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脑血管反应性(CVR)是指脑血管在遇到刺激(如脑灌注压、动脉血CO2分压水平变化)时收缩与舒张的能力，可以反映脑血管的储备能力[1]。其中脑血管随动脉血CO2分压(PaCO2)水平变化的性质被称为脑血管二氧化碳反应性(CVR-CO2)。通过检测CVR-CO2可以评价脑血管的调节能力及侧支循环状态，对许多疾病(脑卒中、认知功能障碍等)的早期诊断、治疗及预后评价都有重要的意义。本文就脑血管二氧化碳反应性的影响因素、检测方法和临床应用加以综述。
大脑作为高代谢高氧耗的器官，充足且稳定的氧供至关重要。在某些血管舒张因子作用下，脑血流量(CBF)会成比例地增长。血液中的CO2是调节脑血管血流状态的重要因素。通过PaCO2监测和脑血管造影证实，对于脑血管功能正常者，当PaCO2在一定范围内(25～57 mmHg，1 mmHg＝0.133 kPa)变动时，脑内大动脉管径无明显变化，而脑内阻力小血管则对PaCO2的改变较敏感。CO2可松弛血管平滑肌，特别是阻力血管平滑肌。当PaCO2增高时，因CO2更容易通过血脑屏障进入血管周围，使局部pH值降低，从而使细胞膜超极化，造成血管平滑肌细胞舒张，此时流经大动脉的血流量增加、血流速度增加；当PaCO2降低时，脑内阻力血管收缩，此时流经大动脉的血流量减少、血流速度降低。吸入CO2可使PaCO2增高，造成高碳酸血症；过度换气可使PaCO2降低，造成低碳酸血症。也就是说，在大脑血管面临PaCO2的改变时，会通过收缩或舒张阻力血管减少或增加血流速度，以便大脑组织氧供需达到平衡[2]。这一反应往往非常迅速，仅仅约6 s，但这一过程对于维持pH和呼吸驱动非常关键[3]。
Matta等[4]研究表明，血PaCO2每增加1 mmHg，脑血流量平均增加2 %～4 %。但CBF随PaCO2的改变并不是线性的：对高碳酸血症的反应大于对低碳酸血症的反应。高碳酸血症情况下，PaCO2每增加1 mmHg，脑血流大约增加6%；低碳酸血症情况下，PaCO2每降低1 mmHg，脑血流大约减少3 %。当PaCO2介于20～60 mmHg时，CBF与其呈线性关系[5]。
高龄是脑血管疾病发生的高危因素。有研究称[6]，年龄70岁和60岁是区分术后脑卒中发生高危和低危风险的重要节点。Bishop等[7]报道大脑中动脉测得的平均流速变化与CBF的变化相关。基于此，曹秉振等[8]通过监测健康人群的大脑中动脉平均流速来间接反映CBF的水平，通过屏气试验得出反映CVR-CO2的指标，即屏气指数，研究影响CVR-CO2的危险因素。研究结果发现健康人群中大脑中动脉的平均流速随着年龄的增长逐渐降低，但屏气指数并不随年龄的变化而发生明显改变。理论上，CVR-CO2会随着年龄增长受到损害。但受限于已有研究的数量和样本量，目前还不能得出一个明确的划分危险程度的年龄节点，这需要进一步研究。
血管壁张力随着管壁厚度的增加而下降。因此，血管壁与管腔比例的增加能降低高血压引起的血管张力；即使在高血压的情况下，仍可保持血管的自动调节能力。但当动脉管壁与管腔比率进一步增高导致血管刚性改变，血管顺应性下降，就可能导致CVR-CO2受损。高血压状态下，内皮释放的收缩因子可引起血管收缩。给予CO2刺激后，在CO2起效前必须先克服已存在的血管收缩，导致血管反应性降低。曹秉振等[8]使用单光子发射扫描(SPECT)结合乙酰唑胺激发试验(详见"脑血管二氧化碳反应性检测方法")对脑卒中复发者的CVR-CO2进行检测，发现CVR-CO2异常组患者血压显著高于正常组，提示高血压患者的CVR-CO2降低。
糖尿病可导致动脉粥样硬化和微血管改变。大血管的顺应性下降和微血管阻力增加是血管自动调节能力受损、CVR-CO2降低的重要机制。赵庆春等[9]的研究也得出相似结论，说明糖尿病和高血压在脑血管反应性的破坏方面有协同作用。
脂质代谢异常与血管病变密切相关。低密度脂蛋白(LDL)和极低密度脂蛋白(VLDL)被称为"致动脉粥样硬化脂蛋白"[10]。动脉粥样硬化斑块形成、血管狭窄可导致CVR-CO2降低。
长期吸烟可促进动脉粥样硬化斑块的形成。此外吸烟还可导致血管痉挛，长期痉挛可导致血管壁的管壁僵硬、弹性降低。这些组织结构改变均可导致CVR-CO2的降低。长期大量饮酒亦被认为是血管损害的因素之一，其机制与内皮功能受损继发血管痉挛及脂质代谢紊乱有关[10]。
正常情况下，随着PaCO2的增加，脑血流量会相应增加。由于PaCO2监测需要对患者进行有创操作，且不能连续监测，故临床上常用呼气末CO2分压(PetCO2)代替PaCO2。有研究表明PaCO2与PetCO2有很好的一致性[16]。基于以上原因，临床上常用以下3种方法检测CVR-CO2：屏气试验、CO2吸入法、乙酰唑胺激发试验。研究表明，这3种方法具有很好的一致性[17,18]。
屏气试验是通过测量屏气前与屏气后的脑血流速度，得到二者的差值ΔV，然后计算屏气指数(BHI)，BHI＝(ΔV/V基线×100%)/屏气时间(s)[19]。在判断CO2对CVR的作用时，应将动脉血压和血氧控制在相对稳定的状态，以排除其对脑血流速度的影响。另外应该注意的是屏气试验需要在平静呼吸后而不是深呼吸后，否则会因为兴奋迷走神经系统而影响检查结果。
CO2吸入法是指令受试者吸入高浓度的CO2混合气；或者给患者佩戴连接CO2旁流监测仪的特制面罩，随着患者正常呼吸，自体呼出的气体逐渐在储气囊里积存，随后被患者再次吸入。两种方法均可以提高受试者的PaCO2水平，后者也称为自体CO2吸入法[20]。该方法需要同时检测患者的PetCO2，另外可能引起受试者不适。
乙酰唑胺激发试验不受患者呼吸功能影响，较屏气试验和CO2吸入法能够更加客观反映CVR- CO2。但乙酰唑胺扩张血管的机制复杂，扩血管时间更持久，可能导致相关并发症出现，因此在临床上应用相对受限。
目前为止，临床上采用了多种影像学检查方法结合屏气试验、CO2吸入法或乙酰唑胺激发试验来测量CVR-CO2。1982年挪威学者Aaslid等[21]将经颅多普勒超声(TCD)应用于临床，后因其无创、廉价、可靠、方便等特点被广泛应用于脑血管疾病筛查。此外，磁共振成像(MRI)、单光子发射计算机断层扫描(SPECT)、正电子发射计算机断层扫描(PET)等也可实现此项检查，但价格昂贵限制了其使用。
TCD检测常以大脑中动脉(MCA)作为检测血管来评价CVR-CO2。由于MCA的解剖走行、管径相对恒定，检出率和重复率较其他颅内动脉高。此外，平均动脉压改变30 mmHg时，MCA的直径相对保持不变，因此在血管直径不变的条件下，CBF与MCA的血流速度呈正比。早期的血管造影也显示常规CO2吸入时，MCA直径的改变可以忽略不计[22]。Giller等[23]认为大脑中的大血管(颈动脉、大脑中动脉、椎动脉)管径随着血压和PetCO2的变化<4%；但是相对来说较小的血管(大脑前动脉、大脑中动脉M2段)，其管径随血压和PetCO2的变化改变达到29%和21%。这些数据说明，大血管的管径在血压与PaCO2改变适中的情况下并不发生大的变化，而那些较小的血管将会有较大的变化。血管管径的恒定表明TCD所获取的速度可以较为准确地反映通过被测血管的血流量。鉴于目前尚无在体精确测量血管直径的监测方法，在使用TCD测量和评估脑血流和CVR时应慎重解读测定指标的临床意义。
目前，随着脑血管疾病的发生率增加，临床上迫切需要有方便、快捷、准确的方法帮助我们进行预测和诊断。CVR-CO2能够帮助我们评估脑血管的健康程度[24]。某些病理生理情况下，CVR-CO2有所变化。大量研究表明，在阿尔茨海默症患者和血管性痴呆患者中，CVR-CO2较正常对照组人群显著降低。当给予痴呆治疗药物大约5周以后，CVR-CO2得到了明显的改善[25,26]。Lee等[27]通过研究也发现，在脑灌注压下降的患者中，脑血管对CO2和血管扩张剂的反应性下降，CBF不能达到正常水平。以上研究均表明CVR-CO2可帮助临床医生充分评价脑血管调节能力，并确定脑灌注压下降对患者的危险性。
CVR-CO2与卒中的发生密切相关。CVR可以识别有卒中高风险的颈动脉狭窄或闭塞的患者。颈动脉闭塞且侧支循环不好、CVR-CO2受损的患者，同侧卒中的年发生风险为32.7%；而CVR-CO2正常且侧支循环开放好的颈动脉闭塞患者同侧卒中的风险为0[28]。另外，在颈动脉狭窄>70%、但无症状的患者中，CVR-CO2正常者的同侧脑卒中风险为4.1%，而CVR-CO2受损者的风险为13.9%[29]。
Silvestrini等[30]研究认为血管反应性和认知功能下降有关系，他们检测了CVR-CO2、简易精神状态检查(MMSE)评分及血管AD评估量表(ADAS-COG)评分之间的关系，结果表明二者之间有一定的关联，认为CVR-CO2减弱与轻度认知功能损害(MCI)患者的认知功能下降有关。因此CVR-CO2检测对MCI患者脑微小血管病变的早期发现有重要意义，对MCI患者认知功能是否可能继续减退有一定的预测作用，并可动态追踪。对有血管危险因素的人群进行脑微小血管病变筛查和对存在CVR-CO2减退的患者及时进行干预，都会对防止MCI的发生有一定的临床意义[31]。作为微血管功能障碍的一个标志，CVR-CO2受损与认知功能下降有关；在非痴呆患者中，CVR-CO2受损与患者本身存在的颈动脉疾病相关。这些发现都强调了大脑血流动力在认知功能障碍形成中的重要性[32]。
综上所述，CVR-CO2作为一种反映微血管功能的指标，对于临床工作有着重要的意义。研究CVR-CO2的影响因素以及某些疾病状态下该指标的变化趋势可以帮助临床工作者早期发现和诊断疾病，比如脑卒中、认知功能障碍等；同样，研究药物对CVR-CO2的影响可以指导临床用药，提高脑血管疾病高危人群的围手术期安全性。
