肾脏与肢体 NIRS 预测心脏手术相关急性肾损伤的比较

急性肾损伤 (AKI) 是心脏手术的常见并发症，发生率高达 40%。1, 2 这是心脏手术中其他严重术后并发症（如中风或深部胸骨感染）发生率的 10 倍以上甚至高于长时间通气的发生率。3, 4 心脏手术后需要重新进行透析的严重 AKI 发生在 1-6% 的心脏手术患者中。3, 5 AKI 使住院时间从 5 天增加到 11 天，每位患者的住院费用从 18,463 美元增加到 37,674 美元。 6 AKI 的严重程度与院内死亡率密切相关，即使是最轻微的 AKI 形式，其死亡率也会高出一倍以上，而更严重的形式，死亡率也会高出 10-30 倍（取决于严重 AKI 的定义和患者群体） ).6, 7 AKI 每年导致美国 30 万人死亡，全球每年 200 万人死亡。8, 9 仅考虑最相关的患者群体（主要主动脉和脊柱手术、相关心血管手术、接受机械通气的重症监护患者、严重创伤患者） ，仅在美国，每年就有超过 310 万名患者面临 AKI 风险。10-14 其中，30.6%12、13、15 将遭受 AKI，每年增加 190 亿美元的医院费用6。 正是由于这些原因，胸外科医师协会将肾衰竭列为心脏手术的5大并发症之一。

心脏手术后 AKI 的病理生理学是多因素影响的，但心脏手术中发生的深刻的血流动力学变化可能发挥着重要作用。 肾髓质在肾脏中具有最高的代谢活性和最少的氧储备，肾髓质缺氧被认为是 AKI 的主要决定因素。 16, 17 降低 AKI 发生率的努力的一个主要限制是缺乏真正的肾缺氧时间监测。 由于 AKI 一旦发生，目前尚无治疗方法，预防是治疗的主体，预防 AKI 的重要一步是及时识别。 然而，目前基于血清肌酐、少尿甚至新型生物标志物的诊断方法需要数小时至数天的时间才能进行诊断。 研究人员还没有公认的标准来在损伤变得不可逆转之前实时诊断肾脏缺氧。 大多数临床医生将肾脏的术中血流动力学目标建立在对充足肾脏灌注的“有根据的猜测”之上，因为预防 AKI 的确切心输出量或平均动脉压目标尚不清楚。 即使监测尿量的做法也不确定，因为它与肾功能没有特定关系。18-20 近红外光谱 (NIRS) 是一种有前途的监测组织缺氧的技术，因为它是非侵入性的，并且在心脏和血管手术中作为脑血氧饱和度监测器在临床上使用的历史悠久。 由于 NIRS 测量动脉和静脉毛细血管氧合的混合物，因此特别适合监测氧气消耗和输送之间的平衡。 大量文献描述了 NIRS 作为新生儿和幼儿肾脏灌注的全身灌注监测器和区域监测器的用途。21-26 在成人心脏手术患者中，两项使用超声引导下将 NIRS 传感器放置在肾脏上的研究发现，术中局部组织氧饱和度降低与 AKI 的后续发展相关。27, 28 第三项研究发现，NIRS 氧饱和度测量值与术中局部组织氧饱和度测量值之间存在相关性。成人心脏手术患者的肾脏和肾静脉氧饱和度29 然而，这些研究的问题在于，他们排除了体重指数 (BMI) 大于 30kg/m2 或肾脏表面距离皮肤大于 4 厘米的患者。 据疾病控制中心称，美国肥胖症（BMI 大于 30kg/m2）的发病率超过 40%，接受心脏手术的肥胖患者发生 AKI 的风险增加。30, 31 因此，如果 NIRS 放置超过在美国，成人患者的肾脏要成为监测成人肾脏缺氧的有效工具，那么该技术必须对所有成人患者有效。

使用 NIRS 监测成人肾缺氧的主要限制是信号的穿透深度。 制造商指南建议 NIRS 的最大穿透深度为 2.5 厘米。 NIRS 测量的实际穿透深度取决于源-探测器间距、使用的具体算法以及被测组织的光学特性。 当 NIRS 进行实验建模时，源-探测器间距和穿透深度之间存在非线性关系，例如 20 mm 的源-探测器间距会导致 10 mm 的穿透深度，但 40 mm 的源-探测器间距会导致穿透深度 15mm.32 对于非常瘦的成年人，肾脏表面距离皮肤可能不到 2 厘米，而肾髓质（大多数 AKI 被认为发生的地方）更深几厘米，因此不太可能准确监测。

接下来的问题是，这些成人心脏手术研究如何显示放置在肾脏上的 NIRS、AKI 结果甚至肾静脉氧饱和度之间的关系。27-29 该实验室开发了一种猪模型，研究人员在该模型中直接将肾髓质氧浓度与失血性休克和主动脉闭塞期间放置在肾脏和大腿上的 NIRS 测量值进行比较。 33 研究人员发现，在主动脉闭塞等极端血流动力学变化期间，NIRS 与侵入性肾组织氧浓度之间存在中等相关性，但无论 NIRS 传感器放置在肾脏还是大腿上，情况都是如此。 肾脏 NIRS 和大腿 NIRS 之间的关系强于与肾脏氧浓度的关系。 这是在肾脏表面与皮肤距离小于 2 厘米的动物中进行的。 总而言之，这些数据表明成人肾脏 NIRS 可能正在测量皮下组织氧合，但它仍然是一个全局灌注监测器，可以预测全局灌注不良和 AKI 风险。 事实上，一项针对成人心脏手术患者的研究表明，放置在大腿上的 NIRS 传感器可以预测随后的 AKI，接受者操作者特征分析表明最佳截止值为 67%，曲线下面积为 0.84.34 当前研究提案的目的是直接比较在有 AKI 风险的接受心脏手术的成年患者中放置在肾脏上的 NIRS 与放置在手臂或大腿上的 NIRS。 假设肢体 NIRS 和肾脏 NIRS 都可以预测 AKI，并且 NIRS 预测成人心脏手术患者 AKI 的能力将独立于 BMI 和肾脏表面到皮肤的距离。