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本文原载于《国际麻醉学与复苏杂志》2016年第11期 本刊刊登了鲁美静等[1]的一篇综述"脑电双频指数的临床矛盾性评价" ，原标题为"脑电双频指数矛盾性变化与临床" ，引发我的兴趣，想就如何正确评价BIS谈一点个人见解。 1 什么是脑电双频谱分析 脑电波与其他任何波（如电波、光波）一样有4个基本要素，即频率、波幅（振幅）、波形和位相。 数量化脑电图（quantitative electroencephalogram, qEEG）最初仅限于脑电功率谱分析（采用快速傅立叶变换计算方法），把自发脑电的时域信号转化成频域信息，也就是把波幅随时间变化的脑电图（electroencephalogram, EEG）变换成为波幅随频率变化的谱图。在功率谱图上，EEG信号的频率分布以及每一频率成分的脑电功率（振幅）分布一目了然，即脑电功率谱阵和脑电地形图。 根据EEG的特性，当频率作为独立的变量，EEG的特点可用两个函数来表达：振幅对应着频率，位相对应着频率。振幅作为频率的函数就是功率谱。它从频域角度有效地反映了信号的二阶信息，但是丢失了包括位相信息在内的高阶信息。而脑电双频谱监测（即BIS）包含了功率谱和高阶谱的双重信息。 高阶信息对EEG信号分析有重要价值。在数学上，对3个一组的频率（f1、f2、f1+f2）的大小和位相分析可以鉴定在频率总和（f1+f2）的成分中是否有一个非线性的关系存在于原始频率（f1和f2）之间或独立存在于原始频率之外，脑电双频谱除分析了EEG功率谱，也检测了EEG中各成分间的第1次非线性关系（即高阶谱）。分析量化了EEG中所有3个一组的频率（f1、f2、f1+f2）之间的关系。量化了位相耦合、能量耦合以及位相对能量耦合中的排除作用。 已证实在清醒和麻醉状态下，皮质下与皮质结构的电活动之间存在相干性。人清醒状态下的EEG频率带有显著的位相耦合（或位相锁定）。位相耦合是通过任何两段频率与第3段频率（谐波）之间的相加或相减来进行定量的。两段频率之间耦合的程度可以从0到100%，0说明没有产生谐波，100%则表示此期间存在位相耦合的谐波频率成分，这种谐波的存在表明EEG的同步化增加。因此双频谱分析较单纯来自傅立叶分析的信息进行了更清楚的表达。 脑电双频谱分析包括了傅立叶频谱分析（频率、振幅）、高阶谱分析（位相）以及时域特性（波形-暴发抑制），从而涵盖了脑电所有信息，可以捕捉通常无法获得的脑电细微变化[2,3,4]。 2 什么是临床BIS值的内涵 BIS值是一个统计数值，是通过多变量数学回归方程计算产生的单一变量的概率函数。BIS值来源于对大样本的接受不同麻醉药物（包括异氟醚、丙泊酚、咪达唑仑和硫贲妥钠，辅以阿片类药物、氧化亚氮）输注的受试者的双额EEG的记录（1 500名受试者和5 000 h的EEG信号），所有被记录的EEG及其相联系的意识状态和镇静水平（麻醉目标点）组成数据库。计算数据库中EEG的高阶谱和能量谱参数（傅立叶转换），并与相关的临床资料（麻醉目标点）进行相关分析，将最能区分麻醉目标点的双频谱和能量谱参数组合起来，如EEG的相对β比率（β频率的功率占比）、快慢波相对同步性和暴发抑制比（时域特性），使用多因素回归模型将每个特性参数在达到麻醉目标点中的相对作用转换为线性数字化指数，即为BIS值。例如完全清醒状态时β比率占50%、同步快慢波占30%、暴发性抑制占10%（50∶30∶10），这时BIS值转换成100。而最深度的丙泊酚麻醉状态，上述比值可能为17∶12∶3，那么BIS值转换成0（摘自Ashraf Dahaba教授讲座资料）[2,4]。BIS值的算法是随原始EEG样本量的增加而不断更新的，软件版本升级也较快。 3 什么是EEG的神经生物学基础 EEG与脑代谢紧密相连。EEG是大脑皮质突触后兴奋与抑制电位在时间和空间上的综合表现。而突触后电位又受到来自间脑投射的网状结构活动的影响。这些电活动变化的相互作用是以脑代谢状况为基础的，而脑代谢又受众多因素的影响，这些成分中任何一个或多个障碍都会导致EEG异常。这使EEG具有很高的敏感性。但如不结合临床，将成为一个特异性不强的脑功能障碍指标。 正常清醒人，脑氧代谢率的60%用于供应脑电生理活动，余下的40%维持膜/细胞器内的稳态。皮质氧消耗与EEG活动存在相关性。EEG快波占优势时，皮质具有高的氧代谢率，而以高电位慢波占优势时，脑氧耗较低。当静脉给予一个速效麻醉药时，几乎是在"药丸"到达脑的同时，EEG出现慢波。脑循环停止后约10 s，缺氧导致意识丧失（脑功能障碍），几乎同时EEG活动也消失（等电位）。麻醉、低温与低氧和脑缺血的EEG改变相类似，难以区别。但是监测往往是目的明确和有针对性的，而且是个体自身动态的前后对照。例如，体温与EEG的功率呈线性相关（4.1%/℃和0.39 Hz/℃）。根据温度与EEG的相互关系，不难识别低温下的急性脑缺氧改变。 4 如何正确评价BIS监测技术 4.1 麻醉药作用不能与BIS值完全画等号 BIS是第1个通过美国食品药品管理局认证的麻醉药物对大脑效应的测量手段。迄今已有超过数百万麻醉病例证实了BIS值监测的有效性和准确性。但是也要认识到BIS值是经人为修正的EEG指数，虽然经大量临床验证与麻醉镇静程度相关。但是并不能将麻醉药作用与BIS值完全画上等号。麻醉药作用机制没有完全阐明，作用机制也不尽相同。面对众多麻醉药，BIS的局限性在所难免。 多数麻醉药随着浓度的改变，使EEG频率、波幅和波形上产生很大的变化。随麻醉水平的加深，EEG进行性变化，如EEG慢波、暴发抑制和等电位活动。但是不同麻醉药引起的EEG改变不完全相同。全身麻醉药是强效的EEG激活剂。许多病理性EEG表现可以被麻醉药诱发，如巴比妥的梭波、氟烷的手套型波、异氟醚的暴发性抑制、安氟醚的棘波，说明麻醉药可产生一种可逆的与意识障碍病理状态极相似的电生理学现象。全身麻醉并非仅是一种中枢神经系统的抑制，麻醉状态可以因中枢神经系统不同水平的抑制或兴奋或两者同时发生而产生。强效麻醉药（如丙泊酚、异氟醚），EEG可见进行性的慢波、暴发性抑制和最后为平坦波。某些麻醉药（如氯胺酮、氧化亚氮等），呈脑干兴奋的去同步化EEG表现，即夹带有一些θ波的快波活动（15~30 Hz）。而安氟醚比其他吸入麻醉药对中脑网状结构产生的抑制小，对边缘系统兴奋。首先在边缘系统和新皮质出现棘波，然后迅速波及到脑的其他区域。EEG出现癫痫样活动时对有害刺激失去反应。这种刺激性麻醉药的作用可能是选择性地兴奋或刺激中枢神经系统的不同水平，产生神经活动的功能解体。因此，丙泊酚、异氟醚的血药浓度与BIS值相关良好；而氯胺酮、安氟醚血药浓度与BIS值没有关联。七氟醚在低浓度时（0.2%~1.4%）与BIS值呈线性相关，而高浓度时（>1.4%）却相关不良[2,5,6,7]。 4.2 麻醉深度不能与BIS值完全画等号 麻醉机制迄今还不十分清楚，不同的麻醉深度下，大脑功能究竟处于什么状态我们也并非了解。 目前研究中不成文地公认将BIS作为对照的"金标准" 。值得注意的是，研发BIS的受试者是健康人群（患者），因此，由于患者的病理生理学改变引起脑代谢功能紊乱，反映在BIS值上的所谓"矛盾现象" ，其实是我们尚未认识的本质反应。例如，前几年炒的很热的"三低现象" ——低血压、低BIS值和低呼气末麻醉药浓度（minimum alveolar concentration, MAC）[8]。在浅麻醉下（低MAC）为什么会出现低BIS值（麻醉过深）？是矛盾现象还是病理生理学的本质反映？进一步研究证实，"三低现象"说明这类患者属于高危人群，即对麻醉药的敏感性增加，而非BIS值本身出现了错误。 又如近年一些循证医学发现，深麻醉与术后谵妄和术后远期病死率增高有关。所谓的"深麻醉"定义为BIS值<45[9]。进一步分析发现，"深麻醉"与术后远期病死率增高并非因果关系。因为那些表现出"深麻醉"的患者，属于对麻醉药敏感性增高的危重患者[10,11]。BIS值<45仅仅是一个表面现象。有趣的是，有研究表明，深麻醉下术后认知功能障碍发生率比浅麻醉明显降低[12]。 4.3 原始EEG不能与BIS值完全画等号 脑生物电来自神经元的新陈代谢，微弱到约1/1 000 000 V，因此影响EEG分析的因素来自方方面面。主要有伪差和物理、生理、药物等影响因素。伪差有4个主要来源：电极和导联伪差；生理性干扰伪差，包括眼动、心电活动、脉搏和肌电活动；外环境干扰（交流电等）；仪器的元、部件功能失常。EEG物理影响因素如光、声、温等感觉刺激和电刺激，生理影响因素如意识、睡眠、氧和二氧化碳、血糖、酸碱平衡改变等[2]。 挣扎在汪洋大海中的微弱脑电波，临床检测分析技术还需不断完善和提高[13]。面对异常的EEG变化，如何去伪存真？近年一些学者又返璞归真，提倡监测分析原始EEG，去除人为计算的"指数" ，认为麻醉医师有能力直接从原始EEG分析结果（如同ECG监测一样）。 4.4 BIS监测不能与BIS值的术中应用完全画等号 尽管面对上述局限性，麻醉深度（不仅限于BIS）是麻醉下患者的重要生命体征仍然是不争的事实。目前众多的麻醉深度监护仪还不尽完美，但是循证医学已证实，监测麻醉深度对手术患者的麻醉质量和预后的影响明显优于不监测麻醉深度[14]。 众所周知，术中知晓患者30%~50%发生严重的情感和精神健康问题，即创伤后应激障碍（post-traumatic stress disorder, PTSD）。精神症状可持续数年[15]。几个多中心大样本的临床RCT研究证实，采用BIS监测预防术中知晓的有效率达80%以上。美国华盛顿大学（圣路易斯）在《New England Journal of Medicine》上发表一项研究[16]，对比BIS监测（维持BIS值40~60）和呼气末麻醉气体浓度监测（维持在0.7~1.3 MAC）在吸入麻醉中预防知晓的作用。虽然结果两组术中知晓发生率差异无统计学意义（2/967比2/974），然而应用BIS监测预防术中知晓仅仅是监测麻醉深度必要性的一个方面，还需关注的另一方面是预防麻醉过深（BIS值<45）与术后远期病死率增高的潜在联系。由于高危患者对麻醉药敏感性的增加，给临床判断麻醉深度带来了不确定性（即低BIS值），这恰恰说明这类患者对麻醉深度监测有更高的依赖性。因此尽管控制满意的麻醉深度能否改善高危患者的预后尚待进一步研究结果，但是总结迄今的研究结果可以认为，麻醉深度监测必要性的争论是画上句号的时候了。 参考文献（略） |
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