oksymetria mózgowa

utrzymanie odpowiedniego dostarczania tlenu do tkanek i narządów, zwłaszcza mózgu, jest podstawowym celem procesu znieczulenia. Zagrożenia związane z długotrwałym niedotlenieniem i zmniejszonym dostarczaniem tlenu do mózgu są dobrze udokumentowane; jednak mózg pozostaje jednym z najmniej monitorowanych narządów podczas znieczulenia.1

pulsoksymetry mózgowe są nieinwazyjnymi, ciągłymi urządzeniami monitorującymi, używanymi do monitorowania odpowiedniego dotlenienia mózgu. Wykorzystują one podobne zasady fizyczne do pulsoksymetrów. Pierwsze dostępne na rynku oksymetry mózgowe zostały użyte w latach 90., jednak Jobsis2 po raz pierwszy wprowadził koncepcję wykorzystania spektroskopii bliskiej podczerwieni (NIRS) do pomiaru utlenowania mózgu w 1977 roku. Chociaż większość opublikowanych danych dotyczących oksymetrii mózgowej wykazała poprawę wyników u pacjentów poddawanych zabiegom kardiochirurgicznym, pojawiają się badania identyfikujące lepsze wyniki w populacji pacjentów nieleczonych operacyjnie.3 badania wykazały zwiększoną częstość występowania działań niepożądanych w okresie okołooperacyjnym u pacjentów, u których podczas zabiegu chirurgicznego występuje znaczne zmniejszenie stężenia tlenu w mózgu.4

Ten artykuł ma na celu wyjaśnienie podstawowych zasad fizycznych dotyczących oksymetrii mózgowej i ocenę dowodów potwierdzających ich zastosowanie w różnych sytuacjach klinicznych.

Fizyka

oksymetry mózgowe wykorzystują NIRS do uzyskiwania ciągłych, nieinwazyjnych pomiarów wartości utlenowania mózgu.5 pulsometrów mózgowych składa się z monitora podłączonego do sond pulsometrowych. Podkładki samoprzylepne mocują sondy do skóry głowy pacjenta. Sondy są najczęściej stosowane do skóry głowy pokrywającej płat czołowy. Sondy zawierają światłowodowe źródło światła i detektory światła.6 źródeł światła emituje światło w zakresie podczerwieni w procesie stymulowanej emisji promieniowania lub przez diody elektroluminescencyjne.7 emitowane światło w zakresie podczerwieni jest w stanie przeniknąć przez czaszkę, aby dotrzeć do leżącej poniżej tkanki mózgowej. Czaszka jest przezroczysta dla światła w zakresie bliskiej podczerwieni.1 emitowane światło jest pochłaniane, przekierowywane, rozpraszane lub odbijane.Gdy światło podczerwone styka się z hemoglobiną, następuje zmiana widma światła, w zależności od stopnia utlenienia cząsteczki hemoglobiny.8 światło odbite powraca w kierunku powierzchni i jest wykrywane przez detektory światła w sondach oksymetrycznych.8

oksymetry mózgowe obliczają utlenowanie mózgu za pomocą prawa Beera–Lamberta.9 prawo Beera-Lamberta jest kombinacją dwóch praw fizycznych.

prawo piwa

natężenie przepuszczanego światła zmniejsza się wykładniczo wraz ze wzrostem stężenia substancji, przez którą przechodzi światło.

prawo Lamberta

natężenie przepuszczanego światła zmniejsza się wykładniczo wraz ze wzrostem odległości przebytej przez światło przez substancję.

zgodnie z tymi prawami ilość substancji, czyli tlenu, może być określona przez to, ile światła substancja pochłania.10

oksymetry mózgowe wykorzystują algorytmy matematyczne polegające na odejmowaniu wartości uzyskanych z emiterów w pobliżu i daleko od fotodetektora, aby ograniczyć zanieczyszczenie krwi pozaczaszkowej i uzyskać odczyt reprezentatywny dla wartości utlenowania mózgu. Istnieje wiele dostępnych na rynku urządzeń do oksymetrii mózgowej do użytku klinicznego. Istnieje zmienność między urządzeniami w odniesieniu do pomiarów. Zmienność występuje w wyniku różnych długości fal światła emitowanego przez sondy, różnych źródeł światła, 4 i różnych algorytmów matematycznych stosowanych do uzyskania wartości utlenienia mózgu.

wartości oksymetrii mózgowej pochodzą głównie z krwi żylnej, w przeciwieństwie do pulsoksymetrów są niezależne od pulsacyjnego przepływu krwi.12 wartości oksymetrii mózgowej odzwierciedlają równowagę między zużyciem tlenu a dostarczaniem tlenu do mózgu.

kliniczna interpretacja oksymetrii mózgowej pomiary

przed rozpoczęciem znieczulenia należy uzyskać początkowe wartości oksymetrii mózgowej. Wartości prawidłowe wahają się od 60% do 80%, jednak u niektórych pacjentów z sercem nie uważa się niższych wartości 55-60%.8

odpowiednie dotlenienie mózgu zależy od odpowiedniego przepływu krwi w mózgu i zawartości tlenu. Czynniki wpływające na którąkolwiek z nich spowodują zmniejszenie utlenowania mózgu i zmniejszenie wartości oksymetrii mózgowej. Zmiany anatomiczne, na przykład niekompletny krąg Willisa lub ciężkie zwężenie tętnicy szyjnej mogą powodować błędy w wartościach oksymetrii mózgowej; dlatego zaleca się, aby oksymetria mózgowa była wykonywana dwustronnie. W tabeli 1 podsumowano niektóre czynniki, które mogą powodować zmniejszenie wartości utlenowania mózgu spowodowane zmianami przepływu krwi lub zawartości tlenu.

ograniczenia w pomiarach oksymetrii mózgowej

wszystkie urządzenia monitorujące mają ograniczenia. Ograniczenia związane z oksymetrią mózgową obejmują:

• krew ze źródła pozaczaszkowego może powodować błędne pomiary.4

• sprzęt elektrochirurgiczny, czyli diatermia, może wpływać na dokładność pomiaru.4

• pulsoksymetry mózgowe mierzą tylko regionalne dotlenienie mózgu. Duże obszary mózgu pozostają niezmonitorowane.4

• mózgowe oksymetry nie są w stanie zidentyfikować przyczyny desaturacji.14

zastosowania kliniczne

pojawiły się pytania dotyczące klinicznej użyteczności monitorowania oksymetrii mózgu.1 coraz większa liczba badań wykazuje zdolność monitorowania oksymetrii mózgu do wykrywania klinicznie cichych epizodów niedokrwienia mózgu.1 pulsoksymetry mózgowe mają potencjał, aby być ważnym zabezpieczeniem funkcji mózgu.1

po zabiegach kardiochirurgicznych

pacjenci poddawani zabiegom kardiochirurgicznym są narażeni na wystąpienie niepożądanych okołooperacyjnych zdarzeń neurologicznych. Można zastosować monitorowanie oksymetrii mózgowej, potencjalnie zmniejszając częstość występowania tych niszczycielskich zdarzeń.

operacja pomostowania tętnic wieńcowych

przeprowadzono badania dotyczące oksymetrii mózgu u pacjentów poddawanych zabiegom kardiochirurgicznym. Salter i współpracownicy przeprowadzili badanie z udziałem 265 pacjentów poddanych operacji pomostowania tętnic wieńcowych (CABG). Pacjentów randomizowano do dwóch grup. W obu grupach zastosowano oksymetrię mózgową. Jedna grupa otrzymała monitorowanie oksymetrii mózgowej i interwencje w celu poprawy wartości oksymetrii mózgowej, jeśli zmniejszyły się o 20% w stosunku do wyjściowego pomiaru przedoperacyjnego. Druga grupa była grupą kontrolną. Badanie wykazało związek między desaturacją mózgu a wczesną pooperacyjną dysfunkcją poznawczą. Jednak w badaniu nie zidentyfikowano związku między zastosowaniem protokołu interwencji sterowanej oksymetrią mózgową a zmniejszeniem częstości występowania pooperacyjnych zaburzeń poznawczych.15

utrzymujące się pooperacyjne zaburzenia poznawcze po operacji serca są kontrowersyjne. Metaanalizy16 wykazały, że uporczywe pogorszenie funkcji poznawczych nie jest tak powszechne, jak wcześniej sądzono. Niektórzy pacjenci mogą nawet wykazywać poprawę funkcji poznawczych po zabiegu CABG.

Głębokie hipotermiczne zatrzymanie krążenia

wiele operacji kardiochirurgicznych jest wykonywanych za pomocą bypassu krążeniowo-oddechowego (CPB). Niektóre złożone procedury wymagają jednak zaprzestania przepływu krwi. Głębokie hipotermiczne zatrzymanie krążenia opisuje szybkie obniżenie temperatury ciała rdzenia, a następnie zaprzestanie CPB. W tym czasie mózg jest podatny na niedokrwienie. Monitorowanie oksymetrii mózgowej może stanowić sposób monitorowania i wykrywania początku niedokrwienia mózgu.1 nie ma jednak wystarczających dowodów na wrażliwość pulsometrii mózgowej podczas głębokiej hipotermii (temperatury <25°C).

chirurgia naczyniowa

endarterektomia szyjna

endarterektomia szyjna jest związana z udarem pooperacyjnym. Urządzenia monitorujące są powszechnie stosowane do wykrywania okresów niedokrwienia mózgu. Typowe urządzenia monitorujące obejmują przezczaszkowe Dopplery, EEG i monitorowanie somatosensorycznych potencjałów wywołanych (SSEPs).

przezczaszkowe Dopplery zapewniają pośredni pomiar przepływu krwi w mózgu poprzez pomiar prędkości krwi w tętnicy mózgowej. Pomiary wykonuje się przez okna przezczaszkowe. Przezczaszkowe okna znajdują się w najcieńszych częściach czaszki-kości skroniowej lub tam, gdzie kości nie ma—orbicie. 1/5 pacjentów nie ma okna przezczaszkowego, w związku z czym nie można stosować przezczaszkowych badań dopplerowskich.1 na monitorowanie SSEP i EEG mają wpływ środki znieczulające i diatermia chirurgiczna.1 Monitorowanie oksymetrii mózgowej może być stosowane jako narzędzie do wykrywania niedokrwienia mózgu.

zmniejszenie wartości oksymetrii mózgowej > 12% od wartości wyjściowej przedoperacyjnej zostało zidentyfikowane jako wiarygodny, wrażliwy i specyficzny próg wykrywalności niedokrwienia mózgu.1 zmniejszenie wartości oksymetrii mózgowej po zaciśnięciu krzyżowym tętnicy szyjnej wewnętrznej może wskazywać na konieczność umieszczenia bocznika podczas zabiegu. Moritz i kolegi17 porównali różne sposoby monitorowania w wykrywaniu niedokrwienia mózgu podczas operacji szyjnej. Wyniki wykazały podobną dokładność w wykrywaniu początku niedokrwienia przy monitorowaniu przezczaszkowego Dopplera i oksymetrii mózgowej, najmniejszą dokładność stwierdzono w monitorowaniu SSEP.

zespół hiperperfuzji szyjnej endarterektomii

zespół hiperperfuzji szyjnej endarterektomii jest spowodowany zwiększeniem przepływu krwi w mózgu po naprawie zwężenia tętnicy szyjnej. Występuje w wyniku upośledzonej automatycznej regulacji mózgu. Zespół charakteryzuje się bólem głowy, obrzękiem mózgu, drgawkami, krwotokiem wewnątrzmózgowym i zgonem.

istnieje korelacja między wartościami mózgowego nasycenia tlenem a zmianami w mózgowym przepływie krwi po odkręceniu tętnicy szyjnej wewnętrznej.1 oksymetria mózgowa może być wykorzystana do identyfikacji pacjentów z ryzykiem zespołu hiperperfuzji mózgu.

dzieci

noworodki urodzone przedwcześnie mają zaburzoną samoregulację mózgu i są narażone na krwotok dokomorowy i leukomalację okołokomorową.Leukomalacja okołokomorowa jest zwykle diagnozowana za pomocą ultradźwięków przezczaszkowych. Obszary niedokrwienia są identyfikowane w istocie białej otaczającej komory boczne. Do czasu postawienia diagnozy leukomalacji okołoporodowej wystąpiły trwałe uszkodzenia neurologiczne, takie jak zaburzenia widzenia i porażenie mózgowe. Zmiany w mózgowych wartościach tlenu wykryte przez mózgowe oksymetry stanowią pośrednią miarę zmian w mózgowym przepływie krwi. Ciągłe monitorowanie dotlenienia mózgu może umożliwić wczesne wykrycie leukomalacji okołokomorowej i krwotoku dokomorowego oraz zapobieganie temu zjawisku.9

dodatkowe zastosowania

monitorowanie oksymetrii mózgowej jest coraz częściej stosowane do monitorowania adekwatności perfuzji tkanek i narządów po umieszczeniu w miejscach innych niż skóra głowy.1 NIRS jest badany jako potencjalny marker perfuzji w tkankach wątrobowych, nerkowych i splanchnicznych.1

NIRS jest dalej oceniany jako potencjalne narzędzie przesiewowe pod kątem konieczności przetoczenia krwi u pacjentów z urazem narażonych na wstrząs krwotoczny.1

wniosek

oksymetria mózgowa jest prostą, nieinwazyjną metodologią monitorowania, która może poprawić wynik pacjenta w różnych sytuacjach klinicznych; stale pojawiają się dowody na jej zastosowanie poza chirurgią kardiologiczną. W tym artykule podkreślono niektóre z rosnących ról i dowodów na oksymetrię mózgową w praktyce klinicznej, wymagane są dalsze badania w celu potwierdzenia monitorowania oksymetrii mózgowej w poprawie wyników pacjentów zarówno u pacjentów kardiologicznych, jak i innych niż kardiologiczne pacjentów chirurgicznych.3

Oświadczenie o zainteresowaniu

Brak ogłoszeń.

MCQs

powiązane MCQs (w celu wsparcia aktywności CME/CPD) są dostępne pod adresem https://access.oxfordjournals.org dla subskrybentów BJA Education.

podcasty

ten artykuł ma powiązany podcast, który można uzyskać pod adresem http://www.oxfordjournals.org/podcasts/bjaed_cerebral_oximetry.mp3.