摘要：氧气（O₂）对神经元的存活至关重要 [1]。由于大脑无法储存氧气，它需要持续不断地供应氧气，以维持其主要能量来源 —— 三磷酸腺苷 [1]。要确保大脑获得充足的氧气（DO₂），有两个关键条件必不可少：足够的脑血流量（CBF）和充足的动脉血氧含量（CaO₂）[1

氧气（O₂）对神经元的存活至关重要 [1]。由于大脑无法储存氧气，它需要持续不断地供应氧气，以维持其主要能量来源 —— 三磷酸腺苷 [1]。要确保大脑获得充足的氧气（DO₂），有两个关键条件必不可少：足够的脑血流量（CBF）和充足的动脉血氧含量（CaO₂）[1, 2]。在生理状态下，大脑仅利用所获取氧气的 33%，当 DO₂的任何一个决定因素出现问题时，大脑能够增加对氧气的摄取量 [1, 2]。氧气最终在线粒体中完成代谢，这一过程起始于环境空气，或是由无创吸氧技术或机械通气提供的混合气体。这需要呼吸、心血管（包括微循环）和血液系统的良好运转，而所有这些系统都由体内内稳态状态调节 [1, 2]。当 DO₂不足，或者线粒体无法利用所供应的氧气时，就会发生 “脑组织缺氧”（CTH）。这构成了一种继发性损伤，会加重原发性脑损伤，并使临床结局恶化，尤其是在严重创伤性脑损伤患者中 [2]。DO₂是 CBF 与 CaO₂的乘积，这一计算方式无法检测出局部组织或微循环异常，而这些异常会在组织层面限制局部氧气的供应（图 1A 和 B）。CTH 在神经危重症患者中较为常见且普遍存在，在大多数情况下，它是由基本生理参数的变化引起的 [3]。CTH 的病因多种多样 [4]（表 1），并且可以按照氧气传输路径从病理生理学角度进行探讨和研究 [5]（图 1A 和 B）。然而，对创伤性脑损伤患者的脑氧合监测并未常规应用，它存在一些局限性，而且基于循证医学的支持也并非十分可靠 [6, 7]。即使在发达国家，脑组织氧分压（PtiO₂）的监测率也不超过 19% 的医疗中心 [8]。最近的一项研究表明，只有 8.6% 的医疗中心常规使用 PtiO₂监测，1.3% 的中心使用颈静脉球血氧饱和度（SvjO₂）监测，1.7% 的中心使用近红外光谱技术（NIRS）[9]。脑氧合的决定因素是多方面的，个性化的临床治疗方案取决于个体的病理生理病因。为了以实用且简单的方式记住参与氧气运输和利用的生理变量，并有助于减少脑缺氧发作的发生，我们创建了助记词 “THE MANTLE”。它可以作为床边的一个有用工具，提醒人们注意那些能够保护和优化严重创伤性脑损伤患者脑氧合的因素（图 2）。

图 1：

A. 氧气传输路径。氧气从大气或机械通气提供的混合气体中，沿着浓度梯度进行传输。脑氧运输（CerO₂t）取决于脑血流量（CBF）与动脉血氧含量（CaO₂）的乘积，由以下公式决定：CaO₂ =（Hgb × 1.34 × SaO₂）+（PaO₂ × 0.003），其中：Hgb：血红蛋白浓度（克 / 分升）；1.34：每克血红蛋白运输的氧气毫升数；SaO₂：动脉血氧饱和度；PaO₂：动脉氧分压。氧气与血红蛋白的亲和力通过分析血红蛋白 - 氧饱和度曲线来表示。脑血流量（CBF）主要由脑灌注压（CPP）和脑阻力血管的半径（自动调节曲线）决定。
B. 细胞层面的氧气扩散。如果生理变量之间协调互动，氧气会以 98 毫米汞柱的压力到达微循环，然后通过组织间隙扩散到细胞内（PO₂i = 20–40 毫米汞柱）。在细胞内，氧分压为 1.5 毫米汞柱。氧气必须扩散的距离在 20 到 60 微米之间。

图 2：

THE MANTLE 助记词。颈静脉球血氧饱和度，SvjO₂；脑组织氧分压，PTiO₂；脑灌注压，CPP；收缩期动脉血压，SABP；潮气量，Vt；呼吸频率，RR；平台压，PP；驱动压，DP；机械功率，MP；颅内压，ICP；半饱和氧分压，p50；视神经鞘直径，ONSD；搏动指数，PI；计算机断层扫描，CT

表 1：脑缺氧的病因和类型

体温过高在神经危重症患者中极为常见 [10-12]。在脑损伤的初始阶段，体温升高通常归因于急性期反应，包括炎症激活和交感神经活动增强。下丘脑体温调节中枢的直接损伤也可能导致体温过高 [10-12]。大脑的温度高于身体其他部位，大脑温度与中心体温之间的差异可能高达 2℃[10, 11]。在重症监护病房（ICU）入院时或病情发展的最初几个小时内出现发热，构成了一种继发性损伤，与损伤的严重程度相关，并对最终结局产生负面影响 [10, 11]。体温过高通过多种机制产生有害影响：兴奋性氨基酸和游离氧自由基水平升高、蛋白水解酶受到抑制、血脑屏障破裂以及脆弱区域的缺血面积增加 [10, 11]。体温过高还可能由于新陈代谢加快而导致脑缺氧。因此，理想的情况是将中心体温维持在 36℃至 37℃之间 [10-12]。

血红蛋白在血液中运输超过 95% 的氧气 [1, 13]。从生理学角度来看，血红蛋白水平每下降一个单位，都会降低氧气运输能力（贫血性缺氧），而当血红蛋白值高于 12 克 / 分升时，氧气输送量并不会增加 [1, 13, 14]。由于多种因素的影响，包括输血的量以及供血者的年龄等，输血并不能确保纠正脑缺氧 [3]。血红蛋白的最佳水平尚不清楚；然而，将血红蛋白值维持在 7 至 9 克 / 分升之间似乎是合理的 [13]。储存时间过长的血液会减少其 2,3 - 二磷酸甘油酸的含量，这会进一步增加血红蛋白对氧气的亲和力，从而限制了细胞对氧气的获取 [1, 14]。

细胞外环境的稳态是确保氧气运输和向细胞释放氧气的生理过程的关键因素。这在避免血红蛋白解离曲线的偏移方面起着至关重要的作用 [1, 2, 10]。体温升高、二氧化碳（CO₂）增加以及细胞代谢产生的组织酸中毒，都会使氧合血红蛋白解离曲线右移，从而促进氧气向组织的转移。相反，低温、低碳酸血症和碱中毒会增加血红蛋白对氧气的亲和力（曲线左移），这使得向细胞转移所需的氧气变得更加困难 [1]。酸中毒、高碳酸血症和体温过高会扩张脑阻力血管，增加脑血容量和颅内压，而低碳酸血症则会引起血管收缩，进而导致脑缺血 [1]。为了确保血红蛋白解离曲线保持在功能范围内（p50 = 26–28 毫米汞柱），降低脑缺血和颅内高压的风险，应实现以下目标：a）pH 值：7.35–7.45；b）正常碳酸血症；c）中心体温（T°）：36–37.5℃ [1, 10]。另一方面，为了尽量减少或治疗脑水肿，维持轻度高渗状态（血清钠浓度 140—150 毫当量 / 升）并避免使用低渗液体至关重要 [15]。

脑代谢是脑耗氧速率的主要决定因素。在某些缺氧情况下，氧气需求会超过供应。因此，所有那些会增加神经元对氧气需求的情况，如镇静和镇痛水平不足（疼痛、躁动）、癫痫发作、发热、败血症以及阵发性交感神经过度兴奋综合征等，都应该进行检查并迅速纠正 [1, 13, 16]。需要实现的脑氧合目标取决于可用的资源和所采用的技术。脑实质的氧分压局部反映了氧气供应和消耗之间的平衡，应维持在 18 毫米汞柱以上。从颈静脉球获得的静脉血氧饱和度（SvjO₂），总体上代表了脑细胞消耗氧气后返回体循环的氧气量，应维持在大于 55% 的水平。这两个变量都取决于充足的脑血流量（CBF），而脑血流量又需要适当的脑灌注压（CPP）。当有先进的专业技术可用时，如微透析或用于连续评估自动调节现象的特定软件，建议维持乳酸 / 丙酮酸比值小于 25，压力反应指数（Prx）或氧反应指数（Orx）小于 0.2。Orx 和 Prx 分别是 CPP 与 PtiO₂以及 CPP 与 ICP 之间的相关系数。这两个参数都与脑氧合有关，因为高颅内压会降低对缺氧的耐受性。

脑血流量（CBF）的主要决定因素之一是脑灌注压（CPP），它是平均动脉血压（MABP）减去颅内压（ICP）的结果，并且取决于小脑血管（直径 50–150 微米）的直径 [13]。这些参数相互作用，形成了脑自动调节曲线。这是血管阻力的一种内在现象，通过改变血管直径来维持脑血流量的恒定 [13]。这种特性并非无限的，当自动调节功能受损时，脑血流量可能会在超出极限的情况下被动地跟随脑灌注压的变化。多年来，人们一直认为，尽管脑灌注压在 50 至 150 毫米汞柱的范围内波动，脑血流量仍保持不变 [17]。最近的生理学研究对这一观点提出了挑战，研究表明，脑自动调节现象在脑损伤患者中更为 “被动”，并且自动调节曲线的 “平台期” 明显变窄 [18]。即使在血压（BP）突然变化的生理情况下，如运动时，脑血流量也可能发生变化，甚至变得依赖于血压 [18]。脑自动调节（CAR）对于维持适当的脑灌注和氧合至关重要。脑组织氧分压（PtiO₂）是脑血流量（CBF）的替代指标 [19, 20]。脑自动调节可以通过经颅多普勒超声轻松监测 [21]，或者通过有创方式，如操纵平均动脉血压 [22]，或使用建立脑组织氧合与脑灌注压之间相关性的特定软件来监测 [19, 20]。氧反应指数（Orx）是通过脑灌注压（CPP）与脑组织氧分压（PtiO₂）之间的关系来评估脑自动调节的指标。Orx 的取值范围在 - 1 到 + 1 之间。当 PtiO₂被动地跟随 CPP 变化时，自动调节功能受损，因此两者之间存在正相关关系 [19, 20]。当自动调节功能完好时，PtiO₂不受 CPP 变化的影响，因此这两个参数与 Orx 之间存在负相关关系 [19, 20]。

平均动脉血压（MABP）又取决于不同的血流动力学变量，如体循环血管阻力和心输出量。在创伤性脑损伤中，动脉低血压是对最终结局影响最大的负面因素之一，它可能导致缺血性缺氧的发生，因此必须紧急预防和纠正 [5, 13]。

推荐的血压目标包括收缩压大于 100–110 毫米汞柱；血容量正常，尿量大于 30 毫升 / 小时，外周灌注良好，中心静脉压为 6–10 厘米水柱 [5, 7, 13]。可接受的脑灌注压（CPP）水平并不能确保正常的脑氧合，因为有证据表明，即使平均动脉血压（MABP）和颅内压（ICP）值正常，也可能发生脑组织缺氧 [5]。此外，基于这样一种理念，即临床医生不仅应考虑与特定脑损伤无关的常见病理生理途径，还应根据具体需求调整治疗方案，个性化治疗的概念越来越受到关注 [23-26]。例如，一个需要考虑的参数可能是挫伤的体积 [19]。当存在小的挫伤时，大脑的大部分区域血脑屏障（BBB）是完整的。在这种情况下：1）渗透压是水肿形成的主要驱动力；2）自动调节功能有效（压力升高会减少脑血容量）；因此，3）一线治疗可能包括脑脊液引流、提高脑灌注压和渗透疗法 [26]。当挫伤体积较大时，血脑屏障至少部分开放，因此：1）较高的渗透压和压力可能会加重水肿；2）应防止挫伤区域发生血管源性水肿；3）一线治疗包括脑脊液引流、深度镇静，可能还需要进行低温治疗 [26]。

葡萄糖是维持线粒体功能的重要营养物质和能量底物 [27]。受伤的大脑对葡萄糖的需求增加，而且由于大脑没有葡萄糖储存，只需不到 2 分钟的葡萄糖缺乏，就会耗尽大脑中稀少的储备 [27]。大脑葡萄糖供应不足所导致的后果，是代谢受损的主要原因。血糖水平低于 110 毫克 / 分升可能会导致非缺血性代谢危机 [28]。相反，高血糖（血糖水平大于 180 毫克 / 分升）会引发神经毒性级联反应（炎症、微血栓形成、水肿），并扰乱内环境的稳态（高渗状态、脱水），损害免疫状态以及其他各种异常情况 [27]。此外，神经低血糖症可能会导致线粒体功能障碍（解偶联性缺氧）[28]。

全身氧合严格依赖于肺功能，决定气体交换的变量，尤其是通气 / 血流比值及其两个极端情况（死腔和分流），必须保持在生理范围内 [13]。死腔增加会导致肺泡通气量减少，从而引起二氧化碳潴留和低氧血症。另一方面，分流分数增加会导致低氧血症，因为混合静脉血会灌注到大量未通气的区域，使得动脉血无法得到充分的氧气富集。这种低氧性缺氧的标志是动脉氧分压（PaO₂）和动脉血氧饱和度（SaO₂）降低，需要注意的是，PaO₂代表溶解的氧气，它仅占总氧气运输能力的 3% 至 4%[1]。

在这种情况下，一种常见且合理的做法是增加吸入氧分数（FiO₂）；然而，如果不进行详尽的情况分析，这一措施并不能解决根本问题，因为即使动脉氧分压（PaO₂）达到超正常水平（常压高氧），仍可能发生隐匿性脑缺氧；另一方面，最近的证据表明，高氧也可能是有害的 [29]。

如果这些变量出现问题，必须采取措施使动脉氧分压（PaO₂）达到 80–120 毫米汞柱，动脉血氧饱和度（SaO₂）大于 95% [30]。

对于脑损伤患者来说，肺保护性通气的概念具有挑战性。实际上，低潮气量（以保持低平台压和驱动压）与高胸腔内压力以及呼气末正压（PEEP）导致的静脉回流减少相结合，可能会使二氧化碳值升高。由于这些原因，传统上，这类患者被排除在研究普通重症监护病房（ICU）患者保护性策略的主要试验之外，并且在这个问题上没有强有力的证据 [30, 31]。

然而，在过去的几年里，即使是脑损伤患者，肺保护性通气的概念也越来越受到关注，因为它可以减少肺部并发症，因此可能与改善患者预后相关 [30, 31]。

优化机械通气策略意味着优化肺功能以及全身和脑氧合，同时降低因血管收缩（低碳酸血症）导致的缺血性缺氧风险和因血管扩张（高碳酸血症）导致的颅内高压风险 [3, 5, 7]。

根据现有证据，谨慎的做法似乎是采用控制通气模式开始肺保护性通气，潮气量为 6 至 8 毫升 / 千克，最低呼吸频率以确保动脉二氧化碳分压（PaCO₂）在 35 至 45 毫米汞柱之间，吸入氧分数（FiO₂）和呼气末正压（PEEP）根据上述全身氧合目标进行调整 [30, 31]。为了防止机械通气引起的肺损伤（气压伤、生物伤、容积伤），平台压应保持低于 20 厘米水柱，驱动压低于 13 厘米水柱 [30, 31]，机械功率低于 17 焦耳 / 分钟 [32]。建议不要常规使用过度通气，应将动脉二氧化碳分压（PaCO₂）维持在 35 至 45 毫米汞柱之间 [7]。可以采用更低的目标值作为控制颅内高压的策略 [22]。在危及生命的情况下，如脑疝综合征、A 型高原波或由充血引起的颅内高压，可以使用适度且受控的过度通气 [33, 34]。

脑水肿通过两种机制导致脑组织缺氧的发生。一方面，它可以通过增加颅内压（ICP）从而降低脑灌注压（CPP），进而导致缺血性缺氧；另一方面，它通过减少氧气向细胞的扩散，促进了缺氧的发展 [35, 36]，见图 2。达到适当的钠水平对于尽量减少脑水肿至关重要 [15]。此外，建议应用已确立的颅内高压管理方案来治疗颅内高压 [22, 37, 38, 39, 40]。建议达到的主要目标如下：a）颅内压（ICP）小于 22 毫米汞柱；b）脑灌注压（CPP）：55–70 毫米汞柱；c）视神经鞘直径（ONSD）小于 5.8 毫米；d）搏动指数（PI）小于 1.2；e）脑部计算机断层扫描（CT）无水肿迹象。

创伤性脑损伤（TBI）的治疗重点在于预防继发性损伤。

来源：重症医学一点号