Perioperative Monitoring of Cerebral Blood Flow and Metabolism<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />

ABSTRACT

It is very important and difficult to measure accurately the cerebral blood flow (CBF) and metabolism during perioperative period. The mechanism and clinical application of six techniques used for monitoring of CBF and cerebral metabolism, laser Doppler flowmeter (LDF), thermal diffusion, Transcranial Doppler sonography (TCD), jugular bulb venous oxygen saturation (SjO2), near-infrared spectroscopy (NIRS)and partial pressure of brain tissue oxygen (PbtO2), were reviewed. 
　Key words: Cerebral blood flow; Cerebral metabolism; Operation

　　目前监测脑组织血流及代谢的方法很多，临床研究中比较常用的有氢清除法、放射核素法、单光子发射计算机断层法(SPECT)和正电子发射扫描(PET)等，但以上方法较复杂，主要应用于诊断而难以用于术中监测。在手术中和手术后使用的脑血流和脑代谢监测方法主要有激光多普勒血流测定法、热弥散法、经颅多普勒法、近红外脑氧饱和度法、颈内静脉血氧饱和度法和脑组织氧分压(PtiO2)等。本文主要介绍其工作原理和临床应用。

　　一、激光多普勒血流测定法(laser Doppler flowmeter, LDF)
　　自从1975年Stern^[1]首次报道应用LDF监测微循环血流量以来,现已广泛应用于各种组织^[2]。20世纪90年代起LDF局部脑血流量（rCBF）监测的实验和临床应用研究逐步开展，认为是一种连续、实时、微创和敏感的微循环血流监测技术，适用于神经外科术中rCBF的监测。
　　1．工作原理：
LDF的工作原理是利用激光多普勒效应。激光通过探头照射到脑组织内的快速运动的红细胞表面，使其波长发生改变，产生多普勒位移效应（Doppler shift）。波长改变的程度及幅度与红细胞的数量和运动速度相关。通过记录波长改变的幅度和强度，从而可以推测局部脑组织血流(rCBF)。LDF的测量范围较小，在探头周围1mm3,适合检测大脑皮层的血流量，尤其使用于比较血流的相对变化。PU值为LDF的基本测量指标，即流动的红细胞产生多普勒位移值，是一个表示测量深度内rCBF大小的相对单位，PU值的变化反映了rCBF的改变。
　　2．临床应用：


　　Arbit^[3]在手术中用TCD监测脑组织的血流并与氢清除法（hydrogen clearance techniques）等精确的rCBF测量方法比较，说明二者之间有极好的相关性。LDF在rCBF监测领域的应用主要有脑动静脉畸形（AVM）、脑动脉瘤等对脑血流影响较大的脑血管疾病的术中监护^[4]。Rosenblum^[5]首先将LDF应用于AVM手术中，在AVM切除前后用LDF连续监测畸形血管团周边脑组织rCBF的动态变化，发现所测区域rCBF在AVM切除后是切除前的2.9-3.2倍,说明LDF可以灵敏地记录脑过度灌注。Kato等^[6]用LDF监测巨大脑AVM切除后的脑血流，发现AVM切除后的持续高CBF与引起术后出血及严重水肿有关，说明了正常灌注压突破综合征的存在，并且提出在手术后结合LDF值的动态变化，采用控制血压、巴比妥类药物降低代谢等方法以减少术后出现并发症。脑动脉瘤手术中有时需暂时阻断颈总动脉或载瘤动脉，此时以LDF连续监测被阻断动脉供血区的rCBF，能准确地反映该区域脑血流的下降程度，则有助于决定动脉阻断时间，减少脑组织不可逆的缺血性损伤的可能。动脉瘤夹闭术中LDF连续监测邻近脑组织rCBF的实时变化，以免造成夹闭血管狭窄以致出现供血区缺血，减少手术并发症的发生^[8]。
　　LDF监测不但可以在手术中应用也可用于其他疾病如脑蛛网膜下腔出血（SAH）及重症颅脑外伤等的脑血流检查。LDF持续监测脑皮层血流量对发现SAH造成的缺血性障碍比TCD或血管造影更迅速及时，而且可以与脑水肿、充血等鉴别以指导临床采取不同的治疗方案^[9,10]。LDF持续监测重型颅脑损伤脑皮质rCBF，可了解皮层血液灌注及脑血管自动调节功能，有助于指导治疗和判断预后^[11－14]。

　　二、热弥散法(thermal diffusion)

　　局部脑血流变化对于判断神经外科病人的病情变化及预后有着非常重要的意义。近来以热弥散法为原理的微创脑血流监测仪已应用于临床。热弥散流量仪是目前唯一以绝对数量方式持续监测局部脑血流的方法。
　　1. 原理
　　早在1933年Gibbs^[15]第一个提出脑血流可以应用热耦合检测。Wei和Abramovich等人^[16，17]进一步通过数学运算建立了通过测量脑组织两点间血流量的数学公式。Carter和Atkinson^[18,19]将其简化为CBFP=K(1/v-1/v0), 其中CBFP为100g脑组织每分钟皮质血流量，K为常数，V是两个温度探头间以伏特差计量的温度差，v0是两探头在零血流时的以伏特差计量的温度差。据此计算两个温度探头间的血流量。尽管各家公司生产的流量仪不同，但其探头结构大致相同，为一耦合两个温度探测器的探头，两探头间保持一定距离，一只温度探测器在一定范围内对脑组织加温，最高温度为脑组织可以耐受并且不引起不良反应的温度，而另一只保持温度不变。记录两探头初始测量温度以及加温过程中另一只探头的温度变化，计算出脑血流量。使用时将探头放置在暴露的皮层表面。随着技术的发展探头的体积愈来愈小，直径在1mm左右^[28]，比脑室外引流管还要细，对脑组织的损伤很小。目前认为其测得正常值为50～70 ml?100g^-1?min^-1，当脑血流低于40ml?100g^-1?min^-1时必须注意血管痉挛的可能以及与脑缺血相关的问题^[23]。
　　Carter等^[27]对12只蒙古猫麻醉后应用氟烷、硝普钠等控制性低血压，用热弥散法测量脑血流，与133X弥散法进行比较，在脑血流为90 ml?100g-1?min-1以内，二者之间存在线性关系，超出此范围线性关系不好。Vajkoczy等^[28]用16只成年羊麻醉后用热弥散法监测脑血流并与Xenon弥散法进行对比，之后用于16位脑外伤病人，说明二者间有很好的相关性。Kuwayama等^[29]介绍了4只兔子中同时应用热弥散法和氢清除法所进行的对比，其相关系数达0.92。
　　2. 临床应用用
　　(1)颅内动脉瘤：
　　颅内动脉瘤手术的并发症有可能是由于夹闭动脉过多造成术后脑缺血，一部分巨大动脉瘤在夹闭前要临时阻断载瘤动脉，在阻断过程中的脑血流监测成为决定阻断时间的重要手段。另外，热弥散监测脑血流还可以作为脑血管活性药物的疗效判断指标。Carter等^[20]研究了50余例颅内动脉瘤病人，在开颅后使用此探头，放置于载瘤动脉供血的脑组织皮层，监测动脉瘤夹闭过程中的脑血流变化，一旦出现明显下降，则调整动脉瘤夹位置或改变手术方式，减少了可能出现的供血区域脑组织的缺血并发症。Ogawa等^[21]应用热弥散法监测39例颅内动脉瘤病人的动脉临时阻断时间，认为在阻断10～20分钟范围内相邻组织血流降至15 ml?100g^-1?min^-1脑组织则出现一过性缺血症状，若超出20分钟则出现不可逆缺陷。Choksey等^[22]应用热弥散法监测巨大大脑中动脉瘤近端夹闭过程中相应脑皮质血流变化，以此作为夹闭时间的指标，动脉共夹闭31分钟，手术取得良好效果，病人未出现明显功能障碍。Thome等^[31]报告在夹闭动脉瘤时临时阻断动脉过程中应用热弥散法监测CBF，认为这一方法可以灵敏地反映局部CBF的变化。Vajkoczy^[30]应用热弥散法测量血管痉挛病人动脉注射罂粟碱对局部脑血流的影响，说明罂粟碱对脑血管痉挛只能产生一过性改善作用。
　　(2)脑动静脉畸形：
　　脑动静脉畸形手术后主要并发症为术后血肿、缺血和正常灌注压突破综合征。一旦出现术后血肿则局部脑血流由于颅内压升高表现为下降，相反若局部脑血流明显增加则需注意出现正常灌注压突破综合征。脑血流在90 ml?100g-1?min-1的范围内还可以接受，再高就要做出相应处置^[23,33]。Carter^[23]认为正常灌注压突破综合症一般在术后24小时内发生，术后血肿最常出现在术后2-3天。因此对脑血流的监测应该进行2-3天。Barnett^[33]将热弥散法应用于脑动静脉畸形手术后脑血流的监测。对18例病人的监测显示在距离畸形2-4cm的脑皮层的血流改变较畸形附近及远离畸形的脑组织更明显，同时认为正常灌注压突破综合症主要是切除前畸形周围的低血流和动脉的低压力，在切除后皮层对于转为正常血流和压力不适应造成的，所以术后维持低循环压力同时监测脑血流对减少正常灌注压突破综合症的发生是必要的。
　　(3)脑创伤病人：
　　对严重颅脑损伤病人的脑血流监测是热稀释法应用的另一重要领域，而且可以对多种治疗手段的疗效提供良好的判断依据。Sioutos等^[24]报道在57例脑外伤中应用热稀释法监测脑血流，在最初脑血流呈现多种改变，一些病人表现为低血流而同时另外一部分病人为高血流，在这些病人中减少的血流逐步增加以及高血流逐渐下降至正常的病人预后均较好，而持续为低血流和原来是高血流后转为低血流的病人预后均较差。若热稀释法监测提示减少脑血流可以应用甘露醇及升压药；脑血流增高病人可以使用过度换气及苯巴比妥来治疗。Dickman等^[25]报告一组12例颅脑创伤病人应用 rCBF与ICP呈反比关系，在6例脑死亡的病人中RCBF监测消失，同样提示此方法较为灵敏。Salvant等^[26]对120例硬膜下血肿病人监测CBF，在伤后48小时内CBF与CMRO2相关。<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />

　　三、经颅多普勒（transcranial Doppler sonography, TCD）
　　TCD是八十年代发展起来的一种无创持续监测脑血流技术。它可以通过多普勒的深度聚焦功能检测不同深度血管的血流变化。由于颅骨的屏蔽作用，多普勒检测的部位相对固定，全部是颅骨最薄的地方，通过颞窗可以探测大脑中动脉（MCA）、大脑前动脉（ACA）、大脑后动脉（PCA）和颈内动脉终末段（ICA1）等；通过眼窗探测ICA颅内段和眼动脉（OA）；通过枕窗检测椎动脉（VA）颅内段和基底动脉（BA），这样就可以了解Willis环动脉的血流状况。其中最常用到的是检测MCA的血流^[32,33]。TCD可以探测到血管内血流的方向，朝着探头方向的血流规定为正向，背着血流的方向为负向，当出现血流方向异常时常提示血管病变。TCD检测的指标是血流速度，由于存在解剖差异，无法精确反映脑血流（CBF），但它可以检测脑血流的变化情况从而协助诊断^[34]。
　　Brauer等^[35]对32例病人进行TCD检查血流速度并与氙CT所测得的CBF进行比较，结果表明血流速度变化与由于各种原因引起的CBF变化相一致。刘巍等^[36]应用TCD技术在颅内动脉瘤手术中监测载瘤动脉在动脉瘤夹闭前后血流速度变化情况，结果发现术后出现脑缺血性并发症组病人手术中的血流速度比未出现并发症组病人明显增快，提示存在脑血管痉挛，说明使用TCD可以及时发现脑血管血流动力学改变,当在手术中发现载瘤动脉血流明显增快时，可以及时调整动脉瘤夹位置避免造成远端血管缺血，对动脉瘤的手术有一定辅助作用。国外作者使用TCD技术对颈内动脉内膜剥脱手术进行术中监测。Levi等^[37,38]对81例病人监测大脑中动脉血流，发现在手术当中94％病人有微小血栓信号出现，而且说明了神经功能缺失与手术后当时大脑中动脉的大量高密度信号有关。TCD还可以检查病人是否存在血管痉挛。Wardlaw等^[39]研究了181例颅内动脉瘤破裂引起的蛛网膜下腔出血病人的脑血流，结果表明血流速度增加与脑血管痉挛及其后出现的神经功能缺陷有关。不仅在脑血管外科，TCD还可以检测颅脑损伤病人脑脑灌压^[40]。<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />

 
　　四、颈内静脉氧饱和度（jugular bulb venous oxygen saturation,SjO2）
　　颈内静脉氧饱和度监测技术是八十年代中期以后兴起的，它通过测量脑静脉血的血氧饱和度，反映脑氧供及氧需求之间的关系，间接提示脑血流状况^[41]。通过颈内静脉逆行置管，测量颈静脉球部以上血红蛋白的氧饱和度，在置管过程中要注意颈内静脉插管的深度必须在颈内静脉球以上，否则会由于混入颅外血管的血液引起结果出现偏差。监测的方法有两种，一种是间断抽血行血气分析得到氧饱和度，另一种是将光纤探头插入颈内静脉直接测定。SjO₂的正常值是55～71％，其变化与脑的氧摄取呈负相关。脑氧摄取增加，SjO₂下降，SjO2<50%提示脑缺血缺氧^[42,43]。近年来随着研究的深入，有人^[44,45,46]发现在脑严重充血，脑氧代谢率下降以及脑死亡等病人中，SjO₂升高，原因可能与脑氧代谢下降及动静脉分流有关。另外，SjO₂反映的是全脑的混合静脉血的氧饱和度，是全脑组织氧代谢的情况而不是局部损伤脑组织的状况，因此在临床上要综合判断SjO₂对病人预后的指导意义。
　　由SjO₂的监测引申出两个指标，脑动静脉氧含量差（AVDO₂）和脑氧摄取（CEO₂）。AVDO₂是动脉血氧含量与颈内静脉血氧含量的差值，其正常值为8ml/dl^[47]; CEO₂是动脉血氧饱和度与颈内静脉血氧饱和度之差，正常值为24～42％^[48]。二者均反映脑氧消耗的状况，其中AVDO₂受血红蛋白浓度的影响而CEO₂与血红蛋白浓度无关。AVDO₂增加提示脑缺血，AVDO2减少表示脑充血。Stochettid^[49]监测了颅脑外伤病人的AVDO₂，结果大部分病人AVDO₂表现为减低，与其临床昏迷症状相符，且在进行此项操作过程中病人出现并发症的几率不大。CEO₂直接反映脑氧耗的多少，由于其不受血红蛋白浓度影响，Cruz^[50]认为在脑氧耗与脑血流的平衡之间CEO₂提供了准确的信息。

参 考 文 献
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