正常人脑的血流量占全身的15%~20%,消耗25%的氧。而脑组织自身无能量储备,需要稳定且持续的脑血流供应,维持结构和功能。脑血管本身具有自动调节功能(cerebral auto regulation,CAR),并通过复杂的代谢性、化学性、神经源性及血管压力系统自身进行调节,以保证稳定的脑血流量[1]。当脑外伤(traumatic brain injury, TBI)或卒中等病理状态下,脑血管自动调节功能的完整性受到影响,导致脑缺血或过度充血。损害性脑灌注伴随的细胞氧供不足和代谢障碍, 是导致中枢神经疾病恶化的重要病理生理因素[2]。因此脑外伤及卒中后,予以严密神经监测及治疗,防止继发性缺血性损害。
持续颅内压(intracranial pressure,ICP)监测能反映颅内占位效应,对继发脑损害和脑疝进行预警,已成为神经监测的基石。大量证据支持ICP监测能改善预后[3],虽然大型随机对照试验未能证实, TBI患者从ICP监测和治疗中获益[4]。但大型观察研究[5]和回顾性分析[6]均认为,监测并控制ICP的患者相比未控制者有较好的预后,并支持20 mmHg (1 mmHg=0.133 Kpa)作为ICP上限。一些研究提示尽管ICP>20 mmHg,但认真积极地脑灌注压(cerebral perfusion pressure,CPP)管理也能获得较好预后[7];进一步提出了CPP导向的TBI治疗。这一治疗的理论基础是,维持足够的脑血流量满足损伤脑的需求,以避免继发性脑损害。研究发现CPP低于50 mmHg出现缺血信号,而>60 mmHg则可避免[8]。Rosner等[9]发现CPP>70 mmHg可改善预后,但后继研究认为CPP>70 mmHg未能获益,而且相关研究显示维持CPP>70 mmHg,则ARDS风险升高5倍[10]。指南[11]所推荐脑外伤CPP值50~70 mmHg范围过大, 不同患者有不同的灌注压阈值,寻找最佳CPP成为平衡CPP高低水平的重要目标。而床旁的脑血管自动调节功能评估,则有助于个体化CPP导向治疗[12]。
基于动物对照实验的静态脑血管自动调节模型,将脑血流自动调节简化为,CPP处于自动调节阈值上限和下限之间时,脑血流(cerebral blood flow, CBF)是充足的。该模型证实脑血管具有维持稳定CBF内在能力,但存在明显不足:不能随时反映自动调节范围和动态变化。临床实际中,需要动态监测并评估CPP和CBF变化及相关性。目前技术下CBF和CPP可持续监测,监测时可以通过颈动脉临时压迫释放等刺激方法,快速暂时降低CPP以评估动态自动调节。CA完整患者CPP下降时,脑阻力血管进行性扩张,CBF迅速增加。CA不完整患者CPP下降时,血管舒张程度极小,CBF变化不明显。由于诱导CPP改变需频繁床旁操作,且对患者潜在有害,其临床应用受限。尽管CPP和CBF长时间的持续动态测量,也可以获得近乎全部的自动调节曲线;但以上两个参数持续监测并非方便易行的。临床实践中应不断寻找更易方便监测的替代参数,以利持续评估。
由于CPP来自于动脉压(artery blood pressure, ABP)和ICP之间的压力梯度,大部分CPP的动态波动依赖ABP的自主变化。所以在研究和临床中,应用ABP替代CPP。缓慢的ABP自主性波动作用于CBF的效应,能通过时域分配(简单相关方法)或频域分析(传递函数分析)进行评估,ABP和CBF慢性波动改变的时域相关性评估,采用的时间平均值通常是10 s,以减少心搏和呼吸的影响,一个相关性评估(泊松相关系数)需要30个样本[13]。ABP和CBF之间正相关提示自动调节损害。然而负相关或零相关提示自动调节功能保存。已证实基于动态调节的相关性指数,通常和静态自动调节值相一致[14]。
由于CBF监测多是临时性的,其持续监测非常困难。因此临床上也在不断寻找其替代方法。CBF的改变,本质上引起脑血流容量的改变,相应引起ICP上升或下降。ICP的持续监测目前是临床常规进行的监测指标,容易实施并且是精确的。应用ICP替代CBF,评估与ABP动态变化之间关系,因此产生了一个的相关脑血流自动调节的新概念,即脑血管压力反应性(cerebrovascular pressure reactivity, CPR),其理论基础为脑血管自动调节能力完整患者,其ABP下降可引发颅内血管系统的扩张,以保证稳定的脑血流供应,相应颅内容量的增加,ICP随之上升。反之,脑血管自动调节能力损害患者,ABP下降诱发脑血容量的减少和ICP的下降。这种压力反应性可用应力反应指数(pressure reactivity index, PRx)客观描述,PRx是ABP和ICP之间低频波动的泊松相关系数,在神经外科患者中已被证实非常实用。
PRx是一种时域自动调节指数,评估30个连续的10 s片段的ABP和ICP平均值之间的相关系数获得。其值位于-1与+1之间,正值即正相关提示脑血流自动调节功能损害,负值提示脑血流自动调节功能完整。Czosnyka等[15]研究认为PRx>0.02提示脑血流自动调节功能完全损害;-0.02 < PRx>0.02提示脑血流自动调节功能部分损害;PRx < -0.02提示脑血流自动调节功能完整。
由于TBI是多种病理生理学机制共同进展性疾病,其脑血管自动调节功能损害也是多因素的。尽管动态自动调节功能损害原因不清,但是可作为一个强烈的预示因子。脑自动调节功能严重破坏者预后不良[16]。损害的脑自动调节功能似乎在蛛网膜下腔出血(subarachnoid haemorrhage, SAH)的病理生理中也起了重要作用[17]。近来发现脑血管自动调节功能破坏的SAH患者更可能发展为迟发型脑缺血[18],并且独立于脑血管痉挛的发生[19]。
PRx可以床旁持续动态测量,能够反映脑血管自动调节能力的实时变化,是目前ICP监测患者最实用的动态评估脑血管反应性参数[20]。临床发现,PRx临界值>0不一定提示CPP低于自动调节功能低限。约60%患者相对不同水平的CPP,PRx经常表现为U型曲线[21-22],PRx最低值相应的CPP水平,保证脑血流最稳定。但PRx计算需要另外的软件技术提取床旁监测的持续波形数据。因此大多数PRx监测限于少数研究中心。Depreitere等[23]利用目前临床广泛应用的床旁监测设备,基于每分钟的监测数据计算PRx,能够评估危重TBI患者的几乎全程脑血流自动调节功能,由于严重的自动调节功能损害与更差的预后存在量效关系[24],临床上,能够调节最佳化通气,床头位置和利用药物作用等措施改善复杂的脑自动调节过程。但经治疗的PRx参数能否改善预后,尚未被前瞻性临床研究证实。目前脑血流自动调节功能参数PRx,可用于个体化最佳CPP的确定。
理想的最佳CPP (Optimal CPP)应是位于静态自动调节曲线的中点。临床实践中,持续测量动态自动调节功能,可以获得一系列PRx。如果以PRx和相应CPP进行二维构图(图 1),可以得到U型曲线,PRx最低点相应的CPP,是自动调节功能最强时的CPP。
图 1显示脑外伤患者动态自动调节功能被用于确定最佳CPP,持续监测ABP、ICP和CBF。时间趋势CPP未给予任何最佳CPP提示,PRx均值和相应CPP形成曲线,在70~95 mmHg之间,PRx处于最低值,提示自动调节功能良好。其余部分PRx比较高,提示自动调节功能损害。如果用抛物线函数拟合这些相关数据,最小的PRx值为-0.23, 相应85 mmHg是最佳CPP。最佳CPP能够持续计算[26],但是最佳CPP不能总是确定,仅55%监测时间获得最佳CPP。控制CPP靠近最佳CPP水平的患者,相比远离最佳CPP水平的患者,有更好的预后[27]。
相关脑血流自动调节的状态PRx评估及个体化最佳CPP导向治疗可改善预后,已经被有关脑缺血、自发性脑出血、蛛网膜下腔出血以及脑外伤的几个小规模研究证实。进一步需大型前瞻性临床对照研究明确。未来监测技术发展,可能需要无创技术评估局部脑血流自动调节功能。
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