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传递函数分析动态脑血流自动调节:源于国际脑血流自动调节研究网络的白皮书

发布日期【2018-12-07】 已浏览【】次

摘要

脑血流自动调节(cerebral autoregulation,CA)是血压变化时大脑维持足够脑灌注的内在能力。过去的30年,研究者已经提出了诸多分析CA的方法,但至今无公认的金标准,采用什么方法定量CA仍是个人主观的选择。尽管如此,由于CA的概念代表了血压(刺激或者输入信号)与脑血流(反应或者输出信号)之间的动态关系,故目前最通用的研究血压自发波动的分析方法是传递函数分析。虽然理论上可行,但是文献显示,传递函数分析方法在实践中存在相当大的主观性,这限制了研究之间的比较,也阻碍了其临床应用。因此,本白皮书旨在规范化研究动态CA的传递函数分析方法的参数及设置,建立标准,以利于其临床应用,该推荐的研发始于(但不限于)脑血流自动调节研究网络(CARNet-www.car-net.org)。

引言

脑血流自动调节

人脑的灌注由多系统控制,包括化学调控、自动调节(如针对压力变化的肌源性反应)、调控局部脑代谢的神经血管耦联以及可能还包括自主神经血管调控。脑血流自动调节(cerebral autoregulation,CA)是指血压(blood pressure,BP)变化时大脑维持足够脑灌注的内在能力。

评估脑血流自动调节的方法

过去30多年,已经提出了许多评估CA功能的方法。传统的评估方法是诱发BP变化观察脑血管系统的变化。采用药物或者动作诱发如Valsalva、蹲下站起或者坐下站起、下肢袖带加压释放试验,均能诱发BP急剧变化。另一方法是短暂充血反应试验,即压颈动脉,颈动脉压迫释放瞬间测量CBF的增高。然而由于一些方法可致患者BP变化幅度相对大、需要患者配合以及一些诱发方法可致患者不适,故无法用于重病者、年老者或者重度认知障碍者。而且,上述检查方法可能影响其他生理系统(如,Valsalva动作可激活交感神经系统,视觉或者声音刺激可激活大脑皮层),或者其他的变量[如,蹲-站和(或)坐-站动作时体位变化对pCO2],使结果混杂。鉴于这些人为引起BP波动的方法存在局限性,一些研究团队改用自发BP波动替代诱发波动的方法研究CA。

传递函数分析

虽然测量CA方法诸多,但具体方法的选择仍然是个人的习惯,至今无公认的金标准。然而,由于CA的概念代表了BP(刺激或输入信号)和CBF(反应或输出信号)之间的动态关系,采用基于BP自发波动的TFA是目前研究中的常用方法。测量CA的TFA参数包括增益、相位和一致性。Arenda Hea van Beek解释了这些参数的生理意义以及如何与其他评估CA的方法相关联。

方法学

对与本报告主题相关的TFA文献进行了系统回顾。先前发表的文献(包括有详细的搜索策略和研究纳入标准)显示,TFA所采用的信号处理方法、实验室条件和研究流程有很大差异。与此倡议相关的是近期由脑血流自动调节研究网络所发起并进行的多中心研究所生成的报告,其构成是基于不同的研究中心以各自的TFA设置(滤波、频率范围、取样窗、分段等)对记录了健康患者的BP及TCD的单独的、联合数据库所进行的分析。该研究揭示了TFA设置不同对最终的分析结果的影响。

讨论

该白皮书为应用TFA定量分析包括BP及CBFV信号的动态CA提供了推荐。对白皮书的迫切需求是缘于TFA检测中信号处理方法在国际交流中存在很大差异。除了脑血流自动调节研究网络所发起的多中心研究曾经调查一些参数设置对TFA结果影响作用之外,仅仅少数的研究公开发表了不同TFA设置的影响作用。因此,仍存在诸多不确定性,尚待更多研究明确。未来的研究将利用现有的工作基础,进一步优化白皮书的推荐。
概述未来可能最有研究价值的方向,具体如下:
①更多地研究探讨不同设置对TFA的影响,如数据选择、数据记录最佳的持续时间、正态化、窗长及滤波。
②提 倡应用国际标准方案获得有效的CBFV信号,保证信号质量,以降低TFA结果的变异性,便于不同研究之间进行比较。
③研究确定特殊人群如儿童、老人及特殊疾病患者的参考值及诊断价值。
④基于TFA结果,明确其标准化的决策标准。
⑤应该更关注实验方案或者临床方案,包括调查“休息”状态是否是最好的研究状态,如果是,评估哪个体位(仰卧位/坐位)及生理性诱发动作可以增强血流动力学的波动。
⑥其他的分析技术也可以进行相似的研究,如时域相关系数分析、非线性多模血流分析以及应用volterra核心的laguerre扩展或主要动态模式的动态非线性分析,并对其判断CA受损的能力进行方法学的比较。
⑦与TFA相比,其他的分析技术(见上文)
⑥可为CA参数提供较高的时间分辨率,将有利于进一步调查CA的非稳态属性。
⑧应研讨PaCO2对CA整个过程的动态影响,并纳入CA的分析中。
⑨应关注ICP对TFA参数的影响,包括一致性函数,ICP的平均值(如颅内高压时)及波动的振幅。
⑩应接受并理解CA不是脑灌注调控的唯一机制。我们需要知晓其如何与CBF调节的其他机制如神经血管耦联、CO2反应性及其调控BP(如动脉的压力感受性反射)、心率和呼吸的机制相互作用。
最后,我们强调,这些推荐并非支持TFA是量化分析CA“最好”的方法。TFA最主要的局限性之一是其假设BP与CBFV为线性关系,而一般情况下,CA更多地被认为是一种非线性现象。其他方法,如非线性的方法,可以提供更可靠或更敏感评估CA的方法,但在一直缺少评估动态CA的金标准的状况下,需要明确的标准和更多的多中心研究才能得出稳定的结论。同时,该白皮书建立标准化的目的是为各研究之间进行有意义的比较,包括寻找更好的CA分析方法。

【文章来源】韩珂,王政严,纪乃方,胡汉华 《传递函数分析动态脑血流自动调节:源于国际脑血流自动调节研究网络的白皮书》 Chin J Stroke, Oct 2018, Vol 13, No.10。

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20181121092527321.pdf