Cerebral oximetri

upprätthållandet av tillräcklig syretillförsel till vävnader och organ, särskilt hjärnan, är ett grundläggande mål för anestesiprocessen. Farorna med långvarig hypoxi och minskad syretillförsel till hjärnan är väl dokumenterade; emellertid förblir hjärnan ett av de minst övervakade organen under anestesi.1

cerebrala oximetrar är icke-invasiva, kontinuerliga övervakningsanordningar som används för att övervaka adekvat cerebral syresättning. De använder liknande fysiska principer som pulsoximetrar. De första kommersiellt tillgängliga cerebrala oximetrarna användes på 1990-talet; Jobsis2 introducerade emellertid först konceptet att använda nära infraröd spektroskopi (NIRS) för att mäta cerebral syresättning 1977. Även om majoriteten av publicerade data om cerebral oximetri har visat förbättrade resultat bland hjärtkirurgiska patienter, visas studier som identifierar förbättrade resultat i den icke-hjärtkirurgiska populationen.3 studier har visat en ökad förekomst av negativa perioperativa resultat hos patienter som visar betydande cerebral syredesaturation under operationen.4

denna artikel syftar till att förklara de underliggande fysiska principerna kring cerebral oximetri och utvärdera bevis som stöder deras användning i olika kliniska situationer.

fysik

cerebrala oximetrar använder NIRS för att erhålla kontinuerliga icke-invasiva mätningar av cerebrala syresättningsvärden.5 cerebrala oximetrar består av en bildskärm som är ansluten till oximeterprober. Självhäftande kuddar fäster sonder i patientens hårbotten. Prober appliceras oftast på hårbotten som ligger över frontalloben. Prober innehåller en fibreoptisk ljuskälla och ljusdetektorer.6 ljuskällor släpper ut ljus i det infraröda området genom en process med antingen stimulerad emission av strålning eller genom ljusdioder.7 emitterat ljus i det infraröda området kan tränga in i skallen för att nå underliggande hjärnvävnad. Skallen är transparent för ljus i det nära infraröda området.1 utsänt ljus absorberas, omdirigeras, sprids eller reflekteras.8 när infrarött ljus kommer i kontakt med hemoglobin sker en förändring i ljusspektrumet beroende på hemoglobinmolekylens syresättningsstatus.8 reflekterat ljus återvänder mot ytan och detekteras av ljusdetektorerna i oximetriproberna.8

cerebrala oximetrar beräknar cerebral syresättning med hjälp av Beer–Lambert-lagen.9 öl-Lambert-lagen är en kombination av två fysiska lagar.

Beer ’ s law

intensiteten av överfört ljus minskar exponentiellt när koncentrationen av ett ämne som ljuset passerar genom ökar.

Lamberts lag

intensiteten av överfört ljus minskar exponentiellt när det avstånd som reste av ljuset genom ett ämne ökar.

enligt dessa lagar kan en mängd av ett ämne, det vill säga syre, bestämmas av hur mycket ljus ämnet absorberar.10

cerebrala oximetrar använder matematiska algoritmer som involverar subtraktion av värden erhållna från emittrarna nära och långt från fotodetektorn för att begränsa kontaminering från extrakraniellt blod och få en läsning som är representativ för cerebrala syresättningsvärden. Det finns många kommersiellt tillgängliga cerebrala oximetrianordningar för klinisk användning. Inter-device variabilitet med avseende på mätningar finns. Variabilitet uppstår som ett resultat av olika våglängder av ljus som emitteras av sonderna, olika ljuskällor,4 och olika matematiska algoritmer som används för att erhålla cerebrala syresättningsvärden.

cerebrala oximetrivärden härrör huvudsakligen från venöst blod och i motsats till pulsoximetrar är oberoende av pulserande blodflöde.12 cerebrala oximetrivärden återspeglar en balans mellan syreförbrukning och syreavgivning till hjärnan.

klinisk tolkning av cerebrala oximetrimätningar

baslinjevärden för cerebrala oximetri bör erhållas före induktion av anestesi. Normala värden varierar från 60% till 80%; emellertid anses lägre värden på 55-60% inte vara onormala hos vissa hjärtpatienter.8

adekvat cerebral syresättning är beroende av adekvat cerebralt blodflöde och syreinnehåll. Faktorer som påverkar någon av dessa kommer att resultera i en minskning av cerebral syresättning och en minskning av cerebrala oximetrivärden. Anatomiska variationer, till exempel en ofullständig cirkel av Willis eller svår karotisartärstenos kan skapa fel i cerebrala oximetrivärden; därför rekommenderas att cerebral oximetri utförs bilateralt. Tabell 1 sammanfattar några faktorer som kan leda till minskade cerebrala syresättningsvärden orsakade av förändringar i blodflödet eller syreinnehållet.

begränsningar i cerebrala oximetrimätningar

alla övervakningsenheter har begränsningar. Begränsningar associerade med cerebral oximetri inkluderar:

• blod från en extrakraniell källa kan skapa felaktigt låg mätning.4

• elektrokirurgisk utrustning, det vill säga diatermi, kan påverka mätnoggrannheten.4

• cerebrala oximetrar mäter endast regional cerebral syresättning. Stora delar av hjärnan förblir oövervakade.4

• cerebrala oximetrar kan inte identifiera en orsak till desaturering.14

kliniska tillämpningar

frågor har tagits upp med avseende på den kliniska nyttan av cerebral oximetriövervakning.1 ett ökande antal studier visar förmågan hos cerebral oximetriövervakning att upptäcka kliniskt tysta episoder av cerebral ischemi.1 cerebrala oximetrar har potential att vara ett viktigt skydd för cerebral funktion.1

hjärtkirurgi

patienter som genomgår hjärtkirurgi löper risk för negativa perioperativa neurologiska händelser. Cerebral oximetriövervakning kan användas, vilket potentiellt minskar förekomsten av dessa förödande händelser.

koronar bypassoperation

studier har genomförts som undersöker cerebral oximetri hos patienter som genomgår hjärtkirurgi. Salter och kollegor15 genomförde en studie med 265 patienter som genomgick CABG-kirurgi (koronar Artery bypass surgery). Patienterna randomiserades till två grupper. Cerebral oximetri användes i båda grupperna. En grupp fick övervakning av cerebral oximetri och interventioner för att förbättra cerebrala oximetrivärden om de minskade med 20% från en baslinje preoperativ mätning. Den andra gruppen var en kontrollgrupp. Studien fann en koppling mellan cerebral desaturering och tidig postoperativ kognitiv dysfunktion. Studien identifierade emellertid inte en koppling mellan användningen av ett cerebralt oximetristyrt interventionsprotokoll och en minskning av förekomsten av postoperativ kognitiv dysfunktion.15

Persistent postoperativ kognitiv dysfunktion efter hjärtkirurgi är kontroversiell. Metaanalyser16 har identifierat att ihållande kognitiv nedgång inte är så vanligt som man tidigare trott. Vissa patienter kan till och med visa en förbättring av kognitiv funktion efter CABG-operation.

djup hypotermisk cirkulationsstopp

ett antal hjärtkirurgiska ingrepp utförs med hjälp av kardiopulmonal bypass (CPB). Vissa komplexa förfaranden kräver dock att allt blodflöde upphör. Djup hypotermisk cirkulationsstopp beskriver den snabba minskningen av kärnkroppstemperaturen, följt av upphörande av CPB. Hjärnan är sårbar för ischemi under denna tid. Övervakning av Cerebral oximetri kan ge ett sätt att övervaka och upptäcka uppkomsten av cerebral ischemi.1 Det finns emellertid otillräckliga bevis kring känsligheten för övervakning av cerebral oximetri under djup hypotermi (temperaturer <25 kcal C).

vaskulär kirurgi

Carotid endarterektomi

Carotid endarterektomi är associerad med postoperativ stroke. Övervakningsanordningar används ofta för att upptäcka perioder med cerebral ischemi. Vanliga övervakningsanordningar inkluderar transkraniella Dopplers, EEG och övervakning av somatosensoriska framkallade potentialer (SSEPs).

Transkraniella Dopplers ger ett indirekt mått på cerebralt blodflöde genom att mäta blodhastigheten i en hjärnartär. Mätningar erhålls genom transkraniella fönster. Transkraniella fönster finns över de tunnaste delarna av skallen—det tidsmässiga benet, eller där benet är frånvarande—banan. En femtedel av patienterna saknar ett transkraniellt fönster, och som ett resultat kan transkraniella Dopplerstudier inte användas.1 ssep och EEG-övervakning påverkas av anestetika och kirurgisk diatermi.1 övervakning av Cerebral oximetri kan användas som ett verktyg för detektering av cerebral ischemi.

en minskning av cerebrala oximetrivärden >12% från ett preoperativt värde vid baslinjen har identifierats som en tillförlitlig, känslig och specifik tröskel för detektion av hjärnischemi.1 en minskning av cerebrala oximetrivärden efter korsklämning av den inre halspulsådern kan indikera behovet av shuntplacering under proceduren. Moritz och kollegor17 jämförde olika övervakningsmetoder för att identifiera cerebral ischemi under karotisoperation. Resultaten lyfte fram liknande noggrannhet för detektering av början av ischemi med transkraniell Doppler och cerebral oximetriövervakning, minst noggrannhet identifierades för ssep-övervakning.

Carotid endarterektomi hyperperfusionssyndrom

Carotid endarterektomi hyperperfusionssyndrom orsakas av en ökning av cerebralt blodflöde efter reparation av carotidstenos. Det uppstår som ett resultat av nedsatt cerebral Auto-reglering. Syndromet kännetecknas av huvudvärk, hjärnödem, kramper, intracerebral blödning och död.

det finns en korrelation mellan cerebrala syremättnadsvärden och förändringar i cerebralt blodflöde efter avklämning av den inre halspulsådern.1 Cerebral oximetri kan användas för att identifiera patienter med risk för cerebralt hyperperfusionssyndrom.18

barnläkare

nyfödda födda för tidigt har nedsatt cerebral auto-reglering och riskerar intraventrikulär blödning och periventrikulär leucomalacia.9 periventrikulär leucomalacia diagnostiseras vanligtvis genom transkraniell ultraljud. Områden med ischemi identifieras i vit substans som omger laterala ventriklarna. När en diagnos av periventrikulär leucomalacia har ställts har permanent neurologisk skada såsom synstörning och cerebral pares inträffat. Förändringar i cerebrala syrevärden som detekteras av cerebrala oximetrar ger ett indirekt mått på förändringar i cerebralt blodflöde. Kontinuerlig övervakning av cerebral syresättning kan möjliggöra tidig upptäckt och förebyggande av periventrikulär leucomalacia och intraventrikulär blödning.9

ytterligare användningar

övervakning av Cerebral oximetri används alltmer för att övervaka tillräckligheten för vävnad och organperfusion när den placeras på andra platser än hårbotten.1 NIRS undersöks som en potentiell markör för perfusion för lever -, njur-och splanchniska vävnader.1

NIRS utvärderas vidare som ett potentiellt screeningverktyg för behovet av blodtransfusion hos traumapatienter med risk för hemorragisk chock.1

slutsats

Cerebral oximetri är en enkel, icke-invasiv övervakningsmetodik som kan förbättra patientresultatet i en mängd olika kliniska situationer; bevis för dess användning utöver hjärtkirurgi utvecklas kontinuerligt. Denna artikel har belyst några av de ökande rollerna och bevisen för cerebral oximetri i klinisk praxis krävs ytterligare forskning för att validera cerebral oximetriövervakning för att förbättra patientresultaten hos både hjärt-och icke-hjärtkirurgiska patienter.3

intresseförklaring

ingen deklarerad.

MCQs

tillhörande MCQs (för att stödja CME/CPD-aktivitet) kan nås på https://access.oxfordjournals.org av prenumeranter på BJA Education.

Podcasts

den här artikeln har en associerad podcast som kan nås på http://www.oxfordjournals.org/podcasts/bjaed_cerebral_oximetry.mp3.