综述目的

        在此，我们综述目前最先进的微透析技术监测严重创伤患者的脑损伤，突出最新进展。微透析已经在神经重症护理中发展成为一个成熟的床边监测模式，用其可以揭示大脑化学的独特信息。

        近期研究结果

        近期一个最大的的进步是，在指南中有关微透析的使用和监测结果解读方面的意见达成了共识。其他进展包括利用微透析技术可以获得创伤性脑损伤时，脑部电生理变化、白质损害、炎性反应以及代谢紊乱之间复杂而又相互关联的情况。

        摘要

        在专业神经重症护理中心，微透析技术已经成熟，并与颅内压和脑氧监测一起成为标准的临床监测模式。同样作为一种研究工具用于反映脑代谢，炎症，治疗方法，血脑屏障的药物转运和药物对下游靶点的影响。最近的微透析监测共识为改进神经重症监护方案的实施铺平了道路。此外，还有在微透导管和微透液分析技术方面的进一步改进，增强了其未来的适用范围。

        介绍

        在发达国家，创伤性脑损伤(TBI)是40岁以下人群死亡的最大单一因素。 幸存者遗留不同程度的终身残疾，需要护理人员照顾和耗费资源。初次损伤之后，当脑生理和化学发生复杂，动态的变化时，最大的临床挑战是限制继发性脑损伤。避免低血压，缺氧，低血糖，持续性颅内压(ICP)上升，癫痫发作和感染，以保持足够的脑灌注和预防脑疝综合征。 大多数成人和儿童的严重TBI患者，定义为：格拉斯哥昏迷评分(GCS)≤8，需要ICP监测和脑灌注压目标治疗。

        目标驱动治疗是改善患者预后的关键。目前，我们通过“实时”分析来监测ICP和脑氧张力(PbtO2)，使我们能够对这些参数中任何的危险变化做出快速响应。 以上内容可通过使用微透析进行脑的化学分析来补充。 典型的床边多模态监测装置如图1所示。 20世纪90年代在临床上引入微透析，能够连续监测组织化学以研究移植组织，手术移植物或最常见的脑损伤。尽管1974年首先描述微透析，但直到20世纪90年代后期，由于计算硬件的进步才使得微透析在全球范围内对医院的供给变得更容易。从此，微透析被广泛改进以改善对脑损伤的监测。

        原理

        微透析导管由两个同心管组成。外管连接输送灌注液的注射泵。 灌注液通过外管向下流到尖端，其中终端的10mm导管由半透性透析膜组成，允许灌注液和脑实质的细胞外液之间进行双向扩散。扩散速率由穿过半透膜的化学梯度来驱动。 灌注液，现在称为微透析液，通过内导管提取以进行分析。

        临床适应症

        使用微透析的临床监测的适应症不清楚，年轻患者通常具有更好的结果;但在选择使用对象时应保持谨慎。普遍认为，由于脑干损伤和中枢性疝的患者具有不良结局倾向，因此此类患者应该从适应症中剔除。复苏后的GCS可能是最准确的评估依据。在最近的共识声明中已经明确了疾病特异性的建议。在TBI中，微透析可用于监测“健康”组织(例如指导全身葡萄糖治疗)和/或监测处于风险的局部区域。同样地，在另一种形式的急性脑损伤中，蛛网膜下腔出血(SAH)指南建议微透析作为机械通气(劣质证据)患者中的主要监测装置，或监测具有继发神经功能恶化风险的患者(例如，延迟缺血性损伤)。

        放置微透析的手术操作

        将临床微透析导管经颅骨进入装置(螺栓)或经螺旋钻孔或开颅时直视下小心放置在脑实质内。微透析导管尖端含金，在计算机断层扫描(CT)扫描时可见。

        在TBI中，微透析导管的插入位置取决于持续的损伤类型。在弥漫性轴索损伤中，导管应插入非优势半球的额叶。在局灶性损伤(急性硬膜下血肿或挫伤)中，导管应尽可能放置在病变同侧、影像学相对正常的部分。在局灶性损伤会导致影像学显着差异的脑损伤患者可放置双侧微透析导管。

        在SAH中，建议将微透析导管插入与CT或破裂动脉瘤上所见最大血液负荷同侧的大脑前大脑动脉 - 大脑中动脉的分水岭区域。如果血液负荷是对称的，建议插入非优势半球。然而，在延迟性缺血缺损中，微透析导管应该在影像结果指导下放置在风险最大的组织。

        通过微透析了解脑生化

        在TBI的数小时和数天内，原发性物理损伤受以下因素影响：复杂而且相互作用的颅内动力学，电生理反应，脑代谢和炎症。 现代神经重症护理通常要求避免严重缺血。然而，损伤的大脑有时似乎不能有效地利用已经足够的代谢燃料和氧气，这时称之为“线粒体功能障碍”，更严重时称之为“代谢危象”，确切的基础仍不清楚。最近的一些研究特意将TBI患者脑细胞外局部化学与其它脑测量方法结合在一起，如下所述。

        电生理变化

        TBI患者脑电生理反应包括与脑细胞外液中葡萄糖和乳酸水平显着变化相关的皮质扩散性去极化(CSD) 。这些被称之为“不良化学”的波会在空间和时间上播散，通常穿过大脑区域和/或挫伤周围。在TBI中发现的另一种明显与CSD相关的电生理反应，即是癫痫发作– 典型代表是非惊厥性癫痫发作和周期性放电。 Vespa等基于他们的早期研究，已积极建立了癫痫和代谢危机之间的联系。除非对患者使用电极连续监测，否则即使患者存在电生理紊乱也可能无法检测到。在TBI患者，插入脑中的深度电极比头皮电极更有用于监测癫痫发作和周期性放电。在34例患者中，癫痫发作或周期性放电发生的发生率61%，其中42.9%的仅发生在脑皮层内脑电图(dEEG)上，在某些患者持续了数小时。通过测量升高的脑微透析指标：乳酸盐/丙酮酸盐比值(LPR)可以反映脑代谢危象，该现象发生于癫痫发作或周期性放电期间，但不发于非癫痫时期。周期性放电和癫痫发作也可发生于看似正常的脑组织，其速率与挫伤周围脑组织相似。该现象表明大脑的很多区域具有电不稳定性风险，而非仅仅先前认为只发生于挫伤周围的组织。该研究强调了定期放电的重要性，迄今为止通常被脑电图专家认为是良性的。 Vespa 等主张周期性放电和癫痫发作是严重TBI的潜在治疗靶点。他们将癫痫发作/周期性放电与代谢危象(升高的LPR)称为“时间锁定”，这是将时间限定在每小时进行微透析液收集瓶更换并分析的结果，而脑电图采样率为2.5kHz。因此，尚没有关于电生理学和代谢之间是否存在因果关系(或反之亦然)的信息，或者它们之间是否相互作用，或二者是否是其它起始因素引起的共同结果。

        脑白质损伤

        白质，主要由神经胶质组成，它占有大脑的最大比例，为灰质神经元提供了重要的支持基础。 Magnoni等人报道，在微透析导管插入位点半径1cm附近的白质覆盖区域内使用微透析测量脑细胞外空间中的轴突细胞骨架蛋白-tau(译者注：希腊字母第9个字母)与基于弥散张量MRI(DTI)测量脑白质完整性的各向异性分数减少之间具有良好相关性。他们与健康对照后发现，损伤后13-36小时的微透析tau水平与各向异性分数减少量之间具有显著的负相关。在微透析导管插入位点附近的各向异性减少分数与多个额外的白质区域中的各向异性分数减少高度相关。微透析tau的测量和磁共振DTI可反映创伤性轴突损伤。也许令人惊讶的是，在各向异性减少和脑微透析代谢标志物(葡萄糖，乳酸盐，LPR和谷氨酸)之间并没有显着相关性，并且在各向异性减少分数和微透析液淀粉样蛋白-β之间也没有显着相关性。在DTI其它参数(平均扩散率，轴向扩散率和径向扩散率)和微透析液tau或淀粉样蛋白-β之间没有观察到相关性。

        生化测量路径

        近期有两个用13C标记研究的微透析研究揭密了TBI患者的脑化学。研究者分别采用1,2,13C2标记的微透析灌注葡萄糖和2,3-13C2标记的琥珀酸，同时通过相同的微透析导管收集微透析液，用13C核高分辨率核磁共振分析。第一项研究，使用1,2-13C2标记葡萄糖，揭示糖酵解乳酸(标记为2,3-13C2乳酸)生成的主要途径，结果在TBI脑中显着高于正常大脑。次要途径中，磷酸戊糖(PPP)衍生的乳酸盐(3-13C乳酸盐)，观察在TBI和正常脑中的浓度结果，二者没有统计学差异。然而，几个TBI个体显示PPP-衍生的乳酸盐升高大于正常脑中观察到的范围。尽管糖酵解总是占有主要地位，但在脑氧张力下降时，葡萄糖代谢从糖酵解转向PPP会发生漂移。这些发现提出了一个有趣的问题：TBI后PPP和糖酵解的作用，以及它们是否能够被控制以增强PPP的潜在修复和抗氧化作用，用于改善患者结果。使用2,3-13C 2琥珀酸盐(二钠盐)的第二个研究显示该分子通过三羧酸(TCA)循环代谢(通过代谢物中的13 C标记方式证明)和改善的细胞代谢(通过降低LPR)，根据理证据，TCA循环可以直接补充和加强TBI脑化学。琥珀酸是与线粒体电子传递链(ETC)复合物II直接相互作用的TCA循环的中间产物，可加强氧化代谢的“快捷”途径(缺失ETC复合物I)。较低的LPR表明琥珀酸可以改善氧化还原平衡，可以想象，通过利用线粒体ETC加强穿梭将尼古丁腺嘌呤二核苷酸(还原形式)再氧化为尼古丁腺嘌呤二核苷酸(氧化形式)，可能会促进葡萄糖的利用和谷氨酸从间质中清除，这些证据可从微透析液中较低浓度的葡萄糖和谷氨酸中获得进一步支持。

        神经炎症和血脑屏障

        微透析可以为临床试验提供独特的信息，确定全身性用药是否穿过血脑屏障，以及显示下游靶标和生物标志物。对弥漫性损伤的TBI患者皮下使用人白介素受体拮抗剂-1rα(IL-1ra)，例如阿那白滞素(anakinra / Kineret)(Amgen，Thousand Oaks，CA，USA / Swedish Orphan Biovitrium Ltd，Cambridge，UK)[译者注：阿那白滞素是通过基因重组技术所产生的人IL-1受体拮抗剂]，结果在血液和脑细胞外液中IL-1ra都显着升高。除IL-1ra之外，在10个治疗患者和10个对照患者(没有使用阿那白滞素)的研究中，分析其他细胞因子，如趋化因子和生长因子，将其在一个42丛(42个分析物)的液相芯片中进行测定。最近，这个数据集的多变量(偏最小二乘判别)分析揭示了一个反应模式的简单分类问题：IL-1ra属于“抗炎”细胞因子，并强调了小胶质细胞对损伤做出反应的重要性。

        一个配对的微透析导管研究，在血肿周围和影像学上“正常”的点取样测量基质金属蛋白酶(MMPs)，结果显示在脑损伤后的早期(72小时内)，血肿周围的基质金属蛋白酶-9浓度增加，可能代表该区域是治疗的目标，以减少出血进展和血管性水肿。

        乳酸的意义

        乳酸在脑中的意义和作用仍然存在争议。微透析可以提供进一步证据。 脑的LPR升高表明高度依赖糖酵解途径，可能是由缺血引起的，在此种情况下乳酸升高，丙酮酸降低，同时还存在葡萄糖降低和(如果测量)PbtO2下降。 此为I型LPR高程。非此即彼，在没有局部缺血的情况下，乳酸升高同时伴随不太显著的丙酮酸降低者为2型LPR升高。在TBI患者中2型LPR升高更常见。重要的是，在同一患者，缺血模式和线粒体功能障碍模式之间可以相互转换(反之亦然)，随着损伤后时间的推移，在从缺血模式向线粒体功能障碍的转换的过程中，丙酮酸可随时间上升。

        标记研究表明，无论在健康或损伤的大鼠和人类的活体大脑中，乳酸均可在脑内通过氧化进行代谢。争议的焦点仍然在于星形胶质细胞 - 神经元乳酸盐穿梭假说上，关于星形胶质细胞糖酵解来源的乳酸盐是神经元的首选能量底物，还是星形胶质细胞和神经元都根据他们自身的需要而独立地代谢葡萄糖。支持“独立模型”的是大鼠的动力学代谢模型研究。 另外，关于静脉内注射外源性乳酸盐作为TBI治疗的合理性也存在争议。

        微透析指导治疗

        微透析是临床信息的有价值的来源，用以辅助评估推定的TBI治疗的价值。 来自36个TBI患者的回顾性数据分析显示，常压下的高氧与兴奋性毒性增加有关，这一点可以从微透析液中谷氨酸浓度会随着吸氧浓度的增加而增加得到证实。在一项27例重度TBI患者和重度弥漫性脑损伤患者的研究中显示：使用多模态监测(包括ICP，PbtO2和微透析)对大脑低灌注的监测比单独使用ICP监测更准确。

        未来前景

        除了在临床研究中微透析有着重要地位，在一些中心，微透析已经成为重型TBI神经重症监护的标准部分。 除用于成人外，微透析也已经在扩展到监测儿科重症TBI患者。接下来的将会更一致地使用微透析，以了解患TBI患者的管理和治疗。 有关这一点的基础工作已经在最近的全球微透析专家共识声明中阐述。下一阶段是建立适当分层的正式协议，使微透析结果能够与ICP监测和其他模式一起优化利用，以便为患者的个体化治疗提供决策。在这种多模态的搭档关系中， PbtO2探针是必要的，以有助于鉴别缺氧/局部缺血和线粒体功能障碍/代谢危机。 除了TBI之外，微透析还具有增加用于监测其他形式的急性脑损伤，例如SAH。

        在TBI中，脑电生理学紊乱已经作为与不良代谢变化(不良代谢变化与不良功能预后相关)的重要元素出现。但连续的电生理监测很难实现。技术改进和/或理解适当的替代标记物将是潜在有益的。

        由于电生理变化能够引起潜在的破坏性的大脑化学的快速变化，因此希望能够使用更快速的在线大脑微透析监测，而不是每小时更换微透析小瓶，因为这些早期的警告信息可能在每小时更换微透析小瓶时被错过，从而失去治疗的机会。在研究的背景下，在线分析仪取得了进步，但报道的微透析监测内容目前仍仅限于钾，葡萄糖和乳酸，但没有丙酮酸。如果有一个易用、简洁、耐用、成本低，且能够在线快速检测关键代谢物的微透析方法存在将是非常有益的，并可以鼓励更多的中心采用微透析。虽然20和100-kDa临床微透析导管允许回收细胞外小分子(代谢物)，但100kDa的微透析导管还额外允许回收很多水溶性细胞外蛋白质，例如细胞因子和趋化因子。炎症是反映TBI的一个关键方面。然而，优化微透析回收蛋白质仍然是一个进展中的工作。尽管使用人血清白蛋白补充微透析灌注液已经成功，但现在不可行，因为会增加对制药的许可限制。这意味着根据药学制剂，这种血液制品是不允许的或成本过高的。右旋糖酐是一种被探索的替代物，但它是具有各种聚合物尺寸的多糖而不是蛋白质。血清白蛋白被广泛用于生物化学(不仅仅限于微透析)，其用作于阻断目标蛋白质的非特异性结合损失的试剂，否则所述蛋白质将通过粘附到管道，人工膜，小瓶等的表面而被不同程度地捕获。右旋糖酐，主要作为流体平衡渗透剂被引入微透析，是但它能否可以防止蛋白质的非特异性结合仍然有待确认。另一种改善导管技术的方法是用Pluronic(也称为泊洛沙姆)包衣，目的是为了减少蛋白质结合并抑制生物污损和包封。Pluronic涂层仅通过实验报道，并且它能否代表当前微透析技术的任何显著改进以及随后能否应用到临床，这些都是将来的问题。

        结语

        微透析已经成熟为专业神经重症护理中心的标准临床监测模式(与ICP、PbtO2一起)，并且也已成为用于阐明脑代谢，炎症，治疗方法，血脑屏障的转运和药物对下游靶标的影响的研究工具。最近对微透析监测的共识为改进的神经重症监护方案铺平了道路。 微透析导管和微透析液分析技术的改进尚有余地，它们的改进可进一步增强其适用性。