急性颅脑损伤救治：不能忽视的脑血流调节功能

黄立 张丽娜

【摘要】 脑血流调节依赖于心血管、呼吸和神经生理学之间复杂的相互作用，以保障脑代谢供需的匹配，保护大脑免受缺血或充血损伤。其调节机制包括心输出量调节、脑血管自动调节、脑血管二氧化碳反应性、神经调节以及神经血管耦联。急性颅脑损伤患者脑损伤机制复杂多样，涉及脑动脉压、脑血流、脑代谢的紊乱。这些参数的紊乱，导致了其脑血流调节功能损伤，而紊乱的脑血流调节功能加重了脑损伤。监测脑血流调节功能是急性颅脑损伤患者救治的重要环节。脑血流调节功能可实现床旁连续动态监测。在临床工作中，优化脑代谢及脑电活动，优化心输出量、保证脑血流充足性，通过脑血流自动调节寻找合适的脑灌注压，优化二氧化碳分压提供最优血管储备等治疗是急性颅脑损伤脑保护不容忽视的核心原则。

【关键词】 急性颅脑损伤； 脑血管自动调节； 二氧化碳反应性； 神经调节； 神经血管耦联

Management of acute brain injury: importance of cerebral blood flow regulation

【 Abstract 】 Regulation of the cerebral blood flow relies on the complex interplay between cardiovascular, respiratory, and neural physiology. The precise regulation of cerebral blood flow is critical for maintenance of constant nutrient and oxygen supply to the brain, protecting the brain from ischemia or hyperemia. The mechanism of regulation of cerebral blood flow, including cardiac output regulation, cerebral autoregulation, carbon dioxide reactivity, neuroregulation, and neurovascular coupling, is multifactorial, but all of them must act on the cerebral circulation. The pathophysiology of acute brain injury is complex and diverse, which involves the disorder of cerebral arterial pressure, cerebral blood flow, and cerebral metabolism. The disorder of these parameters leads to the impairment of cerebral blood flow regulation, thus aggravating the brain injury. Monitoring regulation of cerebral blood flow is important in the treatment of acute brain injury. Regulation of cerebral blood flow can be realized by continuous dynamic bedside monitoring. The core principles for the treatment of acute brain injury are optimizing cardiac output, ensuring cerebral perfusion, optimizing cerebral metabolism and neuronal activity, finding appropriate cerebral arterial pressure to match cerebral blood flow through cerebral autoregulation, and optimizing pressure of arterial carbon dioxide to provide optimal vascular reserve.

【 Key words 】 Acute brain injury; Cerebral autoregulation; Carbon dioxide reactivity;

Neuroregulation; Neurovascular coupling

DOI：10.3877/cma.j.issn.2096-1537.2020.03.003

基金项目：国家自然科学基金面上项目（81671960，81873956）

作者单位：410008 长沙，中南大学湘雅医院重症医学科 国家老年疾病临床医学研究中心（湘雅医院）通信作者：张丽娜，Email：zln7095@163.com

大脑是一个高度新陈代谢活跃和血管化的器官， 通过脑血流调节功能对脑血流量（cerebral blood flow，CBF）进行精确控制，以维持脑代谢的动态平衡，支持脑的稳态和功能的执行 [1]。当脑血流调节功能受损时，CBF 与脑电活动或者脑代谢失匹配，大脑会出现缺血和充血等系列病理生理改变导致脑细胞损伤甚至坏死。急性颅脑损伤

（acute brain injury，ABI）患者，如蛛网膜下腔出血（subarachnoid hemorrhage，SAH）、创伤性脑损伤（traumatic brain injury，TBI）、自发性脑出血、缺血性脑卒中、脓毒症、休克等，均普遍存在脑血流调节功能受损，而脑血流调节功能一旦受损与不良预后明显相关 [2]。早期动态监测脑血流调节功能，积极干预，就有可能为受伤的大脑创造最佳生理环境，从而改善神经系统结局。

一、脑血流调节功能的基本概念与监测必要性脑血流调节功能是指脑血流量因平均动脉压

（mean arterial pressure，MAP）、血液中二氧化碳分 压（pressure of arterial carbon dioxide，PaCO2）等改变仍保持恒定的能力。心输出量调节、脑血管自动调节（cerebral autoregulation，CA）、脑血管二氧化碳（carbon dioxide，CO2）反应性、神经调节以及神经血管耦联是目前较为公认的脑血流调节机制 [1]。这些机制之间平行、重叠和相互作用的靶点在于脑小血管的收缩和舒张，即通过调节脑血管阻力，从而控制 CBF 与代谢的精确耦联。它是一种内在的适应性机制，以抵消各种病理损伤并维持脑稳态。然而，一旦这些代偿能力损伤或者耗尽，就会发生明显神经功能损伤。ABI 病理生理改变中不论是原发性损伤还是继发性损伤，都可以促进细胞毒性和（或）血管源性脑水肿的发展，并损害脑血流调节能力。紊乱的脑血流调节功能又可能会加剧脑氧、葡萄糖输送和代谢需求之间的不匹配，加重脑损伤。可见，脑血流调节功能紊乱是 ABI 病理生理改变的因也是果。

ABI 患者脑血流调节功能受损普遍存在。有

报道 TBI 患者在病理生理改变过程中脑血流调节功能几乎都是受损的，低 CBF、高 CBF、CA 受损和神经血管失耦联均与较差的预后相关 [3]。对于 SAH 患者早期脑血管 CO2 反应性受损预示着血管痉挛，而 CA 受损则预示着可能发生迟发性脑缺血和不良的临床预后 [4]。同样，缺血性脑卒中患者，脑血管 CO2 反应性降低和 CA 受损与梗死的大小和

功能结果有关 [4]。有研究 [5] 发现脓毒症患者脑血管 CO2 反应性降低，CA 受损，CBF 降低，这是否与脓毒症早期及远期认知功能障碍相关需要进一步研究。可喜的是，目前已有研究发现通过监测脑血流调节功能，寻找最佳 MAP 能改善 TBI 患者神经功能结局。临床评估脑血流调节功能有助于帮助医师了解重症患者脑血流动力学的病理生理改变，以便找到合适治疗靶点，从而改善神经功能结局，这也是 ABI 患者救治中需要关注的关键点。 ![保护好] https://img.qingwk.com/images/resource/f10009772/2019/03/03/183297_72529710064_fd1280x1000.jpg

二、临床如何评估脑血流调节功能

鉴于脑血流调节功能在多数疾病病理生理改变中的重要性，准确和实用的床旁可评估方法至关重要。床旁动态连续监测脑血流调节功能的方法包括：经颅多普勒（transcranial doppler，TCD）和近红外光谱（near infrared spectrum instrument，NIRS）、脑组织氧监测、激光多普勒血流测定仪、热弥散血流测定及正交偏振光谱成像。计算机断层扫描、正电子发射断层扫描和 MRI 具有较高的空间分辨率，在获取绝对 CBF 数据上具有优势，但不适合床边连续监测 [6]。

目前临床上有静态和动态两种方式评估 CA [7]。静态 CA 评估是分析数分钟至数小时内 MAP 改变所引起的 CBF 变化；它是整体效果的评估，也就是效率；但其没有评估潜伏期，即脑血管阻力改变所需要的时间。动态 CA 评估不需要 MAP 明显的变化趋势，而是通过计算机技术来分析几秒内 MAP 波动所致 CBF 的变化，其评估 CBF 对 MAP 瞬时变化的瞬时反应，即潜伏期。ABI 患者 CA 是进行性受损，首先影响其潜伏期，然后是效率 [8]。目前有许多连续动态 CA 评估方法，例如：压力反应性指数、氧反应性指数、平均速度指数等，通过这些方法能获得最佳 MAP 和（或）合适 MAP 区间 [9]。当然，鉴于连续监测技术的缺乏，目前临床上较常用压颈试验的瞬时充血反应速度比值来间断动态评估 CA，即 TCD 测量的压颈解除后大脑中动脉血流速度与基线血流速度的比值＞ 1.09 提示 CA 正常 [10]。ABI 患者脑血管 CO 反应性可以通过评估过度通气后 PaCO2 降低所致 CBF 变化情况；或者通过低通气 / 吸入 CO2 后，PaCO2 增加所致 CBF 变化情况；如通过 TCD 测量，每单位 CO2 改变导致大脑中动脉血流速度改变＞ 4% 提示脑血管 CO 反应性正常 [11]。这种方法特别适合于机械通气的 ABI 患者。神经调节主要通过使用药物阻滞交感神经（曲美沙潘 / 酚妥拉明）或者副交感神

经（甘草次酸）后，观察 CBF 的变化。由于药物可以导致全身效应，如酚妥拉明所致低血压，会启动 CA，干扰神经调节的评估，所以临床上很少使用 [12]。神经血管耦联可以用 TCD、NIRS 和脑电图连续动态监测局灶性大脑皮层激活后 CBF 的变化，例如脑电图显示视觉刺激后枕叶皮质活动增加， TCD 立即观察到相应供血的大脑后动脉血流速度明显增加 [13]。由于影响脑血流调节因素是多种多样的，所以评估脑血流调节功能某一参数时，需要维持其他参数不变。例如评估 CA，需要维持血 PaCO2、体温、电活动、心输出量等恒定，通过单一 MAP 的改变来观察 CBF 的反应，如果体温增加，会启动神经血管耦联，从而干扰了 CA 评估，有可能会导致合适的 MAP 或者 MAP 区间阈值错配。

三、脑血流调节功能临床应用要点

1. 优化脑代谢和脑电活动是 ABI 救治的前提：脑血流调节是独一无二的，传导动脉及小动脉的阻力水平是微血管灌注压（CA）的主要决定因素，而神经血管耦联能使 CBF 重新分配到大脑的活跃区域。ABI 患者的脑血流调节功能受损，在体温增高、癫痫发作、躁动等脑代谢增加情况下，CBF 无法精准匹配增加，供需失衡，加重脑损伤。目标体温管理，控制癫痫、特别是非惊厥性癫痫，避免躁动，控制不恰当应激反应，控制阵发性交感亢进，控制播散性去极化等，让神经元仅维持自身基础代谢，从而使受伤的神经血管耦联做功减少，维持最基本脑代谢，以求保留最大化的脑血流调节储备。

2. 优化心输出量，保证脑血流充足性是 ABI 救治的优先级别：心输出量最近被认为是脑血流调节的一个独立调节机制 [14-15]。研究表明，维持 MAP 及血 PaCO2 无改变，改变心输出量，则 CBF 发生变化且与心输出量改变呈正相关 [14-15]。给予 SAH 合并心功能障碍患者多巴酚丁胺强心后心输出量增加、CBF 增加。脓毒症患者增加心输出量后不论是否改变 MAP，CBF 获得优化 [5]。也有研究报道，在 TBI 患者，尽管优化心输出量，但并不能改善 CBF，可能与该部分患者目标血压水平不在 CA 血压范围内相关 [15]。无论如何，每个器官血流量均与心输出量相关，优化大循环的基础上，评估 CBF，以脑血流量充足性做为器官血流动力学管理目标，保证脑灌注是 ABI 救治的优先级别。

3. 优化脑灌注压是 ABI 救治的核心环节：ABI 患者 CA 受损，合适的 MAP 范围区间缩窄，有的仅为 5~20 mmHg（1 mmHg=0.133 kPa）[8]。由此

   可以解释以统一的脑灌注压或者 MAP 目标值为治疗导向的 TBI 患者 “群体化” 管理方案未观察到结局改善的原因。同样，紧急降低急性脑卒患者血压具有临床实践的安全性，但不能改善神经功能预后。应注意的是，这些研究均未关注和涉及对脑血流调节功能的评估 [16]。相对保留完整 CA 的脑卒中患者可能受益于积极的降血压治疗，因为 MAP 刚好在 CA 血压区间内，可以改善临床结果和减少不良反应。对于 CA 受损的脑卒中患者，血压的迅速降低可能适得其反。大部分脑卒中患者存在 CA 受损，且预后更差。所以重视 CA 评估，寻找合适 MAP 范围或者最佳 MAP 并将其应用于 ABI 患者个体化救治是脑灌注为目标导向脑血流动力学管理方案的核心环节。

4. 优化 PaCO2 为 ABI 救治提供最优的血管储备：脑血管 CO2 反应性是评价脑血管储备功能的重要指标，其受损与脑缺血事件密切相关 [17]。这就意味着对于 ABI 患者的救治，维持 PaCO2 为 35~40 mmHg 具有重意义。PaCO2 及 ABP 改变均可导致脑血管扩张与收缩，两者可相互影响 [6]。当 CO2 在高水平时，会导致 CA 的血压区间缩窄。也就是说，不同 CO2 水平其合适 MAP 不一样。对于 ABI 合并慢性 CO2 潴留患者，在高 CO2 水平上寻找合适的 MAP 即可。同样随着 ABP 的下降，脑血管 CO2 反应性下降， 当 ABP 下降至正常的 66%，脑血管 CO2 反应性几乎消失。临床管理 ABI 患者时，应稳定呼吸模式，避免 PaCO2 波动，优化脑血管 CO2 反应性，维持患者最佳的脑血管储备。

四、未来展望

脑血流调节功能监测是对多个生理变量的床旁动态连续监测，需要将多变量参数整合，利用计算机可视化技术，将复杂的数据集简化为可由临床医师解读的形式，提供精准个体化治疗。未来期望有更多临床可实用方法来评估神经调节，例如，利用计算机可视化技术无创评估压力感受器的敏感性或者心率变异率。独特的神经调节信息与其他脑血流调节信息整合，能更好地理解 ABI 病理生理改变，提供可指导临床决策的信息。除了 TBI，对于其他 ABI 患者，通过 CA 评估寻找合适的 MAP，这种治疗方案未来还需要多中心研究以证实其有效性。

综上所述，脑血流调节依赖于心血管、呼吸和神经生理学之间复杂的相互作用。这些参数中的 1 个或多个受到损害，会加剧脑血流调节功能紊乱。