李 欣
臨床心外科手術(shù)過程中,手術(shù)團(tuán)隊(duì)經(jīng)常關(guān)注的是有關(guān)血壓與組織灌注的問題。 而在體外循環(huán)過程中常見的疑問是:“如果體外循環(huán)中監(jiān)護(hù)儀上血壓長(zhǎng)時(shí)間低,是否會(huì)造成不良預(yù)后?”或者“體外循環(huán)中血壓有沒有國(guó)際公認(rèn)的安全低限標(biāo)準(zhǔn)?”。 這些疑惑乃至臨床焦慮的存在,本質(zhì)是對(duì)低血壓造成組織低灌注,特別是對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)低灌注造成不良預(yù)后的擔(dān)憂。 而要解答這些問題,就需要從腦血流自主調(diào)節(jié)機(jī)制的生理、影響因素等基礎(chǔ)問題開始,去理解腦血流如何自適應(yīng)腦代謝變化。 同時(shí)了解臨床各種因素及病理機(jī)制如何影響腦血流自主調(diào)節(jié)機(jī)制,以及知曉該機(jī)制改變或受損可能影響預(yù)后的臨床證據(jù)來整體探討心臟外科圍術(shù)期腦保護(hù)問題。
過去60 年間,心外科及體外循環(huán)教材中均將心臟外科體外循環(huán)中的有創(chuàng)動(dòng)脈壓監(jiān)測(cè)的平均動(dòng)脈壓(mean arterial pressure, MAP)定為成人患者不低于50 mmHg, 小兒患者不低于30 mmHg 作為相對(duì)參考標(biāo)準(zhǔn)。 盡管所有的注解與解讀均強(qiáng)調(diào)了上述參考MAP 低限患者的個(gè)體化差異,但對(duì)于個(gè)體差異如何影響組織灌注往往缺乏有力的臨床證據(jù)。 上述參考標(biāo)準(zhǔn)來源于腦血流自主調(diào)節(jié)機(jī)制的早期研究。 上世紀(jì)中葉,對(duì)于在腦血流與腦代謝的基礎(chǔ)與臨床研究中發(fā)現(xiàn),腦血管會(huì)隨著腦灌注壓在一定范圍內(nèi)變化(當(dāng)時(shí)的研究對(duì)象大部分在MAP 50~150 mmHg)而產(chǎn)生口徑自主調(diào)節(jié),從而保持腦血流量相對(duì)穩(wěn)定的現(xiàn)象,該機(jī)制被稱為“腦血流自主調(diào)節(jié)機(jī)制”。 該現(xiàn)象最早的系統(tǒng)性研究來自于1959 年Larssen 等對(duì)既往幾項(xiàng)臨床研究的總結(jié)[1]。 其研究發(fā)現(xiàn),血壓正?;颊?,MAP 48 mmHg 腦血流降低40%并出現(xiàn)腦缺血癥狀。 但多年以后對(duì)其研究納入的多項(xiàng)回顧性研究再次回顧,對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步分層和亞組分析,使結(jié)論更加優(yōu)化[2]。 更新的結(jié)論認(rèn)為,術(shù)前血壓正常全身麻醉手術(shù)患者,MAP 55 mmHg 出現(xiàn)腦缺血癥狀,血壓正常非全身麻醉患者腦缺血MAP 閾值為70 mmHg。 正是基于Larssen 等的早期研究總結(jié),對(duì)腦血流自主調(diào)節(jié)機(jī)制有了初步的認(rèn)識(shí),并已經(jīng)發(fā)現(xiàn)患者或受試者不同病理生理狀態(tài)可對(duì)該機(jī)制的表現(xiàn)和相應(yīng)臨床結(jié)果產(chǎn)生不同影響[3-4]。
目前認(rèn)為,如果腦血流自主調(diào)節(jié)機(jī)制完整,則腦血流量與腦代謝偶聯(lián),通過腦血管自主舒張和收縮,一定程度降低腦低灌注(缺血)或高灌注(奢灌)造成中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷;而如果腦灌注壓高于或低于自主調(diào)節(jié)機(jī)制可調(diào)控范圍,或者已經(jīng)存在腦血流自主調(diào)節(jié)機(jī)制受損或喪失,則發(fā)生腦缺血及腦奢灌的風(fēng)險(xiǎn)增加而影響患者預(yù)后。
有關(guān)腦血流自主調(diào)節(jié)機(jī)制的生理學(xué)和病理生理學(xué)基礎(chǔ),目前認(rèn)為[3],可因四種機(jī)制共同作用的結(jié)果導(dǎo)致腦血管口徑發(fā)生改變,包括:①肌源性因素,與腦主要供血?jiǎng)用}壁平滑肌受血管內(nèi)壓力刺激產(chǎn)生肌源性收縮與舒張調(diào)控有關(guān);②神經(jīng)源性反應(yīng),通過調(diào)控內(nèi)源性一氧化氮局部釋放,及與乙酰膽堿、血清素和神經(jīng)肽Y 等神經(jīng)介質(zhì)有關(guān);③血液內(nèi)代謝產(chǎn)物濃度,主要是動(dòng)脈二氧化碳分壓(PaCO2)的影響;④血管內(nèi)皮與血管平滑肌相互作用等。 認(rèn)識(shí)腦血流自主調(diào)節(jié)機(jī)制必須掌握幾個(gè)基本概念。 腦灌注壓(cerebral perfusion pressure, CPP)=MAP-ICP[顱內(nèi)壓(intracranial pressure, ICP),正常值10 ~15 mm-Hg]。 體外循環(huán)中,由于上腔靜脈引流的存在,此時(shí)CPP 可估測(cè)為MAP-CVP[中心靜脈壓(central venous pressure)]。
理解腦血流自主調(diào)節(jié)機(jī)制的臨床意義,首先要了解如何在床旁監(jiān)測(cè)腦血流自主調(diào)節(jié)機(jī)制。 其監(jiān)測(cè)原理需要有三要素,即①實(shí)時(shí)CPP 監(jiān)測(cè),由于短時(shí)間內(nèi)ICP 不會(huì)有太大變化,所以臨床可用MAP 代替。 ②腦血流(cerebral blood flow, CBF)監(jiān)測(cè)。 ③實(shí)時(shí)MAP 變化與CBF 變化間的相關(guān)性計(jì)算。 即二者相關(guān)性越低,腦自主調(diào)節(jié)機(jī)制越明顯;反之則腦血流被動(dòng)隨著血壓變化而發(fā)生明顯改變則血流自主調(diào)節(jié)機(jī)制越弱甚至喪失[3]。
臨床監(jiān)測(cè)腦血流常用經(jīng)顱多普勒法(transcranial doppler, TCD)監(jiān)測(cè)大腦中動(dòng)脈血流流速,并與常規(guī)生命體征監(jiān)測(cè)的有創(chuàng)動(dòng)脈壓監(jiān)測(cè)MAP 數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)記入數(shù)據(jù)平臺(tái),經(jīng)Pearson 回歸后,算得兩者間動(dòng)態(tài)相關(guān)系數(shù)(Mx)。 將Mx 為縱軸,MAP 或CPP 為橫軸則可獲得一個(gè)MAP 相關(guān)曲線[5]。 可人為設(shè)定Mx低于某個(gè)閾值(一般是0.3~0.4)為自主調(diào)節(jié)機(jī)制完整,而其最低Mx 的MAP 稱為最適MAP(optimal MAP, MAPopt)。 處于閾值臨界的最低MAP 即為自主調(diào)節(jié)機(jī)制MAP 低限(low limit of autonomic conditioning,LLA), 最高M(jìn)AP 則為自主調(diào)節(jié)機(jī)制高限(high limit of autonomic conditioning,ULA)。
在臨床實(shí)際工作中,特別是心外科手術(shù)患者多采用平臥位,使用TCD 法監(jiān)測(cè)大腦中動(dòng)脈血流受限。 TCD 探頭也難以長(zhǎng)時(shí)間固定于一個(gè)位置連續(xù)監(jiān)測(cè)腦血流。 而近年來有多個(gè)臨床對(duì)照研究發(fā)現(xiàn),采用近紅外光譜儀技術(shù)(near-infrared spectrum,NIRS)監(jiān)測(cè)局部腦氧變化與MAP 變化關(guān)系與CBF/MAP 變化具有高度相關(guān)性。 由于NIRS 監(jiān)測(cè)更簡(jiǎn)便,通過類似算法平臺(tái)將NIRS 腦氧讀數(shù)與MAP 實(shí)時(shí)計(jì)算相關(guān)系數(shù)(Cox)與通過腦血流監(jiān)測(cè)算得的Mx 具有顯著相關(guān)性。 因此,目前在臨床多個(gè)學(xué)科采用NIRS 法進(jìn)行腦血流自主調(diào)節(jié)機(jī)制床旁監(jiān)測(cè)已成為更簡(jiǎn)便的方法[4,6]。
目前已有商品化第三方軟件通過將CBF/NIRS監(jiān)測(cè)設(shè)備數(shù)據(jù)輸出端與監(jiān)護(hù)儀動(dòng)態(tài)血壓監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)輸出端同步整合計(jì)算,從而輔助臨床進(jìn)行腦血流自主調(diào)節(jié)機(jī)制監(jiān)測(cè)。 第三方軟件的應(yīng)用整合了現(xiàn)有常規(guī)麻醉與ICU 監(jiān)測(cè)設(shè)備相關(guān)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),使得該方法的臨床應(yīng)用更利于床旁進(jìn)行,推動(dòng)該方法在神經(jīng)系統(tǒng)損傷與保護(hù)相關(guān)領(lǐng)域獲得越來越多的關(guān)注[3,6]。
影響腦血流變化除了MAP 外,還存在多種因素對(duì)腦血管口徑調(diào)節(jié)產(chǎn)生直接影響。 這些因素一方面是造成自主調(diào)節(jié)機(jī)制表現(xiàn)有個(gè)體化差異的原因;另一方面也是對(duì)臨床體外循環(huán)管理策略如何進(jìn)行優(yōu)化,為改善腦保護(hù)策略提供更多依據(jù)。
3.1 PaCO2變化對(duì)腦血流自主調(diào)節(jié)機(jī)制的影響 高碳酸血癥可使腦血管擴(kuò)張的現(xiàn)象已經(jīng)為臨床所熟知。 目前研究發(fā)現(xiàn)[10],PaCO2變化可顯著影響腦血流自主調(diào)節(jié)機(jī)制,主要表現(xiàn)為,高碳酸血癥擴(kuò)張腦血管、LLA 右移、ULA 左移、平臺(tái)上移。 從臨床體外循環(huán)角度可認(rèn)為高碳酸血癥可導(dǎo)致腦血流自主調(diào)節(jié)機(jī)制減弱,使得適宜MAP 區(qū)間變窄,同樣MAP 可帶來更高的腦血流,從而增加奢灌和栓塞風(fēng)險(xiǎn)。 而低碳酸血癥則使腦血管收縮,使得自主調(diào)節(jié)機(jī)制平臺(tái)下移。 正是因?yàn)镻aCO2變化對(duì)腦血流自主調(diào)節(jié)機(jī)制的影響顯著,使得當(dāng)前成人體外循環(huán)血?dú)夤芾砟J骄鲝埥禍仄?、低溫期和?fù)溫期均應(yīng)全程采用α 穩(wěn)態(tài)的血?dú)夤芾砟J健?其依據(jù)正是基于PaCO2變化對(duì)腦血流自主調(diào)節(jié)機(jī)制的影響。
3.2 麻醉藥物的影響 目前研究發(fā)現(xiàn)[11],采用吸入麻醉藥,如七氟烷可不同程度抑制腦血流自主調(diào)節(jié)機(jī)制,高濃度七氟烷吸入影響表現(xiàn)與PaCO2變化對(duì)腦血流自主調(diào)節(jié)機(jī)制的影響相似。 而常用靜脈麻醉藥,如丙泊酚和雷米芬太尼等則影響不大。 因此,從腦保護(hù)角度如何合理使用吸入麻醉藥物還需要更多臨床研究。
3.3 患者/受試者高血壓狀態(tài)對(duì)腦血流自主調(diào)節(jié)機(jī)制的影響 已有多項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn),高血壓患者腦血流自主調(diào)節(jié)曲線右移,即需要更高的MAP 才能產(chǎn)生與非高血壓患者相近的腦血流量[2]。 同時(shí)還發(fā)現(xiàn),即使患者接受規(guī)范化高血壓藥物治療,控制血壓達(dá)標(biāo),但其腦血流自主調(diào)節(jié)曲線并不能恢復(fù)到正常范圍。提示高血壓患者即使血壓控制良好,但其腦耐受低血壓的能力仍比非高血壓患者弱。
3.4 心排量變化對(duì)腦血流自主調(diào)節(jié)機(jī)制的影響對(duì)于健康受試者和慢性心衰存在低心排患者研究發(fā)現(xiàn)[9],心排量變化不影響腦血流自主調(diào)節(jié)機(jī)制的完整性,在同樣的MAP 前提下,心排量升高可使自主調(diào)節(jié)曲線平臺(tái)整體上移,意味著更高的腦血流,而反之心排量降低可導(dǎo)致自主調(diào)節(jié)曲線下移。 在體外循環(huán)狀態(tài)下這可以部分解釋有些患者即使MAP 偏低,但通過提高血泵流量仍可使得NIRS 監(jiān)測(cè)腦氧不降低的機(jī)理。
3.5 腦血流自主調(diào)節(jié)機(jī)制受損甚至喪失 目前研究已知存在器質(zhì)性腦損傷,包括顱內(nèi)出血、蛛網(wǎng)膜下腔出血和缺血性腦卒中患者均有不同程度腦血流自主調(diào)節(jié)機(jī)制受損[12]。 對(duì)于心外科患者,術(shù)前存在慢性二氧化碳蓄積,如嚴(yán)重慢性阻塞性肺病、高齡、男性、未規(guī)范治療高血壓、糖尿病、長(zhǎng)期服用阿司匹林等也是腦血流自主調(diào)節(jié)機(jī)制受損的風(fēng)險(xiǎn)因素。此類患者由于自主調(diào)節(jié)機(jī)制受損或喪失,腦血流會(huì)隨著MAP 被動(dòng)變化,導(dǎo)致發(fā)生缺血和奢灌風(fēng)險(xiǎn)大大增加[2]。
3.6 腦血流自主調(diào)節(jié)機(jī)制個(gè)體差異的預(yù)測(cè) 對(duì)于心外科術(shù)前患者腦血流自主調(diào)節(jié)機(jī)制監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn),自主調(diào)節(jié)機(jī)制監(jiān)測(cè)LLA、ULA 個(gè)體差異較大[8]。特別臨床關(guān)注的LLA 即血壓低限術(shù)前監(jiān)測(cè)可表現(xiàn)為40 ~90 mmHg 不等。 雖然大部分患者的LLA仍處于50~60 mmHg 之間,對(duì)于LLA 40 mmHg 的患者,血壓偏低耐受性較好。 但對(duì)于LLA 高達(dá)90 mm-Hg 的患者,即使術(shù)中MAP 大于60 mmHg,發(fā)生腦缺血性損傷的風(fēng)險(xiǎn)仍存在。 同時(shí)還發(fā)現(xiàn),有關(guān)LLA 的個(gè)體差異很難與通常理解的風(fēng)險(xiǎn)因素形成相關(guān)性聯(lián)系,如LLA 高低與原發(fā)病,與術(shù)前慢病狀態(tài),如高血壓、糖尿病等并不一致。 所以對(duì)于具體患者個(gè)體,即使術(shù)前存在腦血流自主調(diào)節(jié)機(jī)制受損風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)的慢病狀態(tài),但并不等同于該患者實(shí)際監(jiān)測(cè)LLA 就一定比其他患者要高。 這也體現(xiàn)了自主調(diào)節(jié)機(jī)制監(jiān)測(cè)的重要性。
腦血流自主調(diào)節(jié)機(jī)制監(jiān)測(cè)是過去十年中的中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷與保護(hù)的研究熱點(diǎn),除了神經(jīng)內(nèi)科與神經(jīng)外科以外,重癥醫(yī)學(xué)、心臟外科和兒科是對(duì)此問題最為關(guān)注的三大學(xué)科[13]。 而跨學(xué)科的基礎(chǔ)與臨床研究成果存在很多共性的機(jī)制機(jī)理與相似的臨床結(jié)果,值得相互借鑒,并協(xié)同發(fā)現(xiàn)了新的科學(xué)問題。目前共同認(rèn)識(shí)均認(rèn)為腦血流自主調(diào)節(jié)機(jī)制是腦自身的生理性保護(hù)機(jī)制[2-3,12-13]。 如果該機(jī)制受損或喪失,腦血流隨著腦灌注壓變化而被動(dòng)變化。 由于不耐受低灌注壓易發(fā)生腦缺血損傷,臨床表現(xiàn)為腦缺血與栓塞等癥狀與影像學(xué)表現(xiàn)。 而同樣不耐受高灌注壓易發(fā)生奢灌損傷,臨床表現(xiàn)為栓塞及術(shù)后譫妄與影像學(xué)變化。 同時(shí),腦血流自主調(diào)節(jié)機(jī)制也同樣是其他重要臟器,如肝、腎等臟器灌注的參比指標(biāo)。比如腦血流自主調(diào)節(jié)機(jī)制受損患者,發(fā)生急性腎損傷風(fēng)險(xiǎn)也增高。 這為圍術(shù)期臟器保護(hù)帶來了新的信息。
4.1 腦血流自主調(diào)節(jié)機(jī)制與神經(jīng)系統(tǒng)病變與創(chuàng)傷
來自神經(jīng)內(nèi)外科ICU 的研究發(fā)現(xiàn)[2,12],腦血管疾病普遍存在腦血流自主調(diào)節(jié)機(jī)制紊亂并與遠(yuǎn)期預(yù)后相關(guān)。 部分患者隨著治療進(jìn)程可逐漸恢復(fù)自主調(diào)節(jié)機(jī)制,則患者預(yù)后相對(duì)較好。 而卒中發(fā)生前未規(guī)范治療高血壓,則患者已經(jīng)存在腦血流自主調(diào)節(jié)機(jī)制變化/喪失,稱為預(yù)后不佳的風(fēng)險(xiǎn)因素。 同時(shí),臨床中在床旁監(jiān)測(cè)自主調(diào)節(jié)機(jī)制的LLA、ULA 及MAPopt 有助于優(yōu)化患者血壓個(gè)體化目標(biāo)管理,避免因個(gè)體化差異導(dǎo)致患者醫(yī)源性加重腦損傷。
4.2 心外科關(guān)于腦血流自主調(diào)節(jié)機(jī)制臨床研究心外科關(guān)于腦血流自主調(diào)節(jié)機(jī)制的臨床研究已經(jīng)是近年來心外科圍術(shù)期腦損傷與腦保護(hù)研究熱點(diǎn)[7,14-16]。 Moerman 等研究34 例成人冠狀動(dòng)脈旁路移植術(shù)及部分同期心臟瓣膜手術(shù)患者,采用常溫體外循環(huán),用NIRS 監(jiān)測(cè)腦血流自主調(diào)節(jié)機(jī)制(Cox閾值設(shè)定為0.3)[14]。 研究發(fā)現(xiàn)麻醉誘導(dǎo)前和術(shù)中有35%的患者出現(xiàn)腦血流自主調(diào)節(jié)機(jī)制喪失。 Hori等對(duì)年齡大于55 歲的121 例冠狀動(dòng)脈旁路移植術(shù)及部分同期行心臟瓣膜手術(shù)患者進(jìn)行圍術(shù)期腦血流自主調(diào)節(jié)機(jī)制監(jiān)測(cè),將NIRS 監(jiān)測(cè)最低Cox 的MAP作為MAPopt[15],研究圍術(shù)期MAP 與MAPopt 差值大小與累積時(shí)間積分[曲線下面積(area under curve,AUC)]和特異性神經(jīng)元損傷標(biāo)記物—血漿膠質(zhì)纖維酸性蛋白(plasma glial fibrous acidic proteins,GFAP)監(jiān)測(cè)。 研究發(fā)現(xiàn)圍術(shù)期MAP 與MAPopt 差值大小與累積時(shí)間積分(AUC)大小與腦損傷標(biāo)記物GFAP 濃度具有顯著相關(guān)性。 即圍術(shù)期MAP 與MAPopt 差距越大(越低)并且持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng),神經(jīng)元損傷越嚴(yán)重。 而Liu 等對(duì)240 例成人常溫體外循環(huán)下施行冠狀動(dòng)脈旁路移植術(shù)合并心臟瓣膜手術(shù)或肥厚型梗阻性心肌病手術(shù)患者進(jìn)行研究[7]。 手術(shù)中全程采用α 穩(wěn)態(tài)血?dú)夤芾砟J健?同時(shí)用TCD 和NIRS 監(jiān)測(cè)腦血流自主調(diào)節(jié)機(jī)制,采集術(shù)中MAP 與LLA 及與MAPopt 的差值與累積時(shí)間積分,并加上體外循環(huán)時(shí)間和術(shù)中NIRS 監(jiān)測(cè)絕對(duì)值低于50%的兩個(gè)影響因素,統(tǒng)計(jì)術(shù)后卒中/急性腎損傷和整體并發(fā)癥(卒中、急性腎損傷、機(jī)械通氣時(shí)間大于48 小時(shí)和術(shù)后低心排)發(fā)生率與死亡率。 研究發(fā)現(xiàn),與MAPopt 差值時(shí)間積分相比,MAP 與LLA 差值時(shí)間積分與術(shù)后轉(zhuǎn)歸相關(guān)性更高。 同時(shí)MAP 與LLA 差值越大,持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng),術(shù)后卒中/急性腎損傷與整體并發(fā)癥率與死亡率發(fā)生率越高。 而體外循環(huán)時(shí)間超過2 小時(shí)及術(shù)中NIRS 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)長(zhǎng)時(shí)間低于50%會(huì)進(jìn)一步危及臨床轉(zhuǎn)歸。 而來自Hori 等的另一項(xiàng)臨床研究發(fā)現(xiàn)體外循環(huán)中MAP 高于ULA 的幅度與時(shí)間積分與術(shù)后譫妄、臨床發(fā)生術(shù)后卒中、機(jī)械通氣時(shí)間大于48 小時(shí)和中位住院時(shí)間延長(zhǎng)等顯著相關(guān)[16]。
腦血流自主調(diào)節(jié)機(jī)制存在明顯個(gè)體差異并受到多重因素影響。 因此,在圍術(shù)期特別是在體外循環(huán)期間監(jiān)測(cè)腦血流自主調(diào)節(jié)機(jī)制完整性及LLA/ULA識(shí)別有助于個(gè)體化體外循環(huán)血壓管理。 對(duì)于術(shù)前存在高血壓的所謂高?;颊叩腖LA 可能被低估,因此同樣是MAP 50 mmHg 對(duì)于高危患者可能存在腦缺血風(fēng)險(xiǎn)。 基于全程α 穩(wěn)態(tài)的體外循環(huán)流量管理是預(yù)防腦損傷與LLA 相關(guān)性的前提,在此基礎(chǔ)上遇到術(shù)中低血壓時(shí)需合理應(yīng)用血管活性藥物,特別強(qiáng)調(diào)不應(yīng)脫離體外循環(huán)流量提升而單純應(yīng)用血管活性藥提升血壓以試圖提高腦灌注。 麻醉/體外循環(huán)管理應(yīng)特別關(guān)注低血壓原因及持續(xù)時(shí)間,同時(shí)不應(yīng)忽視高血壓與ULA 關(guān)系。 如能將腦血流自主調(diào)節(jié)機(jī)制的床旁監(jiān)測(cè)使用更加簡(jiǎn)便,將有助于早期識(shí)別和個(gè)體化管理圍術(shù)期血壓。