近红外光谱(NIRS)通过监测局部组织血氧饱和度(rSO2)，实时、无创地反映测量部位氧代谢情况和局部有效血流灌注，已广泛应用于不同疾病状态下脑、肾脏以及胃肠道血流灌注监测和脏器功能评估。先天性心脏病(CHD)围术期血流动力学波动易引起脏器灌注不足，导致缺氧缺血的发生和内环境紊乱，组织氧合状态发生有害变化，但此时机体的动脉血氧饱和度(SaO2)甚至混合静脉饱和度(SvO2)尚未改变，而NIRS可以灵敏监测组织的rSO2改变，从而预警组织缺氧缺血并及早干预，防止进一步损伤的发生。现简述NIRS的基本原理、局限性及在CHD围术期应用新进展，旨在为其在CHD围术期的临床应用提供新的思路及方向，早期评估患者病情，并指导临床工作。
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近红外光谱(NIRS)是一种非侵入性的临床仪器，与多普勒超声、经皮血氧监测仪等监测方法相比，能够实现实时、无创地监测局部组织血氧饱和度(rSO2)，目前已广泛应用于评估多种器官，如脑部、肾脏等的血流灌注。先天性心脏病(CHD)患儿较健康儿童存在异常的血流动力学改变，可能存在局部组织脏器灌注不足，体外循环(CPB)使全身血液重新分布，组织器官经历缺血再灌注损伤，而术后患儿处于疼痛、应激状态，加上镇静肌松药物和血管活性药物的使用，容易导致局部组织血流灌注不足，发生缺氧缺血及内环境紊乱。NIRS早期应用于CHD患者围术期的组织血流灌注评估，可及早指导治疗，改善预后。本文拟介绍NIRS在CHD围术期应用的新进展，并对其在未来CHD临床应用和科研工作中提出展望。
NIRS基于生物组织对NIRS(波长700~1 000 nm)的通透性，以及血红蛋白(Hb)、肌红蛋白、细胞色素氧化酶aa3(CytOxaa3)等发色基团对光谱的不同吸收作用，利用朗伯-比尔定律(The Lambert-Beer Law)和光散射理论测算还原Hb和氧合Hb的吸光系数差别，通过计算吸收谱比值，得出局部Hb的氧饱和度。
1977年，Jöbsis[1]首次将NIRS用于监测动物头部及心脏的氧含量，1987年Ferrari等[2]将NIRS应用于临床监测成人脑组织含氧变化与脑功能的关系后，脑血氧饱和度监测装置于1993年在美国上市。2005年，我国清华大学生物医学工程系首次研制近红外组织血氧参数无损检测仪成功，并应用于临床。NIRS技术是通过测量光来转化计算rSO2，相较于血氧饱和度等技术，其可以在停搏状态下发挥作用，且能应用于局部组织或器官，具有无创、实时、连续、便携等优点，其检测组织深度大约为光源到探测器距离的1/2。国内外多将该技术应用于脑、肾脏、胃肠道、肌肉等部位血流灌注水平的监测，用于脏器功能评价和预测临床预后。NIRS技术目前已广泛应用于心脏手术、新生儿重症监护室(NICU)及各类高危手术和重症监护室对重要脏器的血流灌注监测和脏器功能评估。
使用NIRS经颅血氧饱和度测定提供了一种无创、实时、可靠和可行的方法来监测CHD患儿的脑Hb氧合变化。早在数十年前，已有研究报道了脑组织氧饱和度和颈静脉血氧饱和度、上腔静脉流量之间显著的线性关系，而随后进行的几项CPB动物试验也证实了这种线性关系的存在，且发现了NIRS测得值CytOxaa3与脑组织细胞氧代谢之间的联系[3,4]。
发绀型CHD(CCHD)与非发绀型CHD患儿的局部脑组织氧饱和度差异有统计学意义，在CPB中发绀型CHD患儿的脑氧合Hb及总Hb下降更为显著。但也有试验表明，通过动脉和颈静脉氧饱和度计算所得值在两者之间差异无统计学意义。慢性缺氧处于代偿期的CHD患儿脑组织氧饱和度仍处于正常范围[(69±6)%][5]，动脉-脑血氧饱和度之差与Hb呈负相关。Quarti等[6]指出了在CPB中进行心脏手术时使用外部二氧化碳对脑NIRS绝对值的影响，研究发现，在使用二氧化碳后脑部氧饱和度及动脉氧分压显著增加，而去除后两者均下降，提示脑部氧饱和度与动脉氧分压可能存在关联，并对评估脑血管阻力和脑血流起到一定作用。"体内"的二氧化碳则可能影响NIRS的测量结果，低碳酸血症或高碳酸血症会影响脑氧饱和度与上腔静脉血氧饱和度的一致性，因此根据上腔静脉血氧饱和度调整计算脑氧饱和度能提高准确度。为了比较具有左侧单心室(SV)及右侧SV生理功能的CHD患儿的血氧饱和度变化，Altit等[7]测量了出生后72 h内脑部(Csat)和肾脏(Rsat)的rSO2。与左侧SV组相比，右侧SV组的Csat降低，而两者的Rsat均降低。随着时间的流逝，左侧SV组的经皮血氧饱和度(SpO2)增加，而右侧SV组的SpO2降低。超声心动图测量所得的降主动脉速度时间积分(VTI)与Rsat相关。该研究表明，与右侧SV组相比，NIRS在左侧SV组中保留了更好的脑氧测量值。2组的Rsat随时间下降。降主动脉VTI与Rsat之间的相关性表明NIRS肾饱和度测量值与肾脏灌注之间存在关联。
在当今医疗技术的发展下，患有中重度CHD的儿童术后生存率显著提高，但仍面临更高的生长发育障碍可能。对于某些儿童来说，并发症和合并症可能会进一步增加脑部损伤的风险。NIRS在小儿心脏手术脑功能损伤程度的评估中应用较早，并且发挥了重要作用。目前已有许多研究证明术后脑组织氧饱和度的降低可预测CHD术后并发症的发生，如低心排综合征(LCOS)等。长时间的低脑氧饱和度与手术年龄、术后早期舒张压和降低后负荷药物使用等有关，且可能导致机械通气时间延长。有学者认为术后前48 h平均脑组织血氧饱和度低于56%是预后不良结局的危险因素。在CPB术后使用心室起搏(VVI)的CHD患儿中也观察到了脑血流量和脑氧合的降低，VVI或许对脑组织氧供产生不利影响。Simons等[8]使用贝利婴幼儿发展量表(Bayley Ⅲ)和NIRS探讨小儿心脏术后局部脑血氧饱和度与神经发育的关系，发现rSO2最低值可能是患儿语言理解能力的结局预测指标之一。另有一项研究同样证实了NIRS测量脑组织氧合指数(cTOI)预测CHD术后生存率和神经发育结局的作用，并提出结合乳酸水平可提高预测准确性[9]。脑血氧提取分数[OEF，使用动脉血氧饱和度(SaO2)和脑血氧饱和度计算]是指血液流经毛细血管床后被组织摄取的氧所占的百分比，反映了组织的氧需求。近期一项研究发现，完全性大动脉转位(TGA)及SV CHD患儿术前的OEF较健康足月儿升高，并在行矫治术后逐渐下降，表明TGA和SV患儿由于其脑氧输送障碍可能存在提高氧摄取的代偿机制[10]。脑血流自动调节功能(cerebral auto regulation，CAR)是指人体在较宽的灌注压力范围内维持脑血流的能力，它可以通过描述动脉血压和NIRS测量的脑血氧饱和度之间的关系来计算。NIRS衍生的CAR测量是提高对新生儿中枢血流动力学认识、常用药物(如镇静剂)的脑部药效学和特定疗法脑部作用的重要研究工具[11]。在CAR正常的情况下，CHD术中使用丙泊酚麻醉镇静可增加脑组织氧合，这可能是镇静后大脑耗氧量减少所致。但也有学者认为，尽管患有严重CHD的患儿在术后表现出了较低的脑组织氧饱和度，但脑氧指标及CAR并不是术后新发缺血性脑损伤的独立危险因素[12]。并且，基于有创的压力反应指数(pressure reactivity index，PRx)所测定的平均动脉压(MAP)与通过无创的NIRS测定的MAP并不具有一致性[13]，NIRS反映的CAR结果仍值得进一步探讨。
胃肠道具有丰富的血管床，受到强大的神经系统及激素调节，在CHD患儿异常的血流动力学中极易受到缺血损伤，甚至以牺牲躯体和肾灌注为代价来维持脑循环。NIRS应用于肠道组织氧饱和度监测开始的时间相对较晚，现有探究腹部组织血氧饱和度的临床试验较少，且多数研究对象为早产儿或患有肠道疾病的新生儿，缺乏对CHD患儿的研究。
已有研究表明CHD术后患儿平均脑部和肾脏血氧饱和度≤65%能较为敏感(敏感度95%、特异度83%)地预测术后高乳酸血症(血清乳酸水平≥3.0 mmol/L)的发生，而CHD术后腹部rSO2与血清乳酸也呈负相关，且与胃黏膜pH及混合静脉饱和度(SvO2)有很强的相关性。DeWitt等[14]研究者使用NIRS，比较了SV及双心室CHD术后患儿坏死性小肠结肠炎(NEC)的发生率及其内脏局部rSO2的变化，发现与双心室CHD受试者相比，SV CHD受试者发生NEC的比例明显较高，且在开始肠内喂养之前和喂养期间的rSO2显著降低，发生NEC的受试者rSO2均值更低，且低于30%的时间更长。表明NIRS可能是评估NEC风险的有用工具，尤其是在具有SV生理状态的患者中。NIRS与SpO2、肠脂肪酸结合蛋白(IFABP)等联合应用，能使其预测肠道组织缺血的敏感性、特异性进一步提高[15]。腹部NIRS也有助于心脏手术后LCOS的早期识别，持续的NIRS值小于58%是发生LCOS的良好预测值[16]。黄继红等[17]发现肺动脉闭锁术前患儿，脑组织血氧饱和度降低12.80%或内脏组织血氧饱和度降低20.60%预示不良事件可能性高，且内脏组织血氧饱和度降低较血压、乳酸等指标更早。
婴儿期CPB手术后，急性肾损伤(AKI)是常见的并发症。NIRS作为一项更新的无创技术，可以持续评估区域血氧饱和度，CPB术后24 h内NIRS饱和度长期小于50%可能预示了患儿肾脏损伤的不良预后。一项前瞻性观察性研究在术后48 h内连续收集40例接受双心室修复的婴儿(年龄<12个月)的肾脏血氧饱和度数据，发现肾血氧饱和度低的受试者(低于50%> 2 h)在术后48 h时肌酐水平达到峰值，并且AKI发生率较高，并且具有更长的通气时间和更大剂量的血管活性支持[18]。
Ruf等[19]通过NIRS评估行CPB手术的婴儿手术前后的血氧饱和度与AKI的发展之间的关系，结果发现术中及术后12 h、24 h和48 h内AKI患者的肾脏血氧饱和度值明显降低，肾血氧饱和度值降低的婴儿在术后24 h乳酸水平显著升高。提示心脏手术期间长期低肾脏血氧饱和度值与AKI的发生有关。
迄今为止，NIRS主要应用于评估成人体外膜肺氧合(ECMO)患者中枢神经系统的预后及远端肢体缺血情况，在儿童ECMO患者中使用较少。在ECMO治疗中，低脉压可能表明心力衰竭导致的低心排出量，脉压突然下降可能提示心包压塞、血胸或气胸等，NIRS可以早期识别和治疗ECMO并发症。Khan等[20]对20例静脉-动脉ECMO(VA-ECMO)患者进行回顾性分析，发现发生急性脑损伤的患者均有rSO2减低(较基线下降25%以上或绝对值<40%)，而未发生急性脑损伤者有42%的患者经历过rSO2减低，且急性脑损伤者rSO2减低持续的时间更长、频率更高，另有研究也证明急性脑损伤者的最小rSO2明显更低[21]，表明NIRS测定的脑氧饱和度与继发性神经损伤相关。接受股动脉插管的VA-ECMO患者有远端、下肢低灌注缺血的风险，一项研究对25例患者(22~78岁)用NIRS进行监测，其中6例患者明确有下肢缺血，这6例患者的下肢rSO2均低于50%，持续时间超过4 min，但ECMO流量大小可能影响结果准确性[22]。NIRS被证明与ECMO患者的肾脏灌注有关[23]，肾脏NIRS>76%对足量尿量有很高的预测价值，随着尿量减少及MAP的下降，NIRS也随之下降。
除了上述常见的测量部位，NIRS还可以测量骨骼肌的灌注。与健康人相比，运动后的CHD儿童出现明显的脑充血，而健康人的血液再分配则倾向于躯体肌肉。鉴于Fontan术后患者特殊的血流动力学变化，有学者探讨了其在增量运动过程中辅助呼吸肌氧气输送和利用的匹配性，结果表明与健康对照组相比，接受Fontan手术的患者在进行增量循环运动时呼吸肌承受较高的压力，且辅助呼吸肌的灌注较差。这可能表明Fontan术后患者的骨骼肌劳损更为普遍且灌注较差，而不仅仅局部受限于胸肌[24]。该研究进一步佐证了CHD患者不同的血液再分配模式。
急性等容血液稀释(ANH)是术中较为常用的一种血液保护方法，能有效地减少手术出血和异体输血量及其带来的相关并发症。由于术前放血及术中二次血液稀释，Hb和血细胞比容将降低。在一项研究中，NIRS被用来评估血液稀释的安全性。结果显示，rSO2较心率和MAP等血流动力学指标更为敏感，提示监测末梢器官组织氧合可能是确定放血安全限值更有效的方法。体外循环后应用改良超滤可减轻血液稀释程度，尚未发现对脑部氧合有明显影响[25]。
在依赖导管的CHD中，术前保持动脉导管的血流至关重要。研究者记录到大脑和肾脏局部血氧饱和度的周期性下降，且与动脉导管的收缩有关，并通过输注前列腺素纠正。因此可以认为导管细胞的周期性收缩参与了动脉导管的早期闭合过程[26]。
NIRS血管内超声成像(NIRS-IVUS)是临床上第1个能够检测出易感患者和动脉粥样硬化斑块的诊断工具，近年来取得了一定成果。尽管对CHD患儿婴幼儿期应用价值不大，但最近一项研究评估了CCHD患者成年后冠状动脉粥样硬化的程度，CCHD患者的冠状动脉直径比非发绀型对照组大，较低比例的CCHD患者显示最大4 mm冠状动脉内的胆固醇的脂质核心负荷指数(MaxLCBI4mm)阳性，结论表明CCHD患者或许比一般人群更少发生动脉粥样硬化[27]。为了监测CPB手术中发生血栓和溶血的问题，我国学者自主研发设计了一套心肺转流系统血细胞损伤监测装置，采用新鲜抗凝猪血进行血液损伤实验，并验证有效[28]。
NIRS作为一项较新的技术，已较多应用于CHD患儿多器官多方面的监测。然而目前国内外研究的重点仍然在对脑部的探索上。我国自2005年至今使用NIRS对CHD患儿进行的临床试验大多数集中于脑氧监测。尽管受限于技术本身对测量深度等的限制，腹部、肾脏血氧饱和度仍可以作为下一阶段着重研究的方向，来弥补现今研究的局限性及单一性，为研究CHD患者疾病的发生发展提供更完整的科学数据。
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