引用本文: 黃繼紅, 徐卓明, 張明杰, 蔡及明. 區域組織氧飽和度和乳酸聯合預測先天性心臟病術后早期轉歸. 中國胸心血管外科臨床雜志, 2019, 26(8): 772-776. doi: 10.7507/1007-4848.201903046 復制
微循環障礙是小兒先天性心臟病(先心病)手術后患者并發癥發生率和死亡率的主要影響因素[1-2]。早期識別微循環障礙并及時干預,對于改善臨床轉歸具有重要意義。常規的臨床監測,如血壓、心率不能早期發現微循環障礙。血清乳酸、區域組織氧飽和度(regional oxygen saturation,rSO2)可以作為臨床監測組織灌注指標[3-5]。
近紅外光譜儀(near-infrared spectroscopy,NIRS)基于光譜分析方法,能夠無創監測多部位 rSO2,rSO2 降低提示區域組織微循環灌注障礙。已有研究證實 rSO2 對術后早期轉歸的預測價值[6-7]。臨床上常用的另一灌注指標—乳酸可以通過血氣分析儀測量。目前,rSO2 和乳酸聯合預測兒童先心病術后轉歸的報道很少。我們假設 rSO2 聯合乳酸可以對先心術后早期轉歸提供更精準或更早的預測效果。本文分析了腦 rSO2、腹部 rSO2以及乳酸值單獨或聯合預測先心術后轉歸方面的價值,比較了 rSO2 和乳酸水平兩項指標聯合預測價值是否優于單獨預測。
1 資料與方法
1.1 臨床資料
本研究經上海交通大學附屬醫學院上海兒童醫學中心倫理委員會批準(SCMCIRB-K2016053)。納入標準:從 2016 年 12 月到 2017 年 9 月,接受先心手術,手術復雜及風險分級(risk adjusted classification for congenital heart surgery,RACHS)[8]評分≥3。排除標準:患者在離開手術室前需要體外膜式氧合(extracorporeal membrane oxygenation,ECMO)或心室輔助裝置(ventricular assist device,VAD)。共 73 例患者納入分析。收集患者的一般臨床數據包括年齡、性別、體重、診斷、RACHS 評分、術前經皮血氧飽和度(SpO2)、體外循環時間、主動脈阻斷時間、心率、平均血壓和機械通氣時間。記錄術后 0 h,6 h,12 h、24 h 血清乳酸值,選擇最大值作為乳酸峰值。記錄術后 0 h,6 h,12 h、24 h 上腔靜脈血氧飽和度(SvO2),選擇最小值作為 SvO2 谷值。
1.2 NIRS 數據
入 ICU 后,近紅外光譜儀 INVOS 5100c(柯惠醫療,上海)連續 24 h 監測腦 rSO2 和腹部 rSO2。腦 rSO2 貼片置于患兒前額一側,腹部 rSO2 置于腹部臍下正中部位。體重≤5 kg 患兒使用新生兒貼片(oxyalert;柯惠醫療),體重>5 kg 使用兒童貼片(somasensor,柯惠醫療)。記錄術后 0、6、12 和 24 h 腦部、腹部 rSO2 值,選擇最小值作為 rSO2 谷值。
1.3 轉歸不良的定義
轉歸不良定義為需要 ECMO 或 VAD、死亡、心臟停搏、機械通氣延長(>研究人群的 75 個百分點)或術后 30 d 內出現 2 個以上主要器官(心、肺、腦、肝、腎)功能障礙。
1.4 統計學分析
使用 IBM SPSS 23 統計軟件(SPSS 公司,芝加哥,IL)進行數據分析。正態分布的連續變量表示為均數±標準差(±s),均數比較采用 t 檢驗。非正態分布的連續變量表示為四分位數區間的中位數(IQR)。二元 logistic 回歸分析預測早期轉歸不良的獨立危險因素。所有的 P<0.1 的變量都納入分析模型。通過比較受試者工作特征(Receiver operating characteristic,ROC)曲線下面積(area under the ROC curve,AUC),比較 rSO2、乳酸單獨或聯合預測轉歸不良的價值。使用 MEDCALC(版本 114.2.0)Delong’s 試驗對 AUC 差異性進行比較。P<0.05 為差異有統計學意義。
2 結果
2.1 一般臨床資料
符合納入標準的共 73 例患者,男 43 例、女 30 例,年齡(91±18)d。疾病診斷見表 1,診斷方法為心臟彩超結合心血管 CT 或磁共振成像(MRI)檢查。患者一般臨床資料見表 2。根據早期轉歸結果將 73 例患者分為兩組。早期轉歸不良率為 47%。組間比較顯示,轉歸不良組 CPB 時間和乳酸峰值較高(P=0.043,P=0.001)。轉歸不良組入 ICU 時腹部 rSO2、術后 24 h 內腹部 rSO2 谷值,腦 rSO2 谷值均低于轉歸良好組(分別為 P=0.001,0.001,0.004)。而 SvO2 谷值,兩組間差異無統計學意義(P=0.187)。



2.2 二元 logistic 回歸分析
CPB 時間、乳酸峰值、入 ICU 時腹部 rSO2、腹部 rSO2 谷值、腦 rSO2 谷值在轉歸不良組與轉歸良好組之間有顯著性差異,將上述變量納入二元 logistic 回歸分析。乳酸峰值和腹部 rSO2 谷值是早期不良轉歸的獨立危險因素(表 3)。

2.3 ROC 曲線分析
術后 24 h 內腹部 rSO2 谷值和乳酸峰值對預測早期轉歸不良有顯著意義,AUC 超過 0.85。腹部 rSO2 谷值和乳酸峰值水平的界值分別為 52% 和 3 mmol/L(表 4)。

2.4 腹部 rSO2 谷值和乳酸峰值聯合預測不良轉歸的效果
由于腹部 rSO2 谷值和乳酸峰值是轉歸不良的兩個獨立危險因素,我們評估了它們單獨和聯合預測早期轉歸的效果。術后 24 h 內,腹部 rSO2 谷值預測不良轉歸的 ROC 曲線下面積為 0.897(95%CI 0.804~0.956)。乳酸峰值預測不良轉歸的 ROC 曲線下面積為 0.867(95%CI 0.768~0.935)。聯合應用腹部 rSO2 谷值和乳酸峰值后,預測不良轉歸的 ROC 曲線下面積增加到 0.944(95%CI 0.863~0.984,P<0.05)(圖 1)。這一結果證實,聯合腹部 rSO2 谷值和乳酸峰值的預測更具臨床價值。本組 73 例病例中,乳酸峰值>3 mmol/L 伴腹部 rSO2 谷值<52% 的患者共 23 例,其中 20 例轉歸不良,轉歸不良率達 87%,遠高于 47% 的平均水平。

3 討論
微循環障礙是導致先心病術后患者并發癥發生和死亡的主要影響因素。組織缺血和缺氧的早期識別、快速糾正有助于改善危重患者的轉歸,具有重要臨床意義[9-11]。近來,乳酸、混合靜脈飽和度和 rSO2 是反映微循環是否存在障礙的有效指標。在兒童,多個部位(如前額、腹部和背部等)適宜監測 rSO2,哪個部位的 rSO2 在預測微循環障礙及轉歸方面更敏感、更具特異性和臨床價值,尚無定論[12]。此外,混合靜脈氧飽和度需要抽取肺動脈的血液檢測,出于臨床易操作性的考慮,通常用上腔靜脈血氧飽和度,即中心靜脈氧飽和度代替混合靜脈血氧飽和度。
3.1 在預測先心病術后早期轉歸方面,腹部 rSO2 谷值比腦部 rSO2 谷值更具臨床價值
本研究發現,術后 24 h 內腹部 rSO2 谷值及乳酸峰值是預測 RACHS 3 以上復雜先心手術患者轉歸不良的獨立危險因素。腹部 rSO2 谷值<52%,預測轉歸不良的靈敏度為 84.1%,特異度為 80.5%,其靈敏度和特異度均高于腦部 rSO2 谷值的預測效能(腦部 rSO2 谷值對應的靈敏度和特異度分別為 78.1% 和 61.0%)。此外,術后 24 h 內聯合腹部 rSO2 谷值和乳酸峰值水平可以更可靠地預測患兒轉歸。
腦 rSO2 在先天性心臟病術后研究相對較早,大多以腦保護為目的,隨著多通道 rSO2 監測儀的出現,能夠同時觀察機體不同部位的區域組織血氧飽和度,從而獲得不同臟器或部位的微循環信息。在小兒低心排血量或低氧的早期預警方面,腹部 rSO2 顯示出更大的價值,因為腸道通常是發生缺氧缺血性損傷的第一器官[13]。當心輸出量下降時,機體最早的代償反應為腹部內臟血管收縮和局部血流減少,血流從非重要臟器(如腸系膜和皮膚)轉移到重要臟器(如大腦和心臟),以優先供應重要臟器的灌注[14-15]。研究顯示:當全身總血容量減少 15% 時,可導致腹部血容量大幅減少 40%,作為機體代償的受益方,機體重要臟器如心、腦灌注受影響程度較小[16]。基于這一現象,檢測腹部 rSO2 可作為組織缺血缺氧的早期檢測方法。在組織低灌注代償期,腦 rSO2 在正常范圍內,而腹部 rSO2 則已明顯降低。即使腦 rSO2 尚未發生顯著改變,如果出現腹部 rSO2 持續下降,可能預示術后轉歸不良。
Hoffman 等[17]發現 rSO2 與危重患者的轉歸有很強的相關性,并且提示即使在中心靜脈血氧飽和度沒有整體降低的情況下,如果 rSO2 檢測到局部缺氧缺血,仍然可能導致轉歸不良的重要原因。我們也發現:SvO2 谷值在兩組間差異無統計學意義,而腹部 rSO2 谷值在兩組間差異有統計學意義(P=0.001)。提示先心病術后早期,腹部 rSO2 對于轉歸不良的預測價值優于 SvO2。可能的解釋是:上腔靜脈引流區域包括腦部和雙側上肢,當機體灌注受損時,SvO2 的變化更容易受腦部灌注的影響,敏感性不如腹部 rSO2。
Kim 等[18]對先天性心臟病手術中患者的觀察發現:CPB 停止后即刻腹部 rSO2 在預測術后早期轉歸方面優于腦 rSO2 和腎 rSO2。與此研究一致,我們發現患兒入 ICU 時腹部 rSO2 值也可以預測術后結果,但其預測能力不如術后 24 h 內腹部 rSO2 谷值。腹部 rSO2 谷值除了受 ICU 時腹部 rSO2 值的影響,還反映了術后低灌注發生發展的過程和程度,能夠更準確地預測轉歸,更具臨床價值。Kim 等研究顯示,CPB 停止后腹部 rSO2 值≤66% 預示轉歸不良。本研究中,預測術后轉歸不良的腹部 rSO2 的界值是 52%。我們與先前研究預測不良轉歸的界值有所不同,可能是本研究中,RACHS 評分相對較高,手術具有較高的風險因素,且“轉歸不良”的患者實際上比 Kim 研究組中所列患兒的疾病嚴重程度更甚。
3.2 腹部 rSO2 和乳酸聯合預測能夠提高先心病術后早期轉歸不良的準確性
獨立應用腹部 rSO2 或乳酸預測不良轉歸時,ROC 曲線下面積相對較小。聯合應用腹部 rSO2 谷值和乳酸峰值后,預測不良轉歸的 ROC 曲線下面積顯著增加。說明腹部 rSO2 和乳酸聯合能夠提高先心術后早期轉歸不良預測的準確性。這可能和單一指標存在的局限性有關。血清乳酸增高(高乳酸血癥)可分為 A 型和 B 型。A 型高乳酸血癥的發生與組織灌注或氧合不良有關。由于低灌注或低氧合,無氧代謝增加,乳酸增加。根據這一機制,乳酸通常作為機體組織缺氧或循環衰竭的標志物[19-21]。B 型高乳酸血癥,存在組織利用氧障礙,組織血供和氧供并沒有受損[22]。
鑒于不是所有的高乳酸血癥都存在組織灌注不良,因此用乳酸單一指標用于預測轉歸不良可能存在一定的偏倚。理論上,如果高乳酸血癥合并低的腹部 rSO2 值,組織低灌注的可能性大大增加。這也許就是聯合乳酸和 rSO2 能夠更準確地預示轉歸不良的內在原因[23]。本研究病例中,23 例患者同時存在低的腹部 rSO2 值和高乳酸血癥,其中 20 例患兒轉歸不良,預測準確性大幅提升。
本研究表明:腹部 rSO2 谷值和乳酸峰值水平可獨立預測先天性心臟病手術患兒轉歸不良。此外,聯合二者可以進一步提高其對危重癥患兒轉歸不良的預警效能。
微循環障礙是小兒先天性心臟病(先心病)手術后患者并發癥發生率和死亡率的主要影響因素[1-2]。早期識別微循環障礙并及時干預,對于改善臨床轉歸具有重要意義。常規的臨床監測,如血壓、心率不能早期發現微循環障礙。血清乳酸、區域組織氧飽和度(regional oxygen saturation,rSO2)可以作為臨床監測組織灌注指標[3-5]。
近紅外光譜儀(near-infrared spectroscopy,NIRS)基于光譜分析方法,能夠無創監測多部位 rSO2,rSO2 降低提示區域組織微循環灌注障礙。已有研究證實 rSO2 對術后早期轉歸的預測價值[6-7]。臨床上常用的另一灌注指標—乳酸可以通過血氣分析儀測量。目前,rSO2 和乳酸聯合預測兒童先心病術后轉歸的報道很少。我們假設 rSO2 聯合乳酸可以對先心術后早期轉歸提供更精準或更早的預測效果。本文分析了腦 rSO2、腹部 rSO2以及乳酸值單獨或聯合預測先心術后轉歸方面的價值,比較了 rSO2 和乳酸水平兩項指標聯合預測價值是否優于單獨預測。
1 資料與方法
1.1 臨床資料
本研究經上海交通大學附屬醫學院上海兒童醫學中心倫理委員會批準(SCMCIRB-K2016053)。納入標準:從 2016 年 12 月到 2017 年 9 月,接受先心手術,手術復雜及風險分級(risk adjusted classification for congenital heart surgery,RACHS)[8]評分≥3。排除標準:患者在離開手術室前需要體外膜式氧合(extracorporeal membrane oxygenation,ECMO)或心室輔助裝置(ventricular assist device,VAD)。共 73 例患者納入分析。收集患者的一般臨床數據包括年齡、性別、體重、診斷、RACHS 評分、術前經皮血氧飽和度(SpO2)、體外循環時間、主動脈阻斷時間、心率、平均血壓和機械通氣時間。記錄術后 0 h,6 h,12 h、24 h 血清乳酸值,選擇最大值作為乳酸峰值。記錄術后 0 h,6 h,12 h、24 h 上腔靜脈血氧飽和度(SvO2),選擇最小值作為 SvO2 谷值。
1.2 NIRS 數據
入 ICU 后,近紅外光譜儀 INVOS 5100c(柯惠醫療,上海)連續 24 h 監測腦 rSO2 和腹部 rSO2。腦 rSO2 貼片置于患兒前額一側,腹部 rSO2 置于腹部臍下正中部位。體重≤5 kg 患兒使用新生兒貼片(oxyalert;柯惠醫療),體重>5 kg 使用兒童貼片(somasensor,柯惠醫療)。記錄術后 0、6、12 和 24 h 腦部、腹部 rSO2 值,選擇最小值作為 rSO2 谷值。
1.3 轉歸不良的定義
轉歸不良定義為需要 ECMO 或 VAD、死亡、心臟停搏、機械通氣延長(>研究人群的 75 個百分點)或術后 30 d 內出現 2 個以上主要器官(心、肺、腦、肝、腎)功能障礙。
1.4 統計學分析
使用 IBM SPSS 23 統計軟件(SPSS 公司,芝加哥,IL)進行數據分析。正態分布的連續變量表示為均數±標準差(±s),均數比較采用 t 檢驗。非正態分布的連續變量表示為四分位數區間的中位數(IQR)。二元 logistic 回歸分析預測早期轉歸不良的獨立危險因素。所有的 P<0.1 的變量都納入分析模型。通過比較受試者工作特征(Receiver operating characteristic,ROC)曲線下面積(area under the ROC curve,AUC),比較 rSO2、乳酸單獨或聯合預測轉歸不良的價值。使用 MEDCALC(版本 114.2.0)Delong’s 試驗對 AUC 差異性進行比較。P<0.05 為差異有統計學意義。
2 結果
2.1 一般臨床資料
符合納入標準的共 73 例患者,男 43 例、女 30 例,年齡(91±18)d。疾病診斷見表 1,診斷方法為心臟彩超結合心血管 CT 或磁共振成像(MRI)檢查。患者一般臨床資料見表 2。根據早期轉歸結果將 73 例患者分為兩組。早期轉歸不良率為 47%。組間比較顯示,轉歸不良組 CPB 時間和乳酸峰值較高(P=0.043,P=0.001)。轉歸不良組入 ICU 時腹部 rSO2、術后 24 h 內腹部 rSO2 谷值,腦 rSO2 谷值均低于轉歸良好組(分別為 P=0.001,0.001,0.004)。而 SvO2 谷值,兩組間差異無統計學意義(P=0.187)。



2.2 二元 logistic 回歸分析
CPB 時間、乳酸峰值、入 ICU 時腹部 rSO2、腹部 rSO2 谷值、腦 rSO2 谷值在轉歸不良組與轉歸良好組之間有顯著性差異,將上述變量納入二元 logistic 回歸分析。乳酸峰值和腹部 rSO2 谷值是早期不良轉歸的獨立危險因素(表 3)。

2.3 ROC 曲線分析
術后 24 h 內腹部 rSO2 谷值和乳酸峰值對預測早期轉歸不良有顯著意義,AUC 超過 0.85。腹部 rSO2 谷值和乳酸峰值水平的界值分別為 52% 和 3 mmol/L(表 4)。

2.4 腹部 rSO2 谷值和乳酸峰值聯合預測不良轉歸的效果
由于腹部 rSO2 谷值和乳酸峰值是轉歸不良的兩個獨立危險因素,我們評估了它們單獨和聯合預測早期轉歸的效果。術后 24 h 內,腹部 rSO2 谷值預測不良轉歸的 ROC 曲線下面積為 0.897(95%CI 0.804~0.956)。乳酸峰值預測不良轉歸的 ROC 曲線下面積為 0.867(95%CI 0.768~0.935)。聯合應用腹部 rSO2 谷值和乳酸峰值后,預測不良轉歸的 ROC 曲線下面積增加到 0.944(95%CI 0.863~0.984,P<0.05)(圖 1)。這一結果證實,聯合腹部 rSO2 谷值和乳酸峰值的預測更具臨床價值。本組 73 例病例中,乳酸峰值>3 mmol/L 伴腹部 rSO2 谷值<52% 的患者共 23 例,其中 20 例轉歸不良,轉歸不良率達 87%,遠高于 47% 的平均水平。

3 討論
微循環障礙是導致先心病術后患者并發癥發生和死亡的主要影響因素。組織缺血和缺氧的早期識別、快速糾正有助于改善危重患者的轉歸,具有重要臨床意義[9-11]。近來,乳酸、混合靜脈飽和度和 rSO2 是反映微循環是否存在障礙的有效指標。在兒童,多個部位(如前額、腹部和背部等)適宜監測 rSO2,哪個部位的 rSO2 在預測微循環障礙及轉歸方面更敏感、更具特異性和臨床價值,尚無定論[12]。此外,混合靜脈氧飽和度需要抽取肺動脈的血液檢測,出于臨床易操作性的考慮,通常用上腔靜脈血氧飽和度,即中心靜脈氧飽和度代替混合靜脈血氧飽和度。
3.1 在預測先心病術后早期轉歸方面,腹部 rSO2 谷值比腦部 rSO2 谷值更具臨床價值
本研究發現,術后 24 h 內腹部 rSO2 谷值及乳酸峰值是預測 RACHS 3 以上復雜先心手術患者轉歸不良的獨立危險因素。腹部 rSO2 谷值<52%,預測轉歸不良的靈敏度為 84.1%,特異度為 80.5%,其靈敏度和特異度均高于腦部 rSO2 谷值的預測效能(腦部 rSO2 谷值對應的靈敏度和特異度分別為 78.1% 和 61.0%)。此外,術后 24 h 內聯合腹部 rSO2 谷值和乳酸峰值水平可以更可靠地預測患兒轉歸。
腦 rSO2 在先天性心臟病術后研究相對較早,大多以腦保護為目的,隨著多通道 rSO2 監測儀的出現,能夠同時觀察機體不同部位的區域組織血氧飽和度,從而獲得不同臟器或部位的微循環信息。在小兒低心排血量或低氧的早期預警方面,腹部 rSO2 顯示出更大的價值,因為腸道通常是發生缺氧缺血性損傷的第一器官[13]。當心輸出量下降時,機體最早的代償反應為腹部內臟血管收縮和局部血流減少,血流從非重要臟器(如腸系膜和皮膚)轉移到重要臟器(如大腦和心臟),以優先供應重要臟器的灌注[14-15]。研究顯示:當全身總血容量減少 15% 時,可導致腹部血容量大幅減少 40%,作為機體代償的受益方,機體重要臟器如心、腦灌注受影響程度較小[16]。基于這一現象,檢測腹部 rSO2 可作為組織缺血缺氧的早期檢測方法。在組織低灌注代償期,腦 rSO2 在正常范圍內,而腹部 rSO2 則已明顯降低。即使腦 rSO2 尚未發生顯著改變,如果出現腹部 rSO2 持續下降,可能預示術后轉歸不良。
Hoffman 等[17]發現 rSO2 與危重患者的轉歸有很強的相關性,并且提示即使在中心靜脈血氧飽和度沒有整體降低的情況下,如果 rSO2 檢測到局部缺氧缺血,仍然可能導致轉歸不良的重要原因。我們也發現:SvO2 谷值在兩組間差異無統計學意義,而腹部 rSO2 谷值在兩組間差異有統計學意義(P=0.001)。提示先心病術后早期,腹部 rSO2 對于轉歸不良的預測價值優于 SvO2。可能的解釋是:上腔靜脈引流區域包括腦部和雙側上肢,當機體灌注受損時,SvO2 的變化更容易受腦部灌注的影響,敏感性不如腹部 rSO2。
Kim 等[18]對先天性心臟病手術中患者的觀察發現:CPB 停止后即刻腹部 rSO2 在預測術后早期轉歸方面優于腦 rSO2 和腎 rSO2。與此研究一致,我們發現患兒入 ICU 時腹部 rSO2 值也可以預測術后結果,但其預測能力不如術后 24 h 內腹部 rSO2 谷值。腹部 rSO2 谷值除了受 ICU 時腹部 rSO2 值的影響,還反映了術后低灌注發生發展的過程和程度,能夠更準確地預測轉歸,更具臨床價值。Kim 等研究顯示,CPB 停止后腹部 rSO2 值≤66% 預示轉歸不良。本研究中,預測術后轉歸不良的腹部 rSO2 的界值是 52%。我們與先前研究預測不良轉歸的界值有所不同,可能是本研究中,RACHS 評分相對較高,手術具有較高的風險因素,且“轉歸不良”的患者實際上比 Kim 研究組中所列患兒的疾病嚴重程度更甚。
3.2 腹部 rSO2 和乳酸聯合預測能夠提高先心病術后早期轉歸不良的準確性
獨立應用腹部 rSO2 或乳酸預測不良轉歸時,ROC 曲線下面積相對較小。聯合應用腹部 rSO2 谷值和乳酸峰值后,預測不良轉歸的 ROC 曲線下面積顯著增加。說明腹部 rSO2 和乳酸聯合能夠提高先心術后早期轉歸不良預測的準確性。這可能和單一指標存在的局限性有關。血清乳酸增高(高乳酸血癥)可分為 A 型和 B 型。A 型高乳酸血癥的發生與組織灌注或氧合不良有關。由于低灌注或低氧合,無氧代謝增加,乳酸增加。根據這一機制,乳酸通常作為機體組織缺氧或循環衰竭的標志物[19-21]。B 型高乳酸血癥,存在組織利用氧障礙,組織血供和氧供并沒有受損[22]。
鑒于不是所有的高乳酸血癥都存在組織灌注不良,因此用乳酸單一指標用于預測轉歸不良可能存在一定的偏倚。理論上,如果高乳酸血癥合并低的腹部 rSO2 值,組織低灌注的可能性大大增加。這也許就是聯合乳酸和 rSO2 能夠更準確地預示轉歸不良的內在原因[23]。本研究病例中,23 例患者同時存在低的腹部 rSO2 值和高乳酸血癥,其中 20 例患兒轉歸不良,預測準確性大幅提升。
本研究表明:腹部 rSO2 谷值和乳酸峰值水平可獨立預測先天性心臟病手術患兒轉歸不良。此外,聯合二者可以進一步提高其對危重癥患兒轉歸不良的預警效能。