创伤性脊髓损伤后自主神经功能与信号复杂度反映损伤水平及严重程度

《Spinal Cord》：Autonomic function and signal complexity reflect level and severity of traumatic spinal cord injury

　　

摘要 研究设计：观察性单中心队列研究。 目的：探讨创伤性脊髓损伤（TSCI）患者的心率变异性（HRV）、压力反射敏感性（BRS）及信号复杂度（SC），及其与神经损伤水平和严重程度的关系，以及其对6个月死亡率和功能恢复的预后价值。 研究场所：瑞典乌普萨拉大学医院。 方法：本研究纳入164例在神经重症监护（NIC）病房接受治疗的成年TSCI患者（2008–2022年）。研究人员分析了伤后前7天的连续高频生理数据，以推导心率（HR）、平均动脉压（MAP）、收缩压（SBP）和舒张压（DBP）的HRV、BRS及SC。研究人员评估了上述指标与神经损伤水平、损伤严重程度、NIC生理指标、神经功能改善及6个月死亡率的相关性。 结果：与胸段损伤患者相比，颈段损伤患者具有更高的HRV、BRS（两者p<0.01）及DBP的SC（p<0.05）。完全性颈段损伤较不完全性颈段损伤具有更高的HRV（p<0.05），但更低的HR SC（p<0.01）。较高的HR SC与出院时神经功能改善相关（比值比1.08 [95%置信区间1.01–1.16]；p<0.05），而较高的HRV与6个月死亡率增加相关（比值比1.01 [95%置信区间1.00–1.02]；p<0.05）。其他自主神经及复杂度指标显示出有限的预后价值。 结论：TSCI后的系统性自主神经指标随损伤水平和严重程度而变化，并可能捕捉到临床分级之外的自主神经功能障碍的不同方面。然而，其对神经功能恢复和死亡率的有限预后价值提示，TSCI后的结局预测可能更多地依赖于其他临床因素，以及可能更直接的脊髓内生理标志物。 资助：无。

创伤性脊髓损伤后自主神经功能与信号复杂度：损伤水平、严重程度及预后价值的系统评估

一、研究背景与目的

创伤性脊髓损伤（TSCI）不仅造成脊髓即刻的原发性损伤，后续的继发性损伤机制——包括血管破坏、缺血及神经炎症——在伤后数小时至数天内显著加剧神经功能恶化并导致不良预后。神经重症监护（NIC）主要通过血流动力学优化以维持充分的脊髓灌注，从而减轻继发性损伤。然而，全身生理与脊髓生理之间存在复杂的动态相互作用，TSCI后这一平衡可能被破坏，加深对此类机制的认识可能有助于个体化治疗和精细化预后判断。

自主神经系统（ANS）功能障碍在TSCI后普遍存在，尤其在颈段及上胸段损伤中，下行交感通路受损导致交感张力丧失和副交感优势。心率（HR）和动脉血压（ABP）可因此出现紊乱，表现为心动过缓、低血压、直立性不耐受及自主神经反射异常。心率变异性（HRV）描述心搏间期的变异程度，反映心脏自主神经调节功能；压力反射敏感性（BRS）反映心率对自发性血压波动的应答能力；信号复杂度（SC）作为衡量生理适应性和调节能力的新兴指标，通过多尺度熵量化，复杂度降低可能提示代偿储备耗竭和适应能力丧失。既往研究已表明脊髓内压的SC降低与TSCI继发性损伤负担及不良预后相关，但HR和ABP的SC及其与NIC关键目标的关系在TSCI中几乎未被探索。

本研究旨在探索严重TSCI患者在NIC前7天内HRV、BRS及全身生理信号（HR、SBP、DBP、MAP）的SC，并研究其与神经损伤水平和严重程度的关系，以及对美国脊髓损伤协会残损分级（AIS）评估的功能恢复和6个月死亡率的预后价值。研究人员假设ANS功能障碍和SC降低与生理紊乱及不良恢复相关。

二、研究设计与方法

这是一项观察性、单中心队列研究，纳入2008至2022年间在瑞典乌普萨拉大学医院神经重症监护病房接受治疗的164例成年TSCI患者。纳入标准为经国际疾病分类代码初步筛选后确认的实际TSCI患者，排除未成年、无实际脊髓损伤、圆锥/马尾损伤、无创血压监测不足者。治疗遵循国际TSCI管理指南，目标包括SBP维持在约120 mmHg以上等。临床数据通过病历回顾获得，生理信号（ABP 100 Hz、ECG 200 Hz）通过Odin软件前瞻性采集，分析伤后前7天数据。

关键技术方法包括：采用移动平均QRS检测器识别心搏，计算逐搏HR、SBP、DBP及MAP；时域HRV指标SDNN（全部正常窦性心搏间期标准差）和RMSSD（相邻心搏间期差值的均方根）按标准规范计算；BRS采用序列法，识别SBP与心搏间期间向共变的有效序列并计算回归斜率；SC采用多尺度熵分析，在20个时间尺度上计算样本熵（SE），以SE曲线下面积作为SC指数。统计方法包括Spearman相关分析、单因素及多因素二项逻辑回归、亚组分析（颈段vs胸段、完全性vs不完全性、高颈段C1-4 vs低颈段C5-8），并采用热图、密度热图及广义加性模型（GAM）图进行可视化。

三、主要研究结果

基线特征与生理指标：164例患者中位年龄65岁，24%为女性，84%为颈段损伤，50%入院时为AIS A级。NIC期间74%使用血管升压药，99%使用镇痛药。中位MAP为81 mmHg，45%的有效监测时间（VMT）低于80 mmHg；中位SBP为130 mmHg，29%的VMT低于120 mmHg。中位SDNN为125 ms，RMSSD为56 ms，BRS为4.4 ms/mmHg；SC指数中位数：HR为11，MAP为16，SBP为16，DBP为15。

损伤水平与严重程度的相关性：颈段损伤患者（n=138）较胸段损伤患者（n=25）具有显著更高的SDNN（129 vs 92 ms；p<0.001）、RMSSD（59 vs 39 ms；p<0.01）、BRS（5.1 vs 3.6 ms/mmHg；p<0.01）及DBP的SC指数（15 vs 14；p<0.05）。完全性颈段损伤患者（n=64）较不完全性颈段损伤（n=74）具有显著更高的SDNN（141 vs 121 ms；p<0.01），但更低的HR SC指数（10 vs 13；p<0.01）。

与基线特征及NIC目标的相关性：年龄较大和CCI较高与更高的RMSSD和BRS相关。机械通气时间比例增加与所有变量的SC降低相关（HR ρ ?0.48；MAP ρ ?0.26；SBP ρ ?0.35；DBP ρ ?0.19）。血管升压药使用与更高的SDNN和更低的HR SC相关。较高的HR与更低的SDNN（ρ ?0.59）、RMSSD（ρ ?0.24）和BRS（ρ ?0.44）相关，但与更高的HR SC相关（ρ 0.26）。

预后价值：出院时23%患者实现神经功能改善，6个月死亡率为16%。单因素分析中，较高的HR SC指数与出院时神经功能改善相关（OR 1.08；p<0.05），较高的RMSSD与6个月死亡率增加相关（OR 1.01；p<0.05）。在校正年龄、入院AIS分级、损伤水平和机械通气时间后，HRV、BRS及SC变量均非独立预后因素。高颈段（C1-4）损伤的30天死亡率显著高于低颈段（C5-8）损伤（19% vs 2.9%；p<0.01）。

四、讨论与结论

本研究发现TSCI后自主神经指标随损伤水平和严重程度显著变化，颈段损伤表现出更高的HRV、BRS和DBP的SC，完全性颈段损伤表现出更高的SDNN但更低的HR SC。这些结果提示，TSCI后的自主神经指标可能反映交感迷走失衡而非健康的生理变异性——颈段损伤中断下行交感通路而保留完整的迷走副交感控制，表现为SDNN和RMSSD数值保留甚至升高，而BRS受损。SDNN与SC的分离表明两者捕捉自主神经控制的不同方面。

然而，HRV、BRS和SC对神经功能改善和死亡率的预后价值极为有限，仅HR SC与出院改善及RMSSD与6个月死亡率存在弱相关，且均非独立预后因素。这表明TSCI后的结局预测可能更多地依赖于其他临床因素（如伤前状态、原发性损伤严重程度、合并损伤）以及更直接的脊髓内生理标志物。SC变量在伤后7天内动态演变，提示全身SC并非在损伤时即固定，而是随时间发展变化。

研究结论：TSCI后的系统性自主神经指标（HRV、BRS、SC）随损伤水平和严重程度变化，可能捕捉临床分级之外的自主神经功能障碍的不同方面，有助于床旁自主神经功能评估。然而，其对神经功能恢复和死亡率的预后价值有限，提示TSCI后的结局预测可能更多依赖于其他临床因素及更直接的脊髓内生理标志物。