作者：史晓莉，梁昌盛，陈芳，中国医科大学深圳儿童医院麻醉科；陈佳祥，深圳市儿童医院麻醉科

近年来，心脏外科心肺转流(cardiopulmonary bypass， CPB)技术的发展和围术期管理的进步使先天性心脏病(congenital heart disease， CHD)手术的成功率日渐提高，但患儿术后脑神经功能损伤的发生率仍较高。目前脑损伤尚缺乏精准的预估方法和有效的治疗手段，因此在CHD手术中，采取有效的监测方法评估脑氧代谢和脑灌注并及时调整，对患儿围术期脑保护至关重要。

心脏手术围术期的无创脑神经功能监测手段包括脑电图(electroencephalogram， EEG)、脑电双频指数(bispect ral index， BIS)、经颅多普勒超声(transcranial doppler ultrasound， TCD)和近红外光谱(near infrared spectroscopy， NIRS)等，通过监测脑电活动、脑灌注或脑氧合，间接评估神经系统功能。但每种监测手段均有各自的优势和缺陷，何种监测方法预测心脏手术后神经系统并发症更为准确尚无定论。

NIRS监测具有操作简便、重复性好的特点，可通过监测局部脑组织氧饱和度(regional cerebral oxygen saturation， rScO2)评估心脏手术围术期的脑神经功能。近年来，多模式、个体化逐渐成为围术期监测和治疗的发展趋势，现将NIRS的原理、影响因素及其单独应用和联合其他无创监测手段在CHD患儿心脏手术围术期的应用进行综述，以期为CHD患儿围术期的脑保护策略带来新的思路。

1.NIRS的基本原理

1977年，Jöbsis首次提出可以利用人体组织对近红外光波的吸收不同，采用光谱仪对rScO2进行实时无创的监测。NIRS以改良朗伯·比尔定律和光散射理论为基础，利用还原血红蛋白和氧合血红蛋白的光吸收系数差别，通过计算吸收谱比值，得出局部血红蛋白的氧饱和度。

在近红外线的波长范围内(700～1 000 nm)，光线可穿透颅脑外层，探测到皮下约3 cm范围内的rScO2的变化情况。健康志愿者rScO2约为70%，其基线读数可能在50%～75%。对进行心脏手术成年患者术前rScO2值的Meta分析表明，其平均基础值约为66.4%(95%CI 51.0%～81.8%)。Spaeder等研究表明，健康儿童rScO2基础值大约为69%，婴儿约为64%。目前，对于婴幼儿的rScO2尚无明确正常参考值范围以及脑灌注不足的判定临界值。

2.rScO2的影响因素

脑血流自动调节和平均动脉压： MAP在50～150 mmHg(10%的幅度内变化)内，脑血流(cerebral blood flow， CBF)能保持稳定，以保证大脑正常生理功能活动所需的能量和氧的稳定供给，即脑血流自动调节(cerebral autoregulation， CA)。CA有上限(upper limit of autoregulation， ULA)和下限(lower limit of autoregulation， LLA)，当MAP低于CA的LLA时，脑血流量下降，可能出现脑缺血；当MAP超过CA的ULA时，会诱发脑充血、血脑屏障损害和脑水肿。

Montgomery等尝试将MAP与同步的rScO2的连续性相关系数即脑血氧指数用于评估CA的状态，结果表明，当CA正常时，MAP与rScO2相关性弱；当CA受损时，MAP与rScO2的相关性较强。新生儿、婴幼儿及4岁以下患儿的CA机制尚不成熟，且在CPB期间，CA会被影响或破坏。因此，CHD患儿CPB期间的rScO2更易受MAP的影响，急性低血压可引起短暂性脑缺血。

围术期相关生理因素： 围术期的某些因素会引起脑血流或者脑氧代谢的变化，从而引起rScO2的改变。挥发性麻醉药如七氟醚可以扩张脑血管，升高rScO2;而某些静脉麻醉药如丙泊酚则会减少CBF，使rScO2降低。血管活性药物对rScO2的影响取决于其药理作用特点，某些血管活性药物如去氧肾上腺素虽然可升高血压，但会降低rScO2。

除此之外，PaCO2(高碳酸血症增加脑动脉血流量)、PaO2(缺氧致脑血容量增加)、pH(BE与rScO2成正相关)及CPB期间的温度(温度升高使脑耗氧量增加，rScO2降低)和灌注流量(灌注不足会引起脑组织缺血缺氧)等因素均会影响rScO2。

其他因素： 头部位置、颈部体位、沙滩椅体位均会影响脑血流，进而影响rScO2。李小兵等将NIRS监测用于右侧腋下小切口CHD手术，结果表明，左侧90°卧位会导致左侧rScO2较右侧高，但若同时头低位45°，则对双侧rScO2无明显影响。CHD患儿的原发CHD种类和严重程度也是rScO2的基础水平和术中不同时点变化重要的影响因素。韩丁等研究表明，与室间隔缺损患儿比较，法洛四联症患儿在矫治术前脑氧供低下，改良超滤后患儿血流动力学和rScO2改善更为明显。

3.NIRS在患儿心脏手术中的应用

预测术后神经相关并发症： 成人心脏手术围术期rScO2的下降与患者术后认知功能障碍(postoperative cognitive dysfunction， POCD)和中枢神经系统并发症的发生相关，在心脏手术中合理调控rScO2可以降低神经系统并发症的发生率。近年来，rScO2逐渐应用于CHD患儿的围术期监测。

Gottlieb等病例报道表明，NIRS监测可迅速识别主动脉插管错位，及时调整插管位置可以避免CPB期间的脑灌注不足，可能有助于防止神经损伤。Mcquillen等对62例接受CHD手术的新生儿进行了术前和术后MRI扫描，结果表明CPB期间较低的rScO2是发生术后脑损伤的危险因素。

Spaeder等在新生儿CHD手术围术期用NIRS连续监测脑组织氧合指数(cerebral tissue oxygenation index， cTOI)，随后在6、15和21个月龄时进行神经发育测试，结果表明，术后cTOI的变异性降低与较差的神经发育结局相关。De Silvestro等将rScO2低于45%和rScO2低于基础值的20%定义为术中脑氧饱和度降低(cerebral desaturation， CD)，分析了72例行CHD手术的患儿术中的rScO2值，结果表明，术中CD的发生与围术期侧脑室容积改变和新发颅内病变相关，但与术后1年的神经发育结果无关。因此，围术期rScO2的降低对预测CHD手术后神经系统并发症的意义尚不确定。

预测心脏手术的预后和术后不良结局： NIRS监测还可以用于心脏手术的预后与术后不良结局的预测。Flechet等研究表明，术后早期脑氧去饱和低于50%和rScO2变异性增加与CHD手术患儿术后较长的机械通气时间、监护室停留时间以及住院时间相关。

Modestini等一项对CHD患儿手术期间的脑氧合及其与预后的关系的回顾性观察研究结果表明，气管插管后测得的低基线rScO2值与机械通气时间、监护室停留时间、住院时间以及术后30 d死亡率等结果相关，但术中大脑去饱和的严重程度与这些结果无关。

最近一项针对成人非心肺转流冠状动脉搭桥术的回顾性研究表明，术中平均rScO2低与术后急性肾损伤的发生独立相关，可能是肾损伤的早期标志。但亦有研究结果表明，术中rScO2的下降与心脏手术的临床结局(包括中风、POCD、谵妄、心肌梗死、急性肾损伤和总死亡率)之间并没有关联。

指导术中干预： CPB是一种非生理的循环方式，加之婴幼儿的CA机制不成熟，因此以一般的LLA来调节CHD患儿术中的MAP可能会导致脑灌注不足。一项对54例患儿进行的前瞻性观察性研究表明，基于NIRS的方法可以测量CHD手术围术期的LLA，根据LLA进行个体化血压管理，结果表明，对于77%的患儿，可以使用脑血氧指数估计LLA的个体值，平均LLA为(42±7) mmHg。

Ma等研究表明，在CHD手术中，NIRS测量的rScO2与侵入性监测颈静脉球血氧饱和度(jugular venous oxygen saturation， SjvO2)和中心静脉血氧饱和度(central venous oxygen saturation， ScvO2)之间均无明显差异，rScO2和SjvO2之间以及rScO2与ScvO2之间存在正线性相关性。因此，rScO2在一定程度上反映了CHD手术患儿围术期的脑氧供需状况。

近年来，目标导向性治疗(goal-directed therapy， GDT)广泛应用于心脏手术，术中采用个体化CPB灌注策略，维持血流动力学的稳定。许多临床研究者以rScO2为导向在心脏手术围术期进行脑氧供需平衡管理，当rScO2下降到临界值时，即表明发生“去饱和”，需要及时进行相应干预，以预防神经系统不良事件的发生。对于成人患者，临界rScO2值一般认为是术中rScO2下降幅度超过基础值20%或rScO2绝对值低于50%，患儿临界rScO2值暂未明确。

Calderone等一组心脏手术的病例报道表明，在测定rScO2时单独识别总血红蛋白、氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白光谱吸收的变化，可以明确术中rScO2的下降究竟源于脑氧含量降低或脑氧代谢增加而无明显血流变化、脑血流减少和急性脑充血这三种原因中的何种，从而使后续的处理更具针对性。

张莉等测量了21例行主动脉弓手术的CHD患儿围术期的rScO2，以诱导时的rScO2作为基础值，当rScO2下降大于2个标准差时，通过液体治疗或血管活性药的应用调整灌注流量，可以使rScO2恢复至基础值水平。目前，已有针对成人心脏手术的临床研究表明，围术期应用NIRS进行监测并以rScO2导向循序对相关因素进行干预，能改善患者预后。

但亦有研究表明，这种改善可能仅针对平均风险水平的心脏手术患者，在高危患者中可能不显著。因此，目前仍需要进一步的研究，尤其是关于GDT的高质量随机对照研究，来提供更充足的证据支持。

4.NIRS联合其他脑神经功能监测手段在患儿心脏手术中的应用

近年有研究表明多模式脑神经功能监测可能会提高CPB患者的安全性，术中同时运用多种无创监测手段更有利于指导术中及术后的管理和治疗，可以降低神经系统损伤的发生率。

NIRS联合TCD： TCD测量的脑血流速度(cerebral blood flow velocity， CBFV)可以反映大脑半球的脑灌注情况，被广泛用于估计脑血流量。在患儿主动脉弓重建术中，结合各种监测模式，尤其是TCD与NIRS的使用可以监测选择性脑灌注期间的脑功能，指导流量需求，以减少手术期间的脑损伤；同时rScO2高时，TCD监测可预防脑灌注过多。

谢思远等将NIRS联合TCD用于研究室间隔缺损修补术术中机械通气对患儿脑氧合和脑血流的影响，结果表明在麻醉诱导期，随PETCO2的升高，rScO2和CBFV均逐渐增大。Azzam等一项病例报道表明，在心脏手术围术期NIRS联合TCD可快速识别3种不同的脑氧去饱和机制，为实现及时和靶向干预提供了可能性，有助于改善预后。

2019年心脏外科围术期脑保护中国专家共识也建议通过NIRS联合TCD技术对脑灌注进行无创评估，并指出当术中TCD流速变小或者rScO2<50%或低于基础值20%时，应当根据具体情况进行干预。TCD还可识别血液中的微小栓子，对此及时干预可能避免栓塞导致的神经功能受损，从而阻止一个临床或亚临床卒中的发生和进展。

NIRS联合EEG： 近年来，NIRS联合EEG同步监测也备受关注。二者均具有较高的时间分辨率，NIRS可以弥补EEG空间分辨率较低的缺陷。NIRS某种程度上是反映脑血流动力学变化，EEG直接检测头皮的生理电信号。Ly等将其用于患儿主动脉弓手术中，监测选择性顺行性脑灌注期间全脑灌注的质量。Austin等运用NIRS联合EEG联合TCD，对检测到脑灌注及脑代谢明显变化的患儿实施干预措施，74%的患儿神经生理学指标明显好转，干预组术后神经系统并发症发生率、平均住院时间、1周内出院的百分比、费用均优于非干预组。

NIRS联合BIS： BIS反映的是经处理后的EEG信息，是将脑电图的功率和频率经双频分析作出的混合信息拟合成的一个最佳数字。Hayashida等将NIRS和BIS联合应用于CHD手术患儿围术期监测，结果表明，当以rScO2的降低判定CBF减少时，可以通过BIS值的变化评估前者是否足以导致脑功能障碍；而当BIS的降低伴随着rScO2的降低时，即可确定BIS的降低是由CBF的降低引起的，而不是由体温过低或麻醉加深引起的。因此，NIRS联合BIS是一种有效的脑血流和脑功能联合监测手段。

NIRS联合DCS NIRS和扩散相关光谱(diffuse correlation spectroscopy， DCS)联合是一项新兴的协同监测技术。通过NIRS监测rScO2、DCS监测脑血流指数，得出脑氧代谢率指数和脑组织氧摄取分数等指标，从而量化脑组织血流动力学和脑组织代谢。NIRS联合DCS目前较多应用于早产儿和新生儿，在CHD手术中的监测中也不乏相关的研究。

5.小 结

脑神经功能损伤是CHD手术患儿常见的并发症，严重影响患儿的预后。精准的脑神经功能监测可以助力围术期脑保护，积极预防并及时处理脑损伤。NIRS监测快捷敏感，可以实时连续反映脑氧代谢的变化，被广泛应用于CHD患儿的围术期脑神经功能监测中，但NIRS不能准确评估脑灌注和脑电活动。将NIRS与TCD、EEG、BIS和DCS等无创脑神经功能监测联合应用，可以更为全面地评估围术期CHD患儿的脑神经功能状态，但多模式脑神经功能监测在CHD患儿中应用的经验有限。因此，探究多模式脑神经功能监测的精准使用以及以NIRS或者其他监测手段为导向的脑神经功能目标调节是未来研究的方向。

来源：史晓莉,陈佳祥,梁昌盛,等.近红外光谱监测在先天性心脏病患儿围术期应用的研究进展[J].临床麻醉学杂志,2024,40(03):310-314.

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