血流动力学与氧代谢检测设备

一、脑血流监测

临床上监测脑血流(CBF)是通过直接或间接监测反映CBF的方法来实现的。由于脑缺血是阈值性的，一旦CBF减少引起脑氧合、氧代谢、脑功能发生改变，这时就可通过间接的非定量的CBF监测手段反映CBF，如脑电图(EEG)、局部脑氧饱和度(SrO₂)、颈静脉球血氧饱和度(SjvO₂)等，另一类是直接测量CBF和局部脑血流量(rCBF)的技术。rCBF定量监测为研究CBF的调节、脑功能和脑代谢的关系提供了重要手段，但许多方法，例如核素标记微球法，只能用于动物实验，并不能用于临床。

(一)脑血流监测生理基础

1．脑血流量变化病理生理　大脑约占体重的2%，但代谢水平相对很高，占20%的基础氧消耗量和25%的基础葡萄糖消耗量。静息状态下大脑接受15%的心排血量(成人750mL/min)，相当于50mL/(100g·min)的平均脑血流量(CBF)。由于白质和灰质的代谢水平不同，灰质的代谢水平高于白质，它们所需的平均脑血流各自变动在25～80mL/(100g·min)之间，CBF与脑代谢水平相匹配，相互影响，即存在血流－代谢偶联。

临界CBF是指以电活动和代谢功能脑丧失为界限。一般认为CBF小于16～17mL/(100g·min)时，脑电活动衰竭，CBF大于24mL/(100g·min)时，EEG不出现缺血表现。体感诱发电位(SEP)在CBF20mL/(100g·min)时尚能完全维持，但此后开始迅速改变，在12mL/(100g·min)时完全消失。离子泵衰竭的CBF阈值大约在10mL/(100g·min)。脑水肿形成的CBF阈值在20mL/(100g·min)，CBF低于此阈值，水分开始向细胞内转移。

2．脑血流的调节　CBF的调节机制包括整体水平上的调节和局部调节。前者包括代谢－血流偶联、自身调节、PaCO₂、PaO₂，血细胞比容以及自主神经系统，后者主要是局部代谢因素和药物作用。

CBF主要取决于脑灌注压(CPP)和脑血管阻力(CVR)，其关系:CBF=CPP/CVR。CPP=平均动脉压(MAP)－(颅内压+脑静脉压)。脑灌注压增高超过正常值的30%～40%，或降低30%～50%，CBF可保持不变。也就是说平均动脉压在60～150mmHg范围内，CBF依靠其自身的自动调节机制而维持稳定。CBF自动调节机制可能主要是通过调节脑血管阻力来完成。影响脑血管阻力的主要因素是脑血管直径，次要因素是血液黏性。

CBF与脑活动和脑代谢之间密切相关。增加脑活动可使局部脑血流量(rCBF)增加。rCBF调节与局部组织代谢需要相适应，是通过扩张血管的代谢产物乳酸和CO₂浓度的局部变化来调节的。CO₂是强力的脑血管床扩张剂。当PaCO₂在20～60mmHg之间变化时，正常脑的CBF变化与其呈线性关系。PaCO₂＞60mmHg或＜20mmHg时，脑血管不再扩张。PaO₂未减少至50mmHg以前，并不增加CBF。当低于这一阈值时，脑血管扩张，CBF开始增加。

到目前为止，已证实肾上腺素能和胆碱能神经末梢广泛分布于各级脑血管。这些神经末梢释放的介质可作用于血管壁上的特异性受体，对脑血管产生舒缩作用，改变CBF。

(二)脑血流的测定方法

CBF监测包含两方面含义，一是直接定量的监测CBF和rCBF。这已被近年采用无损伤性及短半衰期核素技术所解决，用133Xe吸入或静脉注射可以在手术中直接定量的测量rCBF。虽然这种测定在术中可以重复数次，但仍不能做到连续监测。二是间接的非定量的监测CBF或脑缺血，包括已公认的EEG对CBF的监测，和近年发展起来的新技术，近红外光光谱技术和经颅多普勒(TCD)。正电子发射断层扫描(PET)、单光子发射断层扫描(SPECT)、rCBF图像处理复杂，均不利于NICU床旁监测。而TCD超声脑血流检测技术作为脑底动脉环脑血流动力学的一项无创检测技术得到临床医学的广泛重视，已作为脑血管疾病的常规筛选性检测手段，同时还可作为重症脑功能损伤患者的脑血流动力学监测指标。由于TCD具有仪器设备简单、床边操作简便、无创、无辐射、重复性好等特点，在NICU具有重要的临床使用价值。TCD虽然监测的是脑动脉的血流速度，但能够反映CBF变化的许多生理特性，而且TCD是目前惟一无创伤、连续性的适用于围手术期临床CBF监测的简便技术。

1．经颅多普勒超声技术　TCD是通过多普勒超声技术，包括脉冲波(PW)和连续波多普勒(CW)超声，经过特定的检测部位(声窗)实现对颅内、外脑血流动力学的检测。1982年以前由于颅骨影响声波的穿透性，超声技术对于成年人的颅内脑血流动力学检测无法实现。此后采用低额率高发射功率的脉冲波多普勒探头，直接检测到了颅底动脉主干的血流速度，而使客观评价脑血流动力学成为可能。另外，采用连续波多普勒超声探头，可对颅外段颈动脉或周围血管的功能状态进行检测分析。TCD这一新技术的特点是可以无创伤、连续、动态地监测脑血流动力学。超声波能够穿透颅骨的部位即TCD的检测声窗。不同的声窗位置可检测到颅内不同的血流信号。常用声窗部位有颞窗、眼窗、枕窗、下颌下声窗。

TCD虽可以测定单个脑血管的血流速度(常用Vmean)，能反映CBF变化的许多生理特性，如反映CBF的局部变化，CBF的自动调节，和CBF对CO₂的反应性等。但是TCD测定的是脑动脉的血流速度，而不是脑血流量(CBF)。通过脑底动脉的血流速度(最常用大脑中动脉)，来反映脑皮质的CBF的前提是多普勒探头的入射角度不变和脑动脉的直径不变。在此前提下，维持一定的血流速度，可以测得满意的CBF。然而，由于脑动脉的直径不同和年龄差异，TCD的正常值也有相当大的变异。如大脑中动脉Vmean在6～10岁的儿童最高(79cm/s)，70岁以上的老人明显降低(47cm/s)。

尽管TCD不能定量地监测CBF，但可以判断CBF急性变化的程度。如TCD监测脑血流可定量地提供由于脑灌注压下降所致的脑灌注不足的信息。当颅内压过度增高超过舒张期脑灌注压时，会出现一个特定的波形，此时舒张末血流速度为0。而且这一参数已不再依赖上述假设的限制。

TCD对由于颅内压增高所致的颅内循环停止(脑死亡)的监测与诊断有特异性。当颅内压超过动脉舒张压时，TCD频谱表现为收缩/舒张期的交替血流，即收缩期的前向血流和舒张期的反向血流。颅内压进一步升高时TCD频谱变为非常小而尖锐的收缩峰。当颅内压超过动脉血压时血流信号消失。值得注意的是未检出颅内动脉的多普勒信号，并不能作为颅内循环停止的结论，可能是技术上的原因。

TCD出现收缩/舒张期交替血流提示颅内循环停止，此时采取治疗措施已不能逆转颅内高压，对判断预后可提供一定参考。与用临床标准和EEG标准诊断脑死亡相比较，敏感性91．3%，特异性为100%。

TCD监测的影响因素:①血流速变的对称性，两侧半球血流有轻微差异，国内认为，双侧流速相差20～30cm/s时应考虑血管病变。②TCD检测结果的重复性:不同的操作者或同一操作者不同时间的检测结果存在一定的差异。③探头角度的影响，血流速度的高低取决于超声波与血流之间角度的大小，不同的角度所获得的血流速度不同。④血液中CO₂浓度的影响:动脉血中CO₂浓度是CBF潜在性生理调节剂。PaCO₂升高，阻力血管扩张，CBF增加，反之CBF减少。⑤血细胞比容的影响:血细胞比容与MCA流速呈负相关。⑥年龄和性别的影响:随年龄增加脑血流速度减低。女性脑血流速度高于男性。

TCD监测的注意事项:①血管确定，通常选择双侧大脑中动脉及基底动脉监测。②探头固定:选择监护探头，采用人工或头架固定。③监测设置:输出功率依据每台机器的允许范围而定;信号太弱时可在允许范围内增加初设功率;信噪比调整以清晰显示频谱为准。④特殊情况下，如老年患者尤其是老年女性患者，经颞窗不易检测到清晰的血流信号或完全检测不到血流信号，对初次被检者未探及血流信号时，采用眶窗和枕窗对相关的动脉进行检测，以排除因颞窗不穿透或操作技术问题造成的假象。特别是在判定脑死亡时，必须排除假阳性和假阴性。

2．热扩散流量仪　脑皮质组织的热传导性是与CBF成比例的。测量脑皮质组织的热扩散用来测定CBF，监测仪有二个热敏电阻组成，其中一个是热的，将热扩散探针置于脑表面根据极板之间不同温度计算CBF。此方法仍是有创的而且需要更多的临床试验验证。

3．成像技术　已有多种成像技术用于评估CBF。动态计算机X射线层扫描术(compmer tomography，CT)量化吸入氙或静脉注射的放射性碘化造影剂的清除来检测局部CBF。正电子发射断层摄影术(positron emission tomography，PET)提供脑血流的图像、评估局部的变化以及CBF对增加刺激/代谢的反应。PET还可以提供脑血流容积、氧摄取和脑氧代谢率的信息。然而，这套设备非常昂贵，技术上要求也很高。单光子发射计算机层扫技术是用γ－发射99mTc定性的显示经过脑所有区域的血流图像一个或更多区域可以及时的在某一特定时刻做出比较。功能性的磁共振成像(functional magnetic resonance imaging，fMRI)用磁共振成像技术反映与脑神经活性相适应的脑血流动力学的变化。静脉注射顺磁造影剂或降低局部脱氧血红蛋白水平可生成局部CBF的断层影像。

4．N₂O法　根据Fick原理，每单位时间内组织吸收指示剂的量等于动脉带到组织的量减去静脉血从组织带走的量。N₂O是一种惰性气体，吸入后在体内不分解代谢，通过测定动脉和颈静脉血N₂O浓度可根据公式求出CBF。N₂O法的优点是可定量地测定脑的平均血流量，结果准确。缺点:①需作颈静脉和周围动脉插管多次取血;②需10min以上的饱和期以达到血液和组织间惰性气体的平衡，因此，不能测定CBF的快速变化;③不能测定rCBF;④静脉血样要避免脑外的污染。

5．动静脉氧差法　同样，根据Fick原理，脑氧摄取量等于CBF乘上动静脉氧差。假设脑氧摄取稳定不变，则CBF为动静脉氧差的倒数:CBF=1/(A－V)O₂。

此方法需测定周围动脉和颈内静脉血氧。而且不适用于脑代谢发生变化的情况。

6．核素133氙清除技术　颈动脉内或静脉内注射或吸入核素133Xe，通过头部闪烁探测器测定放射性示踪剂从组织中的清除率，得出时间一放射性强度变化曲线，即清除曲线。133Xe的清除曲线的斜率与局部CBF成比例关系，可根据曲线计算求出CBF，曲线呈二次指数，快和慢的部分可能代表了灰质和白质的血流。该方法既能测量全脑，又能测量局部脑血流。静脉法和吸入法的核素用量比动脉法大，而且要解决核素的再循环和脑外组织污染的技术问题，需要同时测定呼出气133Xe曲线。因此对肺部疾患患者会产生误差。

由于探测系统的固定所限，上述方法只能得到平面的rCBF的分布图形。采用先进的单光子发射计算机断层扫描(SPECT，简称ECT)，利用电子计算机辅助的旋转型探测系统，可以测得许多断层图像上的rCBF。

7．近红外光光谱法　近红外光光谱法测定CBF是近年的新技术。将红外光示踪剂以弹丸形式经中心静脉导管注入右房，示踪剂通过脑测出循环的光信号变化曲线，从而计算出示踪剂的脑通过时间(transittime)。脑通过时间是用血流的速度来反映血流量，其关系:平均脑通过时间=脑血容量/脑血流量。虽然脑通过时间只是CBF的半定量间接指标，但大脑不同部位同时测定的通过时间的比率与这些部位的CBF的比率很接近。