NIRS在小儿心脏手术后ECMO灌注监测中的应用
翻译：段欣中医院
审校：周医院
摘要
目的
在ECMO辅助期间，各种血流动力学监测方法，包括心输出量等有创监测方式都不能应用。本研究旨在研究小儿心脏手术后ECMO期间无创监测参数与器官灌注及死亡率的关系，探讨ECMO辅助期间多通道NIRS监测的临床意义。
方法
本回顾性研究纳入年1月1日至年12月31日在上海儿童医学中心接受心脏手术的儿童。最终共有55例患者纳入本研究。从回顾性观察数据集中获得的信息包括人口统计学信息、监测数据、住院死亡率和患者并发症。CICU监测指标包括血压、中心静脉压(CVP)、血气、乳酸，NIRS监测。
结果
55例患者中有16种类型的先心病(表1)。死亡24例，总死亡率为43.6%。非存活组的乳酸水平在12小时和48小时显著高于存活组。存活者的CrSO2在24小时、36小时，48小时显著高于非存活者。血液动力学和实验室参数的多因素logistic回归分析显示CrSO2（36h）(OR=0.,p=0.)和48h(OR=0.,p=0.)与死亡率有关。
结论
NIRS作为一种评估灌注和预后的无创实时监测技术具有重要的临床意义。因此，NIRS可用于监测ECMO早期的血流动力学稳定性和颅脑区域氧饱和度，可以预测脱离ECMO后的住院死亡率。
前言
体外膜肺氧合（ECMO）是一种治疗难治性心源性休克的有效方法。随着技术的进步已经将其应用扩展到更复杂的疾病，包括儿童的先天性心脏病(CHD)。近年来，ECMO在复杂小儿先心病术后早期阶段的应用日益广泛。据报道，在所有接受心脏手术的儿童中，高达2-5%的患者在术后需要ECMO辅助。与成人不同，儿童的体重和血容量变化很大。因此，儿童ECMO的临床管理是一个巨大的挑战。
在ECMO辅助期间，各种血流动力学监测方法，包括心输出量等有创监测方式都不能应用。在年,Jobsis首次使用近红外光谱(NIRS)监测脑氧水平。近年来，随着多位点近红外技术的使用，可以无创和连续监测脑和身体组织的氧饱和度。传统的监测参数如血压不能充分反映大脑和腹部微循环的氧合状态，尤其是ECMO产生的非搏动血流。通过监测全身静脉氧饱和度(SvO2)、乳酸、无创多位点近红外光谱仪可以发现全身氧平衡异常。但血气检测需要频繁采血，容易引起贫血也无法实现实时监测。因此，本研究旨在研究小儿心脏手术后ECMO期间无创监测参数与器官灌注及死亡率的关系，探讨ECMO辅助期间多通道NIRS监测的临床意义。
材料与方法
研究对象
本回顾性研究纳入年1月1日至年12月31日期间接受心脏手术的儿童，经上海交通大学医学院上海儿童医学中心医学伦理委员会批准。例接受静脉-动脉(V-A)ECMO治疗的患者中有56例获得了脑和腹部NIRS监测数据。1例患者在NIRS监测中发现先天性肥厚性心肌病并被排除。因此，最终共有55例患者纳入本研究。参与者年龄在18岁以下。出院前发生的死亡均为停用ECMO后死亡。先天性心脏手术定义为有或没有体外循环(CPB)的任何心脏缺陷的外科手术。ECMO建立有以下几种情况：手术后立即在手术室内实施，在心脏重症监护病房(CICU)心肺复苏后，或在CICU循环不稳定时。
数据收集
从回顾性观察数据集中获得的信息包括人口统计学信息、诊断、基线特征、手术细节、ECMO数据、监测数据、住院死亡率和患者并发症。CICU监测指标包括血压、中心静脉压(CVP)、血气、乳酸。NIRS监测(INVOSC,Covidien,USA)通过将头部电极固定在左侧或右侧眉弓上方约1cm处，测量头颅区域氧饱和度(CrSO)2）。腹部电极一般贴于脐上或脐下，以获取肠系膜区域氧饱和度(MrSO2）。
ECMO管理
采用中心插管的方式，并对心内分流不足的患者放置左心房引流管。不同年龄组平均动脉压维持在正常范围内。泵入口压力大于负20mmHg，出口压力小于mmHg。抗凝监测包括：活化部分凝血酶时间(APTT)、活化凝血时间(ACT)、抗Xa。目标ACT值为-s，APTT值为40-80s，抗xa值为0.3-0.8IU/ml。呼吸机设置为调压容量控制模式，呼气末正压10mmHg，潮气量6-8ml/kg，呼吸频率10-12bpm。无明显禁忌症如胃肠道出血或MrSO%，给予患者肠内营养。
结果
55例患者中有16种类型的先心病(表1)。前3种类型分别为大动脉转位(TGA)(n=10,18.1%)、肺动脉闭锁(PA)(n=6，10.9%)和右心室双出口(n=6,10.9%)。22%的患者进行了姑息手术，包括3例Ebstein畸形患者，2例TGA患者，2例法洛四联症患者，1例PA合并完整室间隔，1例PA合并室间隔缺损，1例单心室。死亡24例，总死亡率为43.6%。死亡原因包括心力衰竭(n=7)、多器官功能障碍(n=6)、残余解剖畸形(n=5)、肺动脉高压(n=3)、脑死亡(n=2)和败血症(n=1)。
存活者和非存活者的年龄、性别、CPB时间和主动脉阻断时间(ACC)均无显著差异(表2)。接受不同ECMO方案的患者数量无显著差异，即:心肺复苏后(ECPR)(p=0.)或手术室(OR)(p=0.)。紫绀型先心病与非紫绀型先心病的比例差异无统计学意义(p=0.)。新生儿非存活组ECMO流量高于存活组(.73±8.71vs..48±10.10ml/kg/min,p=0.)。但新生儿与婴儿CrSO2无显著差异(68.23±11.40vs.64.93±8.96%，p=0.)，但有更多患儿接受持续肾替代治疗(CRRT)(p=0.)。非存活组ECMO运行时间较长(p=0.)。脉压差大于10mmHg所需的时间存活组较非存活组短(38.18±28.95vs.59.44±43.10h,p=0.)。
ECMO期间监测指标的变化如图1所示。非存活组的乳酸水平在12小时(11.25±7.26vs.6.96±5.95mmol/l,p=0.)和48小时(2.2(0.7,20)vs.1.4(0.7,5.8)mmol/l,p=0.)显著高于存活组。存活者的CrSO2在24小时(62.5±14.61vs.52.05±13.98%，p=0.)、36小时(64.04±14.12vs.51.27±15.65%，p=0.)，48小时(65.32±11.51vs55.00±14.18%，p=0.)显著高于非存活者(图1和表3)。血液动力学和实验室参数的多因素logistic回归分析显示CrSO2（36h）(OR=0.,p=0.)和48h(OR=0.,p=0.)与死亡率有关。此外，CRRT(OR=14.,p=0.)也与病死率相关(表4)。
CrSO2(36h)的ROC曲线下面积为0.(p=0.03)，CrSO2(48h)的ROC曲线下面积为0.(p=0.)(图2)，对脱离ECMO后死亡率的预测最佳截断值，36h时为57%(敏感性:61.5%，特异性:80%)，48h时为56%(敏感性:76.9%，特异性:70%)(表5)。Kaplan-Meier分析患者的死亡风险，36hCrSO%(p=0.)的患者较高。然而，在48hCrSO%(p=0.)死亡率没有差异(图3)。
讨论
儿童由于体重和血容量的差异，仅使用流量评估器官灌注存在局限性。因此，ECMO过程中加强组织灌注监测至关重要。本研究发现，乳酸是一项常规ECMO监测指标，与预后有关。Park等报道预测死亡率的适当临界值为6小时7.05mmol/L,12小时4.95mmol/L，Kim等发现，存活者在第一天后的平均乳酸水平为3.85mmol/L(非存活者为10.69mmol/L)，最佳临界值为4.66mmol/L(敏感性:75%，特异性:75%)。我们的研究还发现，存活者和非存活者的血乳酸水平存在显著差异。在我们的研究中,非存活者乳酸水平在12小时[11.25±7.26vs.6.96±5.95mmol/l,p=0.]和48小时[2.2(0.7,20)vs.1.4(0.7,5.8)mmol/l,p=0.]明显高于存活者,但多因素logistic回归分析没有观察到显著差异,这意味着乳酸并不是死亡率的预测因子。
存活组与非存活组在常规监测指标上无显著差异,如：SvO2,Sa-vO2,Pv-aCO2。一项对婴幼儿先心术后进行的研究显示Pv-aCO2≥12.3mmHg预测供氧/耗氧≤2的敏感性和特异性分别为78.6%和82.1%。
CrSO2（36h）的ROC曲线下面积为0.(p=0.03)，CrSO2（48h）的ROC曲线下面积为0.(p=0.)，对脱离ECMO后死亡率的预测值在36h为57%(敏感性:61.5%，特异性:80%)，在48h为56%(敏感性:76.9%，特异性:70%)。同样，Tsou等表明，任何区域的氧饱和度指数(rSO2)水平≤50%与出院时不良结局相关[多变量校正优势比(OR)2.82(95%CI:1.10-7.25)]。Kim等人也给出了右侧和左侧CrSO2的最佳临界值预测死亡率分别为58%(敏感性78.7%，特异性83.3%)和57%(敏感性80.0%，特异性70.8%)。
既往研究发现，脑氧和腹氧的差异在灌注评价中具有一定的临床意义。一般来说，腹氧变化范围较大，心排血量减少时，腹氧下降。因此，脑氧与腹氧的差异越大，预后越差。我们比较了生存组和非生存组的MrSO2及MrSO2与CrSO2之间的差值，均无显著差异，这可能是患儿腹氧变化易受腹胀、腹膜透析、尿潴留的影响。同样，我们的研究也显示CRRT(OR=14.,p=0.)与死亡率相关。急性肾损伤(AKI)是先天性心脏手术后接受ECMO患者的常见并发症，有研究表明AKI与死亡率相关。Pilar等发现ECMO期间使用CRRT与较高的死亡率相关(OR:6.12,p=0.06)。Chen等进行的一项系统评价也显示，ECMO期间需要CRRT的患者死亡率更高(OR:5.89,p0.0)，ECMO运行时间更长。
本研究还有其他一些局限性。首先，由于研究的回顾性设计，统计偏差是不可避免的。进一步的研究应采用适当的前瞻性随机方法。其次，颅脑损伤引起的脑氧变化未被CT或MRI排除。最后，本研究着重于ECMO运行期间参数，未对启动前后的数据进行分析。
综上所述，NIRS作为一种评估灌注和预后的无创实时监测技术具有重要的临床意义。因此，NIRS可用于监测ECMO早期的血流动力学稳定性和颅脑区域氧饱和度，可以预测脱离ECMO后的住院死亡率。然而，需要进行更多的研究来验证NIRS在心脏手术后ECMO患儿中的临床意义。
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