引用本文： 尤涛, 王新宽, 刘兴光, 侯小东, 丁凡, 移康. 血标记物监测体外膜肺氧合颅脑损伤的系统评价. 中国胸心血管外科临床杂志, 2016, 23(2): 168-172. doi: 10.7507/1007-4848.20160037 复制
据估计，每年约有1 000例心肺功能衰竭的患者接受体外膜氧合（extracorporeal membrane oxygenation，ECMO）的治疗[1]。ECMO治疗期间，心和肺得到充分的休息，而全身氧供和血流动力学处于相对稳定的状态，此时，膜肺可进行有效的二氧化碳排除和氧摄取，体外循环机使血液周而复始地在机体内流动，具有有效地进行气体交换及有效的循环支持，以及长期支持灌注为心肺功能恢复赢得时间等优势[2]。然而，因ECMO支持时间长，其并发症的发生率也相对较高[3]。脑损伤是ECMO引起的主要神经并发症[1, 4-5]。近年来，ECMO并发脑损伤的发生率并未降低，甚至有增加的趋势[5-6]。在ECMO期间对脑损伤进行监测可有效地降低并发症的发生，并成为ECMO患者治疗后重要的生存预测因子。
目前，可用于监测ECMO并发脑损伤的方法有神经影像学、脑电图、超声检查、脑损伤生物标记物检测和脑血流量监测等[7]。然而尚无共识或指南推荐ECMO脑损伤监测的使用方法。前期的Meta分析结果显示，脑损伤标记物监测脑损伤是一种敏感和特异性的试验方法，且与患者的预后密切相关[8-9]。最近Bembea等[7]的研究显示目前用于监测脑损伤的生物标记物包括星形胶质源性蛋白（S100B）、神经元特异性烯醇化酶（NSE）和胶质纤维酸性蛋白（GFAP）。鉴于此，本研究通过全面收集目前国内外发表的脑损伤标记物检测ECMO并发脑损伤的临床试验，采用系统评价的方法全面评价脑损伤标记物对ECMO患者的监测价值，以期为临床实践提供参考。
1 资料与方法
1.1 纳入和排除标准
纳入标准：①接受ECMO治疗患者，无年龄、性别和原发病灶的限制；②监测方法：脑损伤生物标记物，包括S100B蛋白、NSE和GFAP；③研究中报告脑损伤标记物的监测水平变化，或能提取四格表数据，或报告预后相关结局指标；④研究类型：随机对照试验、病例对照试验或诊断性试验。
排除非ECMO引起的脑损伤患者，非脑损伤标记物检测试验，研究中不能获得血标记物监测的相关数据、综述、动物实验和摘要。
1.2 资料来源
计算机检索PubMed、EMbase、the Cochrane Library、中国生物医学文献数据库（CBM）和中国知网（CNKI）5个数据库，检索时限均未各数据库建库时间至2015年5月。检索策略按照主题词和自由词结合方式进行组合，检索词主要有星形胶质源性蛋白、S100B、神经元特异性烯醇化酶、NSE、胶质纤维酸性蛋白、GFAP、体外膜氧合、ECMO、neuron specific enolase、glial fibrillary acidic protein、astrocyte derived protein、brain injury biomarker、extracorporeal mem-brane oxygenation、extra-corporeal membrane oxygena-tion、extra corporeal membrane oxygenation、extracor-poreal oxygenation、extra-corporeal oxygenation、extra corporeal oxygenation和extracorporeal life support等。并追踪相关综述和纳入文献的参考文献。
1.3 文献筛选和数据提取
将检索获得的文献导入ENDNOTE X6文献管理软件，并去重后，由2名研究者独立地阅读文题和摘要进行初筛，对可能符合纳入标准的研究进一步下载全文筛选，筛选过程中如遇分歧通过讨论解决，达成一致后，最终确定纳入研究。
数据提取条目主要包括第一作者、发表年代、样本量、研究类型、脑损伤标记物、患者年龄、插管位置、标记物检测方法、标记物含量变化等。数据提取由2名研究者独立完成，如遇分歧讨论解决。
1.4 质量评价
由2名评价员采用NOS量表（Newcastle-Ottawa Scale）评价纳入研究的偏倚风险[10]。
1.5 统计学分析
采用STATA 12.0统计软件进行Meta分析。计数资料采用比值比（OR），计量资料采用标化均数差（SMD），各效应量均以95%可信区间（95%CI）表示。各纳入研究结果间的异质性采用χ2检验，若I2≤50%，P > 0.1，采用固定效应模型进行Meta分析；若存在统计学异质性（I2 > 50%，P < 0.1）时，分析异质性来源，确定是否能采用随机效应模型。如果研究间存在明显的临床异质性，只对其进行描述性分析。检验水准α=0.05。必要时，采用敏感性分析检验结果的稳定性。若纳入研究大于9，通过制作漏斗图评价发表偏倚。
2 结果
2.1 文献筛选和基本特征
根据预先制定的检索策略获得53条记录，导入ENDNOTE后去除重复文献7篇，最终纳入4篇研究[11-14]进行分析（图 1），共涉及3个脑损伤标记物，其中2篇报告S100B蛋白，NSE和GFAP各1篇；纳入研究均为回顾性研究，基本特征表见表 1，质量评价结果见表 2。
图1
文献筛选流程图
表1
纳入研究特征表
表2
纳入研究的偏倚风险评价
2.2 系统评价结果
2.2.1 S100B蛋白
纳入2个研究[11-12]分析S100B蛋白含量与接受ECMO治疗患者脑损伤的预测价值，研究结果显示血S100B蛋白是监测ECMO脑损伤的一种有效方法。研究间异质性较大（I2 > 50%，P < 0.10），采用描述性分析。
Gazzolo等[11]于2002年纳入16例婴幼儿患者，分为颅内出血组（8例）和无颅内出血组（8例），回顾性分析了S100B在ECMO治疗期间的含量变化，两组S100B蛋白基线含量值差异无统计学意义（0.33±0.12 mg/l vs. 0.34±0.12 mg/l，P=0.87）。与无颅内出血组比较，72 h内颅内出血组的S100B蛋白的含量明显升高（2.91±0.91 mg/l vs. 0.53±0.15 mg/l，P < 0.000 01）；在ECMO治疗6 d后，S100B蛋白含量达到峰值（3.50±1.03 mg/l vs. 0.66±0.27 mg/l，P < 0.000 01）。且发现S100B蛋白含量与静脉血pH值、二氧化碳含量和氧静脉压差异无统计学意义（P > 0.05，图 2）。
图2
脑损伤与非脑损伤患者S100B蛋白含量比较
Nguyen等[12] 2014年发表的研究纳入32例病例，分为接受ECMO治疗组（15例）和未接受ECMO治疗组（17例），检测ECMO治疗组S100B蛋白含量变化，在发生脑损伤的3例患者中，在治疗5 d时S100B蛋白含量高于未发生脑损伤的12例患者[SMD=0.799，95%CI（0.325，0.965）vs. SMD=0.102，95%CI（0.09，0.607），P=0.033，图 2]。
2.2.2 NSE
1个回顾性队列研究[13]分析了NSE含量与ECMO脑损伤的关系，以100μg/L为截点，将患者分为NSE高含量组[7例，（218±155）μg/L]和NSE中等含量组[24例，（50±23）μg/L]。与NSE中等含量组比较，高含量组患者的年龄更大[（58±16）岁vs.（44±15）岁，P=0.02），严重神经并发症的发生率更高（85% vs. 29%，P=0.01）和病死率（86% vs. 46%, P=0.09，图 3）更高。NSE对住院病死率监测的敏感度、特异度和阳性预测值依次为0.64、0.07和0.45，对神经并发症监测的敏感度、特异度和阳性预测值依次为0.94、0.5和0.75，对严重神经并发症的敏感度、特异度和阳性预测值依次为1.0、0.85和0.83。所以NSE可以作为ECMO脑损伤监测的有效方法。
图3
脑损伤发生率和病死率
2.2.3 GFAP
Bembea等[14]回顾性分析了22例ECMO治疗患者的临床资料，并纳入158名健康人和非ICU住院的非脑损伤患者作为对照组。对照组GFAP中位含量为0.055 ng/mL（IQR：0～0.092 ng/ml），ECMO治疗组中位年龄7 d（IQR：2d至9岁），分别在插管6 h、12 h和24 h后测量GFAP的含量。与未并发脑损伤患者比较，脑损伤患者GFAP中位含量较高（5.9 ng/ml vs. 0.09 ng/ml，P=0.04），GFAP > 0.436 ng/ml患者脑损伤的发生率高于GFAP正常患者（OR=11.5，95%CI 1.3～98.3，图 3）。
2.3 敏感性分析和发表偏倚
由于纳入研究间存在明显临床异质性，未进行Meta分析，因此不再进行敏感性分析。鉴于本研究只纳入了4个研究，根据Cochrane Handbook推荐大于9个研究时才进行发表偏倚评估，因此，本研究未进行漏斗图评价发表偏倚。
3 讨论
脑损伤是ECMO的主要并发症之一，危险因素包括ECMO前患者状态和ECMO本身作用两大方面。主要通过影响脑的自动调节能力、血管活性以及氧代谢产生出血性或缺血性脑损伤[15-16]。然而其确切的机制目前尚不清楚。前期研究提示在儿童时期，ECMO相关脑损伤的发生率为20%～30%[17]，在成年人其发生率上升到50%[18]。尽管ECMO脑损伤患者既往已经接受了积极的预防，然而其发生率并未降低，甚至有增加的趋势。因此，ECMO治疗期间行脑损伤监测显得尤为重要。头部超声检查是脑损伤护理监测的标准方法，然而对于婴幼儿患者以及尚不具影像学特征和临床特征的患者其监测价值有限[7]。NSE、S100B和GFAP是目前研究较多的脑损伤标记物，前期的Meta分析结果已提示这些标记物是脑损伤有效的监测方法。NSE特异性定位在神经元内，是糖降解途径的关键酶，近年国内外研究表明血NSE可较好地预测新生儿脑损伤的程度，并可作为评价神经保护药物疗效的指标[19]。本研究纳入1个回顾性研究，比较了NSE高含量组和中等含量组患者年龄、脑损伤发生率和病死率，并基于这些数据，计算得到NSE监测脑损伤的敏感度和特异度分别为0.94和0.50，提示NSE高含量组的脑损伤的发生率较高，NSE可作为行ECMO治疗期间脑损伤的早期筛查标记物。
S100B蛋白是位于神经胶质细胞的一种酸性钙结合蛋白，国外研究表明血清S100B蛋白可作为检测围产期缺血缺氧性脑损伤的早期标记物[20]。也有研究表明尿S100B蛋白可以作为脑损伤的判断指标，比较血S100B蛋白测定，尿S100B蛋白获取方便、监测步骤简单，然而因患者少尿也给标本的收集带来困难[19, 21]。本研究纳入2个回顾性试验，由于2个研究间异质性较大，没有进行Meta分析，但2个研究均显示接受ECMO治疗的脑损伤患者的血S100B蛋白含量明显增高，可作为接受ECMO治疗期间，尚无临床特征和影像学表现患者的早期脑损伤预测标记物。然而接受ECMO治疗患者的尿标本中S100B蛋白的含量是否可作为脑损伤的预测因子，目前尚无相关研究报告。
GFAP是成熟星形胶质细胞的特异性蛋白，具有高度的脑特异性。初步的研究表明GFAP是最有希望和最具潜力的脑损伤标记物，然而目前研究较少，有待进一步研究证实[19]。本研究纳入1个回顾性的研究结果提示，在接受ECMO治疗期间，血GFAP高含量组患者脑损伤的发生率更高，亦可成为预测脑损伤的标记物。
综上，脑损伤血标记物可作为在ECMO治疗期间患者发生脑损伤的早期预测指标，脑损伤血标记物的含量增加提示ECMO患者有发生脑损伤的可能性，然而并不能作为确诊脑损伤的诊断方法，必须与头部超声等影像学技术结合。鉴于目前纳入研究均为回顾性研究，质量较低，脑损伤标记物在ECMO期间脑损伤的监测价值尚需更多高质量的随机对照试验和前瞻性队列研究进行证实。
据估计，每年约有1 000例心肺功能衰竭的患者接受体外膜氧合（extracorporeal membrane oxygenation，ECMO）的治疗[1]。ECMO治疗期间，心和肺得到充分的休息，而全身氧供和血流动力学处于相对稳定的状态，此时，膜肺可进行有效的二氧化碳排除和氧摄取，体外循环机使血液周而复始地在机体内流动，具有有效地进行气体交换及有效的循环支持，以及长期支持灌注为心肺功能恢复赢得时间等优势[2]。然而，因ECMO支持时间长，其并发症的发生率也相对较高[3]。脑损伤是ECMO引起的主要神经并发症[1, 4-5]。近年来，ECMO并发脑损伤的发生率并未降低，甚至有增加的趋势[5-6]。在ECMO期间对脑损伤进行监测可有效地降低并发症的发生，并成为ECMO患者治疗后重要的生存预测因子。
目前，可用于监测ECMO并发脑损伤的方法有神经影像学、脑电图、超声检查、脑损伤生物标记物检测和脑血流量监测等[7]。然而尚无共识或指南推荐ECMO脑损伤监测的使用方法。前期的Meta分析结果显示，脑损伤标记物监测脑损伤是一种敏感和特异性的试验方法，且与患者的预后密切相关[8-9]。最近Bembea等[7]的研究显示目前用于监测脑损伤的生物标记物包括星形胶质源性蛋白（S100B）、神经元特异性烯醇化酶（NSE）和胶质纤维酸性蛋白（GFAP）。鉴于此，本研究通过全面收集目前国内外发表的脑损伤标记物检测ECMO并发脑损伤的临床试验，采用系统评价的方法全面评价脑损伤标记物对ECMO患者的监测价值，以期为临床实践提供参考。
1 资料与方法
1.1 纳入和排除标准
纳入标准：①接受ECMO治疗患者，无年龄、性别和原发病灶的限制；②监测方法：脑损伤生物标记物，包括S100B蛋白、NSE和GFAP；③研究中报告脑损伤标记物的监测水平变化，或能提取四格表数据，或报告预后相关结局指标；④研究类型：随机对照试验、病例对照试验或诊断性试验。
排除非ECMO引起的脑损伤患者，非脑损伤标记物检测试验，研究中不能获得血标记物监测的相关数据、综述、动物实验和摘要。
1.2 资料来源
计算机检索PubMed、EMbase、the Cochrane Library、中国生物医学文献数据库（CBM）和中国知网（CNKI）5个数据库，检索时限均未各数据库建库时间至2015年5月。检索策略按照主题词和自由词结合方式进行组合，检索词主要有星形胶质源性蛋白、S100B、神经元特异性烯醇化酶、NSE、胶质纤维酸性蛋白、GFAP、体外膜氧合、ECMO、neuron specific enolase、glial fibrillary acidic protein、astrocyte derived protein、brain injury biomarker、extracorporeal mem-brane oxygenation、extra-corporeal membrane oxygena-tion、extra corporeal membrane oxygenation、extracor-poreal oxygenation、extra-corporeal oxygenation、extra corporeal oxygenation和extracorporeal life support等。并追踪相关综述和纳入文献的参考文献。
1.3 文献筛选和数据提取
将检索获得的文献导入ENDNOTE X6文献管理软件，并去重后，由2名研究者独立地阅读文题和摘要进行初筛，对可能符合纳入标准的研究进一步下载全文筛选，筛选过程中如遇分歧通过讨论解决，达成一致后，最终确定纳入研究。
数据提取条目主要包括第一作者、发表年代、样本量、研究类型、脑损伤标记物、患者年龄、插管位置、标记物检测方法、标记物含量变化等。数据提取由2名研究者独立完成，如遇分歧讨论解决。
1.4 质量评价
由2名评价员采用NOS量表（Newcastle-Ottawa Scale）评价纳入研究的偏倚风险[10]。
1.5 统计学分析
采用STATA 12.0统计软件进行Meta分析。计数资料采用比值比（OR），计量资料采用标化均数差（SMD），各效应量均以95%可信区间（95%CI）表示。各纳入研究结果间的异质性采用χ2检验，若I2≤50%，P > 0.1，采用固定效应模型进行Meta分析；若存在统计学异质性（I2 > 50%，P < 0.1）时，分析异质性来源，确定是否能采用随机效应模型。如果研究间存在明显的临床异质性，只对其进行描述性分析。检验水准α=0.05。必要时，采用敏感性分析检验结果的稳定性。若纳入研究大于9，通过制作漏斗图评价发表偏倚。
2 结果
2.1 文献筛选和基本特征
根据预先制定的检索策略获得53条记录，导入ENDNOTE后去除重复文献7篇，最终纳入4篇研究[11-14]进行分析（图 1），共涉及3个脑损伤标记物，其中2篇报告S100B蛋白，NSE和GFAP各1篇；纳入研究均为回顾性研究，基本特征表见表 1，质量评价结果见表 2。
图1
文献筛选流程图
表1
纳入研究特征表
表2
纳入研究的偏倚风险评价
2.2 系统评价结果
2.2.1 S100B蛋白
纳入2个研究[11-12]分析S100B蛋白含量与接受ECMO治疗患者脑损伤的预测价值，研究结果显示血S100B蛋白是监测ECMO脑损伤的一种有效方法。研究间异质性较大（I2 > 50%，P < 0.10），采用描述性分析。
Gazzolo等[11]于2002年纳入16例婴幼儿患者，分为颅内出血组（8例）和无颅内出血组（8例），回顾性分析了S100B在ECMO治疗期间的含量变化，两组S100B蛋白基线含量值差异无统计学意义（0.33±0.12 mg/l vs. 0.34±0.12 mg/l，P=0.87）。与无颅内出血组比较，72 h内颅内出血组的S100B蛋白的含量明显升高（2.91±0.91 mg/l vs. 0.53±0.15 mg/l，P < 0.000 01）；在ECMO治疗6 d后，S100B蛋白含量达到峰值（3.50±1.03 mg/l vs. 0.66±0.27 mg/l，P < 0.000 01）。且发现S100B蛋白含量与静脉血pH值、二氧化碳含量和氧静脉压差异无统计学意义（P > 0.05，图 2）。
图2
脑损伤与非脑损伤患者S100B蛋白含量比较
Nguyen等[12] 2014年发表的研究纳入32例病例，分为接受ECMO治疗组（15例）和未接受ECMO治疗组（17例），检测ECMO治疗组S100B蛋白含量变化，在发生脑损伤的3例患者中，在治疗5 d时S100B蛋白含量高于未发生脑损伤的12例患者[SMD=0.799，95%CI（0.325，0.965）vs. SMD=0.102，95%CI（0.09，0.607），P=0.033，图 2]。
2.2.2 NSE
1个回顾性队列研究[13]分析了NSE含量与ECMO脑损伤的关系，以100μg/L为截点，将患者分为NSE高含量组[7例，（218±155）μg/L]和NSE中等含量组[24例，（50±23）μg/L]。与NSE中等含量组比较，高含量组患者的年龄更大[（58±16）岁vs.（44±15）岁，P=0.02），严重神经并发症的发生率更高（85% vs. 29%，P=0.01）和病死率（86% vs. 46%, P=0.09，图 3）更高。NSE对住院病死率监测的敏感度、特异度和阳性预测值依次为0.64、0.07和0.45，对神经并发症监测的敏感度、特异度和阳性预测值依次为0.94、0.5和0.75，对严重神经并发症的敏感度、特异度和阳性预测值依次为1.0、0.85和0.83。所以NSE可以作为ECMO脑损伤监测的有效方法。
图3
脑损伤发生率和病死率
2.2.3 GFAP
Bembea等[14]回顾性分析了22例ECMO治疗患者的临床资料，并纳入158名健康人和非ICU住院的非脑损伤患者作为对照组。对照组GFAP中位含量为0.055 ng/mL（IQR：0～0.092 ng/ml），ECMO治疗组中位年龄7 d（IQR：2d至9岁），分别在插管6 h、12 h和24 h后测量GFAP的含量。与未并发脑损伤患者比较，脑损伤患者GFAP中位含量较高（5.9 ng/ml vs. 0.09 ng/ml，P=0.04），GFAP > 0.436 ng/ml患者脑损伤的发生率高于GFAP正常患者（OR=11.5，95%CI 1.3～98.3，图 3）。
2.3 敏感性分析和发表偏倚
由于纳入研究间存在明显临床异质性，未进行Meta分析，因此不再进行敏感性分析。鉴于本研究只纳入了4个研究，根据Cochrane Handbook推荐大于9个研究时才进行发表偏倚评估，因此，本研究未进行漏斗图评价发表偏倚。
3 讨论
脑损伤是ECMO的主要并发症之一，危险因素包括ECMO前患者状态和ECMO本身作用两大方面。主要通过影响脑的自动调节能力、血管活性以及氧代谢产生出血性或缺血性脑损伤[15-16]。然而其确切的机制目前尚不清楚。前期研究提示在儿童时期，ECMO相关脑损伤的发生率为20%～30%[17]，在成年人其发生率上升到50%[18]。尽管ECMO脑损伤患者既往已经接受了积极的预防，然而其发生率并未降低，甚至有增加的趋势。因此，ECMO治疗期间行脑损伤监测显得尤为重要。头部超声检查是脑损伤护理监测的标准方法，然而对于婴幼儿患者以及尚不具影像学特征和临床特征的患者其监测价值有限[7]。NSE、S100B和GFAP是目前研究较多的脑损伤标记物，前期的Meta分析结果已提示这些标记物是脑损伤有效的监测方法。NSE特异性定位在神经元内，是糖降解途径的关键酶，近年国内外研究表明血NSE可较好地预测新生儿脑损伤的程度，并可作为评价神经保护药物疗效的指标[19]。本研究纳入1个回顾性研究，比较了NSE高含量组和中等含量组患者年龄、脑损伤发生率和病死率，并基于这些数据，计算得到NSE监测脑损伤的敏感度和特异度分别为0.94和0.50，提示NSE高含量组的脑损伤的发生率较高，NSE可作为行ECMO治疗期间脑损伤的早期筛查标记物。
S100B蛋白是位于神经胶质细胞的一种酸性钙结合蛋白，国外研究表明血清S100B蛋白可作为检测围产期缺血缺氧性脑损伤的早期标记物[20]。也有研究表明尿S100B蛋白可以作为脑损伤的判断指标，比较血S100B蛋白测定，尿S100B蛋白获取方便、监测步骤简单，然而因患者少尿也给标本的收集带来困难[19, 21]。本研究纳入2个回顾性试验，由于2个研究间异质性较大，没有进行Meta分析，但2个研究均显示接受ECMO治疗的脑损伤患者的血S100B蛋白含量明显增高，可作为接受ECMO治疗期间，尚无临床特征和影像学表现患者的早期脑损伤预测标记物。然而接受ECMO治疗患者的尿标本中S100B蛋白的含量是否可作为脑损伤的预测因子，目前尚无相关研究报告。
GFAP是成熟星形胶质细胞的特异性蛋白，具有高度的脑特异性。初步的研究表明GFAP是最有希望和最具潜力的脑损伤标记物，然而目前研究较少，有待进一步研究证实[19]。本研究纳入1个回顾性的研究结果提示，在接受ECMO治疗期间，血GFAP高含量组患者脑损伤的发生率更高，亦可成为预测脑损伤的标记物。
综上，脑损伤血标记物可作为在ECMO治疗期间患者发生脑损伤的早期预测指标，脑损伤血标记物的含量增加提示ECMO患者有发生脑损伤的可能性，然而并不能作为确诊脑损伤的诊断方法，必须与头部超声等影像学技术结合。鉴于目前纳入研究均为回顾性研究，质量较低，脑损伤标记物在ECMO期间脑损伤的监测价值尚需更多高质量的随机对照试验和前瞻性队列研究进行证实。
