颈动脉内膜剥脱术中脑氧饱和度变化及影响因素的研究进展

杨俊岐 韩志强 李利彪

颈动脉内膜切除术(carotid endarterectomy,CEA)通常在有严重颈动脉狭窄或动脉粥样硬化的患者中进行,解除颈动脉狭窄可以有效预防患者发生缺血性卒中。根据2022年美国心脏协会的报告：2020年,全球卒中发病人数为1 171万人,其中缺血性卒中发病人数为759万。其中东亚地区卒中的标准年龄化发病率最高[1]。CEA术中缺血性脑卒中发生风险为2%～5%,其中部分原因是由于颈动脉阻断期间的脑缺血所致[2],术中使用脑氧饱和度监测可以明显降低这种风险发生。脑氧饱和度是监测脑内部分动脉、静脉和毛细血管中血红蛋白,实时反应氧气输送和消耗之间变化[3]。术中使用近红外线光谱监测脑氧饱和度,可以有效确认术中脑缺血和预测包括脑过度灌注综合征在内的并发症发生,减轻患者术中发生脑梗死的可能性,有利于患者术后转归,提高生活质量。越来越多临床医生开始重视脑氧饱和度监测在术中的重要性。明确脑氧饱和度正常范围,以及CEA术中影响脑氧饱和度因素及其影响程度,才能更准确把握患者围术期的状态,指导临床医生管理手术。

1 脑氧饱和度正常范围

因各种近红外线光谱测量仪器的方法不同,所测算的机制也不同,而且不同年龄的人的脑氧饱和度也不同,到目前为止还没有统一的脑氧饱和度范围。有研究表明,婴幼儿、幼儿、学龄前、学龄期、成人和老年人的脑氧饱和度基本值分别为(70.41±4.66)%,(72.43±3.81)%,(70.77±3.27)%,(70.62±2.20)%,(69.76±6.02)%,(62.69±3.14)%[4]。也有研究表示,年龄和性别也会影响测量的区域脑血氧饱和度[5]。测量的脑血氧饱和度随年龄增长而降低,女性的脑血氧饱和度较低。但CEA患者脑氧饱和度较正常的同龄人都偏低,因为颈动脉狭窄导致脑血流减少,近红外线光谱所测量的氧合血红蛋白含量也较正常同龄人的少。目前术中脑氧饱和度监测范围,一般以绝对值<50%或者脑氧饱和度下降>基础值的20%提示发生脑缺血可能。相关研究单因素分析显示,局部脑氧饱和度(rSO2)持续时间<40%(P<0.01),最小rSO和rSO2下降百分比与神经损伤显著相关[6]。术中近红外线光谱作为确认术中脑缺血和预测包括脑过度灌注综合征在内并发症的诊断工具准确性。但在全身麻醉下进行的监测和预想结果有很大差异,但是脑氧饱和度的变化与手术事件是一致的[7]。

2 手术期间脑氧饱和度影响因素分析

CEA是一种有效预防二级卒中手术策略,麻醉方式一般为局部麻醉或者全身麻醉,但无论哪一种麻醉方式,术中脑氧饱和度监测都是必要的。脑氧饱和度监测具有实用、无创、有效等优点,同时术中众多因素在手术期间均会对脑氧饱和度产生不同程度的影响,麻醉期间的脑氧饱和度值取决于各种因素,如麻醉剂、吸入氧分数、血液二氧化碳水平和全身血压等。

2.1 麻醉药物对脑氧饱和度的影响 阿片类药物会引起中枢神经系统的抑制,所以术中阿片类药物的过度使用会严重影响脑氧饱和度,甚至将大脑置于更加危险位置。阿片类药物使用增加了大脑缺氧、术后认知功能减退和严重健康并发症的可能性,包括昏迷和死亡。在一项舒芬太尼和芬太尼研究中表明,脑氧饱和度的变化可以很好地预测术后认知障碍的发病率,虽然舒芬太尼和芬太尼都是诱导神经元超极化和抑制神经元兴奋性的强效阿片类激动剂,两者在此方面具有相似性,但舒芬太尼是一种比芬太尼更有效的阿片类药物,术中更好发挥镇疼作用,改善术后认知[8]。另一项评价芬太尼对局部脑氧饱和度、脑组织氧摄取分数和左心室输出量的影响的研究,单因素方差分析显示,术前脑氧饱和度基线检查与使用芬太尼后脑氧合、组织耗氧或心输出量测定之间差异无统计学意义(P>0.05)[9]。芬太尼用于程序性疼痛和镇静对脑氧合、脑组织吸氧或心输出量无显著影响。研究表明麻醉诱导期间与使用丙泊酚和瑞芬太尼相比,使用丙泊酚和舒芬太尼更能改善患者的血流动力学稳定性和提高的脑氧饱和度[10]。阿托品的应用可能有助于抵消或预防与这些阿片类药物相关的血流动力学抑制。

一份研究评估了七氟醚和异丙酚在手术麻醉时和脑电图突发抑制时对脑血流和脑氧代谢率的影响,异丙酚在突发抑制时降低大脑中动脉流速,增加博动指数(正常组P<0.001和P<0.02,患侧P<0.004和P<0.001)[11]。异丙酚在手术麻醉时和脑电图突发抑制时脑氧饱和度和动静脉血氧差值的变化差距较大。七氟醚在脑电图突发抑制期间对脑氧合的影响较少,且不会改变脑血流,这表明使用七氟醚时增加脑部对氧气利用。七氟醚,具有使脑血管扩张功能,在安静期间脑电图显示它比异丙酚更能维持脑血流量和脑氧代谢率。在CEA术中,与丙泊酚麻醉相比,使用七氟醚吸入麻醉可保证手术对侧脑半球的脑氧饱和度,抑制双侧脑氧饱和度的不对称性,并改善术后早期认知[12]。但另有研究显示了与颈动脉未阻断期相比,七氟醚和异丙酚2组,均在阻断期间脑出现了氧饱和度值显著降低(P<0.05),在颈动脉开放后可以上升至术前水平以上(P<0.05)[13]。当比较七氟醚组和异丙酚组时,七氟醚组在拔管期间脑氧饱和度显著降低(P<0.05);而在异丙酚组,女性患者在颈动脉阻断期间的脑氧饱和度值明显低于男性患者(P<0.05)。但观察到的下降均≤20%,结果表明,在接受CEA的患者中,七氟醚或异丙酚麻醉通常不会在阻断期间和之后引起脑氧合的显著差异(下降>20%)[13]。使用异丙酚患者脑氧合之间的性别差异和使用七氟醚组患者拔管期间氧合减少的发现值得进一步研究。

近年研究显示右美托嘧啶在CEA麻醉中对改善脑氧代谢有着良好的作用[14-16]。麻醉诱导前给予右美托咪定可以降低术后认知功能障碍的风险,同时不会降低脑氧饱和度[17]。右美托嘧啶对术后神经损伤有一定的保护作用,可以提高患者的认知功能,减少不良反应的发生,尤其是老年患者,在改善术后认知功能状态获益匪浅,甚至可以降低谵妄发生率,可能是由于炎症减轻和脑源性神经营养因子(brain-derived neurotrophic factor,BDNF)表达增强[18]。

2.2 体温和体位对脑氧饱和度的影响 手术室温度一般设置为20℃～24℃,较低的温度可以能抑制病原体繁殖。但相关研究表示,非心脏手术患者保持核心温度≥35.5℃,术中低温会增加心肌损伤、手术部位感染和失血的机会,甚至可能会增加在全身麻醉下手术患者围手术期的发病率和死亡率[19]。而且在低温期间脑部功能也会受到严重的影响,脑代谢减少5.1%,血流量减少1.1%[20]。因脑氧代谢率降低,局部脑组织氧饱和度也出现不确定性,但是可以确定的是,低温改善后的患者对比一直处于低温的患者,患者苏醒后的脑氧饱和度有明显增加,同时术后神经功能也有改善[21]。大多数患者在术中发生脑氧饱和度下降的众多体位中,半沙滩椅位是发生率最高。脑氧饱和度最大的下降发生在固定半沙滩椅的位置时[22]。头部和胸部抬高可改善脑血流动力学和神经最终的预后,但平卧的脑灌注压更高,而且颈动脉血流和脑氧饱和度在平卧和头部和胸部抬高2组之间无显著差异[23]。但CEA术中无论是全身麻醉,还是区域麻醉,患者一般采用均是仰卧位,头向对侧偏斜,充分暴露颈动脉,建立良好的术野。但应注意变异的颈动脉,扭曲的颈内动脉向内侧延伸至颈外动脉,需要适当的头部旋转和较宽的纵向皮肤切口。适当的头部旋转不会对脑氧饱和度产生明显的影响[24]。

2.3 高碳酸血症对脑氧饱和度的影响 轻度高碳酸血症可以提高对局部脑氧饱和度。CO2是一种众所周知的血管扩张剂,可改善脑血流。轻度高碳酸血症的神经保护机制虽然尚未完全了解,但据推测是脑血流量增加、氧气输送增强、脑内葡萄糖使用、氧化代谢改善以及激活的三磷酸腺苷敏感钾通道的结果。在脑缺血情况下,以上众多因素在可以共同维持和增强神经元活动,提高脑氧饱和度。手术期间目的性提高血中二氧化碳浓度,提高至轻度高碳酸血症(45～55 mm Hg)会增加脑氧饱和度。一项临床研究表明轻度高碳酸血症组患者从基线检查到手术结束,脑氧饱和度百分比变化的绝对差异较正常组高出19.0%(P<0.001)。结果表明,随着时间的推移,轻度高碳酸血症下脑氧饱和度的百分比变化明显[25]。另一篇研究也表明增加呼吸末正压(positive end expiration pressure,PEEP)导致颅内压和脑氧饱和度显著增加,而减少呼末二氧化碳会观察到颅内压和脑氧饱和度显著降低[26]。轻度高碳酸血症能增加患者的脑氧饱和度,增加脑血流量,改善脑供氧/耗氧平衡,对大脑起保护作用,而且对术后认知功能障碍的发病率无显著影响。研究发现,术中低氧血症和低碳酸血症与术后谵妄风险呈剂量依赖性相关,也就意味着术中低氧血症和低碳酸血症这些不良事件发生越多,术后患者发生谵妄的可能性越高,建议术中减少不良事件发生,以避免术后神经系统疾病的发生[27]。但高碳酸血症的发生与术后谵妄之间并未观察到明显的关联。

研究显示,高颅内压也可导致脑氧饱和度值降低,主要是因脑血管阻力增加导致脑血流量减少[28]。然而,作为降低高颅内压管理最佳解决策略的过度通气,很难在患者身上准确量化。一旦过度通气时间过长就会导致的低碳酸血症会恶化高颅内压。术中应用近红外线光谱监测脑氧饱和度可以有效指导过度通气正确使用,当患者的高颅内压特征升高,可以观察到同侧脑氧饱和度基线值降低。同时,术中还观察到在麻醉诱导期间发生严重心动过缓时这些同侧脑氧饱和度值会进一步显著降低。在过度通气后迅速改善至基线CEA手术目的是为了防止未来卒中,但由于疾病和手术本身的特殊性,CEA的肺部并发症发生率高于其他任何手术。此类患者偶尔会使用肺泡复张手法。研究表明,30 cm H2O长达30 s的肺泡复张手法会导致血流动力学波动,降低平均动脉压,并降低近红外线光谱监测的脑氧饱和度和经颅多普勒超声监测的脑血流速度[29]。笔者发现这些变化是否会影响长期预后尚不清楚。

2.4 升压药对脑氧饱和度影响 术中低血压的主要问题之一是脑灌注是否充足,因为当平均动脉压低于脑自动调节下限时,脑血流量会被动减少,随之脑氧饱和度也会减少。术中低血压的治疗包括使用对脑血流动力学具有不同药理作用的药物,如正性肌力药和血管加压药;对于首选的药物尚无共识。研究表明,麻黄碱和去氧肾上腺素治疗的患者患侧和对侧区域的脑氧代谢率相似[30]。但与去氧肾上腺素相比,术中使用麻黄碱更能提高脑血流量和局部脑氧饱和度。另一个荟萃分析也显示,多巴胺和麻黄碱更有可能改善脑氧饱和度,其次是去甲肾上腺素[31]。与其他正性肌力药/血管加压药相比,去氧肾上腺素降低了脑氧饱和度。由于直接或者间接比较9个随机试验之间存在不精确性,排名顺序并非是绝对排名。与中年患者相比,≥65岁患者的大脑更容易受到血流循环系统性的影响。谵妄可能与大脑自身调节功能障碍有关[31]。近红外线光谱派生的脑氧指数可以用来确定最佳术中平均动脉压范围。一项动物实验研究显示,在持续的低全身血流量期间给予肾上腺素会增加脑血流灌注压和区域性脑血流,脑氧合和脑代谢;同时观察到当平均动脉压≥60 mm Hg时,给予肾上腺素会有效改善全身血流循环代谢[32]。CEA患者的动脉粥样硬化影响,往往自身血压高于正常人,在高血压患者中,自身调节曲线向右移动,使这些患者对低血压比血压正常个体更敏感。研究表明,高血压患者和血压正常的患者在术中接受升压药物纠正术中低血压时,2组并未观察脑氧饱和度变化程度有明显统计学意义,但升压药使用确实会提升术中脑氧饱和度数值,减少脑部血管和组织损伤[33]。

2.5 液体目标导向治疗对脑氧饱和度影响 一项研究显示提倡在围手术期管理中通过维持或增加心输出量来维持脑氧饱和度,但结果显示通过液体增加心输出量并没有显著改变脑氧饱和度[34]。尽管如此,心输出量的相对变化与脑氧饱和度的相对变化还是有关。然而,目前观察结果的在临床影响尚不清楚,还是需要以后大量相关研究解释。同时,其他研究也有一样结论,以脑氧平衡为基础的个体化目标导向治疗没有对脑氧饱和度产生更好的结果,但是,使用个体化目标导向治疗可能会降低相关并发症发病率[35]。虽然液体目标导向治疗对脑氧饱和度似乎没有影响,但手术中血红蛋白水平的降低会导致脑氧饱和度的降低。所以为了保证手术中患者的安全,必须进行容量管理,及时进行适当的输液和补液[36]。

2.6 颅外干扰信号对脑氧饱和度影响 在其他手术和非手术环境中进行的研究粗略估计一下,颅外干扰信号可对脑氧饱和度产生15%～20%的变化,发现了其中有很大程度上的不稳定性,其中一个不可忽略信号干扰的就是来自于颈外动脉的干扰[35]。这种可变性不太可能完全单独归因于近红外线光谱仪器型号。颈动脉疾病也可能会影响近红外线光谱信号;颈内动脉狭窄会使血流分流,颈外动脉侧支的灌注增加,可能会增加对信号产生干扰,这可以解释一些信号不稳定性,因为目前的研究中没有一项对狭窄程度进行控制。这一结果进一步证明,尽管专利算法声称可以去除其他信号干扰,但近红外线光谱设备并不能完全消除颅外血流灌注对近红外线光谱信号的影响[22]。目前,尽管排除了全身麻醉和区域麻醉下的阈值下的近红外线分析这一因素,但研究方法上仍然存在很大的差异,颅外干扰信号同时被量化采集,并同术中脑氧饱和度值一同显示。

2.7 手术操作对脑氧饱和度的影响 整个手术过程中,外科医生的操作也是影响脑氧饱和度的重要因素之一。其中脑氧饱和度下降最明显的是颈动脉夹闭时,但下降的程度一般不会大于基线的20%,如果下降程度>20%,可以考虑术中转流,维持患者一定脑血流供给,避免因夹闭所致的脑缺血的发生[21]。在分离颈动脉的时候,尤其是分离颈总动脉分叉处时,过分的按压颈内动脉起始端,不停的按压刺激颈动脉窦,迷走神经张力升高,传入脑反射性地使内脏血管扩张,心率减慢,血压下降,同时也会一过性降低脑氧饱和度。如果出现此情形,立即嘱术者停止操作,用1%～2%利多卡因1～2 ml浸泡颈总动脉分叉处的外膜,可立即解除这种现象[1]。这类按压所致脑氧饱和度一过性降低,及时处理后一般不会产生不良影响,但还是建议分离颈总动脉分叉处时动作轻柔、谨慎,减少粗暴的操作手法,同时不停的观察心电图变化。

2.8 阻塞性睡眠呼吸暂停综合征对脑氧饱和度影响 CEA患者往往都会有血脂和血糖代谢异常,所以CEA患者体重指数(BMI)一般都偏高。由于生理的改变和代谢的需求增加,随着身体体重指数的增加,慢性疾病往往也会增加。阻塞性睡眠呼吸暂停综合征就是肥胖所带来隐性健康的风险。阻塞性睡眠呼吸暂停综合征是一种常见的睡眠障碍,定义为呼吸暂停-低通气指数≥ 30次/h。重度阻塞性睡眠呼吸暂停综合征是发生心脑血管疾病的危险因素。在严重阻塞性睡眠呼吸暂停患者中,休息时脑血流量受损、脑血管对高碳酸血症的反应以及运动耐量降低。脑氧饱和度和脑部血流动力学受损可导致认知和运动的发生出现下降[37]。术中脑缺氧对阻塞性睡眠呼吸暂停患者的脑较正常患者损伤更大。研究表明,睡眠呼吸障碍的急性脑血流动力学变化是由呼吸事件的持续时间和类型决定的,这两个决定因素的结合可能导致大脑循环机制的失调,最终导致脑组织缺氧[38]。睡眠有关的脑血流动力学调节机制,虽然在呼吸暂停部分患者中有效,但不能将脑氧饱和度增加到正常值。研究发现,较长的不良事件和呼吸暂停会导致脑饱和度下降[39]。阻塞性睡眠呼吸暂停综合征患者在术中出现较高的心率也会引起在脑氧饱和度的变化。这些结果表明,在重度阻塞性睡眠呼吸暂停综合征患者中,术中更应该监测脑氧饱和度,关注脑氧饱和度,而且脑氧饱和度变化较其他患者也更明显。

综上所述,熟悉和理解手术期间对脑氧饱和度的众多影响因素、正常范围,更能有助于临床医生在手术中维持最佳血流,确保脑血流灌注,预防脑缺血和脑高灌注综合征等并发症。脑氧饱和度监测虽然不能降低死亡率,但是为制定目标导向的大脑保护策略提供了可靠的依据,有效减低术中并发症发生[40]。因此,脑氧饱和度监测在围术期具有深远的、广泛的临床应用前景。