神経外科患者の脳酸素と血流動力学モニタリングにおける近赤外分光技術の応用研究の進展

まえがき

脳組織の酸素消費量は巨大で、成人脳の重量は体重の2%しか占めていないが、安静状態ではその血流量は心出力量の15%を占め、酸素消費量は全身の酸素消費量の20%を占め、関連文献によると、脳損傷による死亡者群における虚血酸素欠乏の割合は90%に達した。臨床作業において、脳保護を実現するためには、リアルタイムで脳組織の血運と酸素結合状況を正確に監視できる技術が必要である。

近赤外分光技術（NIRS）は近年急速に発展している検出技術である。局所組織酸素飽和度（rSO₂）を用いて脳組織の酸素化状況を評価した。本文はそれについて監視の原理神経外科脳酸素と血流動力学モニタリングにおける研究進展について総説する。

近赤外スペクトル技術の応用の基本原理

近赤外スペクトル技術は連続リアルタイムの光学検出方法である。近赤外光の波長は700〜1000 nmの間であり、人体組織（例えば頭皮、頭蓋骨など）に対して良好な透過性があり、散乱されることは少ない。頭蓋内の近赤外光の主な吸収体は酸素化ヘモグロビン（HbO₂）と還元ヘモグロビン（Hb）、両者は異なる吸収スペクトルを持つため、光学的方法で両者を区別することができる。

近赤外光が人体組織に入射すると、組織中の2種類のヘモグロビンが吸収作用を起こす。組織から出射される光強度を測定し、Beer-Lambertの法則を修正することにより、局所組織酸素飽和度を得ることができます。脳組織には大量の微細血管が存在し、そのうち動脈血量は約20%、毛細血管血量は約5%、残りの約75%は静脈血量である。そのため、rSO₂実は局所脳組織中動、静脈血酸素飽和度の加重平均であり、静脈血酸素飽和度により近く、脳酸素供給と消費の動態平衡状況を反映することができる。

この検出技術は動脈の拍動に依存しないため、低血圧、深低温、脈拍が微弱で心臓が停止した場合、脳酸素パラメータを正常に測定することができる。

臨床応用

ZweifelらがrSOを発見₂上昇は血管痙攣の緩和、臨床症状の改善と一致し、動脈イメージングにより動脈痙攣と同側のrSOが観察された₂低下は顕著に相関し、また痙攣の程度が増加し（特に血管径が75%以上減少した場合）、同側rSO₂大幅に低下し、NIRSは血管痙攣に続発する脳酸素低下を同期的に検出でき、優れた感度があることを示した。McCormickらは、7人の任意の被験者に低酸素濃度混合ガス（FiO₂=7%)により一過性の酸素欠乏が生じ、同時にEEG、SaOを厳密に監視する₂・SPO₂・rSO₂各指標が変化し、その結果、脳酸素飽和度の低下と吸入酸素濃度の変化がほぼ同時に発生し、かつrSO₂降下はEEGの発生変化より約2分早く、NIRSが他のモニタリングパラメータが正常範囲にあるときに脳の酸素欠乏をより早く検出でき、より感度が高いことを証明した。Tausskyらは1287例の患者（くも膜下腔出血、虚血性脳卒中、脳出血を含む）に対してNIRSとCT灌流イメージング技術を同時に使用することにより、患者の脳酸素飽和度と局所脳血流量をそれぞれ測定し、両者は良好な相関性を持ち、NIRSは有効で非侵襲的で、集中治療室ベッドのそばでリアルタイムにモニタリングできる脳酸素モニタリング手段として使用できることを表明した。

頸動脈内膜摘出術（CEA）は片側頸動脈系の一過性脳虚血を解除し、一過性脳虚血の発生を引き起こすアテローム性動脈硬化斑塊と潰瘍を除去することができる。頸動脈内膜摘出術を行う際には、片側頸動脈を挟み込む必要があり、術中に頸動脈を挟み込む際には脳領域の血液供給を確保することが非常に重要であるが、頭蓋底動脈Willis環は側部循環の酸素供給を提供できるにもかかわらず、側部循環の血流が十分であるかどうかについて連続的な評価とモニタリングを行う必要がある。NIRSは、他の脳酸素モニタリング手段と比較して、rSOを容易に、創傷なく、連続的に実施することができる₂モニタリングは、CEA関連の周術期脳血管の意外な死亡を効果的に予防することができ、CEA術中の脳虚血酸素欠乏を予測する有効な手段である。CEA患者の周術期rSOを発見₂、認知機能及び体感誘発電位変化の比較rSO₂CEA術における体感誘発電位とのモニタリング意義、周術期患者に認知機能障害が発生せず、脳区血流灌流再開通時、rSO₂体感誘発電位の変化よりも明らかであり、周術期に脳領域の血液供給再開通状況を観察するのに非常に有利であり、CEA周術期の簡単で有効なモニタリング手段である。一般的には、rSO₂降下相対値>12%は脳虚血を示唆し、臨床医師に相応の薬理と生理介入を警告した。

現在、手術連合放射化学療法は依然として膠質腫や髄膜腫などの主要脳腫瘍を治療する最も有効な治療方法であり、脳腫瘍手術における脳機能区の識別は手術の成否の鍵である。脳機能区の活性化時に酸素化ヘモグロビン濃度が急速に上昇し、同時にデオキシヘモグロビン濃度が緩やかに低幅に低下し、2種類の酸素化状態ヘモグロビン変化を監視することで脳機能活動領域を知ることができ、この原理は血液酸素レベル依存法（BOLD）方法と呼ばれる。現在、NMR機能イメージング技術のほか、NIRS技術もこの原理を利用して非侵襲リアルタイムの脳機能領域モニタリングを実現することができる。FujiwaraNなどはNIRSと機能核磁気技術を用いて脳腫瘍患者の腫瘍周皮質を同時にモニタリングした際、腫瘍病巣の影響を受け、腫瘍周脳機能区が活性化した際のヘモグロビン濃度変化パターンが異常であることを発見し、機能核磁気技術だけでは脳機能領域を正確に発見できず、偽陰性の誤りを引き起こす。

まとめ

博聯衆科脳組織酸素飽和度モニタMOC 200は、完全な主パラメータと関連子パラメータ指標を持ち、先進的なNIRS技術を採用し、リアルタイムの変化傾向、相対変化量、AUC（消飽和度状態での深さと時間）の3次元から、連続、リアルタイム、非侵襲的に患者の脳組織酸素供給と酸素消費の間の平衡状態をモニタリングし、rSOを適時に発見し、介入することができる₂異常情況、患者の脳酸素異常による脳損傷を減少し、入院時間を減少し、患者の予後を高める。