重型颅脑损伤患者监测技术

吴海涛，余 杰

遵义医科大学附属医院神经外科，贵州 遵义 563000

重型颅脑损伤(severe traumatic brain injury，sTBI)是神经外科常见的危急重症，具有病情急、死残率高、预后差等特点，因此早期监测颅内异常情况的发生是治疗这类危重疾病的前提和基础。目前对sTBI患者的监护主要是利用先进的监测仪器、生命支持设备及相关分析技术，对其进行集中管理和实时监测，在有害的生理事件对大脑造成不可逆损伤之前侦测它们的发生，完成“脑保护”的职责，并为其提供规范有效的生命支持，最大限度地提高生存率。近年来，随着实时监测技术的不断发展，sTBI患者神经功能修复情况及治愈率取得明显提高，住院时间也显著缩短[1]。本文结合临床实践及相关研究，对近年来sTBI患者监测技术的应用进行阐述。

1 常规监测

早期由于医疗水平发展受限，在临床工作中对患者的监测基本靠瞅、意识基本靠吼。随着医疗水平的提高，sTBI患者一般经急诊或手术治疗后进入重症监护室，为了更好地监测患者生命体征，对其进行血压、血糖、尿量、格拉斯哥昏迷评分(Glasgow coma scale，GCS)、心电监护及血气分析等常规监测，对于某些特殊患者，若经积极治疗后血液循环还不稳定，则需进行血流动力学监测。在早期的临床工作中发现，根据这些监测结果对补液支持治疗及判断内环境紊乱情况具有重大意义。但是，这些常规监测对于病情随时恶化的危重症患者来说远远不够，并不能实时、有效地发现患者的病理生理变化过程。为了能连续、动态地了解患者病情，更有效地实施干预治疗，改善患者的临床转归，离不开其他特异性的监测方法。

2 颅内压(intracranial pressure，ICP)监测

对于脑损伤患者，临床常关心的指标是ICP和灌注压(cerebral perfusion pressure，CPP)。sTBI患者常因脑组织的原发或继发性受损导致颅内高压症状，继而引起脑组织代谢及脑灌注恶化、甚至引发脑疝及死亡[2]，因此ICP监测对sTBI患者来说至关重要。ICP监测分为有创性与无创性，目前脑室型监测是临床ICP监测的金标准，对sTBI患者的治疗全过程具有指导意义[3]。随着医疗水平的发展及脑脊液管理共识的推广，ICP探头植入引起的并发症问题已逐步得到解决。尽管有创ICP监测已成为主流，但仍有很多学者在积极探索无创性测压的优势，以期达到更好的监测效果。张哲等[4]认为，无创ICP监测的实质是通过观察ICP变化引起的颅内异常情况的间接表现，在避免有创ICP监测风险的同时还可补充其不足之处，对于急重症或凝血功能障碍相关疾病的判断更优于有创性测压。虽然无创性测压有很多优点，但准确性较低且无法进行持续性监测，暂时还无法完全替代有创性测压[3]。目前对于ICP监测是否有利于sTBI患者的预后管理仍存在争议，有报道指出，ICP监测能有效降低患者的致残率及病死率，对指导临床用药具有重大意义[5-9]。而Bennet等[10]对3 082例儿童颅脑损伤患者进行ICP监测，发现监测组与对照组的功能生存率并无显著差异。CPP是平均动脉压与ICP的差值，通过监测CPP，可以间接反映脑内代谢是否有异常。针对创伤患者继发脑损伤，行床旁持续CPP监测，确定一个最佳CPP值可确保脑灌注处于70～100mmHg的最适范围内、有效消除潜在的继发性脑损伤发生[11]。由于个体化治疗的多种不可控因素，目前还没有统一标准的最佳CPP阈值，也没有系统性的研究能证实其在临床应用中的价值。总之，ICP实时监测能及时反映sTBI患者脑血流供应状况，有效指导阶梯性诊疗操作及评估预后，目前无创性测压仍是最有前景的监测方法，是未来进一步研究的方向。

3 脑代谢监测

大脑具有极高的代谢率，耗氧量约占全身的20%，因此，大脑需要持续稳定的血流灌注才能满足代谢需求。sTBI患者常因脑缺血低氧而导致一系列生物化学反应异常。脑代谢监测的目的就是尽早发现这些异常情况，防止因治疗不及时导致病情恶化及继发性脑损伤。

3.1经颈静脉血氧饱和度(jugular venous oxygen saturation，SjvO2) SjvO2是一种通过测量大脑氧耗与氧供从而间接监测全脑氧流量的方法，也是广泛应用的连续脑氧合监测方法。其监测原理是经颈内静脉逆向穿刺置管至颈静脉窦，经B超定位后，连续监测颈静脉窦氧饱和度，间接评估脑氧供与氧耗的动态平衡，反映脑氧合与脑代谢的关系。多篇文献报道[12-15]，sTBI伤后早期脑组织低氧，SjvO2明显下降，伤后48h脑组织严重低氧，脑细胞代谢率下降，引起SjvO2异常增高，患者预后不良。综合分析，SjvO2与患者的预后显著相关，但相关研究对引起预后不良率的阈值尚不明确。根据《脑外伤基金会指南》建议[16]，SjvO2>50%能有效减轻继发性脑损害，降低患者的病死率。SjvO2被认为是监测全脑血流量与大脑新陈代谢关系的金标准[17]，其应用价值已得到广大研究学者及临床医师的认可，可在发生继发性缺血低氧之前实施干预治疗，避免病情进一步恶化，但由于这是一种侵入性操作，经颈静脉插管容易引起感染、血肿甚至是血栓等并发症，到目前为止，还没有将SjvO2监测作为常规方法用于神经重症患者及儿童的临床治疗。SjvO2作为反映脑组织氧代谢状况的一项参数，还可与其他监测方法相结合，对脑组织实施局部及整体代谢状况的全面监测，为临床治疗提供更有效的参考价值。

3.2脑组织氧分压(pressure of brain tissue oxygen，PbtO2) PbtO2是一种新兴的局部脑组织氧合监测技术，其监测原理是在脑组织中置入单个或多参数电子传感器，可实时、动态地监测氧分压、脑温及pH值等直接获得大脑氧化和代谢的指标，提供早期监测脑缺血低氧的可靠证据[18]，因其具有微创、安全、准确的特点，在ICU中已广泛应用。有研究表明[19]，PbtO2与神经损伤的预后有一定关系，是sTBI转归的独立因子。张秋生等[20]对211例sTBI患者进行持续PbtO2监测，发现PbtO2的升高与预后良好率呈明显正相关。近年来，PbtO2联合ICP监测技术逐渐成熟，有学者将其用于sTBI患者的预后研究[21]，发现与单纯的ICP监测相比，PbtO2结合ICP引导治疗能减少脑组织低氧，其病死率更低，预后更好。近几年研究表明，通过监测PbtO2并使之维持在正常生理范围，有助于提高患者的治愈率及改善预后[22]。总之，PbtO2作为一种新兴的技术已被广泛用于神经系统疾病的监测中，可提供损伤部位病理生理及损伤程度的连续定量数据，有助于优化创伤的监测管理。但目前来看，没有一种监测方法是完美的，单一的监测方法无法全面反映脑创伤的复杂病理生理变化，通过PbtO2监测所获得的信息还需结合其他监测手段加以综合分析，才能更准确而全面地反映患者的问题，但目前各种监测方法的联合监测机制还不明确，有待进一步研究。

3.3近红外光谱(near infrared reflectance spectroscopy，NIRS) NIRS是一种新兴的无创性脑血氧监测方法，可全面、实时、连续反映脑氧代谢情况，可避免因低氧或缺血引起的继发性脑损伤。其工作原理是红外光线能穿透头皮、颅骨及大脑被波长700～900nm附近的氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白结合并被吸收，由于两者对红外光的吸收程度不同，可通过探测器测得不同的吸收光谱，根据比尔-兰伯特定律来计算出局部脑组织氧饱和度(regional oxygen saturation，rSO2)及氧供与氧耗之间的动态平衡关系[23]。吴敏等[24]研究发现，运用NIRS床旁连续监测rSO2有助于快速诊断颅内出血或脑血管自动调节障碍，这对制定诊疗方案及预后评估来说尤为重要。卢维新等[25]研究发现，rSO2<60%与患者的病死率、颅内高压发生有关，且数值越低预后越差。虽然目前对NIRS监测rSO2的正常范围或缺血低氧的临界阈值还没有统一的标准，但是通过NIRS监测rSO2被普遍认为是揭示脑缺血低氧、预防继发性脑损伤的有效方法。总的来说，NIRS对sTBI患者的床旁监测脑氧合和脑血流量具有很好的发展前景，但是其监测技术仍有待改进，如设备不同导致参数间的差异、颅骨厚度等的影响，如何调整不同设备之间参数的差异及确定血氧饱和度标准的阈值是下一步研究需要解决的问题。

3.4脑微量透析技术(microdialysis，MD) MD是一种将透析与灌流取样技术结合起来并逐渐完善的活体组织取样新技术，通过连续取样与实时定量分析，可早于影像学及全身表现出现之前发现颅内异常情况[26]。其主要监测指标有葡萄糖、乳酸、丙酮酸、谷氨酸、甘油等。葡萄糖是能量代谢的主要指标，其数值<0.2mmol/L提示脑缺血低氧。有研究发现[27]，乳酸和丙酮酸的比值(lactate pyruvate ratio，LPR)是一个比单独乳酸更敏感的代谢障碍指标，能更准确地反映脑损伤程度及判断预后，当LPR>40时，预示脑组织出现代谢紊乱，需进行临床干预治疗。谷氨酸是一种兴奋性氨基酸，可间接反映脑缺血低氧状态，Chamoun等[28]报道指出，胞外谷氨酸水平越高，GCS越低，患者预后越差。甘油是细胞膜磷脂的降解产物，任何导致细胞死亡或结构破坏的因素都可引起甘油水平的升高，Belli等[29]研究发现甘油>100μmol/L与发生ICP增高的风险显著相关。MD作为一种有创性操作，常引起出血及感染等并发症，加上其成本较高、对操作者的技术要求高及其有限的空间分辨率等缺点目前还没有广泛用于临床。尽管如此，MD技术在监测大脑功能方面的优势是无法替代的，已经发展为神经重症监护室中一种成熟的床旁监测工具，可以揭示大脑独特的化学信息，未来联合其他技术有望成为颅脑损伤管理的主流监测方法。

4 神经电生理监测

众所周知，影像学检查可显示脑组织正常或异常结构，而神经电生理检查可反映大脑皮质各个区域的脑电活动状态，监测脑组织功能。目前以脑电图(electroencephalogram，EGG)、体感诱发电位(somatosensory evoked potential，SEP)应用较为广泛。EGG是利用电子技术将脑组织有节律自发生物电活动放大，通过电极记录成脑电波图形，可实时、动态地反映大脑功能。当患者无反应时，EGG记录无明显变化；当患者有反应时，则会出现节律波和慢波，根据Young 分级，分为正常、轻度、中度、重度异常[30]。EGG监测可实时反映sTBI患者脑功能损害程度、监测癫痫异常放电、评估昏迷及脑死亡[31]。GCS是昏迷严重程度常用的方法，多项研究表明，在sTBI预后方面，脑电波谱分析在一定程度上补充了GCS甚至优于其评估价值，δ波直接与患者昏迷程度相关[32]。颅脑损伤后普遍表现为α波频率降低，θ频率增高。Wang等[33]研究了脑损伤患者的EGG反映性和相对α变异性，发现两者均是sTBI患者预后不良的独立预测因子，有助于早期评估sTBI的预后。SEP是通过刺激传导神经、器官或通路从而在中枢神经系统引导出的电位。杨林丽等[34]对79例sTBI患者的神经电生理监测发现，预后不良组体感诱发电位阳性率显著高于预后良好组,差异有统计学意义，有助于评估预后，指导临床医师在发现异常情况时及时调整诊疗方案。总之，神经电生理监测作为一种简便、快速的脑功能评价手段，有助于评估患者的预后，为临床提供更精确的诊断信息，应在基层医院大力推广。

5 脑血流量监测

经颅多普勒超声(transcranial doppler，TCD)是利用多普勒效应来检查颅内主要动脉的血流动力学及血流参数的一种检查方法[35]。作为一种无创、便捷、实时动态评估脑血流的方法被广泛用于ICU。张震宇等[36]对65例脑损伤患儿进行TCD检查发现，脑灌注改善的患儿存活率明显高于未改善的患儿，提示TCD检查能够较准确评估脑功能、意识状态，对脑功能受损患儿的治疗及预后具有指导意义。有报道指出，TCD监测脑血流量，能很好地显示血管痉挛，为蛛网膜下腔出血患者的治疗提供参考依据，明显提高治愈率[37]。近年来经颅彩色多普勒超声逐渐走进临床医师的视线，它能更好地显示Willis环、更有效地显示蛛网膜下腔出血期间发生的血管痉挛[38]，提高TCD的预测能力。虽然现有的证据表明TCD对脑损伤患者的有效监测，但仍有许多的局限性，特别是对无症状性和症状性血管痉挛的区分。将TCD联合其他监测方法进行多模态监测，对颅内血流异常情况进行全面评估是下一步研究的方向。

6 多模态监测

重型颅脑损伤监护的目标是在有害的生理事件对大脑造成不可逆损伤之前检测到它们，即常说的脑保护。上述监测方法都有各自的局限性，不能全面反映颅脑的变化，在这种情况下，多模态监测技术应运而生，它能整合、显示、记录从单个患者采集的多种不同来源的生理数据，经计算机分析各个生理参数信号之间的联系，计算出个体化的定向参数，通过对临床事件的“预测”指导干预治疗。这些参数主要包括ICP、灌注压、脑血流、脑组织氧合、脑代谢及神经电活动等。颅脑损伤患者的血流自动调节功能常受损，如何判断脑损伤后的血流量、血压是否能提供合适的脑灌注成为临床工作的难点。有研究发现，运用分析软件监测脑损伤患者的平均血流指数即可解决这个难题。多模态监测设备上呈现的波形变化则可反映脑血流自动调节状态及患者的预后情况。多模态分析还可定位最佳CPP值，将ICP波动范围与压力反应指数分别在X轴和Y轴上表示出来，经综合分析生成一条U形曲线，曲线的最低点就是最佳CPP[39]，这种新方法突破了以往《脑外伤基金会指南》所建议的针对所有患者的最佳CPP值，这为针对不同患者的自身情况量身定做脑CPP治疗的个体化方案提供了新的指导意义。运用多模态监测仪还可通过计算无创ICP、无创脑CPP压、临界闭合压等，在未启用常规ICP监测之前对颅脑压力异常情况进行示警。

多模态监测技术可对脑压、脑血流、脑代谢及神经功能等多方面监测，将所测的参数通过计算机分析整合，多层面地评估继发性脑损伤，为临床医师提供患者生理状态的实时、连续、可靠的相关信息从而指导个体化治疗，是现代颅脑损伤救治的理想模式，在重症监护方面的价值也得到了认可[40]。周晓芬等[41]对104例神经重症患者的临床对照研究发现，试验组的住院时间、并发症发生率和预后不良发生率明显低于对照组。但是大量的国内外文献显示，目前所谓的多模态监测，只是把各种监测方法进行简单的叠加，也还只是孤立地从各自层面来分析相关数据。首先，通过简单整合不同监测方法所得的数据对于不同疾病重症患者来说能否提供最精准或最有价值的信息。其次，如何分病种选择高效多模态监测方式并减轻患者费用等，仍是急需解决的问题。

7 总结与展望

综上所述，脑损伤患者的监护方法多种多样，发展迅速。近年来，多模态监测技术是最新的研究热点，其临床应用却受到数据获取、管理与协作等方面的限制。随着人工智能技术的飞速发展，医学人工智能已经在诸多疾病的诊断和治疗中发挥着重要作用，但是人工智能在sTBI监测技术方面的研究却鲜见成功案例报道。人工智能可将经验数据或大数据进行汇总分析，转换成各种疾病发展对应模式，能否将人工智能与多模态监测结合起来，研发出适用于多场景、多病种、多模块的一体化智能监测仪器，这为临床工作者提供了一个新的研究方向，有望为脑损伤患者提供更精准的监测和干预策略。

作者贡献声明：吴海涛：资料搜集、论文指导及修改；余杰：选题设计、文献检索、论文撰写