經顱多普勒對中-重度顱腦創(chuàng)傷患者腦生理學指標的評估應用進展

陳彐蓮,孫洪濤 綜述 郭姍姍 審校

顱腦創(chuàng)傷(traumatic brain injury, TBI)是致命性極高的神經外科急癥,盡管救治技術和相關研究不斷發(fā)展,中-重度患者預后仍不盡人意。特別是隨著發(fā)病率的提升,中-重度TBI患者急性期多模態(tài)監(jiān)測管理和遠期預后改善評估成為神經危重癥迫切探尋的課題[1,2]。TBI發(fā)生后會導致顱內壓(intracranial pressure, ICP)升高、腦血管痙攣等病理生理變化,引起腦灌注壓(cerebral perfusion pressure, CPP)下降、腦血流量(cerebral blood flow, CBF)減少,造成大腦缺血缺氧,進而影響患者生命及預后[3]。臨床上通過腦室穿刺進行ICP有創(chuàng)監(jiān)測等方式對TBI患者病情進行判斷,盡管腦室ICP監(jiān)測是ICP監(jiān)測的金標準,但具有增加感染、出血、脫管等風險[4]。經顱多普勒(transcranial Doppler, TCD)的發(fā)展,為TBI患者提供了一種快速安全且無創(chuàng)的評估腦生理學指標的方法,在無創(chuàng)測定ICP、監(jiān)測創(chuàng)傷后血管痙攣、預測患者預后和評估大腦自調節(jié)狀態(tài)中具有一定優(yōu)勢,是神經重癥病房床旁ICP監(jiān)測中僅次于腦室穿刺的常用方法[5]。本文就TCD對中重度TBI患者腦生理學指標的評估應用進展進行綜述,旨在對臨床診治提供依據(jù)。

1 腦生理學評估基礎

1982年發(fā)現(xiàn)多普勒超聲可經顱攝入顱底血管、通過血液中紅細胞對超聲波的反射推斷腦血流速度(cerebral blood flow velocity, CBFV),成為TCD評估腦生理學應用的基礎。當腦血管直徑恒定時,通過CBFV便可估算出CBF等其他參數(shù)。反之,CBF不變而血管直徑減小,CBFV便會增加,此時便提示腦血管痙攣的發(fā)生。大腦中動脈(middle cerebral artery, MCA)供應大腦半球80%血流量,且粗直、走行較固定,加之位于較薄的顳骨后,因此經顳窗檢測MCA成為TCD監(jiān)測CBFV的首選。通常情況下MCA直徑受動脈血壓(arterial blood pressure, ABP)、二氧化碳分壓等影響較小,但對MCA遠端CBFV影響可能較大。TCD可直接觀測腦血流動力學變化,并可借助腦血流動力學參數(shù)及超聲頻譜形態(tài)間接評估腦生理學指標。

腦血流動力學參數(shù)包括收縮期峰值血流速度(systolic blood flow velocity,FVs)、舒張期末流速(diastolic dlood flow velocity,FVd)、平均血流速度(mean blood flow velocity,FVm)、搏動指數(shù)(pulsatility index, PI)、阻力指數(shù)(resistance index,RI)等。其中,FVm=1/3FVs+2/3FVd;PI=(FVs-FVd)/FVm,主要反映腦血管遠端灌注阻力變化;RI=(FVs-FVd)/FVs,間接反映遠端血管血流阻力。CBFV可受到腦血流與超聲波之間角度影響,而PI和RI恰可消除這種影響以減少偏差。頻譜形態(tài)主要是指血流在血管內流動的狀態(tài),可呈現(xiàn)出不同的顏色和波峰。通過頻譜形態(tài)的改變亦可推斷患者病情變化。

2 對預后評估的應用

2.1 血流速度 Chan等[6]最早對血流速度(blood flow velocity,FV)與TBI患者病情及預后關系進行研究,發(fā)現(xiàn)TBI患者在入院時MCA的FV較健康人顯著減慢,且重度TBI減慢更嚴重。不僅如此,重度TBI患者在出院時FV仍呈病理性減慢。這種低灌注狀態(tài)在半年后隨訪時,預后較好的重度TBI患者FV有一定增快,而預后較差的患者仍保持在較低水平,且低于28 cm/s的患者中有80%已病逝,表明FV水平直接影響TBI患者預后[6]。研究者將MCA中FV<35 cm/s定為低FV,發(fā)現(xiàn)入院前10 d中63%重度TBI患者表現(xiàn)為持續(xù)性低FV,且在入院8 h內尤為明顯。嚴重低灌注引起腦組織缺氧進而導致患者預后較差[7]。此外,異常增快的MCA流速也可能導致不良預后。部分重度TBI患者入院時MCA流速異常增快,認為是病理性充血,這些患者顱內壓極高致使CPP極低,院外隨訪發(fā)現(xiàn)預后較差,提示病理性充血也和TBI預后不良有關[8]。盡管FV在TBI監(jiān)測中有所價值,但受聲波角等限制在急性TBI患者管理中單靠FV作用有限。

2.2 PI PI不受聲波角限制,是TBI監(jiān)測中更理想的指標。其與腦血管阻力呈正比,與CPP成反比,更適合評估患者預后[9]。有學者研究發(fā)現(xiàn),受傷24 h內(PI均值為1)的重度TBI患者6個月后隨訪中預后較好,而均值為1.56的患者則預后較差,且FV明顯更低[9]。FV及PI可間接反映腦灌注狀態(tài),而灌注與患者預后直接相關。研究者將FVm<35 cm/s、FVd<20 cm/s和(或)PI>1.4定義為低灌注,結果72例低灌注患者有71例死亡[10]。低灌注TBI患者預后不良是正常者的4倍,死亡率高達10倍[11]。此外,PI還可預測繼發(fā)性神經功能衰退。Jaffres等[12]發(fā)現(xiàn),17%輕度TBI和28%中度TBI在隨訪第7天時出現(xiàn)繼發(fā)性神經功能惡化,這些患者PI明顯高于對照組,且病情越重PI越高,而FV沒有顯著差異。Bouzat等[13]初步將FVd=25 cm/s和PI=1.25(敏感性為90%,特異性為91%)確定為TBI出現(xiàn)繼發(fā)性神經功能衰退的閾值。綜上推斷,PI可作為評估TBI患者預后的獨立參考因子,且PI值越高TBI患者預后可能越差。

2.3 頻譜形態(tài) 有研究發(fā)現(xiàn),當ICP升高超過一定程度時,TCD頻譜形態(tài)會發(fā)生特征性改變[14]。當舒張期出現(xiàn)方向倒轉的復現(xiàn)血流信號時,這種舒張期逆向血流頻譜稱為振蕩波,而當ICP超過收縮壓時TCD會檢測到釘子波,甚至最后呈現(xiàn)全腦無血流信號。震蕩波、釘子波、全腦無信號可作為腦死亡前期的參考和輔助診斷標準。

3 在腦血管痙攣監(jiān)測中的應用

3.1 FVm檢測CVS 腦血管痙攣(cerebral vasospasm, CVS)是TBI后蛛網膜下腔出血的繼發(fā)性損傷, CVS最早可發(fā)生在受傷后3 d,并持續(xù)5～10 d[15]。假定大腦動脈在同等情況下血管內徑相對固定,根據(jù)腦血流速度的降低或增高就可以推測局部CBF的相應改變。同理,當CBF不變時,如果血管直徑縮短,FV便會增加,這就是FV檢測CVS的基礎。早期通過TCD在動脈瘤性蛛網膜下腔出血中檢測到CVS,并將其定義為MCA中FVm>120 cm/s。Martin等[16]對30例TBI患者MCA行TCD的研究進一步證實CVS對CBF的削減。他們同樣將FVm>120 cm/s定義為CVS,有8例符合,并將FVm>200 cm/s定為重度CVS,有3例符合且均伴有創(chuàng)傷性蛛網膜下腔出血,表明蛛網膜下腔出血是CVS的獨立危險因素[16]。有意思的是這些CVS患者雖然FV增快但CBF卻很低[16]。然而,單純依靠FVm升高不能對腦血管充血和CVS進行區(qū)分,這是FVm檢測CVS的局限性所在。盡管在TBI患者中這兩種情況都會導致預后不良,但充血代表CBF過剩,而CVS代表不足,因而治療方案有很大不同,有效鑒別非常重要。

3.2 林德高比值( Lindegaard ratios, LR)檢測CVS 區(qū)分充血和CVS的經典方法由Lindegaard等[17]首次提出,即取MCA中FVm與頸內動脈終末端中FVm的比值,即為LR。在充血情況下,ICA和MCA的 FVm均較高,因此比值較低。而在CVS情況下,MCA的痙攣狹窄引起頸內動脈下游阻力增加,導致頸內動脈FVm降低,因而比值升高。通過確定LR閾值便可進一步有效鑒別充血和CVS。Weber等[18]對35例重度TBI患者進行TCD監(jiān)測,通過研究他們將LR >3定義為創(chuàng)傷后血管痙攣(post-traumatic vasospasm, PTVS),發(fā)現(xiàn)其中14例TBI患者符合PTVS情況。PTVS最早可在損傷后48 h發(fā)生,大部分發(fā)生在損傷后5～7 d[18]。Zurynski等[19]對50例TBI患者進行TCD監(jiān)測,通過觀察相關參數(shù)進而區(qū)分PTVS和充血對預后的影響。研究發(fā)現(xiàn),有35例FVm>100 cm/s,其中LR>3的患者有20例,被認為是處于PTVS狀態(tài),隨訪中只有40%的患者預后較好;其余15例則被認為是充血狀態(tài),此時患者ICP極高而CPP卻極低,只有47%的患者預后良好。值得注意的是,在FVm正常的患者中,87%的患者獲得了良好的預后[19]。除此之外,Ziegler等[10]在一項對255例TBI后PTVS患者的預后研究中得到相似結果。他們將FVm>120 cm/s且LR>3定義為PTVS,只有69例符合上述標準,他們中55%最終發(fā)生嚴重殘疾或死亡。經過學者的不斷摸索,目前通常將PTVS定義為FVm>120 cm/s且LR>3。以上均提示,早期發(fā)現(xiàn)并及時干預這種痙攣狀態(tài)有助于改善患者的缺血性腦損傷以及預后。

4 在無創(chuàng)評估中的應用

4.1 ICP 早期研究通過TCD的單參數(shù)間接地對ICP變化進行定性研究,而后逐漸借助多參數(shù)建模進行ICP定量評估。最常見的方法包括“黑盒子”模型評估法、舒張期腦血流法、臨界閉合壓法及PI法等[20]。在TBI中影響CBF的主要抗力就是ICP,而與CBF最直接相關的是FV,只要血管直徑恒定,通過檢測FV就可以推測ICP。但實際上這并不完全準確。類似于電路理論,在大腦中ABP相當于電壓,CBF相當于電流,腦血管阻力相當于電阻。此外,研究發(fā)現(xiàn)PI與ICP關系密切,并且在兒童TBI患者中,當PI≥1.3時可確定ICP>20 mmHg[21]。然而單一的參數(shù)只能預測ICP變化趨勢,通常ICP可以在一定范圍內變化。Kashif等[22]通過TCD對37例TBI患者入院39 h的ICP變化進行評估,綜合兩側的MCA結果,平均誤差和標準誤差可下降到1.5和5.9 mmHg。另一項研究中,Schmidt等[23]基于TCD參數(shù)和ABP構建一種脈沖響應函數(shù)以進行無創(chuàng)估測ICP,通過該方法對137例重度TBI患者進行估測并與有創(chuàng)ICP進行比較,絕對差為4.9 mmHg,標準偏差為3.3 mmHg。Cardim等[24]參考Schmidt的研究,發(fā)現(xiàn)基于PI的ICP估測方法在預測ICP變化時更為準確。此外,Weyland等[25]發(fā)現(xiàn),重度TBI患者ICP與臨界閉合壓密切相關。腦循環(huán)中臨界閉合壓為小血管存在塌陷時的壓力,可通過FV和ABP相關線性回歸計算得出。這些患者ICP都很高,且隨著ICP增加,臨界閉合壓預測性能也隨之升高[25]。

目前臨床建模方法中多基于PI進行ICP評估,經典模型為ICP=4.47×PI+12.68,誤差范圍為±4.2 mmHg[26]。此外還有ICP=11.50×PI-2.23、ICP=平均動脈壓(mean arterial pressure, MAP)×(1-FVd/FVm)-14、ICP=10.93×PI-1.28等,其中研究發(fā)現(xiàn)后者相關系數(shù)可達0.94,表明ICP與PI高度正相關[26-28]。國內一項最近研究發(fā)現(xiàn),TBI患者TCD各監(jiān)測參數(shù)中PI與ICP間呈高度相關,且模型ICP=4.47×PI+12.68在相關性、一致性及評估ICP能力上都具有較好的實用性[29]。此外,去骨瓣減壓患者術后應用TCD無創(chuàng)評估ICP依然適用,并且當ICP處于16～21 mmHg區(qū)間時有較好的相關性[29]。在TBI患者救治中,雖不如有創(chuàng)ICP監(jiān)測精確,但TCD無創(chuàng)監(jiān)測ICP能幫助醫(yī)師在沒有有創(chuàng)監(jiān)測技術或一些緊急情況下迅速、實時動態(tài)地監(jiān)測ICP變化。

4.2 CPP 當ICP處于臨界值時TCD估測的ICP誤差可能會超出臨床接受范圍,于是其應用焦點轉移到CPP的無創(chuàng)監(jiān)測。現(xiàn)實情況下ICP變化5 mmHg就可能有臨床意義,而相同的CPP變化幾乎意義不大。Chan等[6]研究中發(fā)現(xiàn),當CPP<70 mmHg時PI和CPP間存在明顯相關,而>70 mmHg時則不然。通過PI來估測CPP在Zweifel等[30]的研究中得到進一步驗證。由此證明,當CPP較低時PI可成為一種較好估測CPP的途徑,但其準確性不高,所以只能作為必要時無創(chuàng)監(jiān)測的替代方法。

隨著對單參數(shù)估測CPP能力有限的認識,Czosnyka等[31]構建了一種結合MAP來估測CPP的多參數(shù)模型,即CPP=MAP×FVd/FVm。對96例中重度TBI患者同時進行有創(chuàng)CPP監(jiān)測,評估TCD無創(chuàng)估測CPP的準確性,結果發(fā)現(xiàn)兩種方法相關性極高,71%患者誤差不超過10 mmHg[31]。該模型即便在CPP≤60 mmHg的情況下也能得到高準確性的預測值。特別是監(jiān)測CPP變化時甚至表現(xiàn)更佳[31]。隨著進一步研究分析,更適合的估測模型修正為CPP=MAP×FVd/FVm+14 mmHg[31]。隨后為檢驗其準確性,Schmidt等[32]對25例TBI患者進行研究,發(fā)現(xiàn)81%患者通過該模型得到的CPP值與有創(chuàng)CPP值相差少于10 mmHg,表明這種方法在無有創(chuàng)監(jiān)測的條件下具有臨床實用性。為提高精確度,Varsos等[33]在ABP和FV計算臨界閉合壓基礎上增加阻力因素以進行CPP估測。通過對48例重度TBI患者進行研究,發(fā)現(xiàn)這種方法估測CPP相關性良好,包括在低CPP時(≤70 mmHg)準確性依然較高。

盡管如此,TCD估測的準確性尚不足以來替代TBI后的有創(chuàng)CPP監(jiān)測。文獻中一致認為,在TBI后低CPP情況下可以通過TCD來估測。但是有創(chuàng)監(jiān)測CPP指導TBI患者的治療效果是否優(yōu)于TCD無創(chuàng)估測CPP尚無相關研究證實?；颊咴呵霸\治時TCD的初步無創(chuàng)評估CPP可能受益。一項18例重度TBI患者前瞻性研究中,通過TCD來初步判斷是否存在CPP異常進而采取有創(chuàng)的ICP監(jiān)測[34]。發(fā)生CPP異常(PI>1.4及FVd降低)時給予甘露醇及去甲腎上腺素來改善腦灌注。結果18例中有9例發(fā)生CPP異常,值得注意的是兩組患者格拉斯哥昏迷評分或MAP無明顯差異。在9例CPP異?；颊咧杏?例雙側瞳孔散大固定并在48 h內死亡,因此沒能得到TCD相關參數(shù)進行校正[35]。說明,TCD常規(guī)用于TBI患者早期CPP監(jiān)測還需進一步驗證。

5 在評估大腦自我調節(jié)狀態(tài)中的應用

大腦自我調節(jié)(cerebral autoregulation, CA)是CBF保持一定范圍狀態(tài)的能力。CPP低于CA下限時,自調節(jié)不能維持充足的腦血流導致局部缺血;CPP超過CA上限時,自調節(jié)被抑制導致局部充血,腦灌注量的實際維持水平與預后有密切關系[35]。CA受損常發(fā)生在TBI早期,在病理狀態(tài)下患者CA完整性受到破壞,導致腦缺血或充血,早期判別有利于指導臨床診療。TCD的出現(xiàn)使CA實現(xiàn)床旁評估,且FV直觀替代了CBF,通過監(jiān)測CBFV在動脈血壓波動前后的變化,從而動態(tài)評估腦血管CA情況。當患者喪失CA能力時,腦血流與動脈血壓會呈直線正相關,此時患者病死率及長期植物生存狀態(tài)風險會明顯提升[35]。

TCD評估CA的方法分為間歇法和半間歇法。前者包括調節(jié)率(rate of regulation, RoR)、自動調節(jié)指數(shù)(autoregulatory index, ARI)、瞬時充血反應試驗(transient hyperemic response testing, THRT)、直立性低血壓測試(orthostatic hypotension test, OHT)等。文獻[35]將RoR定義為△(ABP/CBF)/(△t×△MAP),正常值為0.2/s;有學者通過MAP觀察FV變化進而衍生出ARI,0表示CA完全喪失,9表示CA過度反應,正常范圍為4～7;THRT是改變頸動脈壓力監(jiān)測同側MCA血流情況,正常值為FV加快>10%;OHT通過突然改變頭部位置監(jiān)測CBFV情況,正常值為減少10%～15%。近年來,半間歇法更多用于評估CA狀態(tài),通過調節(jié)CPP或MAP監(jiān)測FVm、FVs、FVd參數(shù)得到相關指標,如CPP驅動下收縮期血流指數(shù)(systolic flow index with CPP, Sx)、MAP驅動下收縮期血流指數(shù)(systolic flow index with MAP, Sxa)。Zeiler等[36]對347例TBI患者進行TCD監(jiān)測,結果發(fā)現(xiàn),隨著ICP變化Sx、Sxa也改變,且Sx=-0.15或Sxa=-0.1為預后不良的閾值,Sx=-0.2或Sxa=0.05則提示高死亡風險。說明無論哪種評估方法都各具優(yōu)缺點。

6 展 望

TCD雖可實時、無創(chuàng)于床旁監(jiān)測TBI患者腦生理學變化,作為有創(chuàng)監(jiān)測手段的篩選或補充,在神經重癥多模態(tài)監(jiān)測中有其一定的實用價值,但對操作者水平依賴很強,受超聲波角度、CO2分壓等多種因素影響,是今后亟需克服的難題。此外TCD評估CA的應用上存在諸多限制,通過適當CPP驅動下監(jiān)測腦血管反應性的指標壓力反應指數(shù)(pressure reactivity index, PRx)來評估CA的方法正進行二期臨床試驗[37]。同樣,適當CPP范圍也可通過Sx得到并用于指導臨床治療[38]。未來隨著TCD監(jiān)測技術的進步,自動化TCD追蹤裝置有望實現(xiàn)對腦血管情況進行實時追蹤,從而實現(xiàn)多模態(tài)化、連續(xù)動態(tài)地對TBI患者腦生理學進行精準監(jiān)測,提高患者診治效果、贏得最佳預后。