包含多模态监护和神经保护的颅脑损伤重症监

发布时间:2021-11-7

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陈采霞彭小凡翻译马新华校对

摘要:中到重度创伤性脑损伤(TBI)患者需要在重症监护病房(ICU)进行由不同的内科专家组成的多学科团队密切合作下的治疗,这些专家包括重症科医生、神经外科医生、神经内科医生以及ICU护士、物理治疗师和人体机能或心理治疗师。主要目标包括防止二次脑损伤造成继发性脑损伤,并调整身体状态以利于康复和早期复原的措施。我们采用格拉斯哥昏迷分级法区分病情的中度及重度,因此通常只是在疾病早期进行的一个快速评估。由于本病的病理生理途径特征,最初被归类为中度的TBI可能需要与重度TBI进行相同的复杂的监管、监测和治疗,甚至可能进展为重度且难治性TBI。由于创伤性脑损伤是一种对造成大脑一系列不同影响的综合征,而且,例如,与年龄相关的并发症及其治疗可能会对身体产生重大影响,因此基于疾病监测数据和影像检查结果的,在考虑发病前基础疾病前提下量身定制的个体化治疗方法是非常有必要的。

关键词:创伤性脑损伤;治疗;神经重症监护;多模态监测

背景

创伤性脑损伤(TBI)仍然是当今世界致死和致残的主要原因,在欧洲和美国,估计有超过万人因TBI导致残疾。在发达国家,创伤性脑损伤对65岁以上的人的影响越来越大,通常是由低空坠落导致。而15-44岁的患者常因为高速交通事故导致TBI,目前其数量由于道路条件的改善、交通法规的加强和车辆安全功能的提高而逐渐减少。在中低收入国家,年轻TBI患者造成的社会负担变得越来越突出,这些国家面临着更高的导致TBI的风险因素,并且缺乏治疗相关疾病的卫生机构。拉丁美洲和撒哈拉以南非洲地区因道路交通事故导致TBI相关疾病的发病率较高,从-‰不等,而全球发病率为/10万。大约10-15%的TBI患者存在需要专科护理(主要是重症监护病房(ICU))的严重损伤。

尽管大多数干预措施缺乏科学证据,但内外科结合的方法在过去20年中变化不大。因此,临床医生必须依靠来自专家们基于几十年积累和完善的临床经验得出的观点。此外,通常在所有患者中应用的治疗指南都来源于队列研究。这种研究方法忽略了潜在的病理特征的差异和脑损伤前身体条件的影响。TBI更确切地说是一种综合征,它包括一系列具有不同病理生理途径的脑部病变,另外还受到与患者相关的损伤前因素的影响。因此,治疗措施可能因患者而异,并且应该针对个别患者的特定病理生理机制制定。此外,目前有关颅脑损伤的知识主要来自遭受高速交通伤害的年轻患者(通常是男性)。然而,在发达国家,由于低空坠落导致的65岁以上的患者越来越多,而15-44岁患者的发病率下降了。这增加了老年人的典型风险因素,如与年龄相关的合并症及其药物治疗。

病理学和病理生理特点

颅脑外伤后,脑组织的损伤程度由原发性和迟发的继发性损伤决定。原发性损伤是由外部物理力量(击打、加速/减速和旋转)在撞击时传递的动能造成的,导致颅骨骨折、血肿和脑组织变形和破坏,包括挫伤和轴突损伤。随着时间的推移,多种分子及细胞途径激活引发的继发性损伤都不可避免地加重了原发性损伤,并可能进一步促进继发性损伤(例如,低血压、缺氧、低碳酸血症、高血糖、低/高体温、电解质紊乱、癫痫发作加剧能量供需失衡)。此外,扩散性去极化,一种新的电干扰会引起细胞无氧代谢,能量底物耗尽,并且似乎也会导致更糟糕的临床结局。损伤过程中轴突的伸展还可能会导致突触断开,可能会破坏髓鞘,影响信号转导(同步放电神经元)。这会导致跨膜离子通量(钾外流和钙内流)的失调,并可能影响轴突运输,从而增加继发性轴突离断和脱髓鞘的发生。离子通透性的改变和兴奋性神经递质特别是谷氨酸的释放,通过能量衰竭传播损伤,增加钙内流到细胞内,导致细胞内钙超载和自由基超载。钙超载导致线粒体功能障碍,引发进一步的能量缺乏以及细胞坏死和凋亡。所有这些变化可能促进细胞毒性和/或血管源性(血脑屏障(BBB)通透性增加)脑水肿的发展,并可能损害脑血管自身调节功能(图1)。根据Monro-Kellie学说,由于颅骨的包裹,颅内内容物(血管、脑血容量(CBV)、脑脊液(CSF)、脑组织和肿块病变)的体积之和保持不变。因此,由于血管扩张(血管充血)导致的CBV增加和/或由于BBB(血管源性脑水肿)和/或细胞肿胀而导致的血管外积水增加,以及未清空的软组织肿块,会占用脑脊液和组织的体积(压缩)。一旦这个容积增加超过了颅内间隙的代偿能力(例如,脑脊液容积的减少),颅内压(ICP)就会上升。

创伤可导致促炎状态的激活(全身性炎症反应综合征(SIRS))。神经炎症,也是由原有的小胶质细胞促进的,可能会加重继发性损伤。此外,伴随的颅外损伤和大出血可能导致缺氧或动脉低血压,从而促进SIRS,从而进一步加重继发性损伤的发展。这一系列复杂的事件始于创伤发生后的几分钟,但会持续数周甚至数月,尤其是炎症。

创伤性脑损伤不是一个单一的病症

创伤性脑损伤会导致从轻微到毁灭性的各种程度的损伤。最初我们采用基于格拉斯哥昏迷分级(GCS)的临床严重程度进行分类。将评分低于或等于8分的归类为重度颅脑损伤。颅内占位和/或扩大的硬膜外、硬膜下和颅内血肿可能需要在受伤后的第一个小时内行紧急手术引流。当头部创伤导致脑挫伤/颅内血肿时,这些损伤在撞击后的前几个小时内体积扩大超过50%,病灶要么扩大,要么发展成新的、不连续的出血病灶。这种现象被称为挫伤出血性进展(HPC),由于出血性挫伤发生在功能无法恢复的组织中,而且血液对大脑有严重的毒性,HPC是颅脑损伤后最严重的继发性损伤之一。在过去,HPC主要被归因于原发性损伤时破裂的微血管持续出血。这表明持续出血可能是由于明显的或潜在的凝血障碍,因此人们尝试使用重组因子VIIa(rFVIIa)等药物纠正凝血功能。最近,有人提出一种新的导致HPC的机制,这可以解释为什么rFVIIa在TBI的早期治疗中不能降低死亡率或发病率。该观点认为HPC的发生机制与损伤区域(半暗带)的迟发性进行性微血管衰竭有关,其原因是颅脑损伤虽然不致于破坏微血管,但诱可以导一系列不良的分子事件,最终导致其结构破坏。进而导致迟发性的点状出血,然后合并产生出血进展,最终也需要手术治疗。更细微的损害(例如,创伤性轴索损伤或弥漫性轴索损伤,当涉及三个或更多位置时,在初始CT或甚至后续影像学检查上显示可能不明显,但可以在磁共振成像(MRI)上观察到)。然而,由于神经元连接中断导致的神经元网络中断,它们可能会对幸存者的生活质量造成严重影响。

不同的病变类型通常可以组合出现。虽然脑挫伤、颅内和硬膜下血肿以及快速增长的未排空的硬膜外血肿具有增高ICP和后续导致严重残疾或死亡的高风险,但对于轴突损伤、创伤性蛛网膜下腔出血和点状出血,ICP增加的风险较低。然而,致残和致死的风险可能也很高,主要见于多个脑区的轴突损伤及广泛的创伤性蛛网膜下腔出血。

与年轻患者相比,老年患者通常受到较低能量的撞击(例如,地面坠落),导致硬膜下血肿比例较高,挫伤或硬膜外血肿较少。另一方面,脑萎缩和增多的脑脊液缓冲了空间占位,导致颅内压升高的发生率较低。此外,年龄相关的合并症减少了应对急性时相反应、神经体液和代谢变化的生理储备。创伤后癫痫在老年患者中的较高发生率增加了早期二次损伤(特别是缺氧和低血压)的发生率和严重程度,从而加重了继发性脑损伤。

中重度颅脑损伤患者的多模态监测与治疗

目前,重症颅脑损伤患者在ICU接受专业的神经强化治疗,并结合一般重症监护中使用的策略,如液体支持和使用血管活性物质和儿茶酚胺维持动脉压和内脏器官灌注,人工通气使呼吸系统正常进行气体交换,温度控制,感染控制和治疗,以及由包括强化医师在内的多专业团队与神经外科医生、神经内科医生、熟练的护士、物理治疗师和康复专家密切合作进行早期肠内营养。这种方法的目的是防止二次损伤,维持大脑稳态,并保持康复潜能。

神经科临床检查与早期影像学检查

临床检查仍然是一个基本的监测方法,用以确定神经系统病情进展和潜在的手术干预适应症,即使对于昏迷或镇静的患者同样适用。采用GCS评分,瞳孔直径和对光的反应性进行基础检查。然而,GCS评分经常在事故现场进行,往往不满足根据GCS评分的原始描述进行复苏的前提条件。因此,急救小组计算和传达的GCS可能高估了意识障碍的程度。由于气管插管导致言语反应无法评估,面部损伤可能会影响睁眼反应,运动反应仍然是GCS评分的主要可评估成分。因此,格拉斯哥昏迷评分中的运动成分被认为是GCS评分中最稳健和最重要的部分。

对深度镇静的患者进行神经学评估需要中断镇静(唤醒试验),这可能会导致病情恶化,例如动脉压升高、呼吸机对抗、耗氧量增加和颅内压(ICP)一过性升高。目前还不清楚这将在多大程度上影响大脑稳态。然而,唤醒测试可能有助于识别重要的临床变化(恶化或改善),并可能影响临床干预,以便对那些病情恶化或者带气管插管及机械通气时间更短的患者进行更积极的干预。

瞳孔直径和光反应性的评估至关重要。瞳孔散大,无光反应,通常是由于第三颅神经受压(如中线移位和钩回疝)所致。到目前为止,自动瞳孔测量法,一种测量瞳孔大小和光反应性的便携式技术,自动提高了评分者之间的准确性,特别是当瞳孔很小的时候(例如,使用阿片类止痛剂)。

超过40%的TBI患者在ICU的头48小时内因GCS评分下降2分而表现出实质性的恶化,出现双侧瞳孔不对称或光反应消失或者神经系统病情恶化或CT表现,足以提示需要进行内科或外科干预。这与高ICP及预后不良显著相关。

在其他方面,神经系统病情恶化也是由于在病变有机会出现或发展之前立即进行早期CT检查(在TBI后几分钟内)造成的。如上所述,实质病变可在数小时或数天内扩大或新发。因此,所有昏迷的患者都应该在24小时内常规进行第二次CT扫描。这可能可以发现三分之一的存在需手术的病变的病例。此外,如果出现任何实质性的临床恶化或ICP升高,必须进行新的CT扫描。

颅内压与脑灌注压

颅内压

相当数量的重型颅脑损伤患者会出现颅内压升高,这通常取决于颅内病变、年龄和高颅内压的定义。最广泛接受的ICP治疗阈值是20mmHg,尽管最新的指南建议的是22mmHg。然而,如上所述,这一一般阈值限制了根据个别患者的需要进行最佳治疗。现有数据表明,临界ICP阈值在年轻和老年患者以及男性和女性患者之间可能有所不同,而老年患者(年龄55岁以上)及女性患者预测不良预后的ICP阈值更低(18mmHg对比22mmHg)。

自20世纪80年代以来,颅内压监测一直是颅脑损伤护理的基石。成人使用的设备包括硬膜下或脑实质内探头或连接到监视器的脑室导管。尽管与重复的临床检查和CT扫描相比,多中心试验没有显示出连续测量ICP的管理优势,但ICP监测的作用不应被放弃,因为这项研究主要强调了单独监测与改善结局之间没有直接联系。

根据实用指南,重型颅脑损伤患者(GCS小于等于8)应进行颅内压监测。这一建议是基于一些证据表明,ICP引导的治疗可以降低早期死亡率。

ICP治疗方案的细节各不相同,主要基于临床经验和共识指南,而不是基于明确的科学证据。原则上,科学界提出了三种主要的策略:传统的以升高的颅内压为靶向的治疗方法,以控制脑灌注压(CPP)为目标的Rosner理念,以及Lund理念,一种容量靶向治疗方法。

颅内压为导向的“传统”方法

由于颅内压连续监测可预测脑损伤和脑疝的发生,已成为神经监测的基石。虽然没有随机试验证实针对ICP的监测和治疗在脑外伤中的益处,但在一些文献中可以找到实质性的支持,即ICP监测可以改善预后。用抬高床头、镇静、积极治疗全身性高血压、神经肌肉阻滞、脑脊液(CSF)引流(通常通过体外脑室造瘘术、渗透疗法、过度通气和巴比妥酸盐诱导昏迷来降低和控制颅内压)的“传统”方法已被摒弃,因为它忽略了过度通气、降低血压、抬高床头、渗透疗法和巴比妥酸盐的不良影响(表1)。此外,一些研究表明,在颅内压极高时,集中对CPP进行积极管理仍然可以获得良好的神经预后。

脑灌注压为导向的疗法

大脑的氧气输送取决于不同的因素,如脑血流量(CBF)和血液的含氧量。CBF本身同样依赖于心输出量、脑灌注压(CPP,即平均动脉压和ICP之间的差值)和脑血管阻力(血管调节,例如,自身调节、低碳酸血症血管收缩,和比如由于颅内压升高导致的血管压缩)。在仍具备自身调节功能的患者中,将CPP作为相对脑灌注的替代指标比仅仅针对升高的ICP进行治疗更重要。然而,CPP的最佳水平存在相当大的不确定性。为了探讨这个问题,重要的是要记住,大脑的氧合依赖于氧的输送和氧的消耗(大脑的氧代谢率(CMRO2))。在健康大脑中,CPP作为CBF的替代物被定义为平均动脉压(MAP)与进入硬脑膜窦前的小脑静脉压之间的差值。因此,CPP代表了CBF的驱动压力,从而代表了氧气和代谢物的输送。在正常的大脑中,通过改变脑血管的阻力(脑血管阻力(CVR)),大范围内的脑血流量被自动调节,以提供恒定的血流量,而不受血压变化的影响。因此,血管内压高时CVR高,血管内压低时CVR低。脑血管阻力是由肌源性、代谢性和神经源性因素控制的,这些因素之间的相互作用目前仍知之甚少。虽然CBF压力自动调节的经典描述已被广泛接受,但已有报告称低血压时受试者之间循环反应模式存在显著差异。脑外伤后动态平衡机制通常至少部分丧失(CVR通常增加),大脑变得更容易受到血压变化和全身性低血压的影响,进而进一步加重脑缺血。可能损害自身调节的其他因素包括低氧血症、高碳酸血症,以及低碳酸血症,因为过度换气通常会降低脑血流量。这种二氧化碳反应性通常(但不总是)在头部受伤后被保留下来。无论是MAP下降还是ICP升高都会使有效CPP减低。先前有研究认为,在颅脑损伤患者中维持CPP大于50mmHg被认为是可以接受的。然而,在创伤后,如果自动调节被保留,它会向右移动。因此,需要更高的CPP来维持足够的CBF。增加CPP还可以通过减少脑血容量(CBV)和通过自动调节血管收缩减少脑水肿来最小化ICP。Rosner等人建议将颅脑损伤患者的CPP保持在70mmHg以上,以最大限度地减少脑缺血,并防止因灌注不足而导致的瀑布效应。然而,由于自身调节功能经常受损,动脉压升高可能导致CBF和CBV增加,从而导致ICP升高。此外,毛细血管静水压升高可能增加脑水肿和颅内高压。病理生理学的这一部分是所谓的“Lund”方法的主要原则(见下文)。

创伤性脑损伤脑灌注压导向治疗的理论基础

损伤的脑组织进行代谢需要最佳的脑血流量(CBF),这是CPP临床应用的基础。应用CPP的目的是保护缺血半暗带,避免二次损伤的加重,如兴奋性毒性、自由基的产生和炎症反应。Rosner和Daughton已经证明高于70mmHg的CPP可能会改善患者的预后。因此,预防性升高CPP以避免脑缺血,并在一段时间内维持理想的CBF的概念得到了支持。随后,一项随机对照试验表明,CPP维持在70mmHg以上与急性呼吸窘迫综合征(ARDS)风险增加5倍相关。此外,CPP值高于70mmHg并没有提供任何结局益处。因此,建议避免CPP高于70mmHg。然而,低CPP导致CBF减少,可能导致CBV升高,从而使ICP在自身调节范围内升高,并使受损的脑组织更容易发生脑缺血和脑梗死。

使用微透析、颈静脉血氧饱和度和脑组织氧饱和度(PbtO2)的研究显示,CPP低于50mmHg时有缺血迹象,而CPP高于60mmHg可以帮助避免出现脑氧饱和度减低。这表明CPP的临界阈值在50到60mmHg之间。然而,由于颅脑损伤后脑血流和代谢的异质性,以及对CPP需求的区域性时间性差异,脑监测技术,如颈静脉血氧饱和度(SvJO2)、脑组织氧分压(PbtO2)监测和脑微透析可以提供补充和特定的信息,以便为每位患者选择最佳的CPP。其中,脑供氧的优化可以在CPP的指导下进行。降低的MAP应该使用血管增压剂和液体扩张来纠正。目标MAP必须兼顾到,如果保留自身调节功能,既往高血压患者的自身调节功能会发生右移。然而,这并没有考虑到个体需求的差异,也没有考虑到颅骨内不同隔室的ICP可能是不同的。维持某个CPP阈值只有在一般的具备自身调节功能的情况下才有意义,否则MAP和ICP可能是平行改变的。因此,最新的指南建议对保留自身调节和不保留自身调节的个体进行区别对待。

以CPP为目标的治疗理念包括:

1.预防ICP上升和维持CPP的基本措施:

1).轻度镇静;

2).正常压力的机械通气;

3).使用等渗晶体甚至胶体(不含白蛋白)维持正常血容量;

4).平均动脉收缩压维持在mmHg;

5).如果具备自身调节功能,维持60-70mmHg的脑灌注压;

6).保持正常体温;

7).正常血氧水平;

8).肠内营养。

2.如果ICP增加,可能需要积极干预:

1).深度镇痛;

2).对可手术治疗的占位性病变进行影像学检查及治疗或排除;

3).脑脊液引流(如果脑室尚未完全压缩则插入脑室导管,存在感染风险);

4).如果仍具备自身调节功能,提高平均动脉压来减少脑血容量而不影响脑血流量(心血管副作用的风险,促进水肿形成的风险);

5).使用高渗液(3-7.5%NaCl(HTS,高渗盐水)、1molm/L乳酸钠、20%甘露醇)可有效降低颅内压。目前仍不确定,这些药物是否有助于得到更好的神经学预后。许多试验中采用的分层计算方法使得很难确定各种治疗到底是有益的,还是潜在的有害的。甘露醇在减轻颅脑损伤后脑组织肿胀方面似乎不如7.5%氯化钠和高渗乳酸钠有效。此外,有证据表明,过量使用甘露醇可能是有害的,因为甘露醇可能会从血液进入大脑,会加剧脑水肿,增加ICP(反弹性水肿)。与7.5%的NaCl相比,甘露醇不能改善组织氧合。虽然这两种渗透剂都增加了脑血流量,但HTS治疗的增加幅度似乎更大,HTS似乎减少了细胞外兴奋性氨基酸(谷氨酸)的积累,从而防止了谷氨酰胺毒性和神经元损伤。然而,根据格拉斯哥预后评分,治疗6个月后,两组之间的神经学结局没有差异。总体而言,所有这些干预措施改善神经预后的证据仍然非常有限,它们具有液体超负荷的风险,包括心血管事件和渗透性利尿的风险,包括脱水。

3.积极治疗顽固性颅内压升高:

1).代谢抑制(例如,针对脑电引导的巴比妥酸盐昏迷的突发抑制)。降低大脑耗氧量约50%,从而减少脑血流量和脑血容量,特别是在仍具备自身调节功能的情况下。没有证据表明可以改善结局(心血管抑郁的风险,感染的风险);

2).低体温(例如,34℃可以降低大脑的耗氧量,从而降低脑血流量和脑血容量)。证据主要来自动物实验,没有确凿的对人类有益的证据,但心血管损害和感染的风险增加。在最近的一项多中心研究中,在颅内压超过20mmHg的患者中,治疗性低温加上降低颅内压的标准护理并不会比单纯标准护理产生更好的结局。因此,最新的指南并不推荐低温治疗;

3).仅对特定病例实施去骨瓣减压术(DC)是治疗严重难治性ICP的最后手段,可降低ICP和死亡率,但同时增加了6个月内不良结局的发生率;

4).过度通气(仅限抢救治疗,脑缺血风险高)。

一个有趣的研究观察到腹内压升高(IAP)对ICP的影响。似乎腹内高压(IAH)可传导到颅内间隙,导致ICP增加。相反,对顽固性颅内压增高患者行开腹减压术可以降低IAH患者的颅内压。

Lund理念:产生背景及临床应用

Lund理念是一种以ICP和脑容积为治疗导向的理念,是一种治疗方法,其重点是通过减少颅内容积来降低ICP。这一理论假设,通过降低CPP,使血管源性水肿的风险降低,从而降低颅内压升高的风险。这一概念是由Asgeirsson等人于年提出的。与之前描述的“传统”治疗方法不同,它强调降低微血管压力以最大限度地减少脑水肿的形成。脑水肿是由于血管源性脑水肿,使大分子(如白蛋白)从血管中渗出穿过受损的血脑屏障而发生的。水随大分子(如白蛋白)渗透进入血管外腔。这会对脑组织造成压迫和损害。Lund理念的目标是通过输注白蛋白和纠正贫血来保持正常的胶体渗透压,通过药物控制血压来降低毛细血管静水压,通过血管收缩来减少脑血容量。

这是通过平卧位姿势、镇静、严格控制全身高血压、避免神经肌肉阻滞、过度通气、渗透疗法和巴比妥酸盐昏迷来实现的。

因此,这个理念包括:

1.小剂量硫喷妥钠(0.5-3mg/kg/h)轻度镇痛,使用β-1受体拮抗剂美托洛尔,α-2受体激动剂可乐定减轻压力和脑代谢;

2.美托洛尔和可乐定降低毛细血管静水压;

3.维持胶体渗透压,输血/白蛋白维持液体平衡和使用速尿。

目标:ICP20-22mmHg,CPP在50-70mmHg水平。

虽然这个理念的病理生理学基础很吸引人,但到目前为止,还没有比较Lund理念和其他治疗方法的更大规模的研究。有两个小规模随机试验(一个有68个,另一个有60名患者)比较了CPP导向疗法和Lund理念的改进版本,结果显示Lund方法可以改善预后。然而,年在Cochrane系统评价数据库上发表的一项系统评价并不支持Lund理念。自从它被提出以来,目前的理念版本与最初提出的理念版本没有太大不同,除了静脉收缩剂二氢麦角胺被删除了。二氢麦角胺最初用于难治性、危及生命的高颅内压患者,但由于潜在的不良血管收缩效应而被停止使用。主要的质疑主要是Lund理念低估了继发性脑缺血的影响,与通过增加脑灌注压来优化脑血流的共同治疗目标相矛盾。以前有研究表明,低CPP会导致脑血流量减少,并使受损的大脑易于发生脑缺血和脑梗死。

在自身调节范围内,低CPP可通过代偿性血管舒张反应降低灌注压而增加颅内压。使用微透析、颈静脉血氧饱和度和脑组织氧饱和度(PbO2)进行的研究发现,将CPP提高到60mmHg以上可以避免存在缺血迹象的受损大脑的脑氧饱和降低。此外,白蛋白和类固醇的使用分别与SAFE试验和CRASH试验的结果相矛盾。总而言之,Lund理念在瑞典以外并没有得到广泛的接受。这是因为与以CPP为导向的治疗相比,Lund理念的优势证据非常有限,而且存在几个有争议的问题。此外,在过去十年中,已经观察到在Lund理念中以60-70mmHg为目标CPP和在CPP导向疗法中CPP不高于70mmHg的标准在两个理念之间存在一定的趋同。

采用先进的床旁生理监测仪进行脑灌注压的量身定制管理

如上所述,颅脑损伤的病理生理学具有高度异质性,因为它受患者、损伤类型和所接受治疗的影响。因此,一刀切的管理策略并不是最佳的。更准确地了解影响因素可以更好地确定患者特定的目标和更好的量身定制的治疗方法。

例如,颅内压升高本身并不是一种诊断,而是一种由不同的、通常是共存的病理生理过程引起的症状。它们包括颅内肿块占位,由于血管充血和/或代谢需求过多和/或高碳酸血症而导致的自身调节功能障碍导致的CBV增加,血管源性或细胞毒性脑水肿,或脑脊液重吸收障碍。

在过去的二十年里,人们使用来自多种监测技术的聚合参数,发现了更具体的识别病理生理紊乱的方法。CPP仅提供了有关大脑循环中血液流动的驱动压力的信息。相关的下游代谢事件目前只能使用通过公共插入螺栓插入的测量颈静脉球血氧饱和度(SjVO2)、脑组织氧分压(PbtO2)和微透析的仪器来检测。此外,可以使用自身调节功能评估、连续脑电图(EEG)或其替代技术双谱指数(BIS)以及不同的成像方式(例如经颅多普勒超声)来获得更多信息,并有可能实现个体化的有针对性的干预。所有这些技术通常提供关于病理过程的间接信息,但存在一些限制。然而,它们很少被使用,即使在专业的神经科ICU中也是如此。

颈静脉球血氧饱和度、动静脉乳酸差值

脑氧输送量(DO2)是脑血流量(CBF)和动脉血氧含量的乘积。在健康人中,大脑代谢率(CMRO2)与脑血流量相耦合,因此当CMRO2增加时,脑血流量也会增加以满足需求。动脉血和静脉血之间的氧利用率保持不变。但在颅脑损伤患者中情况并非如此,在这些患者中,50%或更多的患者表现出大脑自身调节功能缺陷以及随后的CBF与CMRO2脱钩的证据。氧含量与饱和度成正比,因此,动静脉(a-v)血氧含量的差异可以通过SaO2和SjVO2的差异来确定。因此,SjVO2是动脉血氧饱和度、CBF和CMRO2的函数。在CMRO2增加而脑血流量没有增加的情况下,a-vO2差值会随着脑氧摄取的增加而增加。

SjVO2的持续监测是通过正常放置在右颈内静脉的光纤导管进行的,因为大脑皮质区主要是通过右颈静脉灌注。另一种选择是将导管插入流量最大的静脉。这可以通过超声波确定优势静脉来完成。导管的尖端在颈静脉球内向前推进,以防止受到颅外血液污染。持续监测SjVO2可以评估全脑氧输送和利用之间是否平衡,并反映脑氧缺乏。此外,如果同时测量全身和颈静脉乳酸,可以通过动静脉乳酸差值(AVDL)的增加来检测脑乳酸增加反映的脑缺血。在大脑代谢稳定的情况下,SjVO2的变化反映了CBF的变化。因此,SjVO2具有预测价值,SjVO2降低到55%以下与不良预后相关。年Chieregato等人证明CPP水平低于60mmHg与异常的动静脉乳酸差值(AVDL)和SjO2相关。因此,SjVO2有助于确定维持脑氧合所需的最佳CPP。其对区域变化的敏感性有限,因此作为全脑氧和状态的检测措施存在限制。在超过13%的大脑变得缺血之前,SjVO2的减少量不会超过50%。

根据菲克原理,大脑耗氧量可以用以下公式计算:

CMRO2=CBFx(动脉血氧含量-颈静脉血氧含量)(1)

其中:

CaO2(CvO2)=(Hbx%x1.34)+(动/静脉氧分压x0.(2)

静脉血氧饱和度与动脉血氧饱和度的差值被用来推测大脑的需氧量和指导治疗。

怀特和贝克于年提出了一种监测异常SjVO2的计算方法(图2)。

由于技术原因,SjVO2测量较为繁琐,在临床常规中使用频率不高。

脑组织氧分压(PbtO2)

脑氧分压(PbtO2)可以通过使用极谱Clarke型电极或光纤技术的带有传感器的侵入性探头进行连续测量。PbtO2提供了一种连续的(尽管测量部位非常局限)细胞外氧分压的测量方法,作为评价氧输送是否充足的一个指标。它是氧输送和消耗的平衡,以及大脑的氧代谢率(CMRO2)的结果。正常的PbtO2在35-50mmHg范围内。缺血阈值建议在5到20mmHg之间。PbtO2降低与神经系统创伤后的不良预后相关。然而,PbtO2还受到氧扩散的调节。因此,在损伤周围组织中,氧的扩散不仅受到组织和内皮水肿的影响,还受到微血管塌陷的影响,这增加了平均毛细血管间的扩散距离,降低了平均氧分压。因此,很难设定PbtO2目标值。通常认为PbtO2低于20mmHg是供氧不足的阈值,与TBI后较差的结局相关。使PbtO2恢复到正常水平的治疗方法包括增加动脉压,从而增加CPP,增加动脉氧分压(通过增加吸入氧浓度(FiO2)达到常压高氧)和/或增加二氧化碳分压,导致CBF增加。使用PbtO2可能有助于CPP的个体化。已有多项研究探讨了CPP与脑氧合的关系。颅脑损伤后,PbtO2随CPP升高而升高,这种效应的上限在局灶性缺血区较高。相对于动脉血氧饱和度的增加,PbtO2的增加称为脑组织氧反应性。这种反应性被认为是由氧调节机制(脑血流量自身调节)控制的,这种机制在脑损伤后可能会受到干扰。Soehle和他的同事引入了“自身调节”的概念,定义为大脑在CPP变化时维持PbtO2的能力,从而确定适当的CPP目标。

根据这些发现,研究了通过增加PO2或改变CPP(通过增加MAP,降低ICP,或两者同时采用)来控制PbtO2,以期优化治疗和预测病情变化。

而一些研究表明CPP与脑氧代谢率(CMRO2)有关系,Sahuquillo等人认为CPP与脑氧代谢率(CMRO2)有关,无法证明CPP和PbrO2之间存在直接关系。

PbtO2读数随CPP正常和超过正常而改变。

Stiefel等人的研究结果表明,尽管PbtO2导向的治疗可以改善结局,但两组之间的CPP相似。

CPP和ICP不是PbtO2的替代指标。

除了ICP和CPP监测外,使用脑组织氧合指导治疗可改善TBI后预后的证据也在增加。

脑微透析

微透析技术可以通过在大脑间质插入薄的(0.6毫米)开窗双腔透析导管对小分子物质进行采样和收集。TBI后放置在易损伤区可在线分析细胞外/间质的生化变化,例如葡萄糖(能量底物)、乳酸、丙酮酸(大脑葡萄糖代谢)、甘油(细胞膜降解)和谷氨酸(兴奋性神经递质)。高乳酸:丙酮酸比率(LPR)是脑组织缺血和/或弥漫性缺氧的标志,导致无氧糖酵解或在常氧条件下的线粒体衰竭(例如,细胞内钙超载)。这表明存在能量代谢危机,是死亡率的独立预测因子。LPR的减少可能是治疗有效的标志,例如,来自高氧和/或增强的MAP,因为成像研究显示CMRO2的改善和常压高氧逆转损伤周围的细胞毒性水肿。此外,微透析显示,受动脉血糖(6mmol/L)的影响,脑组织低葡萄糖(3mmol/L),导致LP和乳酸/谷氨酸比值升高,而脑乳酸/葡萄糖比值在脑组织葡萄糖水平高于5mmol/L时最低,这表明不仅高血糖,低血糖对脑能量代谢也是有害的。相反,输注高渗乳酸显示出明显的大脑葡萄糖节约效应,但仅在有病理性LPR的患者中出现这种现象。由于CBF减少或消耗增加(例如癫痫放电)导致的输送减少引起的低血糖,以及由于超过既定阈值的缺血导致的无氧葡萄糖代谢引起的LPR增加,与神经系统受损后的不良预后相关。谷氨酸是大脑中主要的兴奋性氨基酸。谷氨酸来源于葡萄糖,在正常情况下是神经元氧化代谢的标记物。星形细胞摄取释放谷氨酸并将其转化为谷氨酰胺,再由神经元将谷氨酰胺转化为谷氨酸,从而使大脑间质谷氨酸水平保持在较低水平。因为这个循环需要能量,能量代谢受损可能导致间质谷氨酰胺/谷氨酸比值降低。颅脑损伤急性期,细胞内Ca2+内流引起神经元去极化,随后间质谷氨酸增加,无氧糖酵解活性增强,乳酸生成增加。另一方面,在TBI中观察到的失控的Ca2+释放导致过多的钙通过谷氨酸介导的离子通道流入脑细胞。谷氨酸被认为是脑缺血的早期标志。甘油是细胞膜甘油三酯酶解的最终产物,它的存在表明细胞结构完整性的丧失。甘油也被认为是组织缺血的可靠指标,表明组织缺血已经发展到需要进一步损伤细胞的阶段。脑微透析甘油在能量代谢紊乱期间升高相对较慢,并在能量代谢恢复正常后持续升高一段时间。微透析的生化变化在低CPP被检测到之前就可被监测到。

脑微透析的临床应用

脑微透析(CMD)可用于确定颅脑损伤患者CPP的最佳水平。大脑微透析分析可以揭示LPR和葡萄糖的警戒值。缺血被设定为LPR40和血糖0.2mmol/L的CMD综合标准。在持续性缺血中,LPR可能超过40,通常处于80到之间的平台值。在濒临脑死亡的病例中可观察到乳酸:丙酮酸比率高达-0。

在正常和损伤周围脑组织中使用CMD的研究表明,ICP20mmHg的患者的LPR值显著较高,当ICP超过30mmHg时,LPR达到最高值。这些研究还表明,由于失去CBF自身调节功能,损伤周围脑组织的LPR显著增加,而CPP降低。LPR的改变可能先于颅内高压的发生,而损伤周围LPR的增加与CPP显著相关。此外,低PbtO2和高LPR更常见于高ICP和低CPP病例。Nordstrom证明,当CPP低于50mmHg和大于70mmHg时,受损大脑中的乳酸都会增加。Stahl等人的研究结果显示,只有当CPP大于50mmHg时,微透析成分才能保持在正常范围内,并且当CPP低于这一阈值时脑组织会出现显著的缺血。两项研究表明,尽管使用血管收缩剂使CPP增加改善了脑血流量和氧合,但微透析指数并没有显示出任何显著的变化。LPR值的增加也与各种导致氧利用方式改变的原因有关,如氧扩散障碍、线粒体功能障碍和葡萄糖代谢增加。乳酸/葡萄糖比值也可能是反应糖酵解增加的一个指标。即使血糖水平不受影响,胰岛素治疗后脑内CMD葡萄糖浓度也可能降低。这一观察结果得到了来自TBI和蛛网膜下腔出血后患者的研究数据的支持,这些数据表明,即使在没有严重低血糖的情况下,强化胰岛素治疗也能导致CMD血糖净降低,细胞缺氧标志物增加,氧提取分数接近缺血水平。在严重颅脑损伤的患者中,进行严格的全身血糖控制可导致脑能量危机和脑细胞外低血糖的发生率增加,这反过来又可增加死亡率。因此,对这类患者应谨慎使用胰岛素注射。

如上所述,CMD显示TBI后兴奋性氨基酸增加,尤其是谷氨酸。CPP的一过性临界降低可能与谷氨酸的增加有关,这表明神经元群如同易受缺血影响一样,也容易受到CPP的改变的影响。在少数情况下,谷氨酸会在CPP下降之前升高。谷氨酸能在较高的CPP阈值下增加,其释放会导致细胞肿胀和颅内压升高。

脑微透析与癫痫发作、皮质扩散性去极化

22%的TBI患者可发生创伤后癫痫发作,这可导致颅内高压程度加重和时间延长,以及死亡率的增加。因此,及时识别和治疗创伤后癫痫发作至关重要。然而,脑电图记录的没有任何临床表现的癫痫占重症监护病房癫痫发作的50%以上。脑微透析技术可以检测到脑电图显示的癫痫发作时的LPR、谷氨酸和甘油的升高。在脑电图诊断的癫痫患者中,LPR升高持续的时间更长且发生的频率更高。CMD测量的谷氨酸水平长期升高与反复发作持续数小时的癫痫有关。癫痫发作伴随着平均动脉压和CPP的升高,这可能是人体试图满足大脑增加的新陈代谢需求的一种生理反应。然而,在颅内顺应性降低和血脑屏障改变的情况下,CPP的增加可能反过来加重细胞损伤。因此,在压力自身调节功能受损的情况下,CPP的增加可能会导致脑组织充血,并且即使CPP充足,也可能发生细胞损伤。

年有人首次描述了皮层扩散性去极化(CSD)。皮质去极化波以2-3mm/min的速度在皮质表面传播。CSD期间会发生明显的葡萄糖耗竭,与去极化次数成正比。这种电紊乱发生在50%的重型颅脑损伤患者中,是导致重型颅脑损伤和蛛网膜下腔出血患者早期缺血的重要原因。有学者报道,CSD与受损皮质和同侧海马葡萄糖使用量增加了%相一致。另一项研究显示,在颅脑损伤患者中,CMD测量的血糖进行性下降与反复出现的去极化有关。在这些特殊情况下,会形成恶性循环,发作前放电(PID)会耗尽残余的葡萄糖储备,从而增加额外PID的可能性。一过性葡萄糖耗竭似乎是由需求增加和血管输送减少共同引起的,就像本文前面描述的严格控制血糖时的情况一样。

乳酸有一过性增加,这可以归因于糖酵解速率的短暂升高。在大多数动物模型中,CSD与表浅小动脉的短暂扩张和随后的持续收缩有关。在代谢需求高峰期,微血管收缩导致脑实质出现低灌注。更有可能是神经血管偶联被破坏,神经胶质细胞高度去极化导致肿胀,从而导致毛细血管床收缩。有一些患者初始CSD很少,随后反复发作梗死灶周围去极化,去极化发作可能与脑组织低灌注和缺血半暗带的扩大有关,这有可能扩大核心梗死区并增加最终梗死体积。

自身调节功能的评估

自身调节是一种在血压变化时维持充足脑灌注的生理机制。在正常的自身调节机制下,脑血管直径会根据动脉压的变化进行调整(例如,当动脉压升高时血管会反应性收缩)。由于血管收缩减少了脑血容量,可能会降低升高的颅内压。

因此,MAP变化对ICP的影响可用于脑血管自身调节功能的在线实时评估,例如通过计算压力-反应性指数(PRx),即ICP和动脉压之间的相关系数。PRx为最小值的CPP表示最佳自身调节状态。以此CPP水平为目标的治疗已被证明可实现更好的临床结局,并可能防止脑低灌注和脑血流量过多。

在重度颅脑损伤时,自身调节功能可能受损或完全丧失。此外,自身调节可能会在局部脑组织内受损,并且不会被PRx检测到,PRx是一个全局参数。替代措施,例如,基于血流量或脑组织氧反应性的评估,其局限性与全脑评估方法完全相反。在得出明确结论之前,迫切需要来自临床研究的前瞻性证据。

多模态同步监测的个体化管理

同时使用几种监测模式提供的信息可以定义单个患者特定的治疗目标和阈值,并对受损脑组织的生理状态进行交叉验证。大脑新陈代谢受损的下游标记物不一致,尽管可能在治疗抉择上造成两难境地,但有时可能会刺激人们寻找和接近不为人所熟知的能量衰竭原因,如弥散缺氧线粒体功能障碍和低脑葡萄糖水平。

然而,当前的多模式监测产生了大量的数据,为了使临床医生能够提取优化治疗所需的信息,必须对这些数据进行分类和汇总以供日常使用。监测方面的进展可能还取决于神经信息学和数据分析方面的进展。计算机可视化技术提供了一种很有前途的方法,可以将复杂的数据集精简到临床医生可以解读的形式,并已应用于不同的领域,包括颅内高压的累积负担和评估自身调节功能的研究。这种复杂的多维问题在医学领域之外并不罕见,其他大数据技术很可能会在脑外伤患者的重症监护中得到越来越多的应用。

老年人创伤性颅脑损伤的特殊性

患者年龄越大,预后越差,部分归因于与年龄相关的合并症,以及使用药物进行的治疗,这两者之间存在明显的关联。

频繁使用抗凝剂和抗血小板药物会增加出血的风险,或者会恶化脑内创伤性病变的演变。事实上,GCS可能低估了TBI的严重程度,这潜在地提高了将患者转到专科中心的门槛。

此外,如上所述,与年龄相关的合并症会加重继发性脑损伤,减低(但不致完全破坏)老年人的神经可塑性和神经修复功能,从而影响康复的成功。因此,在对预后的影响程度上,监测和治疗合并症与处理TBI本身同等重要。也就是说,采用抗凝剂或抗血小板药物逆转药物引起的凝血障碍在即将或已经发生的颅内出血中是至关重要的。癫痫发作必须及早发现并及时治疗。然而,在这一人群中,癫痫的最佳治疗方法和其预防性治疗应持续的时间仍然不清楚。如上所述,在老年患者中,较低的ICP阈值已经与较差的预后相关。这可能反映了老年患者脑组织的脆弱性和/或可能预示着更严重的脑损伤,因为脑萎缩和脑脊液间隙的增加导致在ICP增加之前可能已经出现更明显的病变扩大和脑水肿。这将为研究降低ICP控制阈值是否对这一人群有益提供理论依据。然而,由于在老年人中可观察到ICP增加的频率较低,而且插入颅内探针的风险可能更高,特别是在服用抗凝和抗血小板药物的患者中,必须考虑对这些患者进行保守的ICP监测。

老年患者也可能因为慢性动脉高血压而影响自身调节功能。这会使自身调节曲线向右移动,朝向更高的动脉压。现有数据显示,如果对55岁以上特别是患慢性动脉高血压的患者设定高于年轻患者的CPP阈值,可提高其存活率。

必须强调的是,老年患者的不良结果也可能是一种可预见的结局。首先,目前TBI治疗的概念来源于较年轻的高速损伤患者。因此,将这些发现直接用于治疗具有不同损伤机制的老年患者可能是不合理的,甚至可能是错误的。面对越来越多的老年TBI患者,迫切需要找到并建立针对这些患者的量身定制的管理策略。不同的文献表明,老年患者(不只是头部受伤)容易受到包括延迟成像在内的次等护理,更多的是由初级医务人员进行评估/治疗,并且转移到神经创伤中心的可能性较低。但是,当老年患者在入院后得到迅速积极治疗时,39%的60-69岁的患者可以获得良好的结果,这表明对于精心筛选的患者,这种管理方法也是合理的。

结论

急性创伤性脑损伤是一种非常复杂的疾病,可导致身体、认知、社会、情感和行为症状,可能导致从几乎完全恢复到永久性残疾或死亡的不同临床结局。颅脑损伤的异质性以及伴随的损伤和合并症使其不可能采用单一的治疗方法。此外,所有治疗措施的终极目标是让脑损伤患者恢复愉快的生活。我们应该认识到,在TBI的治疗中,一个普通的“医学成功”可能会导致社会灾难。因此,关键是要选择合适的患者进行正确和最有希望的治疗,而不是仅仅为了生存而进行干预。不幸的是,目前人们对脑损伤诱导的所有不利通路仍缺乏明确的认知。更好地理解其损伤机制和新的促进神经功能恢复的方法可能会为数百万TBI的幸存者提供更好的临床预后。

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