

有证据表明，脑电图监测在老年患者PND预防中具有重要作用[35-36]。PND患者深部脑电图是兴奋的(以快波为主)，而皮质脑电图是抑制的(以慢波为主)，其脑电表现类似于老年痴呆患者。术后连续的脑电图有助于监测谵妄的发展和严重程度。脑电图监测可用于已经存在认知功能障碍和新发的PND患者，且均能给麻醉医师警示。目前，欧洲麻醉学会建议术中实施脑电图监测以预防PND[37]。

3 术后脑电图监测

疼痛是机体的一种主观消极感觉，具有显著的个体差异。由于个体对疼痛的感受和临床表现不一，如何客观可靠地评估疼痛是临床医师处理术后疼痛时面临的首要问题。有效的疼痛评估方法不仅可以证明患者主观疼痛的真实存在，还可以定量地分析疼痛程度和镇痛需求、评估镇痛药物的临床疗效。

脑电图监测可以直接分析神经元的激活，在获取原始脑电信号的基础上，利用小波变换(离散小波变换)对脑电数据进行分析，评估疼痛活动的脑电成分，在处理复杂的疼痛信息方面具有先进性[38]。同时，脑电图显示出作为客观生物标志物的潜力，并可能用于预测术后是否需要使用阿片类药物镇痛[39]。对于本身存在认知功能障碍的老年患者，由于无法正确表述疼痛程度，脑电图监测的使用可能使这类患者得到良好的镇痛。

此外，一些术后转入重症监护病房的老年患者，往往需要使用镇静药物以缓解疼痛、机械通气等伴发的焦虑、躁动。脑电图监测具有客观、实时评估镇静而无须使用外部刺激改变镇静状态的优势，常被用于改善围手术期镇静。与年轻患者相比，老年患者对镇静药物更敏感[40]，表明在较低剂量下即可达到所需的镇静作用，且对血流动力学的抑制更明显。为减少镇静药物对血流动力学的影响，重症监护科医师应关注镇静水平滴定。重症监护病房中一些病理状态，如脑电图改变(医源性爆发抑制或反射性昏迷)，可通过经处理的脑电图(原始脑电图的处理轨迹)提示[41]。持续脑电图主要用于非惊厥性发作或癫痫持续状态和预测[42]。与临床量表评估通常每4小时进行一次相比，经处理的脑电图监测是连续的，可避免两次评估期间的镇静不足[43]。轻度镇静状态下，重要脏器功能早期恢复对重症监护病房老年重症患者可能更有益，但是轻度镇静与重要脏器功能恢复之间的平衡有待临床脑电图监测的进一步优化。

4 脑电图监测的局限与展望

目前基于脑电图监测的临床实践存在一定局限性：①当前围手术期脑电图监测的研究中，手术人群和麻醉方案存在差异，且脑电图参考数据库大多是从青壮年人群中获得，这些因素会影响老年人群研究的预测概率。随着年龄的增长所有频段的脑电信号功率均显著降低，而这种影响在α波最为明显[6]。与年龄相关的脑电图功率降低可能是由突触密度下降和树突动力学变化引起，这些变化可能导致γ-氨基丁酸依赖的前额丘脑皮质回路的功能变化。未来需要准确阐明老年患者的脑电图特征，识别不同的疾病机制。②不同脑电图监测仪信息的共享与解读缺乏规范化的指南管理。因此，对脑电图监测技术和信号处理方面的改进，有望进一步提高围手术期脑电图监测的实用性。

近年随着人工智能技术的发展与突破，其强大的诊断算法在医疗领域的应用日趋成熟。对于大量围手术期脑电图监测数据，人工智能或许是麻醉医师管理患者最为有效的工具。未来植入人工智能的围手术期脑电图监测评估系统，可以通过连续采集和实时分析，精准评估随时间动态变化的时序性资料，便于麻醉医师将这些重要信息运用于临床决策，以改善患者预后，加速患者康复。

5 小 结

脑电图监测作为一种客观、无创的检查方法，在老年患者围手术期管理领域具有较高的应用价值。与此同时，人工智能技术在临床医疗中处理大量、非线性数据的优势日益突出。目前，植入人工智能的脑电图监测技术已在麻醉深度监测、药物输注控制、疼痛管理等方面开始应用于临床。相信随着人工智能技术以及脑电图监测使用的科学化、普及化，未来有望优化老年患者个体化围手术期管理，从而为脑功能损伤的早期发现、干预和评估治疗提供科学参考。