心脏瓣膜手术中低脑氧发生情况及其对早期预后的影响*

丁 梦,赵文君,魏 蔚

(四川大学华西医院麻醉科,成都 610041)

心脏直视手术需在体外循环的辅助下完成,确保在为机体提供基础氧供的同时,获得清晰、安静、无血的术野,使手术能安全、顺利进行[1]。但是在体外循环(CPB)期间,由于血流动力学改变、血液稀释、氧解离曲线左移、机体炎性反应等多种原因[2-3],机体极易发生氧供与氧耗的失衡,产生氧债,最终导致不可逆的缺氧性损伤及器官功能损害。在氧供下降的初期,传统监测指标几乎不出现异常[4],而当动脉血氧饱和度、混合静脉血氧饱和度、血乳酸等反映氧供需平衡的指标出现异常时,局部组织常常已缺氧一段时间,此时即使立即采取有效措施也不能完全避免缺氧性损伤的发生,严重时可导致重要器官功能损害甚至死亡[5]。近年来应用近红外光谱(near infrared spectroscopy,NIRS)技术监测脑额叶皮层组织内氧合血红蛋白含量和非氧合血红蛋白含量,得到该部位包括动脉血、静脉血及混合动静脉血在内的所有血液的氧合状态[6],即局部脑组织氧饱和度,具有无创、廉价、实时、便捷的特点。它作为传统监测手段的补充已经被应用于心脏大血管手术、胸科手术、颈动脉内膜剥脱手术、心肺复苏、新生儿重症监护等领域[7-10]。局部脑组织氧饱和度监测在减少术后神经系统并发症的积极作用被某些研究所证实[11],但仍有一定争议[12]。本研究主要关注CPB辅助下心脏瓣膜手术中患者发生的低脑组织氧饱和度(rScO2),分析其影响因素及与患者预后的关系,以期为更好地应用NIRS技术进行围手术期管理提供依据,为心脏手术患者围手术期维持氧供需平衡的管理提供思路,避免氧债产生,降低术后不良事件发生率,改善患者预后。

1 资料与方法

1.1 一般资料

本研究为前瞻性观察性队列研究。研究通过四川大学医学伦理委员会批准(伦理编号:2017342),并在术前与患者及家属谈话,签署知情同意书。纳入2017年8月至2018年5月于四川大学华西医院在浅低温CPB下行择期心脏瓣膜手术的患者190例,其中男102例,女88例,平均年龄(54.21±11.97)岁。定义患者术中出现双侧局部rScO2<55%持续5 min为低脑氧事件,根据是否发生低脑氧事件分为低脑氧组(L组)和正常脑氧组(N组)。

纳入标准:(1)年龄18～80岁;(2)拟行择期心脏瓣膜手术;(3)手术需要CPB辅助。

排除标准:(1)患有中枢神经系统疾病;(2)有中枢神经系统手术史;(3)预计手术时间≤2 h。

1.2 方法

1.2.1术前基线资料收集

术前1 d收集患者基线资料。(1)人口统计学资料:性别、年龄、体重、身高、体重指数;(2)术前检查结果:血红蛋白、血肌酐、血尿素氮、胆红素、天门冬氨酸氨基转移酶/丙氨酸氨基转移酶(AST/ALT)值、脑利钠肽(brain natriuretic peptide,BNP)、肌钙蛋白、心脏彩超、头部CT;(3)术前合并症及疾病史情况:美国麻醉医师协会(American Society of Anesthesiologists,ASA)分级、是否有肝肾功能不全、是否有心功能不全、是否发生过心脑血管意外、是否存在颈动脉狭窄、是否存在神经系统疾病、手术史、外伤史。

1.2.2术中监测

rScO2监测:采用近红外光组织血氧参数无损监测仪(爱琴医疗EGOS-600系列近红外光组织血氧参数无损监测仪)对患者双侧大脑半球局部rScO2进行监测。入室后用酒精棉球对患者前额部皮肤进行去脂消毒。将左、右脑氧饱和度探头分别置于左、右前额,使左、右探头发光点分别位于眉骨上方 1.5～2.5 cm处,左、右脑氧饱和度探头边缘均距前正中线1～2 cm。务必保证传感探头与皮肤紧密贴合、接触良好,贴合好后使用绷带妥善固定,使其避光。系统每分钟采集1次rScO2数据并保存。

常规监测包括五导联心电图、脉搏氧饱和度、呼气末二氧化碳、有创动脉压、中心静脉压、鼻咽温。分别在患者入室时、心肺转流术前、心肺转流术中每小时、心肺转流术后20 min、手术医生关胸时采集动脉血进行血气分析。

1.2.3术后随访

随访指标包括:重症监护室(ICU)停留时间、总住院时间;血红蛋白、肌酐、尿素氮、AST/ALT值、脑钠肽(BNP)、肌钙蛋白;术后并发症情况(是否有新发的肝肾功能不全)。

1.3 统计学处理

2 结 果

2.1 低脑氧事件发生情况

最终纳入190例浅体温CPB下行心脏瓣膜手术患者,其中有99例患者发生了低脑氧,在发生低脑氧的患者中,73例患者发生于CPB期间。

2.2 基线资料比较

两组患者性别、年龄、体重指数、ASA分级、术前血红蛋白、肌酐、尿素氮水平、ALT/AST值、肌钙蛋白、左室射血分数(EF)值及左心室大小差异均无统计学意义(P>0.05)。L组术前血糖低于N组,BNP水平高于N组(P<0.05),见表1。

表1 两组患者基线资料比较

2.3 随访结果比较

L组及N组术后最高肌酐水平、最高尿素水平、最高ALT/AST值及术后EF值比较,差异均无统计学意义(P>0.05)。L组急性肾损伤(AKI)发生率、ICU停留时间、总住院时间、术后最高BNP、术中最高乳酸水平均明显高于N组(P<0.05),见表2。

表2 两组患者术后资料比较

2.4 低脑氧事件的影响因素

用二分类logistic回归分析术中发生低脑氧事件的危险因素,发现年龄>65岁和CPB时间>120 min是发生低脑氧事件的危险因素(P<0.05),rScO2>60%为发生低脑氧事件的保护性因素,见表3。

表3 低脑氧事件影响因素单因素分析结果

3 讨 论

按照 rScO2绝对值小于55%,持续超过5 min作为低脑氧事件的标准,纳入的190例患者中,有99例患者发生了低脑氧。而发生低脑氧的患者中,73例患者发生在CPB期间。ZHENG等[13]系统评价了成人心脏手术患者应用脑NIRS监测的情况,发现约50%的心脏手术患者在手术过程中发生了一次或多次的局部rScO2下降,这与本研究结果类似[13]。心脏瓣膜手术中低脑氧发生率较高,大多发生于CPB期间。患者的rScO2在CPB过程中有所下降,主要是由CPB时氧供与氧耗的特点和脑组织利用能量的特点两方面原因导致的[2-3]。CPB时组织灌注压降低,非搏动性血流代替搏动性血流,使微循环障碍发生率增高,并且这种非搏动性血流使体内儿茶酚胺类物质释放增加,易导致局部血管收缩,局部组织灌注减少或无灌注,进而导致局部组织缺血缺氧。CPB时常有一定的血液稀释,血液稀释不仅导致脑细胞水肿发生率增高,而且由于血液稀释、手术及CPB导致的红细胞破坏增加、输入库存血红细胞变形能力降低等原因使血红蛋白水平降低,有效携氧的血红蛋白减少,组织易发生缺血缺氧。低灌注导致的局部组织乳酸产生增加、pH值降低,库存血中二磷酸甘油酸水平较低,动脉血二氧化碳浓度降低,心肌保护需要低体温等系列原因导致氧解离曲线左移,氧解离障碍,组织利用氧困难。此外,动脉血二氧化碳浓度降低时,脑血管收缩,脑血流减少,易发生脑组织缺血缺氧。CPB开始时由于有免疫细胞如单核细胞、巨噬细胞的活化,血液与CPB管路的接触,核心体温变化,血流动力学改变,肠道内毒素的释放等原因,应激激素水平明显增高,全身炎性反应启动,过度炎性反应使机体氧耗增加,更易缺血缺氧。由于心脏手术及CPB的特点,约一半的患者在手术过程中发生了低脑氧,本研究结果提示有必要对CPB的患者进行脑氧监测,特别是CPB期间,有助于及时发现脑组织缺氧。

进一步分析显示,低脑氧组及正常脑氧组ICU停留时间、总住院时间、术后AKI发生率、术后最高BNP、术中最高乳酸的差异有统计学意义。低脑氧组表现出更高CPB后乳酸水平、术后最高BNP水平及AKI发生率,更长的ICU停留时间与总住院时间。发生低脑氧时,局部的脑组织发生了氧供需不平衡,需氧量大于供氧量,葡萄糖有氧氧化过程受阻,丙酮酸无法顺利完成三羧酸循环产能,丙酮酸通过无氧酵解转化为乳酸,此时细胞内氢离子堆积,pH值下降,同时由于无氧酵解产生三磷酸腺苷(ATP)减少,细胞供能不足,引起细胞损伤[14]。由于上述原因,CPB时导致组织缺血缺氧,局部乳酸堆积。CPB后由于组织恢复搏动性灌注,灌注压增高,末梢循环改善,局部组织堆积的乳酸释放入血,血中乳酸含量增加,加之恢复正常循环后,各个器官的缺血再灌注损伤,乳酸水平将进一步升高。CPB后高乳酸水平常提示组织灌注不良,细胞缺血缺氧,器官功能障碍,术后肾功能不全发生率增高。乳酸作为一项反映组织灌注不良的指标在临床上广泛应用,高乳酸血症更是循环衰竭、脏器功能损伤、疾病预后不良、近远期死亡率增加的标志物[15]。但临床上由于乳酸水平的获得依赖于血气检查,特别是CPB时由于灌注不足等原因,血液中的乳酸并不能完全反映此时的组织灌注及氧供需情况,有滞后性与不确切性的特点,当血乳酸水平明显升高时,组织已经缺血缺氧一段时间,此时即使立即采取补救措施也无法完全避免器官的缺氧性损伤[16]。相比乳酸而言,局部rScO2是一个更快、更灵敏的实时监测局部组织氧供需情况的指标。

本研究还发现年龄>65岁和CPB时间>120 min是发生低脑氧的危险因素,而基础 rScO2>60%为发生低脑氧事件的保护性因素。年龄较大的患者发生低脑氧的可能性更大,这与多篇研究的结果相似[15,17-18]。随着年龄增加,机体功能逐渐减退,脑细胞萎缩,脑容量减少,脑氧代谢减慢,脑血管发生退行性变,脑血流减慢,在CPB条件下更容易产生氧供与氧需失衡,局部rScO2降低,导致低脑氧事件的发生[17]。另有研究表明,随着年龄增长,近红外光在颅内传播的距离变长,传播时间增加,能量衰减增加,rScO2降低[19-21]。由于CPB时氧供与氧耗的特点和脑组织利用能量的特点,CPB时易发生大脑的缺氧性损伤。CPB时间长也意味着手术难度相对高及创伤相对大,此时术中红细胞破坏增多、血液稀释。随着手术时间延长脑细胞水肿概率增加、机体过度炎性反应、体内乳酸堆积、氧离曲线左移等原因也使机体发生低脑氧事件的概率增加。提示减少CPB时间可能会减少术中低脑氧的发生,降低大脑缺氧性损伤的发生率。

本研究还存在一些不足,未记录血管活性药物的准确使用情况,无法评估血管活性药物对rScO2的影响,导致观察结果的相对局限性,血管活性药物对局部rScO2的影响应行进一步研究。且随访时间较短,只关注患者在院情况,未对患者术后长时间预后资料进行收集。本研究为观察性研究,研究效能有限,对低脑氧干预的作用还有待进一步研究验证,后续可行大样本、多中心的随机对照试验。

综上所述,心脏瓣膜手术中约有一半患者发生低脑氧,多发生于CPB期间。低脑氧可增加AKI发生率、升高血乳酸水平,延长患者ICU停留时间和总住院时间。年龄>65岁、CPB时间>120 min是术中发生低脑氧的危险因素,基础 rScO2>60%是其保护因素。