多种围手术期影响因素后的脑氧饱和度预测术后认知功能障碍的发生

摘要

背景

术后认知功能障碍（POCD）是老年非心脏手术患者常见的并发症，但其病因尚不清楚。脑氧饱和度（ScO₂)代表脑氧供需平衡。本研究的目的是评估围手术期ScO之间的关系₂和POCD，并验证ScO值的假设₂在进行全膝关节置换术（TKA）的老年患者中，多种围手术期影响因素可以预测POCD。

方法

78名65岁以上的患者接受选择性TKA鞘内麻醉。术前1天和术后6天评估认知功能，根据ISPOCD定义POCD。记录了人口统计数据。围手术期₂监测并记录血压（BP）、血气分析等临床数据，然后降低ScO₂、BP和PaO₂计算影响因素后。

结果

POCD发生15例（19.2%）。麻醉诱导和止血带放气后血压下降，PaO₂骨水泥植入后血压下降，POCD组血压下降百分比更高。ScO公司₂POCD组明显低于非POCD组(P（P） < 0.05），以及ScO的绝对值和减少百分比₂在多个影响因素后，两组之间变得显著。ScO公司₂所有影响因素（麻醉诱导、水泥植入和止血带放气）对POCD（AUC）的预测效果最好 = 0.742），最佳阈值为66.5%。

结论

围手术期ScO₂POCD患者中，POCD患者的死亡率低于无POCD患者。ScO公司₂多个围手术期影响因素可能是POCD的有效预测因素，这揭示了ScO的重要作用₂减少POCD的发展并提供可能的治疗靶点。

背景

脑氧饱和度（ScO₂)代表脑动静脉混合血氧饱和度（25%和75%）[1]并提供多种病理过程中的脑血流动力学状态[2,三]. ScO水平₂取决于脑氧供需平衡。脑灌注、动脉氧压和血红蛋白浓度影响脑氧供应[4]而麻醉深度和体温影响脑氧需求[5]. 在心脏外科，ScO₂心肺转流插管错位引起的减少[6]和术后中风[7]以及优化ScO下的脑氧供给₂监测可降低中风风险[8]. 此外，ScO₂体外循环（CPB）期间减少与术后多器官功能障碍综合征增加相关[9]. 在非心脏手术期间，ScO₂监测还可以减少老年患者的脑缺氧[10].

术后认知功能障碍（POCD）是接受大型非心脏手术的老年患者的常见并发症[11,12]可能是短暂或永久性脑损伤的表现。POCD的病因尚不清楚，但可能涉及患者、手术和麻醉因素的组合。战略合作组织₂减少可能与POCD有关，但以前的研究通常集中于心脏手术[13,14]也就是说ScO₂结果可能会受到CPB的影响。全膝关节置换术（TKA）是对老年人进行的最常见的主要非心脏手术之一[15]在以前的TKA研究中，一般都会进行全身麻醉[16,17]，所以ScO₂数据可能受到机械通气和全身麻醉的影响。

本研究旨在阐明围手术期ScO之间的关系₂接受TKA的老年患者中的POCD。选择鞘内麻醉是为了避免机械通气和全身麻醉药的影响，并提供ScO的相对生理状态₂在老年患者中。此外，我们观察了围手术期可能的影响因素及其对ScO的影响₂验证了ScO的假设₂多种影响因素后可以预测POCD的发生。

方法

本研究由北京大学第三医院医学伦理学委员会批准（编号：IRB00006761）。2014年10月20日至2015年3月31日期间，65岁以上接受选择性TKA治疗的患者被纳入研究组，并获得每位患者的书面知情同意书。排除标准包括精神障碍、中枢神经系统疾病、颈动脉狭窄、开颅手术史、使用镇静剂或抗精神病药物、药物或酒精依赖、视觉、听觉或运动障碍，以及术前最小精神状态检查（MMSE）得分小于24。

研究组在术前一天和术后6天由同一医生进行神经心理测试，以确定术后认知功能障碍的特征。测试组包括MMSE、数字广度测试、单词识别记忆测试、数字符号替换测试、线索制作测试A、stroop颜色词干扰（第3部分）和言语流利性测试，主要关注学习、记忆、注意力、注意力和执行功能。

然后招募20名健康受试者作为对照组，与研究组的年龄、性别和教育水平相匹配。每隔7天评估两次认知功能，并计算基线评分的标准偏差。重复神经心理学测试中存在的学习效应[18]，也被计算为第二次评估相对于基线的平均变化。

根据国际术后认知功能障碍研究（ISPOCD），将研究组患者分为非POCD组和POCD组[11,18]. 具体来说，从每个神经心理测试分数中减去基线分数和学习效果，然后用对照组基线分数的标准偏差除以差异。结果的大小被称为Z评分，至少有两个Z评分的患者 > 2人被分配到POCD组。

研究组在到达手术室后将套管插入桡动脉，然后进行动脉血压（BP）、心电图（ECG）、血氧饱和度（SpO）检查₂监测体温并将其维持在生理范围内。L诱导脊髓麻醉_2–3或L_3–4椎体间隙，0.15 mg/kg布比卡因在T_8–10在麻醉过程中，没有使用镇静剂。记录骨水泥植入前和植入后5分钟的动脉血气分析结果。记录输液量、失血量和手术时间。计算麻醉诱导和止血带放气后的血压下降百分比以及骨水泥植入后的PaO2。术后持续股神经镇痛。

将两个前视脑血氧计传感器（近红外光谱血氧计，CAS Medical Systems，Branford，CT）放置在额头的左右两侧，用于持续ScO₂监测直至麻醉结束。ScO公司₂为左右监测数据的平均值。ScO公司₂分别记录诱导前（T1）、诱导后10分钟和20分钟（T2和T3）、骨水泥植入后10分钟、20分钟（T4和T5）和止血带放气后10分钟（T6）。平均ScO₂以诱导前（10min）为基线值。平均ScO₂分别计算诱导后20min、骨水泥植入后20min和止血带放气后10min，并计算其与基线相比的下降百分比。平均ScO₂麻醉期间和最低ScO₂也进行了记录。

统计分析

根据PASS（版本8.03，NCSS LLC，Kaysville，UT）的估计，70名患者的样本量足以检测平均ScO的差异₂非POCD组和POCD组围手术期综合因素的幂为0.9，显著性水平为0.05。根据ISPOCD标准，将患者分为非POCD组和POCD组。连续变量表示为平均值 ± SD和配对分析t吨-小组内独立测试t吨-组间测试。分类变量用数字（百分比）表示，并用χ2检验进行分析。ScO公司₂术中进行双向重复测量方差分析。生成受试者操作员特征（ROC）曲线，以评估ScO的预测性能₂POCD发生时。采用多元logistic回归模型确定POCD的独立危险因素。数据采用SPSS（版本21.0，IBM Corp，New York，NY）进行分析。P（P） < 0.05被认为具有统计学意义。

结果

共有80名患者参与了这项研究。两名患者被排除在研究之外，其中一名患者未能完成神经心理测试，另一名患者经历了术后感染。如表所示1研究组和对照组在年龄、性别、BMI、教育程度、饮酒、吸烟和基线MMSE得分方面没有差异。对照组的神经心理测试结果汇总于表2根据ISPOCD标准，POCD发生15例（19.2%）。表三说明了非POCD组和POCD组的人口统计学和临床特征。使用止血带充气，术中失血量小于20毫升，体温保持在生理范围内。因此，这些数据尚未显示。POCD组的年龄明显高于非POCD组(P（P） < 0.01），两组在其他人口学特征、血红蛋白浓度、ASA分类、手术时间和输液方面无显著差异。

表1对照组和研究组的人口统计

表2对照组在基线检查和第二评估日（7天后）的神经心理测试得分

表3非POCD组和POCD组的人口统计学和临床特征

非POCD组和POCD组的神经心理测试结果汇总在表中4POCD组术后MMSE、数字广度测试、单词识别记忆测试、stroop彩色单词干扰（第3部分）和言语流利性测试得分均显著低于非POCD组(P（P） < POCD组术后MMSE、数字广度测试、单词识别记忆测试、线索制作测试A、stroop颜色词干扰（第3部分）和言语流利性测试得分均显著低于基线水平(P（P） < 0.05或P（P） < 0.01），但数字符号替代试验和非POCD组无显著差异。

表4非POCD组和POCD组术前和术后6天的神经心理测试得分

BP和PaO₂表中总结了非POCD组和POCD组的波动5与基线（麻醉诱导前和止血带放气前）相比，麻醉诱导后的血压和止血带放气显著降低(P（P） < 0.01），POCD组的下降百分比明显高于非POCD组(P（P） < 0.05或P（P） < 0.01). 与基线（水泥植入前）相比，PaO₂水泥植入后明显减少(P（P） < 0.01），但非POCD组和POCD组之间的百分比下降没有显著差异。

表5 BP和PaO₂非POCD和POCD组的减少

双向重复测量方差分析表明ScO₂麻醉期间显著下降(P（P） < 0.01). ScO公司₂POCD组显著低于非POCD组(P（P） < 0.05）和时间 × 群体互动显著(P（P） < 0.01，图1)。普通ScO₂在麻醉诱导后，计算骨水泥植入和止血带放气及其相对于基线（麻醉诱导前）的百分比下降。基线ScO无显著差异₂麻醉诱导后，两组之间也没有显著差异，但由于多种影响因素的累积作用，ScO的绝对值和减少百分比存在显著差异₂水泥植入后两组之间(P（P） < 0.05）和止血带放气(P（P） < 0.01，表6和图2)。此外，平均ScO没有显著差异₂麻醉期间，ScO最少₂POCD组明显低于非POCD组(P（P） < 0.05，表6).

图1

ScO公司₂非POCD组和POCD组麻醉期间。ScO公司₂麻醉期间减少，ScO₂POCD组明显低于非POCD组(P（P） < 0.05). T1-6：诱导前、麻醉诱导后10分钟和20分钟、水泥植入后10分钟、20分钟、止血带放气后10分钟

表6基线、平均和最小ScO₂非POCD和POCD组

图2

ScO减少百分比₂非POCD组和POCD组在麻醉诱导、水泥植入和止血带放气后*P（P） < 0.05, **P（P） < 与非POCD组相比0.01

最小ScO存在显著差异₂，平均ScO₂非POCD组和POCD组之间的水泥植入和止血带放气后。因此，生成ROC曲线来比较它们对POCD发生的预测性能，ROC曲线下的面积（AUC）为0.686(P（P） < 0.05), 0.707 (P（P） < 0.05）和0.742(P（P） < 0.01），表示平均ScO₂止血带放气后作为最佳预测因素。其检测POCD的最佳阈值为66.5%，敏感性和特异性分别为73.3%和58.7%（图三)。多元logistic回归分析表明(P（P） < 0.05，或 = 1.221）和更低的平均ScO₂止血带放气后(P（P） < 0.05，或 = 0.835）是POCD的独立预测因子。

图3

平均ScO的接收器-操作员特性（ROC）曲线₂止血带放气后预测POCD的发生。ROC曲线下面积为0.742，与随机概率显著不同(P（P） < 0.01). POCD检测的最佳阈值为66.5%，敏感性和特异性分别为73.3%和58.7%

讨论

目前的结果表明，ScO₂行鞘内麻醉TKA的POCD患者中，有POCD的患者低于无POCD的病人。此前关于ScO之间关系的两项研究₂全麻下进行TKA和POCD[16,17]其中，其ScO₂数据可能受到机械通气和全身麻醉剂的影响，与ScO的生理状态相去甚远₂在老年患者中。另一项关于鞘内麻醉下TKA的研究表明，ScO的不对称趋势₂可以警告POCD[19]. 因此，我们首次揭示了围手术期ScO之间的关系₂鞘内麻醉下TKA患者发生POCD的情况。

TKA是老年人最常见的主要非心脏手术之一[15]TKA术后POCD的患病率很高，据报道术后一周为19.4–72.0%，术后6个月为6.5–29.5%[20–22]. 在本研究中，接受TKA的老年患者中有19.2%发生了POCD，而老年患者的POCD发生率较高。

ScO公司₂，通过脑组织传输过程中的NIRS光衰减（氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白的波长）估计[23]是主要手术期间脑灌注不足的敏感标志物[24]和心脏骤停[25,26]. 低基线和术中ScO₂与术后发病率和死亡率增加以及住院时间延长相关[27,28]. 影响脑灌注的因素可能导致ScO₂减少[29]，ScO之间的相关性已被报道₂和经颅多普勒，这表明ScO₂减少也可以预测脑缺血[30,31].

脑氧饱和度降低的病因是多因素的，最常见的围手术期因素是与CPB相关的栓塞和低灌注[32]. 本研究观察了三个影响因素，包括脊髓麻醉诱导、骨水泥植入和止血带放气。BP和ScO₂麻醉诱导和止血带放气后PaO下降₂和ScO₂水泥植入后下降。此外，由于多种影响因素的累积作用，POCD患者的ScO较低₂与无POCD患者相比，与基线水平相比下降百分比更高。

阿塔拉等人[33]观察到TURP患者在脊髓麻醉后的脑灌注减少和氧饱和度降低，推测脑氧饱和度降低可能导致TURP综合征，包括打呵欠、过敏和恶心。在目前的研究中，脊髓麻醉也可能导致ScO₂减少。骨水泥植入综合征（BCIS）起源于骨水泥相关栓塞和过敏反应，其临床特征包括缺氧、低血压、肺动脉压升高和心跳骤停[34]. TKA期间可能出现BCIS和相关的脑微栓塞[35]. 止血带放气后，水泥、脂肪和骨相关栓塞也可能出现[36]. 在本研究中，未观察到典型的BCIS，但PaO₂水泥植入后血压下降，止血带放气后血压下降₂减少。

由于血红蛋白和温度等其他影响因素没有差异，我们认为麻醉诱导、骨水泥植入和止血带放气是ScO的主要影响因素₂TKA期间的波动。ScO的治疗策略₂TKA期间的减少可能包括头部复位，PaCO₂然而，血压升高、血管扩张和输血的影响需要进一步研究。在心脏手术期间，干预措施还包括灌注套管和泵流量调节、降低温度和调整麻醉深度，这些干预措施可以减少POCD的发生和住院时间[37].

Fudicar等人[38]使用最小ScO₂预测POCD的发生，但仅发现周预测性能（AUC = 0.61），而我们发现ScO₂多个影响因素后，对POCD的判别能力更强。ScO公司₂颈动脉内膜剥脱术中低于50%或较基线减少20%表示局灶性脑缺血[39]，通常被视为ScO的安全限值₂并被选为本研究的下限。一度低ScO₂出现，进行了包括血压升高和输液在内的干预，这可能是最低ScO的周预测性能的原因₂.作为ScO₂在所有影响因素具有最佳预测性能后，确定了其检测POCD的最佳阈值。考虑到患者的安全性，选择了相对较高的灵敏度，结果是积极维持ScO₂毕竟，66.5%以上的老年患者的影响因素可以降低POCD的患病率。

缺氧会损害神经元蛋白质合成和突触可塑性[40]与学习和记忆障碍有关[41]. 低氧暴露触发低氧诱导因子（HIF）[42]和脯氨酰羟化酶家族[43]影响细胞存活。有效的低氧感应对细胞和器官功能至关重要，而HIF、内皮素-1、血红素加氧酶和酪氨酸羟化酶都参与大脑低氧的调节[44]. 随着衰老，细胞缺氧反应和包括HIF反应在内的细胞保护作用减弱[45]，老年患者可能更容易出现脑缺氧。考虑到目前的结果以及上述机制，我们推断脑缺氧和相关机制是导致POCD发生的主要机制。

尽管ScO₂NIRS提供的数据已被证明在多种情况下具有价值，但仍有局限性。首先，将NIRS血氧仪放在额头上，反映大脑表层的状况，因此可能会错过远离大脑表层的栓塞、低灌注和去饱和[46]. 其次，神经炎症和Aβ生成等神经毒性也会导致POCD[47–49]影响ScO的预测性能₂第三，即使基线的50%和80%的绝对值被视为ScO的安全限值₂为了预防脑缺血，目前和以往的研究中仍观察到认知功能障碍[13]. 因此，ScO的这些限制₂我们的结果表明，66.5%可能是一个更好的ScO限制₂避免POCD。最后，我们没有进行经食管超声心动图评估。由于BCIS和其他与心脏功能障碍相关的因素并不罕见，并且可能影响脑氧供应，因此超声心动图对TKA有价值，应在未来的研究中进行。

结论

本研究表明，在鞘内麻醉下接受TKA的老年患者中，POCD的发生率为19.2%。围手术期ScO₂POCD患者中有%的患者低于无POCD的患者，而ScO₂多个围手术期影响因素可以有效预测POCD的发生。这些结果揭示了ScO的重要作用₂减少POCD的发展，并提供方便的监测方法和可能的治疗目标。