Применение церебральной оксиметрии в сердечнососудистой хирургии

Введение

Церебральная оксиметрия, использует параинфракрасную технологию, основанную на близкой к инфракрасной спектроскопии (БИКС) и позволяет получить достоверную информацию о насыщении церебральной ткани кислородом, при различных патологических состояниях. 1, Церебральная оксиметрия измеряет локальную концентрацию гемоглобина (сатурированного- и десатурированного) и региональную насыщаемость тканей мозга кислородом (SctО2) на капиллярном уровне (артериолы, венулы, и капилляры).2, 3, 4 Таким образом, церебральная оксиметрия SctО2 это смешанный кислородный параметр, который имеет значение, между артериальной (SaO2) и венозной кислородной сатурацией яремной вены (SJVO2) при нормальных физиологических условиях, поэтому SaCO2> SctO> 2> SJVO2. Дополнительно к артериальной кислородной сатурации (SaO2), измеренной пульсоксиметрией, SctO2 отражает региональный церебральный метаболизм и баланс между доставкой и потребностью в кислороде. Преимущества церебральной оксиметрии: 1) она обеспечивает показатели SctO2 непрерывно и неинвазивно у кровати; 5 2) SctO2 это восприимчивый показатель гипоксии и/или ишемии мозга-6, 7, что является одной из главных причин повреждения головного мозга в клинической практике 8, 9.

Церебральный Оксиметр FORE-SIGHT™ (CAS Medical Systems) в настоящее время значительно отличается от церебральных оксиметров, имеющихся на рынке. Монитор FORE-SIGHT™ был создан с поддержкой ряда Грантов Исследования Новшеств и Малого бизнеса от Государственного Института Неврологических Нарушений и Инсульта (NINDS), Государственного Института Здоровья (NIH).10, FORE-SIGHT™ это - единственный Церебральный оксиметр, одобренный FDA (Управление по контролю за продуктами и лекарствами) за его точность. Церебральный Оксиметр FORE-SIGHT™, может проводить точные измерения и позволяет установить пороговые значения для SctO2, которые могут использоваться для координации клинических интервенций.

Церебральный Оксиметр FORE-SIGHT™ определяет насыщенность тканей мозга кислородом, основываясь на балансе концентраций HbO2 и Hb+ HbO2 в церебральной ткани, таким образом, SctO2 = 100 %* HbO2 / (Hb+ HbO2). Значение SctO2 отражает пропорциональное смешение артериальной и венозной крови, которое может быть откалибровано по артериальной и/или венозной крови из внутренней яремной вены. Считается, что при помощи церебрального оксиметра (БИКС технология) было определено, что микроциркуляторное русло церебральный ткани является приблизительно на 70 % венозным и на 30 % артериальным, у большинства людей при нормальных физиологических состояниях, основываясь на данных Позитронно Эмиссионной Томографии (ПЭТ). В доказательных исследованиях, церебральный оксиметр FORE-SIGHT предопределил, что SctO2 имеет ярко выраженную корреляцию с данными SctO2 по спектр пульсоксиметру, определяющему кислородную насыщаемость артериальной крови SpO2 между 70 и 100 % у 18 испытуемых.14-15 Отклонение и точность (1 стандартное отклонение) Церебрального Оксиметра FORE-SIGHT по SctO2 при сравнении с данными SctO2, полученными посредством ко-оксиметрии артериальной и венозной крови ярёменной вены, были равны 0.18±3.7 (1SD). Церебральный Оксиметр FORE-SIGHT с его способностью обеспечить точное измерение кислородной насыщаемости церебральной ткани (SctO2) одолевает ограничения предшествующих церебральных оксиметров.16 Эти клинически значимые пороговые значения SctO2, могут быть установлены Церебральным Оксиметром FORE-SIGHT для врачей, чтобы обеспечить наиболее бережный подход к пациенту. Известно, что безопасный нижний порог SJVO2 45 %, а верхний предел 70 %. 18, 19 У FORE-SIGHT SctO2 приблизительно на 10 % выше чем SjvO2 среди всего диапазона кислородных величин насыщения. Поэтому, Церебральный Оксиметр FORE-SIGHT понижает безопасный порог по SctO2 приблизительно до 55 %.

Потребность в прикроватной церебральный оксиметрии

Контроль церебральный оксигенации важен для того, чтобы подобрать оптимальный план ведения пациента при различных клинических состояниях. 20 '21 До сегодняшнего дня, наиболее достоверными методами определения церебральной оксигенации были: оксиметрия крови луковицы внутренней яремной вены (SJVO2) или по pO2 сенсору, установленному в ткани мозга.22-23 Преимущества SJVO2 мониторинга включают: a) улучшение исхода при оказании помощи пациентам с черепно-мозговой травмой (370 000 случаев/лет, в США); 24, 25, 26.; b). определение критических состояний, при которых церебральная ткань могла пострадать в результате падения концентрации кислорода при проведении кардио и/или нейрохурургических вмешательствах (800 000 случаев/лет во всем мире) 22,28 . В некоторых учреждениях SjvO2 мониторинг рутинно используется при операциях на аорте29, а также при проведении нейроинтенсивной терапии. В данных условиях, прикроватный церебральный оксиметр может позволить проводить неинвазивное измерение уровня церебральный оксигенации в реальном времени.

Несмотря на снижение индекса смертности, после проведения шунтирования коронарной артерии (CABG) и клапанной хирургии с кардиопульмонарным шунтированием (CPB), показатели когнитивных нарушений не уменьшились. 31. В некоторых исследованиях, у большинства пациентов были отмечены симптомы незначительно сниженной (когнитивной) познавательной функции, с уровнями в пределах от 60 до 80 %. 32 Существуют две различные формы травмы головного мозга, которые могут встречаться после CABG и операциях на аорте: неврологическая дисфункция (НД) и нейрокогнитивная дисфункция (НКД). НД определяется как клинически очевидное центральное или обще неврологическое нарушение, заканчивающееся инсультом, гипоксической энцефалопатией, переходным ишемическим приступом или ступором. НКД определяется как послеоперационная спутанность сознания, агитация, делирий, пролонгированное оглушение, или переходный Паркинсонизм. Частота возникновения НКД составляет от 40 % до 80 %, в зависимости от метода обнаружения и преимущественно у пациентов с коронарным шунтом или после операции на аорте.33 В то время как послеоперационную НД диагностировать легко, НКД является более скрытой, и для её диагносцирования необходимо провести глубокое тестирование нейрокогнитивной функции, которая должна проводиться хорошо обученным персоналом. Недавние сообщения, основанные на глубоком нейрокогнитивном тестировании перед и после операции предположили, что НКД больше нельзя считать доброкачественным само ограничивающим состоянием, а скорее длительным повреждением нейрокогнитивной функции, ведущим к ухудшению качества жизни, нарушая память и нормальную моторную функцию. 34

Этиология травмы головного мозга после кардиохирургии полностью еще не понята и несколько спорна. Некоторые из возможных механизмов включают: разбросанную микроэмболизацию, мозговую гипоперфузию, и метаболические факторы; уровень повреждения может быть более высок, когда продолжительность СЛШ (сердечно - лёгочное шунтирование) превышает 70 минут параллельно с быстрым перенагреванием, особенно у пациентов пожилого возраста. 35 Независимо от непосредственной причины, такая постоянная познавательная дисфункция, вероятно, исходит из – за ишемии мозга во время хирургических манипуляциях, что может быть результатом центральной артериальной эмболии,36 общим недостатком перфузии мозга,37 или при взаимодействии этих двух причинных факторов одновременно.38 Стратегии для предотвращения артериальной эмболизации и недостаточной церебральный перфузии отличаются. Чтобы избежать артериальной эмболии во время СЛШ, артериальные фильтры, интраоперационные снимки и аккуратные манипуляции хирурга являются обязательными. С другой стороны, диффузной гипоперфузии мозга можно избежать только при очень тщательным планировании: «если кое-что идет не так, как надо, то единственная надежда - раннее обнаружение и непосредственное восстановление адекватной перфузии прежде, чем разовьются необратимые повреждения головного мозга. С этой целью, точный контроль в реальном времени во время хирургических манипуляциях такого типа крайне необходим. 39 В настоящее время церебральная оксиметрия единственная доступная технология, которая позволяет своевременно обнаружить мозговую гипоксию и/или мозговую ишемию неинвазивно и непрерывно.

Церебральные оксиметры предоставляют информацию, которую не могут предложить другие прикроватные мозговые мониторы, например: амплитудно – интегрированная электроэнцефалография (аЭЭГ) и транскраниальная доплерография (ТКД). Другие методики, такие как позитронная эмиссионная томография (ПЭТ), КТ и магнитно резонансный томограф (МРТ) могут дать детализированный и "быстрый" показатель церебральный оксигенации, но все они не могут использоваться прикроватно и требуют работы специалиста. Так как церебральная оксиметрия может обеспечить непосредственное отображение изменений мозгового кровотока и изменения уровня оксигенации, она может найти широкий диапазон применений в операционных и в послеоперационных палатах, на отделениях интенсивной терапии и реанимации, крдио и нейро хирургии/ реанимации. Во всех этих ситуациях церебральная оксиметрия может быть использована для контроля безопасности и эффективности проводимого лечения.

Почему абсолютный церебральный оксиметр?

Текущая тенденция, что тренд графическая (под трендом понимают расчетную спрямляемую кривую изменения, построенную путем математической обработки статистических данных, на основе динамических рядов. Возможное написание термина - трэнд.) церебральная оксиметрия может быть неадекватной: предшествующие мозговые оксиметры имеющиеся на рынке измеряют мозговую оксигенацию только в виде тренд графика.40 Некоторые исследования предполагают, что хирургический подход не может быть изменён основываясь на применении тренд только церебральной оксиметрии. Так как эти мониторы измеряют только тренд, сначала необходимо установить нижнюю границу (прединдукционный показатель) нормы и поддерживать его на или около уровня предоперационной нижней границы.41 '42 Другой подход заключается в поддержании кислородной насыщенности мозга на уровне 20-25 % от значений полученных до индукции. 43, 44 Однако, исследования показали, что у семидесяти пяти процентов пациентов, которым предстоит коронарное шунтирование, имеются значительные нарушения региональной церебральный перфузии (rCP).45 Другие исследования также продемонстрировали, что у пациентов, которым предстоит сердечнососудистое хирургическое вмешательство, обширно распространена сосудистая болезнь мозга различной степени тяжести.46 Кроме того, патологический дооперационный показатель rCP является существенным индикатором пост-хирургического снижения результатов нейрофизиологического тестировании.47 Эти обнаружения указывают на трудность дефиниции "нормального" начального прединдукционного значения для тренд только церебральный оксиметрии. Снижение процентного показателя основанного на ненадёжности начального значения, является сомнительным порогом для клинических интервенций. Фактически, исследования подтвердили, что т. к. тренд только церебральный оксиметр может обнаружить нарушение церебральный оксигенации, определяя изменение в SctO2 от начального значения, что не может обеспечить точный и надежный нормальный пороговый показатель насыщенности церебральный ткани кислородом. 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54

Абсолютный церебральный оксиметр является неотъемлемой частью для индивидуально - подобранного лечения пациента. На сегодняшний день имеется множество клинических доказательств, которые продемонстрировали необходимость в индивидуально - подобранном протоколе лечения пациента наподобие уже существующих подходов к поддержки потока, артериального давления и pH при проведении сердечнососудистых опреациях. Все данные основаны на исследованиях, проведённых с небольшой группой пожилых пациентов или пациентов в группе высокого риска, а также на многих других современных исследованиях.55. Например, инсульт перераспределения случается более часто у больных перенесших операцию на сердце, среди общей совокупности инсультов (более чем 40 % против 2-5 %, соответственно).56 '57' 58 Gottesman и др. сообщают, что механизм инсульта перераспределения после операций на сердце может включать в себя интраоперационное понижение артериального давления пациента ниже его базового уровня.59 Это предполагает, что стандартный протокол поддержки оптимального диапазона артериального давления во время кардиальной хирургии, недостаточен для некоторых пациентов. Мы полагаем, что необходим «онлайн» монитор, чтобы оценить уровень артериального давления, а так же и изменения артериального давления в мозге. Наши исследования показывают, что абсолютный церебральный оксиметр FORE-SIGHT может использоваться для индивидуально – подобранного плана лечения пациента. Показатели насыщенности мозга кислородом SctO2 указывают на то, что поддержание среднего артериального давления на уровне 50-60 мм рт.ст. при проведении гипотермического СЛШ переносится большинством пациентов, но следует учесть, что эти уровни могут быть неадекватны для отдельных групп пациентов.

Список литературы:

1. Ferrari M, Mottola L, Quaresima Principles, techniques, and limitations of near infrared spectroscopy. V.CanJ Appl Physiol. 2004 Aug;29(4):463-87.
2. Benni PB, Chen B, Dykes FD, Wagoner SF, Heard M, Tanner AJ, Young TL, Rais-Bahrami K, Rivera O, Short BL, “Validation of the CAS Neonatal NIRS System by Monitoring VV-ECMO Patients: Preliminary Results”, Experimental Medicine and Biology, 2005;Volume 566.
3. Kurth CD, et. al. Cerebral oxygen saturation before congenital heart surgery.Ann Thorac Surg. 2001 Jul;72(1):187-92.
4. Watzman, HM, Kurth C D, Montenegro LM, et al. Arterial and venous contributions to near infrared cerebral oximetry. Anesthesiology 2000;93:947–53.
5. Madsen, P.L. and N.H. Secher Near-infrared oximetry of the brain. Prog Neurobiol, 1999. 58(6): p. 541-60.
6. Casati A, Fanelli G, Pietropaoli P, Proietti R, Tufano R, Danelli G, Fierro G, De Cosmo G, Servillo G. Continuous monitoring of cerebral oxygen saturation in elderly patients undergoing major abdominal surgery minimizes brain exposure to potential hypoxia, Anesth Analg. 2005 Sep;101(3):740-7
7. Yao FS, Tseng CC, Ho CY, Levin SK, Illner P. Cerebral oxygen desaturation is associated with early postoperative neuropsychological dysfunction in patients undergoing cardiac surgery. J Cardiothorac Vasc Anesth. 2004 Oct;18(5):552-8.
8. Orihashi K, Sueda T, Okada K, Imai K. Near-infrared spectroscopy for monitoring cerebral ischemia during selective cerebral perfusion. J Cardiothorac Surg. 2004 Nov;26(5):907-11.
9. Hogue CW Jr, Palin CA, Arrowsmith JE. Cardiopulmonary bypass management and neurologic outcomes: anevidence-based appraisal of current practices. Anesth Analg. 2006 Jul;103(1):21-37.
10. http://crisp.cit.nih.gov/
11. www.casmed.com
12. McCormick PW, et. al. Noninvasive cerebral optical spectroscopy for monitoring cerebral oxygen delivery and hemodynamics. Crit Care Med 1991 Jan;19(1):89-97
13. Ito H, Kanno I, Fukuda H; Human cerebral circulation: positron emission tomography studies. Ann Nucl Med. 2005 Apr;19(2):65-74. Review.
14. MacLeod DB, Ikeda K, Keifer JC, Moretti E, and Ames W, Validation of the CAS Adult Cerebral Oximeter during Hypoxia in Healthy Volunteers, Anesth Analg 2006; 102:S162
15. MacLeod DB, Ikeda K, Moretti E, Keifer JC, and Grocott H, Using the CAS Cerebral Oximeter to Estimate Cerebral Venous Oxygen Saturation Presented at the ASA 2005
16. Taillefer MC, Denault AY. Cerebral near-infrared spectroscopy in adult heart surgery: systematic review of its clinical efficacy. Can J Anaesth. 2005 Jan;52(1):79-87.
17. Fischer GW, Reich D, Plestis KA, Griepp RB, Results Utilizing Absolute Cerebral Oximetry Monitoring Suggests the Need for Tailored Patient Management during Cardiac Surgery, Presented at the Outcomes 2006: “The Key West Meeting”.
18. Macmillan CSA and Andrews PJD, Cerebrovenous oxygen saturation monitoring: practical considerations and clinical relevance. Intensive Care Med 2000; 26:1028-36
19. Chieregato A, et. al. Normal jugular bulb oxygen saturation. J Neurol Neurosurg Psychiatry 2003; 74:784- 786.
20. Feldman Z, et. al. Monitoring of cerebral hemodynamics with jugular bulb catheters. Crit Car Clin 1997; 13:51-77.
21. De Deyne C, et. al. Jugular bulb oximetry: review on a cerebral monitoring technique. Acta Anaesthesiol Belg 1998; 49:21-31.
22. al-Rawi PG, et. al. Multiparameter brain tissue monitoring--correlation between parameters and identification of CPP thresholds. Zentralbl Neurochir 2000;61(2):74-9
23. Jodicke A, et. al. Monitoring of brain tissue oxygenation during aneurysm surgery: prediction of procedurerelated ischemic events. J Neurosurg 2003 Mar;98(3):515-23
24. Cruz J. The first decade of continuous monitoring of jugular bulb oxyhemoglobin saturation: Management strategies and clinical outcome. Cri Care Med 1998; 26:344-51.
25. Gopinath Sp. et. al. Jugular venous desaturation and outcome after head jnjury. J neurol Neurosureg Psychiatr 1994; 57:717-23.
26. Cormio M, et.al. Elevated jugular venous oxygen saturation after severe head injury. J Neurosurg 1999; 90:
27. Croughwell ND, et. al. Jugular bulb saturation and cognitive dysfunction after cardiopulmonary bypass. Ann Thorac Surg 1994; 58:1072-8.
28. Moss E, et. al. Effects of changes in mean arterial pressure on SjO2 during cerebral aneurysm surgery. Br J Anaesth 1995; 75:527-30.
29. Reich DL, et. al. Using jugular bulb oxyhemoglobin saturation to guide onset of deep hypothermic circulatory arrest does not affect post-operative neuropsychological function. Eur J Cardiothorac Surg. 2004 Mar;25(3):401-6; discussion 406-8.5
30. Himmelseher S, et. al. Intraoperative monitoring in neuranesthesia: a national comparions between two surveys in Germany in 1991 and 1997. Anesth Analg 2001; 92: 166-71
31. Roach GW, et al. Adverse cerebral outcomes after coronary bypass surgery. N Engl J Med 1996;335:1857–63.
32. Newman MF, et al. Longitudinal assessment of neurocognitive function after coronary artery bypass surgery.N Engl J Med 2001;344:395–402.
33. Richard FM, Bill IW: Normothermic versus hypothermic cardiopulmonary bypass: Central nervous system outcome. J Cardiothorac Vasc Anesth 10:45-53, 1996
34. Newman MF, et al. Report of the substudy assessing the impact of neurocognitive function on quality of life 5 years after cardiac surgery. Stroke. 2001; 32: 2874–2881.
35. Newman MF, et al. Longitudinal assessment of neurocognitive function after coronary artery bypass surgery.N Engl J Med 2001;344:395–402.
36. Ergin MA, et. al. Hypothermic circulatory arrest in operations on the thoracic aorta. Determinants of operative mortality and neurologic outcome. J Thorac Cardiovasc Surg 1994; 107: 788
37. Plestis KA, Gold JP. Importance of blood pressure regulation in maintaining adequate tissue perfusion during cardiopulmonary bypass. Semin Thorac Cardiovasc Surg. 2001 Apr;13(2):170-5.
38. Christian Hagl et. al. Hypothermic circulatory arrest during ascending and aortic arch surgery: the theoretical impact of different cerebral perfusion techniques and other methods of cerebral protection Eur JCardiothorac Surg 2003;24:371-378
39. Murkin JM. Hemodynamic changes during cardiac manipulation in off-CPB surgery: relevance in brain perfusion. Heart Surg Forum. 2002;5(3):221-4.
40. FDA 510 (K) - K001842
41. Goldman S, et. al. Interventions based on cerebral oximetry reduce the incidence of prolonged ventilation and hospital stay in cardiac surgery patients. Outcomes 2004:The Key West Meeting, Florida, May 19-24, 2004
42. Goldman S, et. al. Optimizing intraoperative cerebral oxygen delivery using noninvasive cerebral oximetry decreases the incidence of stroke for cardiac surgical patients. Heart Surg Forum. 2004;7(5):E376-81.
43. Murkin JM. Perioperative detection of brain oxygenation and clinical outcomes in cardiac surgery. Sem Cardioth Vasc Anesth 2004; 8(1): 13-14.
44. Murkin JM; et. al. Brain oxygenation in diabetic patients during coronary surgery: A randomized prospective blinded study. Anesth Analg 2005;100:SCA101.
45. Moraca R, et. al. Impaired baseline regional cerebral perfusion in patients referred for coronary artery bypass. J Thorac Cardiovasc Surg. 2006 Mar;131(3):540-6
46. Nakamura Y. et. al. The prevalence and severity of cerebralvascular disease in patients undergoing cardiovascular surgery. Ann Thorac Cardiovasc Surg 2004: 10:81-4
47. Hall RA, et. al. Brain SPECT imaging and neuropsychological testing in coronary artery bypass patients:single photon emission computed tomography. Ann Thorac Surg. 1999 Dec;68(6):2082-8.
48. Reents W, et. al. Cerebral oxygen saturation assessed by near-infrared spectroscopy during coronary artery bypass grafting and early postoperative cognitive function. Ann Thorac Surg. 2002 Jul;74(1):109-14.
49. Oki A, et.al. Simultaneous monitoring of somatosensory evoked potentials and regional cerebral oxygen saturation combined with serial measurement of plasma levels of cerebral specific proteins for the early diagnosis of postoperative brain damage in cardiovascular surgery. J Artif Organs. 2004;7(1):13-8.
50. Yoshitani K et. al. Comparison of changes in jugular venous bulb oxygen saturation and cerebral oxygen saturation during variations of haemoglobin concentration under propofol and sevoflurane anaesthesia. Br J Anaesth. 2005 Mar;94(3):341-6. Epub 2004 Dec 10. Comment in: Br J Anaesth. 2005 Jun;94(6):863; author reply 863-4.
51. Schwarz G. Cerebral oximetry in dead subjects. J Neurosurg Anesthesiol. 1996 Jul;8(3):189-93. Comment in: JNeurosurg Anesthesiol. 1997 Apr;9(2):194-5. J Neurosurg Anesthesiol. 1997 Jan;9(1):76-7.
52. Ulrich Beese et. al. Comparison of Near-Infrared Spectroscopy and Somatosensory Evoked Potentials for the Detection of Cerebral Ischemia During Carotid Endarterectomy. Stroke. 1998;29:2032-2037
53. K. Buchner et. al. Near-infrared spectroscopy - not useful to monitor cerebral oxygenation after severe brain injury. Zentralbl Neurochir 2000; Vol. 61: 69-73
54. Mille T, Near infrared spectroscopy monitoring during carotid endarterectomy: which threshold value is critical? Eur J Vasc Endovasc Surg. 2004 Jun;27(6):646-50.
55. Hogue CW Jr, et. al., Cardiopulmonary bypass management and neurologic outcomes: an evidence-based appraisal of current practices. Anesth Analg. 2006 Jul;103(1):21-37.
56. Yamamoto Y, Georgiadis AL, Chang H-M, Caplan LR. Posterior cerebral artery territory infarcts in the New England medical center posterior circulation registry. Arch Neurol. 1999;56:824–832.
57. Rankin JM, et. al. Mechanism of stroke complicating cardiopulmonary bypass surgery. Aust N Z J Med. 1994;24:154 –160.
58. Paciaroni M, et. al. Neurovascular territory involved in different etiological subtypes of ischemic stroke in the Perugia stroke registry. Eur J Neurol. 2003;10:361–365.
59. Gottesman RF. et. al. Watershed Stroke After Cardiac Surgery - Diagnosis, Etiology, and Outcome, Stroke. 2006; 37:2306-2311