中华急诊医学杂志  2018, Vol. 27 Issue (12): 1341-1346
脑氧代谢率评估心肺复苏后脑功能预后
杨晓梅1, 周保纯2, 朱建军2, 朱建良2, 陆娟2, 刘励军2     
1 215600 江苏省张家港,张家港第一人民医院急诊科 ;
2 215000 苏州,苏州大学附属第二医院急诊与重症医学科
摘要: 目的 通过对心肺复苏患者实施床旁经颅多普勒超声(transcranial doppler, TCD)、颈内静脉球血氧饱和度(SjvO2)的监测,探讨脑氧代谢率(cerebral metabolic rate for oxygen, CMRO2)监测对评估心肺复苏后患者脑功能预后的价值。方法 前瞻性研究2012年01月至2014年12月收住苏州大学附属第二医院综合重症监护病房(GICU)心脏骤停后恢复自主循环的46例患者。入院后行TCD和SjvO2等检查,同时记录患者的基本资料。根据患者GICU出科时的格拉斯哥-匹兹堡脑功能分级(CPC),将患者分为神经功能良好与不良组。分析比较两组患者临床特征、脑血流量(CBF)、脑动脉-静脉氧含量差(a-vDO2)、SjvO2和CMRO2等指标,探讨上述指标与患者神经功能预后的关系。正态分布的计量资料以均数±标准差(x±s)表示,两组间均数比较采用t检验,并进行相关性分析。通过绘制受试者工作特征曲线(ROC曲线),评估各项指标在评估患者神经预后的特异性和敏感性。结果 两组患者性别、年龄、初始监测指标、GICU住院时间,初始GCS差异无统计学意义(P > 0.05);良好组患者心脏骤停至恢复自主循环(CA-ROSC)时间和急性生理与慢性健康评分(APACHEⅡ)均明显短和低于不良组(P < 0.05)。预后良好组患者SjvO2明显低于不良组患者[良好组(67.33±10.30) vs.不良组(76.89±13.08)],差异有统计学意义(t=-3.579, P < 0.05)。良好组TCD监测的收缩期血流速度(Vs)和舒张期血流速度(Vd),以及CBF均高于不良组;而搏动指数(PI)和阻抗指数(RI)均低于不良组,差异均有统计学意义(P < 0.05)。预后良好组CMRO2和a-vDO2均高于不良组,差异有统计学意义(P < 0.05)。受试者工作特征曲线(ROC)分析表明,CMRO2、CBF、a-vDO2、SjvO2等指标均可对患者的神经功能预后进行评估,其中CMRO2对评估患者神经功能预后准确性最高。结论 复苏后患者CMRO2、CBF、a-vDO2、SjvO2均与患者的神经功能预后相关;CMRO2作为综合反映脑组织氧代谢的指标,能较好评估患者神经功能的预后。
关键词: 心脏骤停     复苏     颈内静脉血氧饱和度     经颅多普勒超声     脑氧代谢率    
Roles of cerebral metabolic rate for oxygen in evaluating the prognosis of cerebral function after cardiopulmonary resuscitation
Yang Xiaomei1 , Zhou Baochun2 , Zhu Jianjun2 , Zhu Jianliang2 , Lu Juan2 , Liu Lijun2     
1. Department of Emergency Medicine, the First People's Hospital of Zhangjiagang, Zhangjiagang 215600, China;
2. Department of Emergency Medicine and Intensive Care Unit, the Second Affiliated Hospital of Soochow University, Suzhou 215000, China
Abstract: Objective To investigate the roles of cerebral metabolic rate for oxygen (CMRO2) monitoring in the evaluation of cerebral function after cardiopulmonary resuscitation (CPR) through transcranial doppler (TCD) and SjvO2. Methods In this prospective/retrospective analysis, we included 46 cases admitted to the general intensive care unit (GICU) of the Second Affiliated Hospital of Soochow University from January 2012 to December 2014. Upon admission, TCD and SjvO2 were performed, and the patients' characteristics were recorded. Based on the CPC score upon GICU discharge, the patients were divided into two groups with satisfactory cerebral function and poor cerebral function, respectively. Then the clinical symptoms, cerebral blood flow (CBF), a-vDO2, SjvO2 and CMRO2 were analyzed, followed by investigating their correlation with the prognosis of cerebral function. The measurement data that were normally distributed were presented by mean ± standard deviation. Student's t test was utilized for the inter-group comparison. Correlation analysis was performed. ROC was plotted, followed by evaluating roles of each index in the specificity and sensitivity of nervous prognosis. Results No statistical differences were noted in the gender, age, initial monitoring indicators, ICU duration and initial GCS between the two groups (P > 0.05). The CA-ROSC time and APACHE Ⅱ score in the satisfactory cerebral function group were significantly shorter than those of the poor cerebral function group (P < 0.05). The SjvO2 in the satisfactory cerebral function group was significantly lower than that of the poor function group (67.33±10.30 vs. 76.89±13.08, t=-3.579, P < 0.05). The Vs and Vd as revealed by TCD in the satisfactory function group were higher than those of the poor function group, together with the CBF. Significant decrease was noted in the PI and RI in the satisfactory function group compared with that of the poor function group (P < 0.05). Besides, the CMRO2 and a-vDO2 in the satisfactory function group showed significant increase compared with those of the poor function group (P < 0.05). ROC indicated that CMRO2, CBF, a-vDO2 and SjvO2 could be utilized for the evaluation of cerebral function, among which CMRO2 showed the highest accuracy for the cerebral function prognosis. Conclusions CMRO2, CBF, a-vDO2 and SjvO2 were associated with cerebral function prognosis. CMRO2 was the most appropriate parameter to evaluate the oxygen metabolism in brain tissues, which could evaluate the prognosis of cerebral function.
Key words: Cardiac arrest     Resuscitation     Jugular venous oxygen saturation     Transcranial Doppler     Cerebral metabolic rate for oxygen    

心脏骤停(cardiac arrest, CA)是急诊和重症医学科常见的严重临床事件。欧洲院外心脏骤停的年发病率约为38/10万[1],而我国心源性猝死的发生率已高达41.8/10万[2]。随着心肺复苏技术的完善和推广,CA患者初期抢救成功率显著提高;但其最终脑复苏的成功率仍徘徊在低水平。来自美国的流行病学研究发现,在院外心脏骤停患者中,约9.6%患者存活下来,7.4%实现了功能恢复[3]。院内CA的研究也表明,最终只有12.3%的患者具有良好的神经功能预后[4],约80%以上患者存在严重脑功能障碍,耗费大量医疗和社会资源。因此,如何对CA患者临床神经功能预后进行早期评估,已成为目前急诊与重症医学关注和研究的重要课题。

脑组织因其具有“高代谢、低储备、易损伤、难修复”的特点,这使得脑功能的实时监测愈显重要[5-6]。经颅超声多普勒(transcranial doppler,TCD)的应用和颈内静脉球血氧饱和度(jugular venous oxygen saturation, SjvO2)的测定,已逐渐成为急性脑损伤患者床旁监测的常用方法。近期在颅脑外伤患者的研究发现,通过这两个常用方法的结合,可获得脑氧代谢率(cerebral metabolic rate for oxygen, CMRO2)这一反映脑组织整体氧代谢变化的重要指标[7]。对于CA患者,在自主循环恢复后,缺血-再灌注损伤造成脑代谢的异常,这种脑细胞氧摄取和利用障碍的程度是否能预测心肺复苏后患者神经功能的预后,尚未定论。

故此,本研究拟通过对成人心肺复苏后患者同时进行TCD和SjvO2的监测,分析和比较脑血流量(cerebral blood flow, CBF)、脑动脉-静脉氧含量差(arterio-venous oxygen content difference, a-vDO2)、SjvO2和CMRO2变化与神经功能预后的关系指标,探讨反映脑代谢的指标在评估心肺复苏患者神经功能预后中的价值。

1 资料与方法 1.1 一般资料

收集2012年01月至2014年12月收入本院综合重症监护病房(general intensive care unit,GICU)的心脏骤停后恢复自主循环(cardiac arrest -return of spontaneous circulation,CA-ROSC)的患者,符合下列入选标准者进入本研究。

1.1.1 入选标准

① 年龄 > 18岁;②院内外CA-ROSC的患者;③ROSC后仍昏迷的患者,格拉斯哥昏迷评分(Glasgow Coma Scale,GCS) < 8分。④患者均实施了“心脏骤停后综合征患者早期集束化治疗策略”[8]

1.1.2 排除标准

① 其他原因致意识障碍者(如严重颅脑外伤,脑血管意外等);②慢性疾病终末期(如恶性肿瘤等);③发生心脏骤停至入GICU时间超过24 h。

1.1.3 病例分组

根据患者转出GICU时格拉斯哥-匹兹堡脑功能分级(Glasgow-Pittsburgh Cerebral Performance Categories, CPC)[9]将患者分为两组。CPC评分1~2分者为神经功能良好组,CPC评分3~5分者为神经功能不良组。

1.2 复苏后治疗方案

2012年本科室根据指南和权威文献[10-21],制订了“心脏骤停后综合征患者早期集束化治疗策略”:①平均动脉压(mean arterial pressure, MAP)维持在65~100 mmHg (1 mmHg=0.133 kPa);②脉氧饱和度(pulse oxygen saturation,SpO2)≥94%;③二氧化碳分压值(partial pressure of carbon dioxide,PaCO2)维持在35~45 mmHg;④血糖维持在4.0~10.0 mmol/L;⑤体温:于CA发生后6~8 h内进行低温治疗(mild therapeutic hypothermia, MTH),达到目标温度(32~34 ℃)且持续12~24 h以上;低温治疗结束后缓慢复温且无体温反跳(T≤38 ℃)。其他治疗措施还包括镇痛镇静和机械通气、容量复苏和使用血管活性药物、内环境稳定的管理等。上述治疗策略在2013年5月开始在苏州地区推广使用[8]

1.3 研究方法 1.3.1 一般资料的收集

采集CA患者入GICU时一般资料,如性别、年龄、GCS评分、急性生理与慢性健康评分(acute physiology and chronic health evaluation, APACHEⅡ)等,详细记录患者CA后72 h内的生命体征变化。

1.3.2 脑功能监测指标

患者入院后即刻行动脉和颈内静脉血气分析,并记录氧饱和度、二氧化碳分压、氧分压、血红蛋白浓度等值;同时进行TCD检查并记录检测结果,即收缩期峰值血流速度(systolic velocity, Vs)、舒张期血流速度(diastolic velocity, Vd)、平均血流速度(mean velocity, Vm)、搏动指数(pulsitility index, PI)和阻抗指数(resistance index, RI)(具体方法见后)。

1.3.3 脑功能监测方法

(1)TCD脑血流监测

设备类型:M-Turbo超音波仪器(SonoSite, Seattle, USA)。

检查方法:患者取平卧位,连接5~1 MHz的探头于超声仪上,调整超声仪监测模式为TCD模式。探头涂抹耦合剂分别置于患者左右侧颞窗处,调整取景深度为5.5 cm左右,微调探头方向,得到一红色血流信号,点击Doppler,得到血流频谱图像,根据频谱图像区分是否为大脑中动脉血流,记录大脑中动脉的Vs、Vd、Vm、PI、RI值;同时储存血流频谱图像[6]。通过对TCD检测结果的分析,计算得出患者的CBF。

公式表达:CBF =10/1.47PI[22];PI=Vs-Vd/Vm。

(2)SjvO2监测

设备类型:Certofix Dou V720双腔深静脉导管(B. Braun Melsungen AG, Melsungen, GER);GEM3500血气分析仪(Instrumentation Laboratory Co, Bedford, USA)。

检查方法:患者取平卧位,头偏向左侧,常规消毒铺巾,在超声引导下,在甲状软骨水平行右侧颈内静脉逆行置管术。穿刺成功后,置入导丝,导丝尖端入血管约2 cm,拔出穿刺针,沿导丝置入双腔深静脉导管,置管直至遇阻力后回撤少许(< 2 cm),使导管顶端约在第1、2颈锥体水平。在双腔导管远端进行采血,采血速度为 < 2 mL/min,留取0.5 mL血液行血气分析。采血速度不宜过快,以防止颈外静脉血混入而影响SjvO2值。在行SjvO2检查的同时,留取动脉血行血气分析,计算a-vDO2和CMRO2

(3)脑氧代谢率计算方法

a-vDO2=CaO2-CjvO2;其中CaO2为动脉血氧含量(arterial oxygen content),CaO2=Hb×1.39×SaO2+0.003×PaO2;CjvO2为颈内静脉血氧含量(jugular venous oxygen content),CjvO2=Hb×1.39×SjvO2+0.003×PjvO2;CMRO2= CBF×a-vDO2

1.3.4 预后评价指标

以患者转出GICU时神经功能表现为预后评价指标。分级标准根据CPC进行评价[9]:本研究根据患者神经预后分组,一组为神经功能预后良好组,即CPC评分1~2级者;另一组为神经功能预后不良组,即CPC评分3~5级者。

1.4 统计学方法

使用Excel 2003作为数据库,采用SPSS 17.0统计软件处理数据,进行统计分析。正态分布的计量资料以均数±标准差(x±s)表示,两组间均数比较采用t检验。通过绘制受试者工作特征曲线(receiver operating characteristic curve, ROC曲线),评估各项指标在评估患者神经预后的特异性和敏感性。以P < 0.05为差异具有统计学意义。

2 结果 2.1 入选患者一般资料

符合入选标准的成人心肺复苏患者46例,其中神经功能良好组8例,不良组38例。两组患者的性别、年龄、初始监测指标、ICU住院时间、初始GCS均无明显差异(P > 0.05);良好组患者CA-ROSC时间明显短于不良组,而APACHE Ⅱ明显低于不良组,差异均有统计学意义(P < 0.05),见表 1

表 1 两组患者一般资料(例,%) Table 1 Thegeneralinformationofpatientsinthegoodandthepooroutcomegroups(n, %)
参数 良好组(n=8) 不良组良好组
n=38)
P
年龄(岁) 58.10±17.59 67.15±16.29 0.128
性别(男∕女) 6/2 22/16 0.652
CA地点
  院内 4(50) 30(79) 0.424
  院外 4(50) 8(21)
入院时的临床体征
  初次监测体温(℃) 36.68±2.56 37.15±1.68 0.059
  入GICU时GCS评分 4.56±1.46 3.00±0.00 0.051
  血pH值 7.36±0.06 7.31±0.17 0.798
  血乳酸值(mmol/L) 5.21±1.96 4.89±2.16 0.924
  最早监测到的心律
室速∕室颤 6(75) 6(16) 0.137
心电静止∕无脉电活动 2(25) 32(84)
相关时间
  CA-CPR(min) 4.05±3.12 6.68±3.74 0.135
  CA-ROSC(min) 9.45±3.68 15.60±6.51 0.001
APACHEⅡ 22.00±3.69 30.20±5.6 0.015
GICU住院时间(d) 15.10±10.8 8.90±6.1 0.243
出院时神经功能转归
  离开GICU时GCS评分 13.50±0.83 3.00±0.00 0.001
  CPC评分 1.83±0.58 4.56±0.50 0.001
2.2 颈内静脉血氧饱和度的比较

良好组的SjvO2低于不良组(67.33±10.30 vs. 76.89±13.08),差异有统计学意义(P < 0.01)。

2.3 TCD各参数的比较

神经功能良好组的TCD各参数Vs、Vd、Vm和CBF高于不良组,而PI和RI低于不良组,比较差异具有统计学意义(P < 0.05)(表 2)。

表 2 患者入院24h监测脑血流参数与临床预后的关系 Table 2 Therelationshipofcerebralbloodflowparametersmonitored24hoursafteradmissionwithclinicalprognosis
TCD值 良好组 不良组 P
Vs(cm/s) 左侧 103.36±12.29 82.82±27.64 0.025
右侧 107.68±11.36 88.42±29.41 0.024
Vd(cm/s) 左侧 41.12±11.45 16.80±4.079 0.007
右侧 42.22±9.46 20.24±7.987 0.004
Vm(cm/s) 左侧 62.82±17.57 32.30±2.900 0.005
右侧 63.38±12.58 35.80±7.190 0.003
PI 左侧 1.01±0.194 2.03±0.800 0.024
右侧 1.04±0.181 2.04±0.918 0.043
RI 左侧 0.60±0.080 0.78±0.071 0.005
右侧 0.61±0.072 0.76±0.089 0.018
CBF(mL/min) 左侧 6.62±0.53 5.44±1.19 0.001
右侧 6.60±0.57 5.50±1.31 0.000
2.4 脑氧代谢率、动脉-静脉氧含量差的比较

良好组CMRO2和a-vDO2值高于不良组(CMRO2: 239.16±138.60 vs. 151.08±79.72; a-vDO2: 44.64±21.58 vs. 28.21±16.16),差异有统计学意义(P < 0.01)。

2.5 监测指标与神经功能预后的关系

以患者转出GICU时神经功能预后(良好、不良)为标准,评价CMRO2、CBF、a-vDO2、SjvO2对神经功能预后评估(表 3)。

表 3 各项监测指标与神经功能预后评估ROC曲线分析 Table 3 The ROC curve analysis of monitoring indicators and evaluation of neurological function
监测指标 曲线下面积 最佳截点值 敏感度 特异度 Youden指数 95%可信区间 P
CMRO2 [μmol/(100g·min)] 0.816 205.59 0.694 0.804 0.498 0.726~0.907 0.000
CBF (mL/min) 0.798 5.61 1.000 0.609 0.609 0.701~0.896 0.000
a-vDO2 (mL/L) 0.749 32.99 0.667 0.783 0.451 0.643~0.855 0.000
SjvO2 (%) 0.554 68.50 0.750 0.391 0.414 0.419~0.669 0.000

CMRO2、CBF、a-vDO2、SjvO2对神经功能预后评估ROC曲线。CMRO2在205.59以上对神经功能预后的评估具有统计学意义,曲线下面积为0.816,大于0.5,敏感度和特异度依次为69.4%、80.4%;CBF在5.61以上,曲线下面积为0.798,大于0.5,敏感度和特异度依次为100%、60.9%。SjvO2敏感度在90%以上,特异度和曲线下面积均较低。

3 讨论

本研究发现,复苏后患者CMRO2、CBF、a-vDO2、SjvO2均与患者的神经功能预后相关;综合反映脑组织氧代谢的指标—CMRO2能较好评估患者神经功能的预后。2004年的一份关于心脏骤停者院内死亡原因的研究显示,院外心脏骤停者死于脑损伤的占68%,而院内心脏骤停者因脑损伤死亡者也高达23%[23]。因此对心肺复苏后患者进行早期神经功能预后评估有着重要意义。

本研究根据CPC分级分为两组,即良好组和不良组。对患者一般资料进行分析发现:患者的性别、年龄、初始监测指标、GICU住院时间、初始GCS评分等两组进行比较,差异均无统计学意义(P > 0.05)。良好组入院时CA-ROSC时间和APACHEⅡ评分与不良组比较,差异有统计学意义(P < 0.05)。CA-ROSC时间越长,缺血对大脑造成的损伤也越严重,文献报道CA-ROSC时间是影响CA后神经功能预后的重要指标[24]。APACHEⅡ评分是反映危重病患者预后的重要评分系统,CA患者造成急性生理功能紊乱,故APACHEⅡ评分是判断神经功能预后的指标之一。

本研究比较SjvO2值发现,神经功能预后良好组SjvO2值明显低于不良组。CA后,脑代谢-血流耦合受损,将导致脑氧提取障碍,表现为SjvO2升高或降低[7]。研究显示SjvO2的正常值取值范围为55%~75%。通常认为SjvO2值下降和不良预后相关。但Nanjayya等[25]的研究发现,SjvO2异常增高患者的死亡率更高,恰好和本研究结果相似,考虑主要和如下因素相关:不良组患者脑功能受损严重,脑血管自身调节机制受损;脑组织细胞氧提取障碍。

心脏骤停后脑血流变化存在四个不同时期:起初表现为多灶性无血流期,由于脑灌注压升高和脑自动调节受损,血管出现麻痹现象,形成再灌注性充血。随后脑血管阻力增加,脑血流量明显减少,低灌注形成。在延迟低灌注期间,大脑血流量不均一地减少达50%或更多[26]。在接下来的24 h内脑血管阻力又缓慢下降,脑血流逐渐增加,恢复到正常值。本研究发现神经功能预后良好组患者TCD监测参数Vs、Vd、Vm和CBF高于不良组。不良组患者大脑中动脉舒张期血流速度明显低于正常脑血流速度,患者脑血管反应恢复缓慢,提示脑缺氧损伤严重,脑血管调节功能障碍。而良好组PI和RI低于不良组,符合心脏骤停后脑血流病理变化规律。

Poeppel等[27]通过PET对局部脑血流定量测定与TCD测量脑血流速度变化反应脑血流量的对比研究,发现TCD与PET对脑血流量测定的结果一致,佐证TCD是能可靠反映CBF的一个重要指标。故此采用TCD计算得到CBF。对患者动脉及颈内静脉血气分析进行监测,通过公式计算得到a-vDO2。通过计算得到CMRO2。比较良好组和不良组的CMRO2值,发现良好组的CMRO2值明显高于不良组,即良好组患者脑组织对氧的需求量明显大于不良组。即CMRO2值维持在相对较高水平,则脑组织的氧代谢功能较好,其预后也较好,若CMRO2值越低,则提示神经功能预后越差。Bhardwaj等[28]报道,如果a-vDO2 < 40 mL/L,提示氧供大于氧需;若a-vDO2 > 80 mL/L,提示氧需大于氧供,即脑缺血。良好组的a-vDO2值高于不良组,不良组患者a-vDO2明显降低,提示患者脑组织氧供大于氧需,脑组织从血中提取氧障碍,处于相对充血状态。

评价CMRO2、CBF、a-vDO2和SjvO2对神经功能预后评估的特异度、敏感度和准确度。CMRO2在205.59以上对神经功能预后的评估具有统计学意义,曲线下面积为0.816,大于0.5,敏感度和特异度依次为69.4%、80.4%;CBF在5.61以上,曲线下面积为0.798,大于0.5,敏感度和特异度依次为100%、60.9%。SjvO2敏感度均90%以上,特异度和曲线下面积均较低。CMRO2评估CA后患者的神经功能预后的准确性最高。因CMRO2是通过测定逆行颈内静脉血气指标和TCD测定CBF进行相关计算得来,综合了两种方法的优点,故其准确性最高。本研究通过采用颈内静脉监测SjvO2和TCD监测CA后患者CBF,对CA后神经功能预后进行了评估。提示对于复苏后患者,多模式脑功能监测的重要性。

综上所述,复苏后患者CMRO2、CBF、a-vDO2、SjvO2均与患者的神经功能预后相关;CMRO2作为综合反映脑组织氧代谢的指标,能较好评估患者神经功能的预后。

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