Zerebrale Oximetrie

Die Aufrechterhaltung einer ausreichenden Sauerstoffzufuhr zu Geweben und Organen, insbesondere zum Gehirn, ist ein grundlegendes Ziel des Anästhesieprozesses. Die Gefahren einer verlängerten Hypoxie und einer verminderten Sauerstoffzufuhr zum Gehirn sind gut dokumentiert; Das Gehirn bleibt jedoch eines der am wenigsten überwachten Organe während der Anästhesie.1

Zerebroximeter sind nicht-invasive, kontinuierliche Überwachungsgeräte, die zur Überwachung einer ausreichenden zerebralen Sauerstoffversorgung verwendet werden. Sie verwenden ähnliche physikalische Prinzipien wie Pulsoximeter. Die ersten kommerziell erhältlichen Zerebroximeter wurden in den 1990er Jahren verwendet; Jobsis2 führte jedoch 1977 erstmals das Konzept der Verwendung der Nahinfrarotspektroskopie (NIRS) zur Messung der zerebralen Sauerstoffversorgung ein. Obwohl die Mehrheit der veröffentlichten Daten zur Zerebroxymetrie haben verbesserte Ergebnisse bei herzoperativen Patienten gezeigt, Es entstehen Studien, in denen verbesserte Ergebnisse in der nicht-kardialen chirurgischen Population identifiziert werden.3 Studien haben eine erhöhte Inzidenz von gezeigt unerwünschte perioperative Ergebnisse bei Patienten, die während der Operation eine erhebliche zerebrale Sauerstoffentsättigung aufweisen.4

Dieser Artikel zielt darauf ab, die zugrunde liegenden physikalischen Prinzipien der Zerebroxymetrie zu erklären und Beweise für ihre Verwendung in verschiedenen klinischen Situationen zu bewerten.

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Zerebroximeter verwenden NIRS, um kontinuierliche nicht-invasive Messungen der zerebralen Sauerstoffsättigungswerte zu erhalten.5 Zerebrale Oximeter bestehen aus einem Monitor, der an Oximetersonden angeschlossen ist. Klebepads befestigen Sonden an der Kopfhaut des Patienten. Sonden werden am häufigsten auf die Kopfhaut aufgetragen, die über dem Frontallappen liegt. Sonden enthalten eine faseroptische Lichtquelle und Lichtdetektoren.6 Lichtquellen geben Licht im Infrarotbereich entweder durch stimulierte Emission von Strahlung oder durch Leuchtdioden ab.7 Emittiertes Licht im Infrarotbereich kann den Schädel durchdringen, um das darunter liegende Hirngewebe zu erreichen. Der Schädel ist transparent für Licht im nahen Infrarotbereich.1 Emittiertes Licht wird entweder absorbiert, umgelenkt, gestreut oder reflektiert.8 Wenn Infrarotlicht Hämoglobin berührt, kommt es zu einer Änderung des Lichtspektrums, abhängig vom Oxygenierungsstatus des Hämoglobinmoleküls.8 Reflektiertes Licht kehrt zur Oberfläche zurück und wird von den Lichtdetektoren innerhalb der Oximetriesonden detektiert.8

Zerebroximeter berechnen die zerebrale Sauerstoffversorgung nach dem Beer-Lambert-Gesetz.9 Das Beer-Lambert-Gesetz ist eine Kombination zweier physikalischer Gesetze.

Beer’s law

Die Intensität des durchgelassenen Lichts nimmt exponentiell ab, wenn die Konzentration einer Substanz, die das Licht durchläuft, zunimmt.

Lamberts Gesetz

Die Intensität des durchgelassenen Lichts nimmt exponentiell ab, wenn die Entfernung, die das Licht durch eine Substanz zurücklegt, zunimmt.

Nach diesen Gesetzen kann eine Menge einer Substanz, dh Sauerstoff, dadurch bestimmt werden, wie viel Licht die Substanz absorbiert.10

Zerebroximeter verwenden mathematische Algorithmen, die die Subtraktion von Werten beinhalten, die von den Emittern in der Nähe und in der Ferne des Photodetektors erhalten wurden, um die Kontamination durch extrakranielles Blut zu begrenzen und einen Messwert zu erhalten, der für die zerebralen Oxygenierungswerte repräsentativ ist. Es gibt zahlreiche kommerziell erhältliche Zerebroximetriegeräte für den klinischen Einsatz. Geräteübergreifende Variabilität in Bezug auf Messungen besteht. Variabilität tritt als Ergebnis unterschiedlicher Wellenlängen des von den Sonden emittierten Lichts, verschiedener Lichtquellen,4 und verschiedener mathematischer Algorithmen auf, die verwendet werden, um zerebrale Oxygenierungswerte zu erhalten.

Zerebroxymetrie-Werte werden hauptsächlich aus venösem Blut abgeleitet und sind im Gegensatz zu Pulsoximetern unabhängig vom pulsierenden Blutfluss.12 Zerebrale Oximetrie-Werte spiegeln ein Gleichgewicht zwischen Sauerstoffverbrauch und Sauerstoffzufuhr zum Gehirn wider.

Klinische Interpretation der Messungen der Zerebroxymetrie

Die Ausgangswerte der Zerebroxymetrie sollten vor Einleitung der Anästhesie ermittelt werden. Normale Werte reichen von 60% bis 80%; Niedrigere Werte von 55-60% werden jedoch bei einigen Herzpatienten nicht als abnormal angesehen.8

Eine ausreichende zerebrale Sauerstoffversorgung hängt von einem ausreichenden zerebralen Blutfluss und Sauerstoffgehalt ab. Faktoren, die eine dieser beiden beeinflussen, führen zu einer Verringerung der zerebralen Sauerstoffversorgung und einer Verringerung der zerebralen Oximetriewerte. Anatomische Variationen, z. B. ein unvollständiger Willis-Kreis oder eine schwere Halsschlagaderstenose, können zu Fehlern bei den Werten der Zerebroxymetrie führen. Tabelle 1 fasst einige Faktoren zusammen, die zu reduzierten zerebralen Sauerstoffsättigungswerten führen können, die durch Veränderungen des Blutflusses oder des Sauerstoffgehalts verursacht werden.

Einschränkungen bei Messungen der Zerebroxymetrie

Alle Überwachungsgeräte haben Einschränkungen. Einschränkungen im Zusammenhang mit der zerebralen Oximetrie umfassen:

• Blut aus einer extrakraniellen Quelle kann zu einer fehlerhaft niedrigen Messung führen.4

• Elektrochirurgische Geräte, dh Diathermie, können die Messgenauigkeit beeinträchtigen.4

• Zerebroximeter messen nur die regionale zerebrale Sauerstoffversorgung. Große Teile des Gehirns bleiben unüberwacht.4

• Zerebroximeter sind nicht in der Lage, eine Ursache für die Entsättigung zu identifizieren.14

Klinische Anwendungen

Es wurden Fragen zum klinischen Nutzen der Überwachung der Zerebroxymetrie aufgeworfen.1 Eine zunehmende Anzahl von Studien zeigt die Fähigkeit der Überwachung der zerebralen Oximetrie, klinisch stille Episoden einer zerebralen Ischämie zu erkennen.1 Zerebrale Oximeter haben das Potenzial, ein wichtiger Schutz für die zerebrale Funktion zu sein.1

Herzchirurgie

Bei Patienten, die sich einer Herzchirurgie unterziehen, besteht das Risiko unerwünschter perioperativer neurologischer Ereignisse. Die Überwachung der Zerebroxymetrie kann verwendet werden, wodurch möglicherweise die Häufigkeit dieser verheerenden Ereignisse verringert wird.

Koronararterien-Bypass-Operation

Es wurden Studien zur Untersuchung der Zerebroxymetrie bei Patienten durchgeführt, die sich einer Herzoperation unterziehen. Salter und Kollegen15 führten eine Studie mit 265 Patienten durch, die sich einer Koronararterien-Bypass-Operation (CABG) unterzogen. Die Patienten wurden in zwei Gruppen randomisiert. Die zerebrale Oximetrie wurde in beiden Gruppen verwendet. Eine Gruppe erhielt eine Überwachung der Zerebroxymetrie und Interventionen zur Verbesserung der Zerebroxymetriewerte, wenn sie gegenüber einer präoperativen Grundmessung um 20% abnahmen. Die zweite Gruppe war eine Kontrollgruppe. Die Studie fand einen Zusammenhang zwischen zerebraler Entsättigung und früher postoperativer kognitiver Dysfunktion. Die Studie identifizierte jedoch keinen Zusammenhang zwischen der Verwendung eines von der Zerebroxymetrie gesteuerten Interventionsprotokolls und einer Verringerung der Inzidenz postoperativer kognitiver Dysfunktion.15

Anhaltende postoperative kognitive Dysfunktion nach einer Herzoperation ist umstritten. Metaanalysen16 haben ergeben, dass ein anhaltender kognitiver Verfall nicht so häufig ist wie bisher angenommen. Einige Patienten können sogar eine Verbesserung der kognitiven Funktion nach einer CABG-Operation zeigen.

Tiefer hypothermischer Kreislaufstillstand

Eine Reihe von herzoperativen Eingriffen werden mit einem kardiopulmonalen Bypass (CPB) durchgeführt. Bestimmte komplexe Verfahren erfordern jedoch eine Einstellung des gesamten Blutflusses. Ein tiefer hypothermischer Kreislaufstillstand beschreibt die rasche Senkung der Körperkerntemperatur, gefolgt vom Absetzen von CPB. Das Gehirn ist während dieser Zeit anfällig für Ischämie. Die Überwachung der zerebralen Oximetrie kann ein Mittel zur Überwachung und Erkennung des Auftretens einer zerebralen Ischämie darstellen.1 Es gibt jedoch keine ausreichenden Beweise für die Empfindlichkeit der Überwachung der Zerebroxymetrie bei starker Hypothermie (Temperaturen < 25 ° C).

Gefäßchirurgie

Karotisendarteriektomie

Die Karotisendarteriektomie ist mit einem postoperativen Schlaganfall verbunden. Überwachungsgeräte werden häufig verwendet, um Perioden von zerebraler Ischämie zu erkennen. Übliche Überwachungsgeräte umfassen transkranielle Doppler, EEGs und Überwachung von somatosensorisch evozierten Potentialen (SSEPs).

Transkranielle Doppler liefern eine indirekte Messung des zerebralen Blutflusses durch Messung der Blutgeschwindigkeit in einer zerebralen Arterie. Messungen werden durch transkranielle Fenster erhalten. Transkranielle Fenster befinden sich in den dünnsten Teilen des Schädels — dem Schläfenbein oder wo Knochen fehlt — der Umlaufbahn. Einem Fünftel der Patienten fehlt ein transkranielles Fenster, weshalb transkranielle Doppler-Studien nicht verwendet werden können.1 SSEPs und EEG-Monitoring werden durch Narkosemittel und chirurgische Diathermie beeinflusst.1 Die Überwachung der zerebralen Oximetrie kann als Instrument zur Erkennung einer zerebralen Ischämie verwendet werden.

Eine Reduktion der zerebralen Oximetrie-Werte > 12% gegenüber einem präoperativen Ausgangswert wurde als zuverlässige, empfindliche und spezifische Schwelle für die Erkennung von Hirnischämie identifiziert.1 Eine Verringerung der zerebralen Oximetriewerte nach Kreuzklemmung der A. carotis interna kann auf die Notwendigkeit einer Shunt-Platzierung während des Eingriffs hinweisen. Moritz und Kollegen17 verglichen verschiedene Überwachungsmodalitäten bei der Identifizierung einer zerebralen Ischämie während einer Halsschlagaderoperation. Die Ergebnisse zeigten eine ähnliche Genauigkeit bei der Erkennung des Auftretens einer Ischämie mit transkranieller Doppler- und Zerebroxymetrie-Überwachung, die geringste Genauigkeit wurde bei der SSEP-Überwachung festgestellt.

Karotisendarteriektomie-Hyperperfusionssyndrom

Das Karotisendarteriektomie-Hyperperfusionssyndrom wird durch eine Erhöhung des zerebralen Blutflusses nach Reparatur der Karotisstenose verursacht. Es tritt als Folge einer gestörten zerebralen Auto-Regulation auf. Das Syndrom ist gekennzeichnet durch Kopfschmerzen, Hirnödeme, Krampfanfälle, intrazerebrale Blutungen und Tod.

Es besteht eine Korrelation zwischen zerebralen Sauerstoffsättigungswerten und Veränderungen des zerebralen Blutflusses nach Deklemmung der A. carotis interna.1 Die zerebrale Oximetrie könnte verwendet werden, um Patienten mit einem Risiko für ein zerebrales Hyperperfusionssyndrom zu identifizieren.18

Pädiatrie

Frühgeborene haben eine gestörte zerebrale Selbstregulation und sind einem Risiko für intraventrikuläre Blutungen und periventrikuläre Leukomalazie ausgesetzt.9 Periventrikuläre Leukomalazie wird normalerweise durch transkraniellen Ultraschall diagnostiziert. Bereiche der Ischämie werden in der weißen Substanz identifiziert, die die Seitenventrikel umgibt. Bis zur Diagnose einer periventrikulären Leukomalazie sind dauerhafte neurologische Schäden wie Sehstörungen und Zerebralparese aufgetreten. Veränderungen der zerebralen Sauerstoffwerte, wie sie von Zerebroximetern festgestellt werden, liefern ein indirektes Maß für Veränderungen des zerebralen Blutflusses. Eine kontinuierliche Überwachung der zerebralen Sauerstoffversorgung kann die Früherkennung und Prävention von periventrikulärer Leukomalazie und intraventrikulären Blutungen ermöglichen.9

Zusätzliche Anwendungen

Die Überwachung der Zerebroxymetrie wird zunehmend verwendet, um die Angemessenheit der Gewebe- und Organperfusion zu überwachen, wenn sie an anderen Stellen als der Kopfhaut platziert wird.1 NIRS wird als potenzieller Marker für die Perfusion von Leber-, Nieren- und Splanchnic-Geweben untersucht.1

NIRS wird weiterhin als potenzielles Screening-Instrument für die Notwendigkeit einer Bluttransfusion bei Traumapatienten mit einem Risiko für einen hämorrhagischen Schock bewertet.1

Schlussfolgerung

Die Zerebroxymetrie ist eine einfache, nicht-invasive Überwachungsmethode, die das Patientenergebnis in einer Vielzahl unterschiedlicher klinischer Situationen verbessern kann. Dieser Artikel hat einige der zunehmenden Rollen und Beweise für die zerebrale Oximetrie in der klinischen Praxis hervorgehoben, Weitere Forschung ist erforderlich, um die Überwachung der zerebralen Oximetrie bei der Verbesserung der Patientenergebnisse sowohl bei kardialen als auch bei nicht-kardialen chirurgischen Patienten zu validieren.3

Interessenserklärung

Keine Angabe.

MCQs

Die zugehörigen MCQs (zur Unterstützung der CME / CPD-Aktivität) können von Abonnenten von BJA Education unter https://access.oxfordjournals.org abgerufen werden.

Podcasts

Diesem Artikel ist ein Podcast zugeordnet, auf den unter http://www.oxfordjournals.org/podcasts/bjaed_cerebral_oximetry.mp3 zugegriffen werden kann.