检索历史 清除

摘要全身麻醉(general anesthesia)是一种药物诱导的可逆状态，同时伴随着持续稳定的生命体征，是确保手术安全进行的重要保障。以最小剂量的麻醉剂达到和维持手术所需的麻醉深度是临床麻醉中一直追求的目标，实现这一目标所需的主要关键技术是精确的麻醉剂药代动力学-药效学(pharmacokinetic-pharmacodynamic, PK-PD)模型和有效的麻醉深度评估手段。丙泊酚是目前临床中应用最广泛的麻醉剂之一，已有许多丙泊酚的PK-PD模型应用于临床；另外随着脑功能测量技术和分析算法的发展，陆续有研究提出一些可用于监测麻醉深度的脑功能指标。然而，现有的丙泊酚PK-PD模型和麻醉深度监测手段在应用中仍存在一些亟待解决的问题。<br>　　首先，现有的丙泊酚PK-PD模型主要考虑了患者的体重、年龄和性别等因素对丙泊酚敏感性的影响，然而有研究表明麻醉前的大脑功能状态也可能是影响个体对丙泊酚敏感性的因素，而目前的丙泊酚PK-PD模型并未将此因素考虑进来；其次，研究发现麻醉过程中存在迟滞效应，即麻醉诱导过程和麻醉恢复过程中同等意识水平下麻醉剂的药物浓度存在差异。现有的PK-PD模型将此迟滞效应当作药代动力学延迟而通过调整模型参数将其抑制。但是已有动物实验表明麻醉过程中的迟滞效应可能是大脑的固有属性，所以PK-PD模型中将其抑制这一做法仍有待商榷；第三，现有研究主要使用静态分析方法探索麻醉过程中脑网络的变化，该方法的隐含假设是脑活动在整个数据记录期间是稳态的。但有研究表明，麻醉剂引起的失意识状态下脑活动仍然具有非平稳特性。因此，探索不同麻醉状态下脑功能网络的动态变化过程是探寻麻醉深度可靠监测手段的关键；最后，目前可用于监测麻醉深度的EEG特征主要是通过比较其在清醒和无意识状态下是否存在差异得到的。然而，精确的麻醉深度监测手段不仅仅只是区分清醒和无意识两种状态，需要能反映麻醉过程中持续变化的意识状态改变，即意识水平的波动。因此，探寻能够检测意识水平波动的EEG特征对优化麻醉深度监测手段具有很大的价值。本研究针对这些问题开展工作，所应用的方法、取得的主要结果和创新点包括：<br>　　1、针对麻醉前的脑功能状态是否会影响个体对丙泊酚的敏感性这一问题，基于麻醉前采集的静息态EEG，应用滑动窗分析得到额叶-顶叶功能连接强度和功能连接波动性这两个测度，用其衡量受试者麻醉前的脑功能状态；使用每个受试者从丙泊酚输注开始至达到相同麻醉深度持续的诱导时间来衡量个体对丙泊酚的敏感性。结果发现受试者麻醉前的额叶-顶叶功能连接强度和功能连接波动性均与其麻醉诱导时间相关，该结果在三个独立数据集上均得到验证。这些结果表明个体对丙泊酚的敏感性与其麻醉前的脑功能状态有关，因此建议在设计丙泊酚的PK-PD模型时将患者麻醉前的脑功能状态考虑进来。<br>　　2、针对麻醉过程中的迟滞效应是否为大脑的固有属性这一问题，采集受试者麻醉过程中的EEG和双频谱指数(bispectral index, BIS)，分别使用BIS和脑网络测度作为麻醉剂药物浓度和药物作用的替代指标。结果显示脑网络测度在麻醉诱导过程和麻醉恢复过程的同一BIS值下存在显著性差异，因此推测麻醉过程中的迟滞效应是大脑的固有属性这一假设在人体身上同样成立。结果提示在设计麻醉剂(如丙泊酚)的PK-PD模型时应将迟滞效应考虑进去，而不是单纯作为药代动力学延迟消除。本研究提出的“迟滞因子”参数可以作为衡量个体迟滞效应大小的参考。<br>　　3、针对丙泊酚诱导无意识过程中脑网络模式是如何动态变化的这一问题，分别采集清醒、浅麻醉和深麻醉状态下的EEG，使用溯源分析获取皮层脑活动，使用k均值聚类分析得到脑功能网络的共性模式，并分析这些脑功能网络模式在不同意识状态转换时的变化过程。结果发现，丙泊酚诱导的麻醉过程中由大脑解剖结构支撑的脑功能网络模式持续存在，为麻醉状态下受试者能够维持稳定的生命体征提供了解释；脑功能网络模式的出现概率与麻醉深度有关，为使用脑网络指标监测麻醉深度提供了线索。<br>　　4、针对哪些与意识相关的EEG特征对于检测意识水平波动更为敏感这一问题，基于麻醉过程中采集的EEG计算了包括功率谱、快慢波相对同步性、排列熵、alpha波段能量占比、大脑功能连接和基于脑功能网络的图论测度，共110个EEG特征；使用行为学测试评估受试者在麻醉过程中的意识水平；然后应用分类分析衡量这些EEG特征检测意识水平波动的能力。结果表明现有与意识相关的EEG特征对于识别清醒和无意识有高达93.5%的正确率，但是对于识别意识水平的波动并不敏感。相比于其他特征，theta波段的能量、功能连接和基于脑网络的图论测度以及alpha波段能量在大脑顶枕区域的占比对意识状态波动更为敏感。<br>　　本研究基于清醒状态和丙泊酚诱导的麻醉状态下采集的EEG，以改善丙泊酚的PK-PD模型和探索更精确的麻醉深度评估手段为目的开展了一系列研究。研究结果不仅深化了对丙泊酚诱导无意识机制的理解，更为临床实现更好的麻醉管理提供了证据和参考。