Cerebral resuscitation and monitoring of cerebral oxygen supply-consumption balance<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />

陈绍洋　王强　路志红　熊利泽

第四军医大学西京医院麻醉科　710032　

Deportment of Anesthesiology, Xijing Hospital, Fourth Military Medical University, Xi’an 710032

Shao-yang Chen, Qiang Wang, Zhi-hong Lu, Li-ze Xiong

Abstract

Keeping the cerebral oxygen supply-consumption balance is very important for cerebral protection and resuscitation. Various methods including cerebral metabolic rate of oxygen (CMRO₂), jugular venous oxygen saturation (SjvO₂), regional cerebral oxygen saturation (rSO₂), arteriovenous oxygen content difference (AVDO₂), partial pressure of brain tissue oxygen (PbtO₂) and PET are commonly used for monitoring cerebral oxygen supply-consumption balance. This is helpful for guiding treatment of cerebral injury and cerebral resuscitation, evaluating the effects of treatments such as hypothermia, drug and hyperventilation on the cerebral oxygen supply-consumption balance, and providing evidence for outcome estimating.

Keywords：Cerebral protection; cerebral oxygen supply-consumption balance; monitoring; evaluation

在现代危重病医学中，心肺复苏术获得了飞速发展，惟有脑复苏仍步履维艰，成为心跳骤停后复苏的重点和难点。究其原因，其一大脑对缺血缺氧十分敏感，其二心肺复苏期间脑缺血缺氧以及复苏后的脑氧供需失衡，可能是导致心肺复苏后继发性脑损害的重要因素。因此，实施脑氧供需平衡监测，将有助于判断病因、指导治疗、反馈疗效，评估预后，提高生存质量^[1,2]。

一、脑氧供需平衡监测的意义及方法 <?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />

（一）脑氧供需平衡监测的意义

对于脑复苏病人，以往多依赖于临床表现、颅内压(ICP)和脑灌注压(CPP)的变化来指导治疗。但由于ICP和CPP缺乏脑血管阻力的信息，因此，其监测结果难以准确反映脑循环真实情况。同样尽管脑血流量 (CBF)测定在反映脑血流动力学方面比CPP准确，但它只是一个单纯的血流动力学参数，不能反映脑代谢状况。而脑的缺血与否是相对于脑代谢而言的，即不管CBF多少，只要脑的血液供应能够满足脑代谢需要，则意味着脑循环正常，否则为脑缺血。

事实上，脑的不同部位CBF和脑氧代谢率（CMRO2）并不相同。正常情况下，通过血流代谢耦联(flow--metabolism coupling)以及压力-流量调节(pressure-flow regulation)机制，使CBF和CMRO2之间维持平衡，即CBF/CMRO2之比在15-20，称为脑氧供需平衡。机体在正常状态下，氧供(oxygen delivery, DO2)与氧耗(oxygen consumption, VO2)保持动态平衡状态；而对于危重、脑复苏患者，则可出现病理性氧供依赖性氧耗，即氧耗增加或减少，随氧供的增加或减少而变化，这反映了低氧及氧债的存在，从而有可能导致脑缺血、缺氧，脑组织损害。由于脑氧供需平衡所反映的是脑血液供应与脑代谢所需之间的匹配关系，能更准确地反映脑循环状态，因此从维持脑氧供需平衡角度监测脑氧合，这对指导脑复苏救治十分重要^[2]。

（二）脑氧供需平衡监测的方法

1. 脑氧代谢率（CMRO₂）测定 

CMRO2=CBF×(CaO2－CjvO₂)，反映的全脑组织氧代谢状况，结果可靠，但操作较复杂。CBF测定方法很多，经典的Kety-Schmidt法及Xe清除法均为使用放射性物质的有创性方法，很难常规用于术中监测。阻抗血流图(REG)方法还有待进一步完善。经颅彩色多普勒血流图(TCD)是一种连续无创监测脑血流量的新方法,研究表明, TCD所测定的血流速度与CBF之间有良好相关性(r=0.80-0.93, P<0.01)，并能动态反映脑血流的变化。但由于受个体差异、解剖变异和探头放置部位影响，TCD难以准确测量脑血流量和评估局部脑组织的病理变化。

2. 颈内静脉血氧饱和度(SjvO₂)监测  

SjvO₂监测是目前较常用的监测脑氧合的方法。由于颈静脉球部血液由大脑直接引流而至，所以SjvO₂能够代表脑氧代谢水平，间接反映脑循环状态，它与CBF之间呈正相关。由Fick原理可推得公式：SjvO₂=CaO₂－CMRO₂/CBF。在动脉氧合良好、血红蛋白相对稳定（即CaO₂不变）的情况下，SjvO₂反映的是CMRO₂与CBF的平衡关系，即所谓的脑氧供需平衡。CBF减少时，脑组织为维持正常代谢需要，从血液中摄取氧的比例相对增多，SjvO₂下降；反之，CBF增多超过代谢需要时，SjvO₂升高。正常人的SjvO₂在55％～75％，大于75％意味着脑DO₂或CBF增多；小于50％时，说明DO₂或CBF相对不足；若小于40％则可能存在全脑缺血缺氧。但SjvO₂只反映同侧大脑半球的氧代谢情况，不能反映局部和对侧大脑半球脑缺血情况。SjvO₂监测通常采取颈内静脉逆行穿刺，放置导管至颈内静脉球部，间断采集血样测定；也可置入SjvO₂光纤探头，持续动态监测SjvO₂，二者具有良好的相关性。

3. 局部脑氧饱和度(regional cerebral oxygen saturation, rSO₂)监测

MaKsen等^[3]介绍可应用近红外线光谱(near-infrared spectroscopy, NIRS)技术，无创、连续地监测rSO₂。近红外光可在特定范围(650-1100nm)穿透人脑几厘米，监测采样区内氧合血红蛋白与总血红蛋白之比即SO₂。大脑动、静脉交错，静脉占75%，动脉占20%，毛细血管占5%，这就意味着rSO₂值主要代表静脉血中氧含量，反映的是脑氧输送代谢指标，rSO₂低于55％为异常。

4. 脑动静脉氧含量差(AVDO₂)

根据Fick公式，CMRO2=CBF×AVDO₂，即AVDO₂= CMRO₂/CBF，因此，AVDO₂实际上反映了CBF和脑氧耗的相对关系，即脑氧供需平衡。AVDO₂正常为5 -7Vol%，增加意味着脑氧摄取增加，CBF相对脑氧耗不足；AVDO₂降低则脑氧摄取减少，CBF相对脑氧耗有剩余。脑氧摄取率（CEO₂）的意义和AVDO₂一样，但在贫血状况下，它比AVDO₂能更加准确地反映脑氧代谢AVDO₂。

5. 脑组织氧分压(partial pressure of brain tissue oxygen, PbtO₂)监测   <?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />

PbtO₂是随着电子和光纤技术的发展新近涌现的有创脑氧监测技术。直接测定脑组织氧分压，可检出局灶性缺血病灶，其灵敏度达92%，特异性为84%。PbtO₂低于多少即发生缺血损害尚无定论，一般认为PbtO₂正常值为25～30mmHg，维持脑皮质功能PbtO₂必须大于5mmHg，所以缺血阈值应高于5 mmHg。缺血阈值大小同时还受测定仪器技术差别、探头放置部位等多种因素的影响。

6．其他

脑动脉颈内静脉血乳酸差值和脑内静脉腺苷含量也可反映脑代谢情况，脑电图监测及体感诱发电位测量可反映脑细胞电生理活动，核磁共振和正电子断层扫描结果可靠，但不能实现手术中实时监测且设备昂贵。

总之，对脑组织氧供需平衡的监测方法，目前临床应用较多的为TCD、SjvO₂和rSO₂。PbtO₂监测因其优势也日渐受到重视和推广。

二、脑氧供需平衡监测的应用

Cruz等^[1]研究认为脑氧供需平衡监测在脑复苏治疗中可起到指南针的作用，具有指导治疗、改进方案、反馈疗效和评估预后等作用。

（一）判断病情指导治疗

    既往评估脑复苏的有效性和改进复苏方法的重要依据是脑血流动力学，而对脑氧供需平衡研究较少，其主要原因往往脑复苏时忙于急救，无暇及时建立监测指标。脑复苏期间监测脑氧供需情况，有助于及时调整机械通气模式，指导降颅压药物应用。Manley等^[4]研究结果表明，FiO2升至100%可使局部脑组织氧分压(PbtO₂)从15±2mmHg升至36±11mmHg。吸纯氧行过度通气，可致PbtO₂下降40％，而通气不足反可使PbtO₂升高。说明直接监测PbtO₂，对FiO₂、机械通气都非常敏感。因此，脑复苏期间监测 PbtO₂、SjvO₂等指标，可以反映脑氧代谢情况，评估脑损害，为复苏中根据脑损害情况采用不同治疗方案提供依据。

（二）评估脑复苏救治的作用

1．低温

浅低温是脑复苏有效手段，也是重要的脑保护措施^[5]。研究表明低温可降低脑缺血缺氧期间维持脑电生理活动及细胞功能所需的能量，这对防止不可逆的膜完整性损害极为重要。近年来大量观察结果已充分肯定了浅低温对各种脑损伤的保护作用^[5,6]。有研究表明，在心肺脑复苏同时或自主循环恢复后即给予全身浅低温(34℃)，并维持1h，可明显改善脑功能；而延迟15min后给予浅低温，将影响脑复苏的效果。

脑氧供需平衡监测则可为评估低温的脑保护作用提供直观的指标。观察表明重度脑外伤，全身低温至35.0℃～35.5℃，可显著降低ICP和脑氧摄取率。脑温度每降低1℃，CMRO2则下降5%～7%，CBF虽然也下降，但两者下降程度不一致。监测显示脑温从37℃降至30℃，CBF减少37%，而CMRO₂下降达58%，远远大于CBF降低的程度，提示脑灌注相对过度。因此，在低温脑复苏过程中，实施对SjvO₂的连续监测很有意义。Okano等^[7]研究证实虽然低温较常温时SjvO₂升高；但复温时由于脑氧代谢率进行性增加，而脑血流量?不平行增加, 导致SjvO₂下降，发生脑氧供需失衡（脑脱氧合）。因此，监测SjvO₂对于寻找最佳浅低温，权衡其利与弊，具有重要指导价值。

参考文献<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />

1.Cruz J. The first decade of continuous monitoring of jugular bulb oxyhemoglobinsaturation: management strategies and clinical outcome. Crit Care Med, 1998;26(2):344-351

2.陈绍洋,熊利泽，曾祥龙. 麻醉和手术中脑氧供需平衡研究进展.解放军医学杂志. 2002;27(2):187-188

3.Maksen PL, Skak C, Rqasmussen A, et al. Interference of cerebral nearinfrared oximetry in patients wit. Anesth Analg, 2000;90(2):489-495

4.Manley GT, Pitts LH, Morabito D, et al. Brain tissue oxygenation during hemorrhagic shock, resuscitation, and alterations in ventilation. J Trauma, 1999;46(2):261-267

5.Nakamura T, Tatara N, Morisaki K, et al. Cerebral oxygen metabolism monitoring under hypothermia for severe subarachnoid hemorrhage: report of eight cases. Acta Neurol Scand, 2002;106(5):314-318

6.Tokutomi T. Morimoto K, Miyagi T, et al. Optimal temperature for the management of severe traumatic brain injury: effect of hypothermia on intracranial pressure, systemic and intracranial hemodynamics, and metabolism. Neurosurgery, 2003;52(1):102-111

7.Okano N, Owada R, Fujita N. et al. Cerebral oxygenation is better during mild hypothermic than normothermic cardiopulmonary bypass. Can J Anaesth, 2000;47(2):131-136

8.陈绍洋，胡胜，曾祥龙，等. 三种麻醉方法对脑氧供需平衡的影响. 中华麻醉学杂志, 1999;19(6):368-369

9.陈绍洋，王强，熊利泽，等. 静脉滴注胰岛素对颅脑手术患者脑内糖代谢和氧供需平衡的影响. 中华麻醉学杂志, 1999;19(3):143

10.陈绍洋，王强，熊利泽，等. 甘露醇对颅脑手术患者脑氧供需平衡的影响. 临床麻醉学杂志, 2002;18(6):295-297

11.Famularo G. The puzzle of neuronal death and life:is mannitol the right drug for the treatment of brain oedema associated with ischaemic stroke? Eur J Emerg Med, 1999;6(4):363-368

12.Kiening KL, Hartl R, Unterberg AW, et al. Brain tissue pO2-monitoring in comatose patients: implications for therapy. Neurol Res, 1997;19(3):233-240

13.陈绍洋，王强，曾祥龙，董海龙，胡文能，曾毅，张玉勤. 动脉血二氧化碳分压对脑氧供血平衡的影响. 中华麻醉学杂志, 1999;19(2):78-80

14.Coles JP, Minhas PS, Fryer TD,et al.Effect of hyperventilation on cerebral blood flow in traumatic head injury: clinical relevance and monitoring correlates. Crit Care Med. 2002;30(9):1950-9.

15.Litscher G, Schwarz G, Sandner-Kiesling A, et al. Effects of acupuncture on the oxygenation of cerebral tissue. Neurol Res, 1998;20Suppl 1:S28-32

16.Chan MT, Ng SC, Lam JM,et al.Re-defining the ischemic threshold for jugular venous oxygen saturation--a microdialysis study in patients with severe head injury. Acta Neurochir Suppl. 2005;95:63-6

17.Perez A, Minces PG, Schnitzler EJ,et al. Jugular venous oxygen saturation or arteriovenous difference of lactate content and outcome in children with severe traumatic brain injury. Pediatr Crit Care Med. 2003;4(1):33-8.

18.Diaz-Reganon G, Minambres E, Holanda M, Gonzalez-Herrera S, Lopez-Espadas F, Garrido-Diaz C. Usefulness of venous oxygen saturation in the jugular bulb for the diagnosis of brain death: report of 118 patients. Intensive Care Med, 2002;28(12):1724-1728

19.Robertson CS, Valadka AB, Hannay HJ, Contant CF, Gopinath SP, Cormio M, Uzura M, Grossman RG. Prevention of secondary ischemic insults after severe head injury. Crit Care Med, 1999;27(10):2086-2095

20.Vigue B, Ract C, Benayed M, et al. Early SjvO2 monitoring in patients with severe brain trauma. Intensive Care Med, `1999;25(5):445-451