【醉翁之艺】围术期神经功能系列之三：低血压对成人体外循环患者脑代谢与脑灌注的影响：一项前瞻性队列研究

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在心脏手术中，精确控制血压对于维持大脑及器官灌注至关重要。术中低血压与患者死亡、卒中及谵妄风险增加相关。然而，现有证据表明，相较于设定单一的血压目标，将血压维持在个体自身调节范围内的区间内可能更为重要，尤其是在体外循环期间。当前临床实践中，通常将平均动脉压维持在50-80毫米汞柱或术前值的20%以内，但这些通用阈值可能无法充分反映患者个体化的自动调节能力变化，从而潜在地增加了脑缺血风险。由于术中监测面临技术挑战，血压对个体大脑血流动力学和代谢的实时影响迄今仍未完全阐明。为应对这一挑战，Suwalski及其团队研发了一种新型混合光学神经监测设备，旨在探究体外循环期间及转机过程中，血压与脑代谢及血流动力学之间的实时关系，以期为个体化脑灌注管理提供新的见解。该研究结果已于2025年发表在《Anesth Analg》杂志上。

背景

当前的血压管理策略难以适应个体间脑血流自动调节能力的巨大差异，这可能导致意外的脑缺血。本研究采用了一种新型光学神经监测设备，旨在探讨心脏手术体外循环期间及转机过程中，血压与脑代谢及血流动力学之间的关系。

方法

本研究为一项单中心、前瞻性队列研究，已获得加拿大韦仕敦大学研究伦理委员会批准（批准号：#113650，主要研究者：J. Chui）。研究在开始招募患者前已于临床试验网站注册（注册号：#NCT03907904）。在获取书面知情同意后，前瞻性招募了50名拟接受心脏手术的成年患者。所有患者在手术期间均接受混合光学神经监测系统监测，同时记录全身血流动力学数据、临床变量及关键事件。患者、麻醉医生、外科医生、灌注师及护士均对光学监测结果不知情。

研究纳入了在安大略省伦敦健康科学中心大学医院计划接受择期心脏手术且需要体外循环的成年患者（年龄≥18岁）。对心脏手术的具体类型、持续时间及患者合并症未设限制。

光学监测：麻醉诱导后，将定制的混合光学探头置于患者右侧前额。该系统采用两个不同的光源-探测器距离（短距离主要用于监测头皮信号，长距离主要用于监测脑组织信号），以区分大脑与颅外组织的变化。监测变量包括脑组织氧饱和度、细胞色素c氧化酶氧化状态和脑血流量指数。

图1. 定制混合光学监测仪的设置。A，固定在患者右侧前额的光学探头，紧邻EEG传感器。B，手术室中的bNIRS/DCS系统。C，bNIRS/DCS系统及光学探头支架示意图。bNIRS：宽带近红外光谱；DCS：扩散相关光谱；NIRS：近红外光谱

数据收集与分析：连续记录生理变量，并与光学监测数据同步。将低血压事件定义为：从体外循环开始20分钟后至结束前，平均动脉压较基线下降≥20%且最低值低于65毫米汞柱的时段。分析低血压期间血压与各光学变量之间的关系，并计算与脑血流功能阈值及损伤阈值相对应的细胞色素c氧化酶氧化状态数值。同时，分析体外循环转机最初20分钟内的生理和光学变量变化，并探讨体温和血液稀释产生的混杂影响。

样本量：样本量计算基于检测低血压期间脑代谢（通过oxCCO反映）有意义的差异，采用配对t检验。根据团队先前研究的数据，设定效应量为0.5、α水平为0.05、检验效能为0.9，差值标准差为0.2。分析表明，47例样本量即可提供足够的统计效能；为考虑潜在脱落病例，最终将总样本量增加至50例。

统计分析：参数数据以均值±标准差表示，非参数数据以中位数[四分位距]表示，分类数据以数字（频率）表示。针对低血压事件，采用配对Student t检验比较基线值与脑光学变量及其他生理变量的最低点值。使用单因素方差分析比较各平均动脉压区间内的平均值与低血压前基线值的差异。采用单因素方差分析比较低血压事件期间各光学变量最低点与平均动脉压最低点出现的平均时间。利用Tukey事后检验评估不同平均动脉压区间之间脑及生理变量的显著差异，并比较光学变量最低点与平均动脉压的时间差异。所有统计分析均使用IBM SPSS软件进行，统计学显著性定义为P < 0.05。

结果

患者特征： 自2022年3月3日至2023年2月24日，前瞻性招募了50名成年心脏手术患者。3名患者因光学数据收集技术问题被排除，另外2名患者因手术转为非体外循环手术而被排除，最终共有45名具有完整数据集的患者纳入分析。患者平均年龄（±SD）为67 ± 12岁，80%（n = 36）为男性。71%的患者接受了冠状动脉搭桥手术，22%的患者接受了瓣膜置换手术。体外循环时间和主动脉阻断时间分别为101±52min和70±24min。纳入患者存在诸多合并症，包括高血压（82%）、血脂异常（67%）和糖尿病（40%）。值得注意的是，15.6%的患者存在脑血管疾病。

图2. 体外循环期间单例患者低血压事件的示例图。 该图包含了体外循环流量、平均动脉压（虚线表示65 mmHg的阈值）、ΔCBFi（用黑色实线表示）、ΔSBFi（用黑色虚线表示）、StO₂,S（用红色虚线表示）和StO₂,B（用红色实线表示），以及ΔoxCCOS（用绿色虚线表示）和ΔoxCCO,B（用绿色实线表示）的连续测量数据。垂直的品红色线代表低血压事件的开始时间，垂直的黑色线代表各参数达到其最低点的时刻。（CPB：体外循环；ΔBFi：血流量指数变化；ΔCBFi：脑血流量指数变化；ΔSBFi：头皮血流量指数变化；StO₂：组织氧饱和度；StO₂,B：脑组织氧饱和度；StO₂,S：头皮组织氧饱和度；ΔoxCCO：细胞色素c氧化酶氧化状态变化；ΔoxCCOB：脑细胞色素c氧化酶氧化状态变化；ΔoxCCOS：头皮细胞色素c氧化酶氧化状态变化）

低血压事件：

共发生74次低血压事件，平均持续5.5±3.2分钟。平均动脉压降至40±13 mmHg。低血压期间，大脑的细胞色素c氧化酶氧化状态和脑组织氧饱和度显著下降，而头皮变量无显著变化。细胞色素c氧化酶氧化状态在平均动脉压低于50 mmHg时即出现显著下降，脑血流指数和脑组织氧饱和度的显著下降阈值分别为35 mmHg和25 mmHg。细胞色素c氧化酶氧化状态与脑血流指数之间存在强非线性相关。模型预测，对应于脑血流指数下降40%（功能阈值）和30%（损伤阈值）的细胞色素c氧化酶氧化状态下降值分别为-0.87 µM和-1.10 µM。

图3. 体外循环低血压事件期间，脑光学变量随血压的变化。 该图展示了45名患者中74次低血压事件期间，相对于平均动脉压，（A）大脑和头皮的ΔoxCCO、（B）大脑和头皮的ΔStO₂，以及（C）头皮（ΔSBFi）和大脑（ΔCBFi）的ΔBFi的平均变化。水平黑色虚线代表基线值。* 表示括号所示血压范围内的所有值与低血压前基线相比均有显著变化。† 表示CBFi和SBFi值已根据血细胞比容进行校正。（CPB：体外循环；ΔoxCCO：细胞色素c氧化酶氧化状态变化；ΔBFi：血流量指数变化；ΔCBFi：脑血流量指数变化；ΔSBFi：头皮血流量指数变化；StO₂：组织氧饱和度；StO₂,B：脑组织氧饱和度；StO₂,S：头皮组织氧饱和度。）

图4. 转机至体外循环最初20min内脑光学变量的变化。 A，体外循环流量。B，平均动脉压。黑色实线代表平均动脉压目标阈值（平均动脉压 <60 mmHg）；C，温度。黑线代表温度阈值<35℃，表示轻度低温；D，动脉血红蛋白；E，ΔoxCCOS（用灰色方块表示）和ΔoxCCOB（用绿色方块表示）；F，ΔStO₂,S（用灰色方块表示）和ΔStO₂,B（用红色方块表示）；G，头皮血流量指数变化（ΔSBFi，用灰色方块表示）和大脑血流量指数（CBFi，用黑色圆圈表示）。每个时间进程为45名患者的平均值。垂直品红色线指示体外循环开始。水平黑色虚线代表体外循环前基线值。*表示与体外循环前基线相比的显著变化。†表示CBFi和SBFi值已根据血细胞比容值进行校正。（BFi：血流量指数；CBFi：脑血流量指数；CPB：体外循环；MAP：平均动脉压；oxCCO：细胞色素c氧化酶氧化状态；ΔoxCCO,B：大脑细胞色素c氧化酶氧化状态变化；ΔoxCCO,S：头皮细胞色素c氧化酶氧化状态变化；SBFi：头皮血流量指数；StO₂,B：脑组织氧饱和度；StO₂,S：头皮组织氧饱和度。）

图5. 低血压对脑血流动力学和代谢的影响。 （A）低血压事件期间ΔoxCCOB的平均变化（用方块表示），以及体外循环转机期间经温度校正的ΔoxCCOB相对于平均动脉压的平均变化（用圆圈表示）。（B）低血压事件期间StO₂,B的平均变化（用方块表示），以及体外循环转机期间经温度校正的StO₂,B相对于平均动脉压的平均变化（用圆圈表示）。（C）低血压事件期间（用方块表示）和体外循环转机期间（用圆圈表示），CBFi相对于平均动脉压的平均变化。每个时间进程为45名患者的平均值，实线代表幂律最佳拟合。水平黑色虚线分别代表体外循环前和低血压前基线值。†表示CBFi值已根据血细胞比容进行校正。（CBFi：脑血流量指数；MAP：平均动脉压；oxCCO：细胞色素c氧化酶氧化状态；ΔoxCCOB：脑细胞色素c氧化酶氧化状态变化；StO₂,B：脑组织氧饱和度。）

结论

本研究阐明了体外循环心脏手术期间血压与大脑血流动力学和代谢之间的关系。使用混合光学监测系统，结果证明了细胞色素c氧化酶氧化状态作为床边脑健康标志物的潜力和局限性，以及多模式光学监测的优势。研究发现细胞色素c氧化酶氧化状态是对低血压高度敏感的代谢指标，其变化与脑血流紧密相关。

醉翁之艺点评

该研究首次在成人心脏手术中系统证实，细胞色素c氧化酶氧化状态是比传统脑组织氧饱和度和脑血流量指数更早、更敏感的低血压相关脑代谢变化指标。这为开发以代谢为核心的脑监测技术提供了关键依据。同时，该研究结果直接挑战了“一刀切”的血压管理目标。通过监测细胞色素c氧化酶氧化状态，未来有望实现根据患者实时的脑代谢需求进行个体化血压调节，这对于脑自动调节功能受损的患者（如脑血管病患者）尤为重要。该研究也展示了同时监测血流、氧合和代谢的多模式光学系统的价值。不同变量提供互补信息，有助于更全面地理解脑缺血病理生理过程，并进行交叉验证，从而提高临床解读的可靠性。

该研究存在一定的局限性：监测范围仅限于单侧额叶区域，而低血压通常是全脑性事件；光学监测设备目前仍处于原型机阶段，尚无法实现实时临床指导；研究缺乏金标准对照，因为细胞色素c氧化酶氧化状态目前尚无直接测量的临床金标准方法，其阈值的临床意义需进一步研究验证。研究证实，体温是影响细胞色素c氧化酶氧化状态的强混杂因素，这在低温体外循环管理中至关重要；同时，血液稀释对脑血流量指数测量的校正也增加了分析的复杂性。此外，研究中采用的低血压定义（平均动脉压下降≥20%且<65毫米汞柱）存在固有的限制，可能无法完全捕捉个体化脑自动调节下限的差异。

因此，未来需要在更大样本量的前瞻性研究中，将细胞色素c氧化酶氧化状态的下降幅度和持续时间与术后谵妄、认知功能障碍或脑梗死等具体神经功能结局相关联，从而确立其临床预警阈值。同时，期待开发更稳定、易于使用、能提供实时数据的商业化监测设备。需改进算法以更有效地剥离头皮信号，并探索多探头布置以评估脑灌注的空间异质性。此外，将此类多模态光学监测技术应用于其他高风险手术（如大血管手术、神经外科手术）或重症监护室中，将进一步评估其在更广泛人群中的有效性和实用性。

原始文献：

Suwalski M, Milej D, Mousseau JP, Rajaram A, Diop M, Murkin J, St Lawrence K, Chui J. The Effect of Hypotension on Cerebral Metabolism and Perfusion in Adults Undergoing Cardiopulmonary Bypass: A Prospective Cohort Study. Anesth Analg. 2025 Nov 1;141(5):1067-1077. doi: 10.1213/ANE.0000000000007607.