手持式正交偏振光譜和側(cè)流暗視野成像技術(shù)在膿毒癥微循環(huán)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用進(jìn)展

唐 雪，王瑞蘭

膿毒性休克是各種感染性因素引起的以器官功能損害為特征的復(fù)雜的臨床綜合征。有效循環(huán)血量明顯降低和組織器官低灌注是感染性休克的血流動(dòng)力學(xué)特征，組織缺氧是其本質(zhì)改變，最終導(dǎo)致多器官功能障礙綜合征。隨著免疫抑制患者增多、侵入性治療檢查的增加、微生物耐藥、老年人人口的增長(zhǎng)和人們對(duì)膿毒癥認(rèn)識(shí)與診斷水平的提高，膿毒癥的發(fā)病率以每年1.5% ～8.0%的速度增加［1］。盡管對(duì)其治療給予巨大的投資，嚴(yán)重膿毒癥的病死率仍在50%。最近也有研究表明，膿毒癥患者在28 d住院病死率的基礎(chǔ)上，出院后2年內(nèi)病死率會(huì)持續(xù)增加，生活質(zhì)量也有所下降［2］。早期提高微循環(huán)灌注可降低膿毒癥患者多器官功能障礙的發(fā)生率［3］。因此，膿毒癥的早期診斷對(duì)其治療和預(yù)后有重要意義。

監(jiān)測(cè)微循環(huán)的手持式正交偏振光譜(orthogonal polarization spectral，OPS)成像技術(shù)問世，是微循環(huán)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的革命，摒棄了笨重的顯微鏡，實(shí)現(xiàn)了無創(chuàng)、可視微循環(huán)監(jiān)測(cè)。很快、更先進(jìn)的側(cè)流暗視野(sidestream dark field，SDF)成像技術(shù)替代了 OPS技術(shù)，它輕便、無創(chuàng)、無毒、相對(duì)廉價(jià)，圖像較 OPS清晰［4］，迅速應(yīng)用于許多領(lǐng)域研究。微循環(huán)障礙是膿毒癥的始動(dòng)因素［5－6］。本文闡述了OPS及SDF的定義及原理以及近年來該技術(shù)在膿毒癥中的應(yīng)用。

1 膿毒性休克的病理生理改變

膿毒性休克主要是由于各種感染性因素，使機(jī)體沒有足夠的氧供來滿足組織細(xì)胞代謝的需求，進(jìn)而導(dǎo)致組織器官功能障礙。膿毒性休克是由于體內(nèi)液體分布異常造成，造成心輸出量正常甚至升高及微循環(huán)障礙。分布性休克主要病理改變是薄弱的微循環(huán)單位關(guān)閉，自動(dòng)脈至靜脈的氧輸送障礙，引起微循環(huán)缺氧，長(zhǎng)時(shí)間缺氧使器官衰竭。

2 傳統(tǒng)體循環(huán)監(jiān)測(cè)方法

反映全身循環(huán)狀態(tài)的指標(biāo)包括:平均動(dòng)脈壓 (MAP)、中心靜脈壓 (CVP)、中心靜脈血氧飽和度 (ScvO2)、心臟指數(shù) (cardiac index)等，是常用的監(jiān)測(cè)膿毒性休克的指標(biāo)。但在膿毒性休克中，即使達(dá)到了早期的目標(biāo)治療 (early goaldirected therapy，EGDT)，整體的血流動(dòng)力學(xué)指標(biāo) (如尿量、MAP、CVP、ScvO2)都得到改善，仍然可能存在微循環(huán)功能障礙，進(jìn)而影響局部組織細(xì)胞的氧供。同時(shí)，全身或局部的氧供不能反映微循環(huán)的氧供。正常情況下，根據(jù)紅細(xì)胞的向軸性遷移 (Fahraeus)效應(yīng):微循環(huán)的紅細(xì)胞比容 (Hct)低于全身;Hct在血管分支內(nèi)的分布是非線性的;微循環(huán)的氧分壓低于全身，并呈多向性分布［7］。最近一項(xiàng)臨床研究顯示，去甲腎上腺素能改善膿毒癥休克患者全身血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)，提高M(jìn)AP，但不能改善微循環(huán)血流［8］。因此全身循環(huán)狀態(tài)的參數(shù)并不能準(zhǔn)確反映膿毒癥微循環(huán)改變。

3 OPS和SDF的定義及原理［4］

OPS技術(shù)工作原理為光源發(fā)出 (550±70)nm波長(zhǎng)的綠光，經(jīng)過兩個(gè)互相垂直的偏振鏡，極化光被濾過，去極化光線通過偏振鏡進(jìn)入電荷耦合器件 (charged couple device，CCD)和攝影機(jī)成像 (見圖1)。血紅蛋白 (Hb)的等吸收點(diǎn)為550 nm，因此選為光源的波長(zhǎng)。成像后紅細(xì)胞為黑色小體［9］。

SDF技術(shù)是 OPS技術(shù)的衍生技術(shù)，和OPS技術(shù)組成基本相同，其光源是頻閃觀測(cè)儀的發(fā)光二極管 (LED)，LEDs排列在探測(cè)器末端，發(fā)出 (540±50)nm(綠色)光，獨(dú)立極化的光源可以照入更深的微循環(huán)內(nèi)部組織，微循環(huán)中的紅細(xì)胞和白細(xì)胞分辨率更高，能監(jiān)測(cè)更深的毛細(xì)血管。它只有一個(gè)偏振鏡，通過與視頻幀速率同步的LED光照來改進(jìn)成像 (見圖2)。

圖1 OPS成像原理Figure 1 OPSimaging optical scheme

圖2 SDF成像原理Figure 2 Sidestream dark－field(SDF)imaging a scheme

OPS和SDF成像結(jié)果的數(shù)據(jù)分析為半定量分析:血管直徑〔小血管 (S):10～15μm;中血管 (M):26～50μm;大血管 (L):51～100μm〕、血流 (0:無血流;1:間歇流動(dòng);2:緩慢流動(dòng);3:持續(xù)流動(dòng))。計(jì)數(shù)盡量多的血管。根據(jù)血管直徑和血流速度，可以給每個(gè)象限評(píng)分。平均分稱為微血管血流指數(shù) (MFI)。最后使用軟件分析SDF數(shù)據(jù)。最后機(jī)器建立一個(gè)視頻序列的詳細(xì)的統(tǒng)計(jì)指紋，包括了血流參數(shù)。通過圖像處理軟件進(jìn)行半自主化血管識(shí)別，形成在實(shí)物拍攝基礎(chǔ)上的更清晰的血管圖像，便于分析血管類型，測(cè)量血管直徑，同時(shí)建立一個(gè)d－t坐標(biāo) (d為一個(gè)毛細(xì)血管片段的距離，t為時(shí)間)，來獲得毛細(xì)血管內(nèi)紅細(xì)胞血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)。

4 OPS和SDF技術(shù)在膿毒性休克微循環(huán)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

微循環(huán)障礙是膿毒癥的始動(dòng)因素，且微循環(huán)低灌注可持續(xù)至全身血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)及氧供恢復(fù)正常以后［10］。這種分離使全身監(jiān)測(cè)獲得的參數(shù)不能準(zhǔn)確反映微循環(huán)氧供情況，膿毒癥的早期診斷和治療效果的監(jiān)測(cè)更為困難。

Slaaf等［11］將 OPS 技術(shù)及手持式顯微鏡引入臨床醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，開創(chuàng)了微循環(huán)監(jiān)測(cè)的新局面。但當(dāng)時(shí)也只能監(jiān)測(cè)暴露的器官組織表面的微循環(huán)情況。直到10年前，直接活體微循環(huán)監(jiān)測(cè)主要通過龐大的脈細(xì)血管顯微鏡實(shí)現(xiàn)，當(dāng)時(shí)的技術(shù)水平下，只能監(jiān)測(cè)甲襞毛細(xì)血管，這極大限制了其在臨床上的應(yīng)用。隨著技術(shù)發(fā)展，目前在關(guān)于手術(shù)、創(chuàng)口愈合及腫瘤方面 OPS和SDF技術(shù)取得了研究成果。

OPS對(duì)舌下黏膜微循環(huán)的監(jiān)測(cè)在膿毒癥患者的早期診斷中很敏感［5］。進(jìn)一步研究證實(shí)膿毒癥患者微循環(huán)血管密度下降，小血管灌注比例下降，在死亡患者中這種病理變化更為明顯［7］。目前對(duì)于舌下微循環(huán)能否反應(yīng)全身臟器微循環(huán)改變?nèi)源嬖跔?zhēng)議。Boerma等［12］研究顯示舌下黏膜不能可靠地反映腸道黏膜微循環(huán)變化，其后Dubin等［13］在羊內(nèi)毒素血癥模型中得到了相同結(jié)果。但Verdant等［7］一項(xiàng)定量分析顯示，在膿毒癥中，腹腔壓力持續(xù)＜10 mm Hg(1 mm Hg=0.133 kPa)時(shí)，舌下黏膜和胃腸道微循環(huán)改變是一致的。近期一項(xiàng)臨床研究顯示，膿毒癥患者舌下黏膜小血管 (＜20 mm)MFI、異質(zhì)性指數(shù) (HI)和局部血流灌注均比正常人低，隨病情進(jìn)展，這些指數(shù)進(jìn)一步降低，幸存患者的微循環(huán)指標(biāo)明顯優(yōu)于死亡患者［14］。因此，通過監(jiān)測(cè)舌下黏膜微循環(huán)變化評(píng)估胃腸道微循環(huán)改變需要排除外因影響，當(dāng)腹腔壓力升高時(shí)，其評(píng)估作用不準(zhǔn)確。

膿毒癥時(shí)的血流重新分布使消化道成為早期缺血器官，直接顯微鏡監(jiān)測(cè)腸系膜微血管證實(shí)了在膿毒癥早期即可出現(xiàn)腸系膜微血管的構(gòu)型、管徑及流速的改變［15］。Bracht等［16］在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中使用 OPS技術(shù)進(jìn)行了腸系膜灌注的研究，研究者使用手術(shù)方法直接將OPS儀器置于腸道觀測(cè)，結(jié)果顯示血管密度不能顯示腸系膜上動(dòng)脈血流是否下降，可能是血流重分布和異質(zhì)性以及OPS圖像缺陷。同時(shí)OPS埋藏式檢測(cè)儀顯示腸黏膜血管密度差異很大［16］。

5 OPS和SDF的優(yōu)勢(shì)和不足

5.1 OPS和SDF的優(yōu)勢(shì) OPS和SDF開辟了無創(chuàng)、無毒、相對(duì)廉價(jià)的微循環(huán)可視化監(jiān)測(cè)，近年來隨著技術(shù)的發(fā)展，其裝置更輕便，除了能監(jiān)測(cè)暴露的組織和器官外，還進(jìn)一步向深層組織發(fā)展。

Milstein等［17］使用SDF技術(shù)在兔口腔中連續(xù)無創(chuàng)觀察了口腔創(chuàng)口愈合過程并定量了毛細(xì)血管更新情況，實(shí)現(xiàn)了無創(chuàng)連續(xù)定量監(jiān)測(cè)。對(duì)術(shù)后組織修復(fù)的監(jiān)測(cè)有重要意義。目前已開展了對(duì)膿毒癥患者及心、腦、肝、腎［18－19］等重要器官多種病理狀態(tài)下的監(jiān)測(cè)，對(duì)疾病的早期診斷、治療都有一定的指導(dǎo)意義。

5.2 OPS和SDF的不足 目前OPS及SDF技術(shù)監(jiān)測(cè)舌下黏膜微循環(huán)改變來反映全身其他器官微循環(huán)改變，其可靠性仍存在爭(zhēng)議。有研究顯示，在兒茶酚胺抵抗的膿毒癥患者中，使用垂體后葉素類似物可破壞舌下微循環(huán)［20］。由于微循環(huán)的異質(zhì)性，使用血管活性藥物對(duì)各處微循環(huán)的改變是否一致仍需進(jìn)一步研究。

對(duì)于OPS和SDF結(jié)果的解讀也是一個(gè)難點(diǎn)，目前采用半定量方式，其結(jié)果易受人為因素影響，且觀察者不同，得到的結(jié)果也不同。但一項(xiàng)監(jiān)測(cè)健康志愿者舌下黏膜微循環(huán)情況的試驗(yàn)證明，SDF技術(shù)的結(jié)果不受不同觀察者的影響，其結(jié)果可作為休克復(fù)蘇的標(biāo)準(zhǔn)［21］。純定量分析需要軟件包經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間觀察獲得。Verdant等［7］在臨床背景下通過對(duì)微血管的密度和流速的測(cè)量獲得了定量分析結(jié)果，但是也有學(xué)者認(rèn)為在實(shí)際臨床實(shí)踐中消耗大量時(shí)間是不現(xiàn)實(shí)的，需要進(jìn)一步發(fā)展自動(dòng)分析技術(shù)［22］。

氧化血紅蛋白 (HbO2)吸收可見光，波長(zhǎng)為660 nm，Hb吸收紅外光，波長(zhǎng)為940 nm，OPS和SDF選擇的550 nm波長(zhǎng)的綠光尚不能分辨HbO2和Hb。

OPS和SDF技術(shù)實(shí)際操作中仍存在一些問題，如監(jiān)測(cè)對(duì)象表面的氣泡對(duì)成像影響極大，氣管插管患者難以進(jìn)行舌下黏膜監(jiān)測(cè)。

6 展望

OPS和SDF技術(shù)是一種輕便、無創(chuàng)、無毒的可視化微循環(huán)監(jiān)測(cè)技術(shù)。目前已開展了對(duì)膿毒癥患者及心、腦、肝、腎等重要器官多種病理狀態(tài)下的監(jiān)測(cè)，對(duì)疾病的早期診斷、治療都有一定的指導(dǎo)意義。但目前仍有許多問題需要解決。如Hb異常時(shí)，對(duì)結(jié)果是否有影響。如高鐵血紅蛋白(MetHb)和碳氧血紅蛋白 (COHb)在550 nm是否可被吸收，血液中有染料(如亞甲藍(lán))或造影劑 (如泛影葡胺)時(shí)是否影響觀察效果等。此外，對(duì)微循環(huán)結(jié)果的解讀，目前主要是半定量方式，且獲得更準(zhǔn)確的結(jié)果需要花費(fèi)大量時(shí)間，因此開發(fā)快速自動(dòng)分析軟件是必須的。由于技術(shù)原因，該技術(shù)需要被監(jiān)測(cè)器官表面潔凈無氣泡，這個(gè)缺陷一定程度上對(duì)其應(yīng)用產(chǎn)生了阻礙。2010年是從體循環(huán)走向微循環(huán)的一年，微循環(huán)監(jiān)測(cè)將越來越受到重視，各種微循環(huán)監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展對(duì)膿毒癥的早期診斷和治療有重要的指導(dǎo)意義。

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