脑电相关监测技术指导重症患者机械通气的应用进展
郑长伟 陈玲 孙宇 才莹 王琨 谢凤杰
[摘要] 重症医学病房（intensive care unit，ICU）收治的危重病患者由于各种有创操作，自身疾病的疼痛、不可避免的噪声（监护设备、报警声）、气管导管、尿管、胃管等插管的隐形疼痛、对自身病情的担忧、焦虑等，使机体处于强烈的应激状态，为减轻疼痛、焦虑及躁动增加各器官的代谢负担，防止影响治疗效果，加重患者的病情。因此，镇痛和镇静作为重症医学病房患者的常规治疗，可以有效减轻对患者的不良刺激，从而确保治疗的正常进行。ICU目前对患者的镇痛镇静评估方式多为镇痛镇静评估量表，主要通过患者对外界非伤害性刺激的反应，治疗依从性等方面评估患者的镇痛镇静，其缺点是不能实时监测镇痛镇静程度的动态变化，易造成镇痛镇静过深或不足。量化脑电图具有实时监测麻醉深度的作用，现就脑电相关监测技术指导危重病患者镇痛镇静的应用进展进行综述。
[关键词] 脑电双频谱指数;光谱熵;镇痛镇静深度;危重病患者;镇痛镇静策略
[中图分类号] R614 [文献标识码] A [文章编号] 1673-9701（2022）11-0189-04
[Abstract] Critically ill patients admitted to the intensive care unit （ICU） are usually strongly stressed due to various invasive operations， disease pain， inevitable noise （monitoring equipment and alarm sound）， invisible pain of tracheal tube， urinary tube， gastric tube， worry and anxiety of their own conditions， etc. Therefore， there is a need to reduce metabolic burden of various organs caused by pain， anxiety， and restlessness，to prevent affecting the treatment effect， and aggravating the patients′ condition. Analgesia and sedation，as a routine treatment for patients in ICU， can effectively reduce the adverse irritation to patients， and ensure the normal progress of treatment.The current ICU assessment of patients′ analgesia and sedation is mostly the analgesia sedation assessment scale， which mainly evaluates patients′ analgesia and sedation in terms of patient response to external non-harmful stimuli and treatment compliance. The disadvantage is that it cannot be monitored in real time.The dynamic changes in the degree of pain and sedation can easily lead to excessive or insufficient analgesia and sedation. Quantitative EEG has the function of real-time monitoring of the depth of anesthesia. This paper reviews the application progress of EEG-related monitoring technology to guide analgesia and sedation in critically ill patients.
[Key words] EEG bispectral index; Spectral entropy; Depth of analgesia and sedation; Critically ill patients; Analgesia and sedation strategies
腦电波形是所有大脑神经元及其他大脑细胞各种电位活动的总和，经过颅骨及其他组织的衰减后，在头皮表面的收集的电信号，包含所有的大脑高级神经功能活动。自20世纪20年代Hans Berger从人类头皮表面明确记录到大脑皮层脑电活动，经过1个世纪的发展，脑电的技术得到广泛地应用[1]。并且传统脑电图（electroencephalogram，EEG）以其无创、经济、有效等优越性，成为临床上常用的检查及监测手段。从临床医学的角度来说，脑电图是评价脑功能的敏感指标，广泛用于中枢神经系统疾病的诊断与评估;稳定准确地反映意识状态、镇静程度;与脑血流量有极好的相关性[2-4]。但传统脑电图持续监测与分析工作量大，相关的脑电图信息解读需专业培训，在实时利用相关原始脑电的信息辅助临床治疗也存在一定的难度，难以在床旁广泛开展与应用。近年来，脑电监测中出现多种技术指标，通过对原始脑电进行多种计算机算法处理，能实时反映患者脑功能的变化[5]。其中量化脑电图是原始脑电图的指标“量化”，能够有效进行脑功能的监测，常用脑电量化指标有脑电双频谱指数（bispectral index，BIS）、光谱熵（spectral entropy，SE）、绝对频带能量（absolute band power，ABP）、相对频带能量（relative band power，RBP）、总功率（total power，TP）等。量化脑电图通过各自提取原始脑电图的时域或频域，或两者相结合，利用定量分析技术（快速傅里叶变换），对原始EEG信号进行频域和时域的分析，以趋势图谱的形式直观反映患者的脑功能可用于临床评估患者的脑功能，如脑灌注、脑氧的代谢，睡眠或镇静深度等，相比原始脑电图具备更强的实时性，量化性及易解读性，有利于降低使用门槛，利于临床广泛推广及使用[6]。如今量化脑电图已发展成为一种多通道、多功能的神经功能监测设备，为重症监护病房的治疗补充一种新的思路。
1 重症监护患者镇痛镇静治疗的评估
镇痛镇静评估为重症医学病房患者采用镇痛镇静药物的前提，进行常规镇痛镇静治疗前，首先要确定患者镇痛镇静的需要，继而采用相关镇静量表评估镇痛镇静药物的滴定效果，达到预期的镇痛镇静目标[7]。2018年PADIS指南建议在考虑使用镇静剂之前应充分治疗疼痛[8]。在充分镇痛的基础上对患者镇静的评估，常用躁动-镇静评分（RASS）或镇静-躁动评分（Ramsay）进行终点滴定评估[9]。理想情况下，重症患者镇静水平应控制在呼叫唤醒，不躁动、不拖曳管道通路，无呼吸机抵抗的水平，但临床治疗中镇静深度较难掌握，过深或过浅均会对患者造成影响，不利于患者预后。尤其机械通气时，过深的镇静水平与机械通气时间延长、ICU住院时间延长、住院时间延长和死亡率增加呈正相关[10]。临床中常通过RASS、Ramsay等镇静评价量表的评估，维持目标镇痛镇静深度（或使用其他量表的等效值）。常用的镇静主观评分主要通过患者对外界非伤害性刺激的反应，治疗依从性等方面评估患者的镇痛镇静，其缺点是主观评分依赖患者和医生的互动，对于接受神经阻滞药物或对任何刺激无反应的深镇静患者，主观评分很难实时反映患者的意识状态和镇静程度，易造成镇痛镇静过深或不足。比较肯定的是，危重患者适当的镇静可以改善重症监护的效果及预后，但临床上因为缺乏直观的的客观监测指标来指导镇静镇痛的给药，故在重症监护病房维持最佳的镇静水平有一定难度。
2 脑电监测重症患者镇痛镇静治疗的优越性
对于重症患者常需要监测脑功能，如评估机械通气患者镇静和意识水平;由于缺乏特异的监测，仍依赖系统的神经查体和相对具有滞后性的影像学检查，这种间断性的信息收集，只能在患者病情发展到一定阶段，出现明显临床症状和体征后才能发现，有一定的滞后性，不能及时、直接反映神经元活动。2015年，美国临床神经生理学会发表的《重症成人和儿童的连续脑电监测专家共识》指出：连续的脑电监测是及时发现重症患者脑功能改变的常用方法。因为对疼痛的感知在大脑中表现出来，在不能借助语言的情况下，由实时提取的大脑电信号的脑电图变化，或许是评估非语言患者疼痛的极佳替代手段，并且与疼痛体验更直接地联系在一起[10]。Hartley等[11]发现连续脑电监测下，相比平静电活动背景或非伤害性针刺刺激背景（如视觉、触觉、听觉）下，伤害性针刺刺激试验造成的疼痛刺激对儿童的脑电影响表现为脑电图振幅明显升高，且特异性较强。但持续原始脑电图监测与分析工作量大，难以在床旁广泛开展。近年来，脑电监测中出现多种对原始脑电通过多种算法处理得出的指标，能即时反映脑功能变化。量化脑电图是常规脑电图的计算机“量化”，能有效进行脑功能监测，常用脑电相关量化指标有脑电双频谱指数（BIS）、光谱熵（SE）绝对频带能量（ABP）、相对频带能量（RBP）、总功率（TP）、α变异度等，可用于评估重症缺血缺氧性脑病，急性脑卒中等神经功能相关的损伤，同时其中的指标：α变异度能够评估脑灌注，SE值结合常用的镇静评分量表去评估患者脑氧代谢及镇静深度，可整體地监测和改善预后[2-4]。量化脑电图是脑功能监测历史上的巨大进步，通过计算机对原始脑电图实时提取、频率及时间压缩等处理，通过量化的指标，以趋势图的方法直观有效地表示脑功能，提高临床使用的方便性及操作性，便于临床医生判断病情及治疗策略的调整，其中与镇痛镇静相关性较高的有脑电双频谱指数（BIS）与光谱熵（SE）等。
3 相关脑电镇静监测指标及应用
3.1 脑电双频指数（bispectral index，BIS）的定义
脑电双频谱指数脑电双频指数（BIS）由Aspect Medical Systems于1992年首次引入的脑电量化指标，测定脑电信号的线性和非线性关系，包含脑电信号的全部信息。双频谱指数（BIS）范围从0（等电位脑电图）～100（完全清醒），反映人大脑的兴奋或镇静程度，是目前应用最广泛的镇静深度监测客观指标，1996年被美国食品药品监督局批准成为全麻术中麻醉效果监测的可靠手段，BIS值为100时表示大脑完全清醒状态，BIS值60～80表示轻中度镇静，BIS值40～60代表能耐受手术的全身麻醉状态，BIS值低于40代表较深的催眠状态[12]。
3.2 脑电双频指数（bispectral index，BIS）评估重症患者的镇静、镇痛水平
多项研究认为，客观镇静指标BIS值与主观镇静评分具有良好的相关性，可辅助镇静的深度的评估。Manoj等[13]研究表明发现右美托咪定和咪达唑仑在需要机械通气重症患者中均能达到有效的镇静效果，且与咪达唑仑相比，采用右美托咪定镇静可缩短机械通气时间，缩短机械通气时间，加速了脱机时间;同时发现SAS与BIS在评估镇静深度方面有很好的相关性，BIS指数与SAS呈中高相关，且随着镇静深度增加，SAS和BIS之间的相关性增加。当镇静水平达到SAS 2～4时，BIS比SAS更可靠。Taran等[14]对79例患者基于RASS评分实施镇静方案相比常规镇静，能使患者获得更好的镇静效果，从而显著减少机械通气的持续时间，减少ICU住院时间，该研究的局限性是未能进行多中心试验，也未能观察患者的总住院时间。Shan等[15]的实验表明使用BIS和COPT疼痛量表相结合去评估重度颅脑损伤患者的疼痛，具有更全面的评估效果。Robleda等[16]对70例危重患者进行气管内吸痰术，相比未镇痛组升高的BIS的值，先行镇痛的手术组BIS明显下降，表明疼痛也能引起BIS值的变化，且BIS值的变化比血压、心率等生命体征更加明显，证明BIS值增加，阿片类药物，神经肌肉阻滞剂和镇静作用可逆转BIS值，故BIS能更及时提供疼痛反馈，作为疼痛评估工具，指导镇痛药物的使用。国外的许多数据也支持BIS除了在全麻术中使用外，对重症患者的镇痛镇静也有相当大的意义[13-16]。
3.3 光谱熵（spectral entropy）的定义
光谱熵是床旁脑电监测中衡量镇静深度的一种指标，光谱熵通过对原始脑电进行快速傅里叶转换，计算特定脑电频带的不规则性，得出一定的数值，能提供直观的数据来监测镇静深度[17]。既往将SE监测评分标准：71～91分为清醒状态，61～70分为昏睡状态，41～60分为轻、中度镇静，20～40分为深镇静状态，<20分为超剂量镇静。数值反映镇静或昏迷的程度，数值越小，镇静或昏迷程度越深[18]。
3.4 光谱熵（SE）评估重症患者的镇静、镇痛水平
Maksimow[19]和Mowafi等[20]的实验分别证实光谱熵是指导右美托咪定和咪达唑仑镇静可靠的监测，可量化、客观评估用药的充分性和确定剂量需求，调整镇静深度。Walsh等[21]对30例非神经重症机械通气患者连续脑电监测，并用Ramsay镇静评分进行镇静评估，发现光谱熵与Ramsay各级镇静评分呈正相关，SE值对各镇静水平的平均预测概率分别为0.713和0.710，具有积极的预测意义。光谱熵基于脑电图和额肌电图变化的分析，是较为可靠的麻醉深度监测技术，相比重症监护病房常用的RASS、SAS等躁动评价量表与BIS监测，脑电监测得出的光谱熵的优点为几乎不受各种幅度噪声的影响，且能够有效地降低非肌松患者额部肌肉的肌电干扰，所以偶然出现的、大或小的伪迹对其没有影响，能够直接、持续、动态地提供镇静效应监测，有利于随时监控患者的镇静深度，能够指导患者的镇痛镇静治疗给药，实现及时、准确地调控药物的输注，使患者处于合适的镇静深度，达到个性化、精准化的镇痛镇静治疗。
4 ICU重症患者常用的镇痛镇静策略
目前非重症神经患者机械通气患者的主流趋势是浅至中度镇静。临床试验表明危重患者需要较低水平的镇静，并实施多种策略，包括每日唤醒镇静、早期目标导向镇静，镇痛镇静集束护理策略，甚至完全不镇静。大量相关实验研究表明，浅至中度镇静的程序化镇静镇痛可降低非重症神经患者镇静药物药量，减少机械通气时间，使患者尽快脱管[22-23]。镇痛镇静集束护理策略是以循证医学为基础的集束化干预策略。该策略通过每天的觉醒和呼吸调节，镇痛镇静深度的控制，谵妄的预防，早期下地活动和家庭参与来实现。其中镇静镇痛程度的控制，可明显减轻患者的痛苦，消除不良情绪，促进恢复。Barnes-Daly等[24]进行的多中心实验也证明集束化策略（ICU PAD care bundle）的实施能明显降低呼吸机使用时间及谵妄率、提高生存率，降低治疗费用。
5 小结与展望
镇痛和镇静作为重症监护病房不可或缺的治疗，可有效降低对患者的应激，确保治疗的正常进行及改善预后[8]。无论是常用的主观镇静评价量表是脑电双频谱指数（BIS）还是光谱熵（SE），均是为了使用相关镇痛镇静药物，降低患者的痛苦，减少应激，获得最高的治疗质量。目前疼痛、躁动和谵妄三者对重症监护患者的预后密不可分，脑电监测相关镇痛镇静指标如BIS、SE值指导的镇痛镇静策略，提供新的临床工作思路，结合ICU对于疼痛、躁动和谵妄的治疗，可以减轻躁动和预防谵妄。前者采用较为客观，可连续监测的量化脑电监测指标，BIS、SE值作为衡量镇静深度的指标尤其是光谱熵SE，能直观地监测重症患者的镇痛镇静深度，结合个体化的镇痛镇静策略，进行量化、精准化的镇痛镇静治疗，有望指导镇痛镇静策略在重症患者中的安全实施，完善镇痛镇静整体治疗策略，避免过度镇痛镇静或镇痛镇静不足，为患者提供舒适和最大限度的改善预后。
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（收稿日期：2021-05-06）
