成人手術中の脳血流と代謝のカップリング

脳は代謝が活発な器官であり、正常な脳血流量 (CBF) が約 50 mL/100 g/min の場合、心拍出量の約 15% を受け取ります。 通常の状況では、CBF は局所的な脳代謝と密接に結びついています。 脳のある領域の脳代謝活動が増加すると、それに対応してその脳領域への血流の増加が引き起こされます。 逆に、脳の代謝活動が低下すると血流量が減少します。 この厳密に制御された生理現象は、フロー代謝カップリングとして知られています。

血流代謝カップリングは、ニューロン活動が CBF を直接増加させ、それによってエネルギー供給の増加に見合ったフィードフォワードの生理学的保護メカニズムであると考えられています。 脳灌流低下が発生した場合（すなわち、 CBF が減少すると、代償として脳血管が拡張され、局所酸素抽出率 (OEF) が増加します。 脳低灌流が持続し、閾値を下回ると、脳細胞の活動が抑制され、その結果、脳代謝率 (CMR) と脳代謝酸素要求量 (CMRO2) が低下します。 この血流と代謝の連動メカニズムは、健康なボランティアと病的状態の患者の両方で PET スキャンを使用してよく研究されています。 重要なことは、脳虚血に応じた血流代謝のこの生理学的特性は、手術中の脳虚血の初期の指標として使用できる可能性があることです。 言い換えれば、CMRO2の突然の低下またはOEFの増加を示すモニタリングは、脳虚血の早期マーカーとして機能する可能性があります。 しかし、技術的な限界により、このような微妙な生理学的変化をベッドサイドで検出することは、特に手術中の設定では困難です。 さらに、多くの生理学的、病理学的、薬理学的要因がこの血流と代謝の結合関係に影響を与える可能性があり、したがって脳虚血の指標としての CMRO2/OEF 変化の解釈に影響を与える可能性があります。 麻酔薬が解釈をどのように混乱させるかに対処するには、追加の研究が必要です。

麻酔薬が異なれば、流れと代謝の結合が異なる方法で変化する可能性があります。 脳の代謝率は、神経系の機能状態、麻酔薬、体温などの多くの要因によって決まります。 CMR に対する個々の麻酔薬の影響はよく研究されています。 つまり、ケタミンと亜酸化窒素 (N2O) を除いて、ほとんどの麻酔薬は用量依存的に CMR を抑制します。 CMR の麻酔による抑制は、主に電気生理学的活動の低下によって引き起こされます。 これまでの研究では、バルビツール酸塩、イソフルラン、セボフルラン、デスフルラン、プロポフォール、エトミデートなどのいくつかの麻酔薬が血漿中濃度を上昇させ、EEG活動の進行性の抑制とそれに伴うCMRの低下を引き起こす可能性があることが示されています。

問題をさらに複雑にするのは、手術中、麻酔科医は代謝要求を満たすのに十分なCBFを確保するために適切な脳灌流圧を維持する必要があることです。 全身麻酔の導入は、心拍出量 (CO) と全身血管抵抗 (SVR) の減少に起因する平均動脈血圧 (MAP) と脳灌流圧の低下を伴うことがよくあります。 失血や手術時の体位などの多くの術中状態により、患者の血圧がさらに低下し、ひいては CBF が低下する可能性があります。 フェニレフリンとエフェドリンは、心血管抑制を抑制し、麻酔関連の低血圧を治療するために、神経外科手術中に一般的に投与されます。 麻酔患者を対象とした近赤外分光法（NIRS）の研究では、MAPの顕著な増加にもかかわらず、フェニレフリンはエフェドリンと比較して局所脳酸素飽和度（StO2）を低下させることが示唆されています。 これらの研究結果は矛盾しており、さまざまな限界があります。

NIRS は、近赤外領域の光に対する組織の相対的な透過性と、ヘモグロビンの酸素化に対する光の吸収の依存性により、StO2 を非侵襲的に測定する方法を提供する、有望な神経モニターとして長い間認識されてきました。 さらに、NIRS は非常に安全で安価で、リアルタイムのモニタリングを提供します。 市販のシステムが入手可能であり、冠動脈バイパス術や頸動脈内膜切除術など、脳損傷のリスクを伴うさまざまな外科手術中の神経モニタリングに使用されています。1,2 NIRS には利点があるにもかかわらず、術中虚血の検出における診断精度については議論の余地があります。3 最近の系統的レビューでは次のように結論付けられています。

「NIRS は、術中虚血を特定するための感度が低く、特異性が高い…頭蓋外信号の寄与は非常にばらつきがありました。」 4

この結論は、商用 NIRS システムの 2 つの主な制限を反映しています。 まず、StO2 は CBF だけでなく組織の代謝要求にも依存するため、StO2 と虚血の関係は直接的ではありません。 第二に、頭皮と頭蓋骨での光の吸収は信号汚染の主な原因です。 実際、皮膚表面から脳までの距離は 1.0 ～ 1.5 cm の範囲にあるため、NIRS 信号の 80% 以上が脳外組織から生じています。 その結果、表層組織の血行力学的変化が脳関連信号に影を落とす可能性があります。 これら 2 つの制限のため、術中虚血を識別するための具体的な StO2 閾値は確立されていません。

私たちのチームは、商用 NIRS システムの 2 つの主な制限に対処するテクノロジーを開発してきました。 深度感度の向上に関して、私たちは光子が組織を通過するのにかかる時間を測定する時間分解 (tr)NIRS システムを開発しました。 時間は距離に等しいという原理に基づいて、頭皮と頭蓋骨を調べる光は、脳に到達する光よりも早く記録されます。

継続的な血流モニタリングを提供するために、当社は trNIRS と拡散相関分光法 (DCS) として知られる補完的な光学技術を組み合わせました。 DCS は、光の吸収を測定する代わりに、組織内では微小血管系の血流によって支配される光散乱体の動きによって引き起こされる時間的な信号変動を測定します。 組織灌流).8 NIRS と同様に、DCS は表層組織の信号変化の影響を受ける可能性がありますが、頭皮に比べて脳の血流がかなり多い（約 5:1）という本質的な利点があります。9 2 つの信号寄与を分離するために、私たちのシステムは 2 つの信号源と検出器の距離でデータを取得します。1 つは頭皮の血流を監視するための短距離、もう 1 つは CBF に対する感度が高いより長い距離です。10 私たちは以前、DCS を使用して早産児の CBF の安定性を監視しました。生後数日および心臓手術中。11、12 頸動脈内膜切除術中に CBF をモニタリングするための DCS の使用を調査した最近の論文では、クランピングにより灌流が平均 57% 減少したと報告しています 13。

示されている当社のハイブリッド trNIRS/DCS は、CBF と StO2 を同時に測定する機能を備えています。 この組み合わせにより、2 つの測定値を組み合わせて、脳内の酸素消費量代謝率 (CMRO2) と呼ばれる脳内の酸素代謝を計算できます。

この新しく開発されたベッドサイド技術に基づいて、全身麻酔下で CBF と CMRO2 がどのように変化するか、また低血圧時のフェニレフリンとエフェドリンに対するそれらの反応を評価する予定です。

すべての研究参加者は募集され、地域の倫理ガイドラインを遵守することに同意されます。 介入の性質上、担当する麻酔科医と外科医が失明することはありません。 ただし、患者と結果の評価者は治療介入については知らされていません。 すべての患者は標準的な麻酔ケアを受け、患者の外科的および麻酔管理は標準的な方法で実施され、この研究では変更されません。 麻酔はフェンタニル 1～2 mcg/kg、プロポフォール 1.5～3 mg/kg、ロクロニウム 0.6～0.9 で導入されます。 mg/kg。 自動血圧、心電図検査、パルスオキシメトリー、カプノグラフィー、食道温度、吸気および呼気の酸素濃度および CO2 濃度が監視されます。 空気中の酸素を 50% 含む制御換気が適用され、呼気終末 CO2 レベルは 35 ～ 40 mmHg に維持されます。 酸素飽和度は96%以上に維持されます。 動脈飽和度が低下すると、FiO2 が増加する可能性があります。 体温は36℃以上に保たれます。 手術後、患者は抜管され、PACU に移送されます。 麻酔の深さは、バイスペクトルインデックス (BSI) または患者状態インデックス (PSI) によって継続的に監視されます。

すべての患者は、麻酔導入から手術の完了までtrNIRS/DCS装置によって監視されます。 NIRS センサーは患者の額に設置されます。

麻酔導入前に、ScO2、CBF、CMRO2、OEFなどの術前のベースライン脳血行力学および代謝パラメータが1分間測定されます。 モニタリングは、麻酔導入中および気管挿管中も継続される。 麻酔導入後、導入後の脳血行力学および代謝パラメータが取得されます。

気道を確保した気管挿管後、割り当てられたグループに応じて維持剤と昇圧剤を投与します。 割り当て可能な 4 つのグループは次のとおりです。

グループ 1: フェニレフリンを昇圧剤として使用するプロポフォール ベースの麻酔維持 グループ 2: 昇圧剤としてエフェドリンを使用するプロポフォール ベースの麻酔維持 グループ 3: 昇圧剤としてフェニレフリンを使用するセボフルラン ベースの麻酔維持 グループ 4: セボフルラン ベースの麻酔維持昇圧剤としてエフェドリンが使用される

保守エージェント

• プロポフォール群の場合、患者は手術中に維持剤としてプロポフォールを投与されます。 典型的な用量は 150 ～ 200 mg/kg/分です。
• セボフルラン群の場合、患者は手術中 1 MAC のセボフルランで維持されます。
• プロポフォールとセボフルランはどちらも一般的に使用される維持剤であり、薬剤の選択に関係なく、麻酔深度は PSI 30 ～ 40 (正常範囲 25 ～ 50) に維持されます。 麻酔科医は両方の薬剤を頻繁に使用しており、私たちの日常診療では、悪性高熱症や薬物アレルギーなどの特定の禁忌がある患者を除いて、麻酔薬の選択は主に個人の好みに基づいています。

昇圧剤

• フェニレフリン群の場合、患者は主な昇圧剤としてフェニレフリン注入を受けます。
• エフェドリン群の場合、患者は主な昇圧剤としてエフェドリン注入を受けます。
• 昇圧剤は、ベースラインを上回る 0 ～ 20% 以内の MAP を維持するためにのみ投与されます。 全身麻酔の診療では、エフェドリンとフェニレフリンをボーラス注射または点滴として投与できます。 この研究では、各グループの定常状態での脳血行動態の繰り返し測定中に安定した血圧を維持する必要があるため、注入レジメンが使用されます。 フェニレフリンまたはエフェドリンの注入にもかかわらず難治性の低血圧を患う患者には、他の昇圧剤または強心剤が使用されます。 昇圧剤を投与されなかった患者の場合（例、 手術全体で低血圧が起こらなかった場合）、または複数の種類の昇圧剤を投与されている場合、治療意図とプロトコールごとのアプローチの両方を使用してデータを分析します。

麻酔後ケアユニット（PACU）にいる患者の神経学的転帰も、定期的な身体検査によって収集されます。