NIRS在兒科心臟手術監護中的臨床應用

近紅外光譜（near－infrared spectroscopy，NIRS）參用于測量大腦和軀體的氧合血紅蛋白飽和度。

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近紅外光譜的技術概念

NIRS是一種用于監測腦組織氧合的非侵入性光學技術。大多數設備運用2～4個波長為700～1000nm的紅外光，其中氧合和脫氧血紅蛋白具有不同的吸收光譜圖。商用設備使用Beer－Lambert方程的變體來測量氧合與脫氧血紅蛋白的濃度。

其中I。是透過組織之前的光強度，I是透過組織之后的光強度，I／I。的比是吸收率。近紅外光的吸收取決于光程長度（L），該路徑中載色體的濃度（C），及在特定波長下載色體的摩爾吸收率（ε）。

腦氧飽和度測定法假設光通路中腦血流量的75％為靜脈血，而25％為動脈血。這個75：25的比例是從理論解剖模型中得出的。Watzman等試圖通過測量頸靜脈球氧飽和度和動脈氧飽和度，并將其與用NIRS測量的腦氧飽和度進行比較，在CHD兒童中驗證這一指數。患者的實際比例差異很大，但平均為85：15。

在當前市場上的各種型號的腦血氧儀中，傳感器電極放置在前額上發際線下方。發光二極管（light－－emitting diode，LED）或激光器發射出紅外光，穿過額葉大腦皮質中的“香蕉狀”組織，到達距發射器3～5cm的2個或3個探測器。屏幕顯示局部腦血氧飽和度（regional cerebral oxygen saturation，rS02）和隨時間變化的趨勢。通過使用不同的傳感光電二極管和多個波長，可以區分出顱外和顱內的Hb吸收。狹窄的弧光透過皮膚和顱骨，但不穿透大腦皮質。深的弧光透過皮膚、顱骨、硬腦膜和皮質。這兩種從淺到深測得的吸收光相減，剩下的便是顱內載色體吸收的光，這種處理使該血氧飽和度測定儀具有大腦特異性。然而，NIRS的準確性會受到改變光程長度的光散射的干擾，在臨床使用的各商業設備以不同的方式解決這個問題。光線穿透的深度為2～4cm。

目前有幾種腦氧飽和度儀在市場上廣泛使用，介紹我院的一種。

Equanox設備（Nonin Medical，Plymouth，MN，USA）現在也獲得了FDA批準，使用730～880nm的四個波長。該監測儀還采用了雙發射器／雙檢測傳感器和動態補償算法，可有效消除頭皮和顱骨吸收光的干擾。這樣可以更專注于監測腦組織，并可以針對組織光學特性的變化進行自動調整，以提高在廣泛的年齡和生理狀況下的準確性。在100名患有CHD且測得的腦血氧飽和度為34％～91％的兒科患者中，將測量值與測得的頸靜脈球部血氧飽和度（jugular venous bulb saturation，SjvO2）和動脈氧飽和度的加權平均值進行比較，發現它們具有極好的相關性，平均偏差為0．5％，精確度5．39％，相關系數為0．88188這些商用設備之間的比較表明，由于波長數量和減法算法的不同，測量值存在差異，因此難以直接進行數據比較。但是，無論使用哪種設備，重要的是要記住所有設備都測量動脈和靜脈血氧飽和度的混合值，并不能假定與SjvO2相同。增加動脈血氧飽和度的操作，如增加FiO2將增加這些設備測量的腦部氧合，但SjvO2可能保持不變。

02

軀體近紅外血氧儀

利用血紅蛋白種類獨特的光吸收譜的相同原理，NIRS也已用于測量成年人和兒童骨骼肌如股四頭肌、前臂肌或魚際肌的組織氧合。此外，在T10～L2，水平身體側面放置一個探頭可以測量骨骼肌的組織氧飽和度，而在小嬰兒中也可測到腎臟的氧合，因這些小患者所需的光穿透距離較小。最后，也可在臍部和恥骨聯合之間的中線放置探頭來測量嬰兒的腸系膜氧飽和度。

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用近紅外光譜監測的參數

為簡化術語，無論使用何種設備，本章節的后續部分將使用局部氧飽和度的術語rSO2。腦rSO2測量值是對光路照射過的樣本內靜脈血加權的氧合血紅蛋白飽和度的估計值，大多數情況下為額葉皮質。任何影響腦氧供需比例的因素都可以改變rSO2，尤其是受腦循環特有特征的影響，包括腦自動調節和PaCO2引起的腦血流量改變。任何降低大腦耗氧量的因素通常都會增加rSO2，任何增加大腦氧供的因素也會普遍增加rS02。下面列出了可能改變rS02的一些常見臨床因素。由于大腦SO2受動脈氧合的影響，因此，即使SjvO2的變化很小，改善該參數通常也會增加rS02o

對于接受先天性心臟病手術的兒科患者，基礎rSO2隨心臟病變而變化。無較大左向右心內分流的非發紺患者吸空氣時，基礎腦氧飽和度約為70％。吸空氣時，發紺患者或有較大左向右心內分流的非發紺患者的S02通常為40％～60％；左心發育不良綜合征（hypoplastic left heart syndrome，HLHS）的患者術前吸氧Fi02＜21％時，rS0，較低，平均為53％；而那些接受Fi02 0．21及3％C02的患者，rS02平均為68％。

考慮到兒科心臟手術結局的數據，一些醫師會考慮以從基線相對下降20％或更多（如從60％的基線下降到最低點的48％）作為干預的依據。大多數監測儀內的軟件會不斷計算與基線的相對差異。另一些醫師會使用rS02 50％這樣的絕對值作為干預的依據。

腦血氧測定法反映了氧供與腦氧代謝率（cerebralmetabolic rate for oxygen，．CMrO2）之間的平衡，故大腦氧含量會同時受動脈血紅蛋白飽和度和血紅蛋白濃度的雙重影響。因此，必然存在一個腦氧飽和度值或缺血閾值，低于該值則由于氧需超過氧供，可能發生腦損傷。在一項使用NIRS的新生仔豬研究中，Kurth等發現，在rSO2值為44％或更低的情況下，腦乳酸水平上升；當腦氧飽和度降至37％時，EEG發生了重大的變化；當腦氧飽和度讀數為33％或更低時，腦ATP含量降低。這一觀點在另一只在常溫下使用低氧氣體混合物30min的新生仔豬模型中得到證實，表明rS02＞40％不會改變腦電圖，72h后沒有發現腦部病理學改變。S02在30％～40％沒有產生腦電圖變化，但在72h時海馬出現缺血性神經元改變，并產生線粒體損傷。在rSO2＜30％時，出現了循環衰竭，腦電圖波幅降低，并出現神經元空泡和嚴重的線粒體損傷％。最后，在類似的仔豬模型中發現，缺氧缺血性腦損傷的腦氧飽和度－時間閾值為rSO2在35％持續2h或更長時間。一般而言，大多數兒科臨床研究將較基線下降20％或腦氧讀數為45％～50％作為腦氧飽和度的治療閾值，因為根據新發MRI病損或臨床檢查表明，在這些情況下更容易發生腦損傷。

在沒有絕對的預防神經損傷的干預標準的情況下，每位麻醉醫師必須考慮每位患者的獨特病理生理情況和所用的監測系統，決定干預標準，就像為手術和重癥監護所測量的所有其他生理變量一樣。

04

兒童心臟手術的臨床資料

在有或沒有深低溫停循環的兒童體外循環期間，腦部氧合的變化都具有特征性。深低溫停循環（deep hypothermic circulatory arrest，DHCA）期間，rSO2預計會下降至最低值，比體外循環前的基礎值下降60％～70％；在約40min時達到最低點，此后沒有進一步降低。在這一點上大腦似乎不再繼續攝取氧氣，有趣的是這一時間段似乎將臨床和實驗研究關聯起來，研究提示40～45min是停循環的安全持續時間。在較高溫度下開始DHCA會導致rS02更快下降，并更快到達最低點。恢復再灌注可立即使rSO2升高至DHCA前全流量時的水平。

對雙側大腦半球進行NIRS監測是否有必要，這一問題經常出現。在一項針對20名接受特殊CPB技術，通過右無名動脈進行順行性腦灌注的患者的研究中，半數患者的左右差異＞10％。在接受常規CPB手術的60例新生兒中，只有10％的患者左右兩側基礎值差異大于10％，且這種差異僅在1名患者中持續存在。基于這些數據，僅當使用特殊的CPB技術進行主動脈弓重建或存在解剖學變異，如雙側上腔靜脈或頭臂血管異常時，才可能需要進行雙側監測。

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低SO2的治療

無論是成人還是兒童使用CPB行心臟手術期間，用于治療低rSO2的一般方法都是相似的，包括增加大腦的氧供或減少氧耗。

在重癥監護醫學中，腦部NIRS已被用來監測腦部氧供的充足性，并作為心臟術后及體外膜肺患者或心室輔助裝置患者的整體氧供充足性的替代指標。單心室和雙心室患者在先心術后，rSO2的變化與混合靜脈血氧飽和度的變化密切相關。

文章選自：Gregory’s Pediatric Anesthesia

文章｜吳雅君

排版｜肉肉

       原文標題 : 【兒科專場】NIRS在兒科心臟手術監護中的臨床應用