多模态神经监测引导的脑保护策略与主动脉弓手术后早期神经认知结局的关联性研究

《Frontiers in Physiology》：Multimodal neuromonitoring-guided cerebral protection and early neurocognitive outcomes after aortic arch surgery

　　

背景： 开放性主动脉弓手术使患者暴露于低温循环停搏、选择性顺行脑灌注、复温及弓部血管操作。术后谵妄与早期认知功能下降仍是具有临床重要性的并发症。由于单一模态脑氧饱和度监测无法全面捕捉围术期脑生理负荷，本研究评估了多模态神经监测引导的脑保护方案是否与主动脉弓手术后更低的脑生理负荷及改善的早期神经认知结局相关。 方法： 本回顾性单中心队列研究筛选了2021年1月1日至2026年4月30日期间接受开放性主动脉弓手术的连续成年患者。2021年1月1日至2023年12月31日治疗的患者构成传统脑保护队列，2024年1月1日至2026年4月30日治疗的患者构成多模态引导队列。引导方案采用双侧近红外光谱（NIRS）、处理脑电图（processed EEG）、经颅多普勒（TCD）及脑氧合指数（COx）衍生的自主调节监测，以触发对灌注压、选择性顺行脑灌注流量、插管位置、动脉血二氧化碳分压（PaCO2）、血红蛋白、麻醉深度及复温速度的纠正。主要结局为术后第1–5天内的术后谵妄。主要次要认知结局为蒙特利尔认知评估（MoCA）定义的30天认知功能下降。采用逆概率加权和多变量回归处理基线不平衡及日历周期混杂。同时采用患者水平分段时间序列模型估计实施前时间斜率、方案实施时的即时水平变化及实施后斜率变化。 结果： 最终队列纳入186例患者，传统队列92例，多模态引导队列94例。引导队列具有更低的绝对rSO2负荷、更短的脑电抑制负荷及更短的脑自主调节受损持续时间。术后谵妄发生于传统队列92例中的36例和引导队列94例中的14例。MoCA定义的30天认知功能下降发生于传统队列83例可随访患者中的31例和引导队列90例中的10例。在加权校正模型中，引导队列与更低的术后谵妄风险（OR，0.36；95% CI，0.17–0.77）及更低的30天认知功能下降风险（OR，0.31；95% CI，0.13–0.75）相关。加入术中脑生理负荷变量后，谵妄关联有所减弱。在分段分析中，两种结局均未显示显著的实施前趋势；方案实施与术后谵妄风险（水平变化OR，0.20；95% CI，0.05–0.91）及30天认知功能下降风险（OR，0.17；95% CI，0.03–0.92）的即时降低相关，未观察到额外的实施后斜率变化。 结论： 在成人主动脉弓手术中，多模态神经监测引导的脑保护方案的实施与更低的术中脑生理负荷、更低的术后谵妄风险及更少的MoCA定义的30天认知功能下降相关。这些发现支持在结构化纠正路径中使用互补的神经监测信号，而非依赖单一脑氧合阈值。

主动脉弓手术多模态神经监测引导脑保护策略的临床价值：一项回顾性队列研究的系统解读

一、研究背景与问题提出

开放性主动脉弓手术是心血管外科领域中神经风险最高的手术类型之一。此类手术常需联合应用体外循环（CPB）、低温循环停搏（HCA）、选择性顺行脑灌注（SACP）、弓部血管操作及控制性复温等多种技术手段，使大脑在手术过程中暴露于多重叠加的病理生理打击。尽管现代脑保护策略已显著降低了灾难性神经损伤的发生率，但术后谵妄、短暂性神经功能障碍及早期认知功能下降等并发症仍频繁发生。这些并发症的病理机制具有高度复杂性，并非由单一因素所致。在同一台手术中，大脑可能同时面临低灌注、栓塞负荷、半球间血流不匹配、贫血、二氧化碳张力异常、压力自主调节受损、过度皮质抑制、全身炎症反应及再灌注应激等多种损伤因素。

传统上，选择性顺行脑灌注被广泛用于维持循环停搏期间的脑血流，但仅凭泵流量或插管位置无法充分判断灌注是否充足。大脑中动脉血流速度、额叶局部脑氧饱和度（rSO₂）、脑灌注压及双侧氧合对称性在降温、循环停搏、选择性灌注、复温及脱离体外循环等不同阶段可能呈现不同的变化模式。近红外光谱（NIRS）是检测心脏手术期间脑氧去饱和的实用工具，但已有研究对其作为独立脑保护策略的效能提出质疑。部分研究将脑去饱和与术后认知功能障碍相关联，而更大规模的分析未能一致显示术中rSO₂去饱和与术后谵妄之间的关联。这种不一致在生物学上具有合理性，因为额叶氧饱和度并不能全面反映大血管脑血流、栓塞事件、皮质电活动抑制、压力自主调节或围术期炎症状态。

处理脑电图（processed EEG）、经颅多普勒（TCD）及脑自主调节监测因此提供了重要的互补信息。心脏手术期间的脑电抑制与术后谵妄相关，支持皮质电活动脆弱性与麻醉-代谢平衡在术后脑功能障碍中的作用。NIRS衍生的脑氧合指数（COx）可识别体外循环期间的压力被动性脑氧合状态，并可能有助于在脑自主调节受损时个体化平均动脉压目标。TCD可进一步识别NIRS单独无法显示的脑血流不对称或突发血流丢失，尤其在选择性顺行脑灌注及弓部血管操作期间。因此，核心临床问题并非单一监测设备能否独立预防谵妄，而在于结构化的多模态监测方案能否降低可测量的脑病理生理负荷并改善早期神经认知结局。

二、研究设计与主要技术方法

研究人员在山西白求恩医院开展了一项回顾性单中心队列研究，筛选2021年1月1日至2026年4月30日期间接受开放性主动脉弓手术的连续成年患者。研究以2024年1月1日机构脑保护方案修订为时间分界点，将此前治疗的患者归入传统脑保护队列（92例），此后治疗的患者归入多模态神经监测引导队列（94例）。引导方案整合了双侧近红外光谱（INVOS 5100C）、处理脑电图（BIS VISTA）、经颅多普勒（DWL Doppler-BoxX，2-MHz探头经颞窗）及COx衍生的自主调节监测，并预设了系统化的触发阈值和阶梯式纠正路径。主要结局为术后第1–5天内的术后谵妄，通过CAM-ICU和CAM评估；主要次要认知结局为MoCA定义的30天认知功能下降。统计分析采用逆概率加权、多变量回归、日历年校正及患者水平分段时间序列模型处理基线不平衡和日历周期混杂。

三、研究结果

3.1 队列构建与基线可比性

研究最终纳入186例患者，传统队列92例，引导队列94例。两队列在体外循环时间（202.9 ± 50.8 vs 203.1 ± 43.0 min）、循环停搏时间（32.5 ± 10.2 vs 32.1 ± 12.0 min）、选择性顺行脑灌注时间（61.8 ± 16.7 vs 60.5 ± 17.4 min）及最低鼻咽温度（25.5 ± 1.0 vs 25.4 ± 1.1 °C）等手术暴露方面具有可比性。加权前，传统队列教育年限较低（9.9 ± 3.2 vs 11.3 ± 3.0年；P = 0.002），基线MoCA略低，急诊手术和急性A型夹层比例数值较高。引导队列从单侧转为双侧顺行脑灌注的比例更高（46.2% vs 25.4%；P = 0.012），平均动脉压低于60 mmHg的时间更短（28.5 vs 42.0 min；P = 0.008）。逆概率加权后，所有预设基线协变量的标准化均数差均降至0.10以下。

3.2 主动脉弓手术期间的脑生理负荷

引导队列的主要术中差异体现在脑生理负荷而非手术时长或降温深度。基线rSO₂在两队列间几乎一致（66.6 ± 5.7% vs 66.7 ± 4.8%），但引导队列的最低rSO₂更高（48.8 ± 7.9% vs 44.8 ± 8.6%；P = 0.001）。方案实施后氧合负荷显著降低：rSO₂低于55%的时间从57.0分钟降至25.5分钟，绝对rSO₂负荷从123.8%-min降至41.1%-min，相对rSO₂负荷从174.2%-min降至82.5%-min，均P < 0.001。半球间rSO₂失衡时间同样缩短（15.0 vs 28.0 min；P = 0.002）。脑电抑制负荷（17.5 vs 21.5 min；P = 0.004）、BIS低于20的时间（14.0 vs 24.0 min；P = 0.002）及COx > 0.30持续时间（21.0 vs 34.0 min；P < 0.001）在引导队列中均显著降低。生理负荷的降低伴随更多方案驱动的纠正行动，包括平均动脉压或脑灌注压干预、PaCO₂纠正、脑灌注流量或插管调整、针对脑电抑制的麻醉减浅及复温减慢。在引导队列中，63例患者共发生128次NIRS触发事件并记录了纠正序列，其中112次（87.5%）在10分钟内成功纠正。生物标志物方面，术后第1天S100B及6小时和术后第1天IL-6在引导队列中较低，但经错误发现率校正后差异不再显著。

3.3 术后谵妄与认知结局

术后第1–5天内的术后谵妄发生率在引导队列中显著低于传统队列（14/94，14.9% vs 36/92，39.1%；P < 0.001）。延迟觉醒在引导队列中较少见（9.6% vs 20.7%；P = 0.034），机械通气时间更短（22.6 vs 29.2 h；P = 0.048）。卒中或短暂性脑缺血发作、急性肾损伤、出血再手术、ICU住院时间、术后住院时间及院内死亡率在队列间无显著差异。在可获得30天MoCA评估的患者中，MoCA定义的30天认知功能下降发生于引导队列90例中的10例和传统队列83例中的31例（11.1% vs 37.3%；P < 0.001）。引导队列的30天MoCA变化幅度更小（?0.1 ± 1.6 vs ?1.2 ± 1.6分；P < 0.001），30天MoCA评分更高（25.9 ± 2.6 vs 24.4 ± 2.7；P < 0.001）。

3.4 加权结局模型与敏感性分析

在主要加权逻辑回归模型中，经年龄、基线MoCA、急诊手术、急性A型夹层、体外循环时间、循环停搏时间、既往卒中或短暂性脑缺血发作及日历年校正后，引导队列与更低的术后谵妄风险相关（OR，0.36；95% CI，0.17–0.77；P = 0.008）。加入术中脑生理负荷变量后，引导队列估计值有所减弱（OR，0.50；95% CI，0.22–1.15；P = 0.103），其中绝对rSO₂负荷、脑电抑制负荷及COx > 0.30持续时间仍与谵妄相关。对于30天认知功能下降，引导队列在加权和校正后仍与更低风险相关（OR，0.31；95% CI，0.13–0.75；P = 0.009），术后谵妄与更高的认知功能下降风险相关（OR，3.28；95% CI，1.31–8.20；P = 0.011）。敏感性分析中引导队列关联方向保持稳定。

3.5 分段时间序列分析

在患者水平分段逻辑回归中，术后谵妄的实施前时间斜率不显著（OR per 6个月，1.06；95% CI，0.83–1.34；P = 0.663）。在2024年1月实施边界，估计比值即时下降（水平变化OR，0.20；95% CI，0.05–0.91；P = 0.037），未观察到额外的实施后斜率变化（斜率变化OR per 6个月，1.00；95% CI，0.61–1.63；P = 0.994）。认知结局呈现类似模式：实施前斜率OR 1.04（95% CI，0.80–1.34；P = 0.783），即时水平变化OR 0.17（95% CI，0.03–0.92；P = 0.040），实施后斜率变化OR 1.00（95% CI，0.57–1.76；P = 0.987）。

四、讨论与结论

本研究的核心发现是，多模态神经监测引导的脑保护方案与主动脉弓手术后更低的术中脑生理负荷、更低的术后谵妄风险及更少的MoCA定义的30天认知功能下降相关。分段分析未显示实施前谵妄或30天认知功能下降的显著下降趋势，而两种结局均在2024年1月边界出现估计的即时水平降低，且无进一步实施后斜率变化。这一时间模式更符合方案实施相关的变化，而非持续改善的既有长期趋势，尽管不能排除同一边界引入的其他共干预措施。在解释性模型中加入rSO₂负荷、脑电抑制负荷及受损COx持续时间后关联减弱，与涉及脑氧合、皮质抑制及压力自主调节的潜在生理通路一致。

主动脉弓手术是此类策略的适宜场景，因为其神经风险由多种重叠机制产生。引导队列并未缩短体外循环或循环停搏时间，却显示出更低的去饱和负荷、更低的脑电抑制负荷及更短的受损COx持续时间，支持脑保护不仅取决于停搏前选择的灌注技术，还取决于对患者特异性生理不稳定的实时纠正。研究结果不应被解读为NIRS单独可预防术后谵妄的证据，因为本方案将NIRS嵌入了一个同时整合脑电抑制、TCD血流不对称、COx引导的压力调整、PaCO₂纠正、血红蛋白纠正、麻醉深度调整、复温控制及选择性顺行脑灌注调整的协议框架中。脑电和COx发现增强了谵妄结果的生物学合理性。术后认知发现与心脏手术后谵妄与早期认知功能下降之间的已知关系一致。生物标志物发现较生理和临床结局欠明确，S100B、NSE、IL-6和CRP在部分时间点呈预期方向变化，但经错误发现率校正后差异不再稳健。

研究结论： 在成人主动脉弓手术中，多模态神经监测引导的脑保护方案的实施与更低的术中脑生理负荷、更低的术后谵妄风险及更少的MoCA定义的30天认知功能下降相关。这些发现支持在结构化纠正路径中使用互补的神经监测信号，而非依赖单一脑氧合阈值。