引用本文: 黄继红, 张明杰, 柳立平, 徐卓明. 近红外光谱仪预测肺动脉闭锁术前不良事件. 中国胸心血管外科临床杂志, 2018, 25(4): 273-277. doi: 10.7507/1007-4848.201709020 复制
肺动脉闭锁是一种动脉导管依赖的紫绀型先天性心脏畸形。其肺血流来源主要依赖未闭的动脉导管和/或体肺动脉侧枝血管。当动脉导管或侧枝血管有缩小或关闭趋势时,可出现全身缺氧、组织氧合不足及脏器功能受损,危及生命。若不经治疗,在新生儿期和婴儿早期死亡率高。
对于肺动脉闭锁而言,前列腺素 E1 能够在一定时间内保持动脉导管的开放,是手术前常用的内科治疗手段。但前列腺素E 1 应用后,部分患儿可出现呼吸抑制、低血压等副作用,影响机体组织灌注。密切监测、早期发现组织灌注不足,对于肺动脉闭锁的术前管理具有积极意义。
与传统的监测指标如心率、血压、指脉氧等相比,近红外光谱(near-infrared spectroscopy,NIRS)提供的区域组织血氧饱和度监测能反映局部组织氧供/氧需平衡情况,有效预测病情变化[1]。本研究用 NIRS 监测肺动脉闭锁术前病例,初步确定对临床有预警意义的区域组织血氧饱和度变化值。
1 资料与方法
1.1 临床资料
患者纳入标准:<3 个月龄患儿,2016 年 1 月至 2017 年 5 月间在我院住院,术前收入心脏重症监护室(CICU),经超声诊断为先天性心脏病(先心病),肺动脉闭锁伴或不伴室间隔缺损,合并动脉导管未闭或主肺动脉侧枝血管形成。共 26 例患儿,男 19 例、女 7 例,年龄 2~89 d,体重 2.3~5.6 kg,诊断为肺动脉闭锁/室间隔完整/动脉导管未闭 14 例,肺动脉闭锁/室间隔缺损/动脉导管未闭 10 例,单心室/肺动脉闭锁/动脉导管未闭 2 例。
患者排除标准:入院后确定需急诊手术的患儿,这部分患儿入院时已经存在明显的低氧、循环衰竭、组织灌注不足症状。
1.2 监测指标
入院后,心脏彩超明确诊断为肺动脉闭锁,持续心电监测。常规监测并记录指标包括心率、有创或无创血压、指脉氧。另外,根据临床医生医嘱,部分留置有创动脉监测的患者,间断进行动脉血气和乳酸监测。入院后 1 h 内,使用 NIRS 监测区域组织(脑组织和内脏组织)血氧饱和度。机器型号为 INVOS 5100C(Somanetic,Troy,MI,USA),传感器为 Somanetic 婴儿型。测量部位:传感器分别置于前额左侧及脐下左侧,测量结果代表脑组织及腹部内脏组织血氧饱和度。临床医师不参与 NIRS 的监测及数据分析,仅根据常规监测手段对患儿进行医疗工作。
不良事件包括氧合降低、低血压或乳酸增高。氧合降低的定义为血氧饱和度降低幅度大于基线水平 5% 或指脉氧饱和度低于 68%,持续时间>3 min。
低血压标准:年龄>7 d,收缩压<60 mm Hg;年龄<7 d,收缩压<55 mm Hg。
乳酸增高定义为乳酸>3 mmol/L 或每小时乳酸上升>0.75 mmol/L。
1.3 统计学分析
应用 SPSS 23.0 统计软件对数据进行处理,计量资料以均数±标准差()表示,均数间的比较采用单因素方差分析。用受试者工作特征(receiver operating characteristic,ROC)曲线分析区域组织血氧饱和度指标预测不良事件的阈值、灵敏度和特异度,同时计算 ROC 曲线下面积、95% 可信区间(CI)、阳性预测值、阴性预测值、阳性似然比、阴性似然比。P<0.05 为差异有统计学意义。
2 结果
全组 26 例监测时间为 33 360 min,625 次心率、血压、指脉氧、区域组织氧合指标和 98 个乳酸指标。常规监测发现需要处理的不良事件有 69 次(11.04%)。其中,单纯氧合降低 27 次,氧合降低合并乳酸增高 16 次,低血压或循环波动 6 次,低血压合并乳酸增高 17 次,单纯乳酸增高 3 次。最终内科治疗有效 55 次,有 7 例患儿内科保守治疗效果不佳行急诊手术;见表 1。

2.1 存在不良事件的区域组织血氧饱和度对比
存在不良事件的组织血氧饱和度与基线水平比较,无论是脑组织血氧饱和度还是内脏组织血氧饱和度,其变化百分比显著高于无不良事件的数据;见表 2。


2.2 区域组织血氧饱和度诊断不良事件
区域组织血氧饱和度诊断不良事件的ROC曲线反映了区域组织血氧饱和度诊断肺动脉闭锁术前不良事件的价值。内脏组织血氧饱和度和脑组织血氧饱和度变化百分比诊断不良事件的 ROC 曲线下面积分别为 0.88 和 0.81,有较好的诊断准确度;见图 1 和表 3。


2.3 用区域组织血氧饱和度变化诊断不良事件
脑组织血氧饱和度降低 12.80% 预示不良事件发生,敏感度 85.30%,特异度 87.00%。内脏组织血氧饱和度降低 20.60% 预示不良事件发生,敏感度 73.50%,特异度 91.20%。且内脏组织血氧饱和度变化百分比的阳性似然比较高,其诊断不良事件的正确性更高;见表 4。

当不良事件发生时,内脏组织的血氧饱和度变化幅度显著高于指脉氧、心率、血压以及脑组织血氧饱和度的变化幅度,更容易被发现和重视。
2.4 常规监测与区域组织血氧饱和度监测不良事件的时效性比较
当氧合降低时,区域组织血氧饱和度与指脉氧基本同时发生变化。当低血压时,对比血压和区域组织血氧饱和度,可以发现内脏组织血氧饱和度指标的变化发生在低血压之前,平均提前约 3(0~7)min;当乳酸增高时,发现内脏组织血氧饱和度发生变化的时间更早,脑组织血氧饱和度提前约 14(7~22)min,内脏组织血氧饱和度提前约 45(23~58)min。
3 讨论
对先心病患儿手术中、手术后监测区域组织血氧饱和度,能够有效预测患儿转归[2-3]。本研究针对肺动脉闭锁术前患儿,在传统监测手段上,增加了区域组织血氧饱和度监测,为早期预警氧供需失衡所致不良事件提供了技术手段。对于肺动脉闭锁术前患者,脑组织血氧饱和度降低 12.8% 或内脏组织血氧饱和度降低 20.6%,可能伴随不良事件发生,需要引起临床医师的警示。并且,内脏组织血氧饱和度降低的发生早于低血压(平均提前 3 min),也早于乳酸增高的发现(平均提前 45 min),这种时间上的提前,凸显其作为早期预警指标的优势。
3.1 区域组织血氧饱和度的优势和意义
肺动脉闭锁是一种动脉导管依赖的紫绀型先天性心脏病,其肺血流来源大多依赖未闭的动脉导管。在新生儿或婴儿早期,存在动脉导管自发性关闭的可能性。一旦动脉导管自发性关闭,严重低氧、循环波动、代谢性酸中毒等不良事件增多,导致患儿氧供需失衡甚至死亡。寻找一种适合新生儿或小婴儿、能早期预警不良事件的监测指标,对于降低围术期死亡率、减少并发症和后遗症有积极意义[4]。混合静脉血氧饱和度和乳酸可以反映氧供需情况,但在新生儿和小婴儿的应用存在局限性,主要受限于静脉导管的放置和采血,存在穿刺困难、穿刺周围组织损伤、血栓形成和感染等风险。
NIRS 能同时监测多个部位的区域组织血氧饱和度,精准反映组织氧供需情况,与混合静脉血氧饱和度和乳酸水平具有良好的相关性[5-6];且该监测具有无创、连续的优点,对于年龄小、体重轻,很难获得血管通路进行有创监测的新生儿或小婴儿,无疑是一种理想的监测手段,近年来在重症病房的应用逐渐增多[7]。NIRS 目前在心脏及重症方面的研究,多数聚焦于术中及术后的内容[8-9],少数研究针对先心病术前的内容[10-11]。
Séguéla 等[11]对 3 例导管依赖性先心病同时进行指脉氧、脑组织和肾组织血氧饱和度监测,发现当导管有自发性闭合趋势时,组织血氧饱和度出现周期性波动(每 6~9 min,组织血氧饱和度出现周期性的降低及回升),在此期间,1 例指脉氧信号消失,2 例指脉氧降低。心脏彩超证实,当组织血氧饱和度正常时,流经动脉导管处的血流改善;当组织血氧饱和度降低时,动脉导管处血流显著减少。我们推测,在新生儿期,动脉导管的功能性收缩呈周期性的模式,每 6~9 min 为一个周期的时长,该观察也证实了区域组织血氧饱和度在监测组织灌注方面优于指脉氧监测。
3.2 区域组织血氧饱和度监测部位的选择及解读时的注意事项
在心脏重症监护室常用的 NIRS 监测部位有 3 个:前额(脑组织)、腹部(内脏)、背部(肾区)。临床上研究最多、应用最广的部位是前额[12]。脑组织是人体重要脏器之一,缺乏能量储备,其监测在危重患者或手术中患者中非常重要。近年来,随着技术上的进步,腹部(内脏)和背部(肾区)血氧监测也受到关注[13-14]。当机体受到代谢或循环应激时,腹部内脏血管立即收缩。这是一种进化而来的机制,虽然牺牲了内脏器官血流,但确保了冠状动脉和脑血流的恒定。对于休克高风险和需要 ICU 治疗的人群,脑组织氧和内脏组织氧合双通道联合监测可以作为不良事件的早期预警系统。
NIRS 测量距离仅约 3~5 cm。因此,腹部内脏和肾脏氧合监测更易在儿科患者中完成。腹部内脏的氧耗高于肾脏,当缺血缺氧时,腹部内脏血氧饱和度的变异幅度更大[15],对于预警不良事件更为敏感,故本试验选用腹部和脑部作为监测部位。由于目前尚未确定各个测量部位的正常值。本试验采用确定基线的方法,根据区域组织血氧饱和度的变化率来判断预警不良事件。
3.3 本研究结果和其它研究比较
Foster 等[16]对 79 例将要撤离机械通气的患儿监测肾脏组织血氧饱和度,证实肾脏血氧饱和度降低幅度超过 12% 的患儿可能存在机体灌注不足,面临较高撤离呼吸机失败的可能性。我们的研究结论与 Foster 等[16]有相似之处,腹部内脏组织血氧饱和度降低超过 20%,提示面临较高不良事件的发生可能。由于腹部内脏组织血氧耗量高于肾脏,所以在缺血缺氧状态下,腹部内脏血氧饱和度的降低幅度更大,可以解释我们研究中不良事件的截断点(20.60%)与 Foster 等[16]报道的 12% 有较大差别。
本试验中内脏组织血氧饱和度降低的发生早于低血压(平均提前 3 min),也早于乳酸增高的发现(平均提前 45 min)。这种时间上的提前,能为临床治疗争取宝贵时间。内脏组织血氧饱和度变化能够提前 45 min 预示乳酸水平的恶化。究其原因是在临床工作中,乳酸测量是间断的,难以在第一时间发现乳酸的升高。Cruz 等[17]通过一种计算模拟系统,以接受机械通气的先天性膈疝患儿为研究对象,比较脑组织血氧饱和度降低和临床低氧事件(指脉氧<85%)出现的先后顺序。在 77% 的患者中,脑组织血氧饱和度监测至少能提前 15 min 预测低氧事件,平均提前时间为 47(16~122)min。与 Cruz 等[17]的结论不同,本研究未发现区域组织血氧饱和度对低氧事件的预测时间提前,可能因为研究对象不同。Cruz 等[17]的研究对象为先天性膈疝患儿,膈疝患儿除了低氧,还存在二氧化碳的异常。脑组织血氧饱和度受氧分压和二氧化碳分压的双重影响,如果二氧化碳的变化出现在低氧之前,脑组织血氧饱和度的变化可能提前出现。
总之,对于肺动脉闭锁这类容易在新生儿或小婴儿阶段发生病情恶化的复杂先心病,术前在传统监测手段的基础上,应用区域组织血氧饱和度监测,能无创、实时监测不同组织氧供需状态。腹部内脏组织血氧饱和度降低预示着不良事件发生的可能性大。
肺动脉闭锁是一种动脉导管依赖的紫绀型先天性心脏畸形。其肺血流来源主要依赖未闭的动脉导管和/或体肺动脉侧枝血管。当动脉导管或侧枝血管有缩小或关闭趋势时,可出现全身缺氧、组织氧合不足及脏器功能受损,危及生命。若不经治疗,在新生儿期和婴儿早期死亡率高。
对于肺动脉闭锁而言,前列腺素 E1 能够在一定时间内保持动脉导管的开放,是手术前常用的内科治疗手段。但前列腺素E 1 应用后,部分患儿可出现呼吸抑制、低血压等副作用,影响机体组织灌注。密切监测、早期发现组织灌注不足,对于肺动脉闭锁的术前管理具有积极意义。
与传统的监测指标如心率、血压、指脉氧等相比,近红外光谱(near-infrared spectroscopy,NIRS)提供的区域组织血氧饱和度监测能反映局部组织氧供/氧需平衡情况,有效预测病情变化[1]。本研究用 NIRS 监测肺动脉闭锁术前病例,初步确定对临床有预警意义的区域组织血氧饱和度变化值。
1 资料与方法
1.1 临床资料
患者纳入标准:<3 个月龄患儿,2016 年 1 月至 2017 年 5 月间在我院住院,术前收入心脏重症监护室(CICU),经超声诊断为先天性心脏病(先心病),肺动脉闭锁伴或不伴室间隔缺损,合并动脉导管未闭或主肺动脉侧枝血管形成。共 26 例患儿,男 19 例、女 7 例,年龄 2~89 d,体重 2.3~5.6 kg,诊断为肺动脉闭锁/室间隔完整/动脉导管未闭 14 例,肺动脉闭锁/室间隔缺损/动脉导管未闭 10 例,单心室/肺动脉闭锁/动脉导管未闭 2 例。
患者排除标准:入院后确定需急诊手术的患儿,这部分患儿入院时已经存在明显的低氧、循环衰竭、组织灌注不足症状。
1.2 监测指标
入院后,心脏彩超明确诊断为肺动脉闭锁,持续心电监测。常规监测并记录指标包括心率、有创或无创血压、指脉氧。另外,根据临床医生医嘱,部分留置有创动脉监测的患者,间断进行动脉血气和乳酸监测。入院后 1 h 内,使用 NIRS 监测区域组织(脑组织和内脏组织)血氧饱和度。机器型号为 INVOS 5100C(Somanetic,Troy,MI,USA),传感器为 Somanetic 婴儿型。测量部位:传感器分别置于前额左侧及脐下左侧,测量结果代表脑组织及腹部内脏组织血氧饱和度。临床医师不参与 NIRS 的监测及数据分析,仅根据常规监测手段对患儿进行医疗工作。
不良事件包括氧合降低、低血压或乳酸增高。氧合降低的定义为血氧饱和度降低幅度大于基线水平 5% 或指脉氧饱和度低于 68%,持续时间>3 min。
低血压标准:年龄>7 d,收缩压<60 mm Hg;年龄<7 d,收缩压<55 mm Hg。
乳酸增高定义为乳酸>3 mmol/L 或每小时乳酸上升>0.75 mmol/L。
1.3 统计学分析
应用 SPSS 23.0 统计软件对数据进行处理,计量资料以均数±标准差()表示,均数间的比较采用单因素方差分析。用受试者工作特征(receiver operating characteristic,ROC)曲线分析区域组织血氧饱和度指标预测不良事件的阈值、灵敏度和特异度,同时计算 ROC 曲线下面积、95% 可信区间(CI)、阳性预测值、阴性预测值、阳性似然比、阴性似然比。P<0.05 为差异有统计学意义。
2 结果
全组 26 例监测时间为 33 360 min,625 次心率、血压、指脉氧、区域组织氧合指标和 98 个乳酸指标。常规监测发现需要处理的不良事件有 69 次(11.04%)。其中,单纯氧合降低 27 次,氧合降低合并乳酸增高 16 次,低血压或循环波动 6 次,低血压合并乳酸增高 17 次,单纯乳酸增高 3 次。最终内科治疗有效 55 次,有 7 例患儿内科保守治疗效果不佳行急诊手术;见表 1。

2.1 存在不良事件的区域组织血氧饱和度对比
存在不良事件的组织血氧饱和度与基线水平比较,无论是脑组织血氧饱和度还是内脏组织血氧饱和度,其变化百分比显著高于无不良事件的数据;见表 2。


2.2 区域组织血氧饱和度诊断不良事件
区域组织血氧饱和度诊断不良事件的ROC曲线反映了区域组织血氧饱和度诊断肺动脉闭锁术前不良事件的价值。内脏组织血氧饱和度和脑组织血氧饱和度变化百分比诊断不良事件的 ROC 曲线下面积分别为 0.88 和 0.81,有较好的诊断准确度;见图 1 和表 3。


2.3 用区域组织血氧饱和度变化诊断不良事件
脑组织血氧饱和度降低 12.80% 预示不良事件发生,敏感度 85.30%,特异度 87.00%。内脏组织血氧饱和度降低 20.60% 预示不良事件发生,敏感度 73.50%,特异度 91.20%。且内脏组织血氧饱和度变化百分比的阳性似然比较高,其诊断不良事件的正确性更高;见表 4。

当不良事件发生时,内脏组织的血氧饱和度变化幅度显著高于指脉氧、心率、血压以及脑组织血氧饱和度的变化幅度,更容易被发现和重视。
2.4 常规监测与区域组织血氧饱和度监测不良事件的时效性比较
当氧合降低时,区域组织血氧饱和度与指脉氧基本同时发生变化。当低血压时,对比血压和区域组织血氧饱和度,可以发现内脏组织血氧饱和度指标的变化发生在低血压之前,平均提前约 3(0~7)min;当乳酸增高时,发现内脏组织血氧饱和度发生变化的时间更早,脑组织血氧饱和度提前约 14(7~22)min,内脏组织血氧饱和度提前约 45(23~58)min。
3 讨论
对先心病患儿手术中、手术后监测区域组织血氧饱和度,能够有效预测患儿转归[2-3]。本研究针对肺动脉闭锁术前患儿,在传统监测手段上,增加了区域组织血氧饱和度监测,为早期预警氧供需失衡所致不良事件提供了技术手段。对于肺动脉闭锁术前患者,脑组织血氧饱和度降低 12.8% 或内脏组织血氧饱和度降低 20.6%,可能伴随不良事件发生,需要引起临床医师的警示。并且,内脏组织血氧饱和度降低的发生早于低血压(平均提前 3 min),也早于乳酸增高的发现(平均提前 45 min),这种时间上的提前,凸显其作为早期预警指标的优势。
3.1 区域组织血氧饱和度的优势和意义
肺动脉闭锁是一种动脉导管依赖的紫绀型先天性心脏病,其肺血流来源大多依赖未闭的动脉导管。在新生儿或婴儿早期,存在动脉导管自发性关闭的可能性。一旦动脉导管自发性关闭,严重低氧、循环波动、代谢性酸中毒等不良事件增多,导致患儿氧供需失衡甚至死亡。寻找一种适合新生儿或小婴儿、能早期预警不良事件的监测指标,对于降低围术期死亡率、减少并发症和后遗症有积极意义[4]。混合静脉血氧饱和度和乳酸可以反映氧供需情况,但在新生儿和小婴儿的应用存在局限性,主要受限于静脉导管的放置和采血,存在穿刺困难、穿刺周围组织损伤、血栓形成和感染等风险。
NIRS 能同时监测多个部位的区域组织血氧饱和度,精准反映组织氧供需情况,与混合静脉血氧饱和度和乳酸水平具有良好的相关性[5-6];且该监测具有无创、连续的优点,对于年龄小、体重轻,很难获得血管通路进行有创监测的新生儿或小婴儿,无疑是一种理想的监测手段,近年来在重症病房的应用逐渐增多[7]。NIRS 目前在心脏及重症方面的研究,多数聚焦于术中及术后的内容[8-9],少数研究针对先心病术前的内容[10-11]。
Séguéla 等[11]对 3 例导管依赖性先心病同时进行指脉氧、脑组织和肾组织血氧饱和度监测,发现当导管有自发性闭合趋势时,组织血氧饱和度出现周期性波动(每 6~9 min,组织血氧饱和度出现周期性的降低及回升),在此期间,1 例指脉氧信号消失,2 例指脉氧降低。心脏彩超证实,当组织血氧饱和度正常时,流经动脉导管处的血流改善;当组织血氧饱和度降低时,动脉导管处血流显著减少。我们推测,在新生儿期,动脉导管的功能性收缩呈周期性的模式,每 6~9 min 为一个周期的时长,该观察也证实了区域组织血氧饱和度在监测组织灌注方面优于指脉氧监测。
3.2 区域组织血氧饱和度监测部位的选择及解读时的注意事项
在心脏重症监护室常用的 NIRS 监测部位有 3 个:前额(脑组织)、腹部(内脏)、背部(肾区)。临床上研究最多、应用最广的部位是前额[12]。脑组织是人体重要脏器之一,缺乏能量储备,其监测在危重患者或手术中患者中非常重要。近年来,随着技术上的进步,腹部(内脏)和背部(肾区)血氧监测也受到关注[13-14]。当机体受到代谢或循环应激时,腹部内脏血管立即收缩。这是一种进化而来的机制,虽然牺牲了内脏器官血流,但确保了冠状动脉和脑血流的恒定。对于休克高风险和需要 ICU 治疗的人群,脑组织氧和内脏组织氧合双通道联合监测可以作为不良事件的早期预警系统。
NIRS 测量距离仅约 3~5 cm。因此,腹部内脏和肾脏氧合监测更易在儿科患者中完成。腹部内脏的氧耗高于肾脏,当缺血缺氧时,腹部内脏血氧饱和度的变异幅度更大[15],对于预警不良事件更为敏感,故本试验选用腹部和脑部作为监测部位。由于目前尚未确定各个测量部位的正常值。本试验采用确定基线的方法,根据区域组织血氧饱和度的变化率来判断预警不良事件。
3.3 本研究结果和其它研究比较
Foster 等[16]对 79 例将要撤离机械通气的患儿监测肾脏组织血氧饱和度,证实肾脏血氧饱和度降低幅度超过 12% 的患儿可能存在机体灌注不足,面临较高撤离呼吸机失败的可能性。我们的研究结论与 Foster 等[16]有相似之处,腹部内脏组织血氧饱和度降低超过 20%,提示面临较高不良事件的发生可能。由于腹部内脏组织血氧耗量高于肾脏,所以在缺血缺氧状态下,腹部内脏血氧饱和度的降低幅度更大,可以解释我们研究中不良事件的截断点(20.60%)与 Foster 等[16]报道的 12% 有较大差别。
本试验中内脏组织血氧饱和度降低的发生早于低血压(平均提前 3 min),也早于乳酸增高的发现(平均提前 45 min)。这种时间上的提前,能为临床治疗争取宝贵时间。内脏组织血氧饱和度变化能够提前 45 min 预示乳酸水平的恶化。究其原因是在临床工作中,乳酸测量是间断的,难以在第一时间发现乳酸的升高。Cruz 等[17]通过一种计算模拟系统,以接受机械通气的先天性膈疝患儿为研究对象,比较脑组织血氧饱和度降低和临床低氧事件(指脉氧<85%)出现的先后顺序。在 77% 的患者中,脑组织血氧饱和度监测至少能提前 15 min 预测低氧事件,平均提前时间为 47(16~122)min。与 Cruz 等[17]的结论不同,本研究未发现区域组织血氧饱和度对低氧事件的预测时间提前,可能因为研究对象不同。Cruz 等[17]的研究对象为先天性膈疝患儿,膈疝患儿除了低氧,还存在二氧化碳的异常。脑组织血氧饱和度受氧分压和二氧化碳分压的双重影响,如果二氧化碳的变化出现在低氧之前,脑组织血氧饱和度的变化可能提前出现。
总之,对于肺动脉闭锁这类容易在新生儿或小婴儿阶段发生病情恶化的复杂先心病,术前在传统监测手段的基础上,应用区域组织血氧饱和度监测,能无创、实时监测不同组织氧供需状态。腹部内脏组织血氧饱和度降低预示着不良事件发生的可能性大。