背景
先天性心脏病(CHD)是美国儿童最常见的出生缺陷，发生在0.3-1.2%的活产儿。 ［1］在过去的30年里，外科和介入心脏病学的进步有了很大的进步，现在许多中心的30天外科手术死亡率低于1%。事实上，存活到成年已经成为大多数心脏病变患者的期望。在美国，每年大约有26000名婴儿出生时就患有冠心病;这些婴儿中大约有23000人成年。随着生存率的显著提高，将发病率降至最低已在这些儿童的治疗中发挥了重要作用。越来越多的工作检查和改进技术，旨在整个围手术期的神经保护是这些努力的前沿。
20世纪80年代后期和20世纪90年代初期的研究表明，经历心脏手术的儿童急性神经系统并发症的发病率高达25％， ［2］但最近的调查估计发病率较低。 ［3.］Menache等人在一项回顾性研究中报道了2.3%的发生率。 ［4］随着对这些儿童功能和神经发育状况的适度和长期研究，精神和精神运动缺陷的频率似乎比以前认为的要高得多。 ［5，6］虽然大多数儿童的智商（IQ）分数在参考范围内，但多达三分之一的学龄儿童需要某种形式的特殊教育。 ［7］
冠心病患儿神经功能异常的危险因素始于术前和产前。 ［8］这些儿童有罹患结构性中枢神经系统畸形的危险。具体地说,孩子Hypoplastic左心综合征（HLHS）大脑发育不良的风险高达30% ［9］22号染色体微缺失的儿童，通常与各种类型的冠心病有关，如法洛四联症和动脉干，大脑结构异常。 ［10］事实上，Gaynor等人已经发现，遗传综合征的存在和某些基因的多态性(载脂蛋白E e2等位基因的存在)可能会影响神经发育结果。 ［5］
除了中枢神经系统结构异常外，这些儿童还受到许多其他术前危险因素的影响。许多类型的冠心病的血流动力学后果是由低血压和低氧血症导致组织氧输送受损。心排血量差，特别是左侧阻塞性病变的儿童，可导致酸中毒。左侧阻塞性病变，如凸起的主动脉，脑出血的风险增加。 ［11］
许多需要新生儿心脏手术的孩子都持续喂养和营养问题。在导管依赖性的那些中，术前术前术后，术后，术后抑制性的左侧阻塞性病变受损。管理临床医生通常限制肠内饲料的体积，需要大多数营养以肠胃外形式提供。同样，在大型左右分流器和体积过载病变的儿童中，儿童的呼吸和整体临床状态可能会限制给出的肠内饲料的体积。
术中风险因素
根据基础的心脏解剖，小儿心脏手术经常需要复杂的心内和血管内修复。为了达到这一目的，通常需要体外循环(CPB)，通常伴有深低温循环停止(DHCA)或顺行脑灌注(ACP)。
心肺旁路
体外循环最简单的目的是使血液循环，在心脏手术期间支持身体组织。虽然输送氧气和去除二氧化碳是实现这一目标的基础，但为了维持最佳的生理条件，许多其他因素必须得到控制。
从机械角度来看，包括插管，包括套管尺寸和适当的放置，是至关重要的。由于大多数儿科CPB系统使用重力将静脉血液返回储存器，因此需要较大的墨盒。如果墨盒太小，抗性增加，导致血液，溶血，炎症细胞因子释放和蛋白质变性的直接创伤。如果静脉套管的放置不正确，静脉引流可能是次优的，并且可能发生脑充血。CPB流量可以调整，并且必须与静脉回流速率紧密匹配，以避免电路“干燥”和夹带空气。大多数中心倡导高流量率（较小的儿童约150毫升/千克/分钟），以增强组织灌注并最大限度地减少当地酸中毒。
温度控制
儿童体温的控制主要是通过使用热交换器来实现的。CPB开始时，病人的血液冷却，孩子的核心温度降低。对于需要无血场的更复杂的手术，或因婴儿的体型而不能放置静脉套管和左心房通气的新生儿，需要更深入的低温治疗，如下所述。
大多数中心提倡使用中度低温(25-33ºC)，这已被证明可以保护重要器官免受缺血的影响，对于需要常规体外循环的病例。 ［12］体温过低的机制不完全理解。它以指数方式降低了组织的代谢需求，因此在20ºC（心脏手术中经常用于深度低温的水平），身体的代谢速率约为37℃的20％。
体温过低已被证明在动物模型中引起良好的心肌内的抗炎细胞因子平衡的转变,与减少促炎细胞因子的释放肿瘤坏死因子(TNF) -α和增加表达的抗炎细胞因子白介素(IL) -10。 ［13］
从CNS角度来看，体温过低有额外的优势。虽然冷却使脑血流动以线性速率下降，但是如上所述，它以指数方式降低代谢率。因此，冷却大脑将血液流入代谢需求比，并且可能有助于防止缺血性损伤。脑仿血液通常在适度的体温过低保存; ［14］大脑血流量在很大的血压范围内没有显著变化。在成人中，一些证据表明，中度低温可以预防术后神经认知障碍， ［15］虽然儿科环境中没有进行可比性研究。
当使用低体温时，冷却和复温的速度和程度都很重要。对于中度低温，冷却通常发生在10-15分钟，主要是通过预冷灌注到大约25ºc来完成。修复结束后，开始复温，通常至少持续20分钟。在复温过程中，换热器的温度不能高于孩子的温度10ºC，因为快速复温会导致溶液内气态空化。
深度低温循环停止
对于手术修复需要无流体场或患者的规模禁止包括左心房的完全插管的儿童，可能需要循环停止。当需要这种情况时，深脂通常用于进一步保护重要器官。
通过进一步降低热交换器的温度，冷却毯的温度，以及将头部和心脏填充在冰中的核心温度达到约18ºC.在儿童中，通过进一步降低冰和心脏来实现的实现。在儿童中，数据表明，DATA允许深度低温允许更长的时间减少或缺乏脑灌注的时期。 ［16］因为孩子越小，身体表面积与体积的比例越大，外部冷却能更有效地冷却大脑;因此，新生儿和婴儿可能比年龄较大的儿童或成人耐受更长缺血期。
脑自身均测量通常在中等体温过低的水平下保留，但是当需要深度体温过低时，这并非如此。 ［14］对二氧化碳的反应性降低，这些效果可能比年龄较大的儿童在新生儿中更加明显。证据表明，体温过低增加脑血管阻力 ［17，18］和线粒体功能障碍。 ［19，20.］
DHCA持续时间的增加与术后癫痫发作风险的增加有关， ［20.］这也被证明与更糟糕的神经结果有关。 ［21］“安全”DHCA的长度尚不清楚，但多项研究表明，从中枢神经系统的角度来看，周期超过41-60分钟可能更有害。 ［22，23，24］然而，即使是较短时间的DHCA也可能与一些神经风险有关;因此，顺行脑灌注(也称为局部低血流灌注)在许多中心得到越来越多的应用。 ［25，26，27］
直接脑灌注
传统上，新生儿心脏修复，特别是那些需要主动脉弓广泛工作的(例如，I期诺伍德姑息术，主动脉弓推进术)，需要较长时间的DHCA。另一种方法是顺行脑灌注(ACP)，包括使用Gore-Tex移植物插管无名动脉或锁骨下动脉，以选择性灌注颈动脉。 ［28，29］抵押品流动，包括通过威利斯的圆圈，允许灌注整个脑循环，最小可检测到的流动流向体细胞循环的剩余时间。 ［30］
ACP通常在标准CPB和DHCA之间的温度下进行，约为20-25ºC。虽然只有有限的研究检查了使用ACP修复的儿童的神经功能结果，但一些研究表明，它可以减少甚至消除DHCA的需要 ［31］；因此，它可能改善神经风险概况，接近可比的结果，儿童接受CPB单独。 ［32］
pH值管理
控制血液pH值和PCO的最佳治疗策略2是相当大的争议的主题。通过控制暴露于膜氧吸入的气体的组合物以及气体流速，可以容易地操纵二氧化碳的确切量，并因此可以容易地操纵。使用“α统计”或“pH统计”方法在整个手术箱中分析血液。这些技术之间的根本差异是pH统计方法校正温度，而alpha stat则没有。因此，使用α统计方法导致孩子的碱性和缺钙管理。
阿尔法统计方法更接近模拟人体对低温的自然反应;因此，这项技术从本质上看更像是生理的。然而，碱性pH会导致脑血管收缩，使氧血红蛋白向左分解，这可能会限制向脆弱的大脑输送氧气。对于每种方法的优点，动物和人体研究都是混合的。Jonas等人的早期研究表明，阿尔法统计策略与较差的认知结果有关; ［33］然而，同一组的后续研究表明，采用不同策略的儿童在1岁和2岁至4岁的发育和神经结果没有差异。 ［34］
预防微门博士
必须防止气态和颗粒状微栓蛋白，因为它们可能导致终端血管扩张和动脉瘤以及脑微量遗传学。 ［35］肝素结合电路使体外循环引起的促炎反应和纤溶活性最小化。 ［36］动脉线过滤器可以防止栓塞直径约为37毫米，并且已被证明可以减少动物和人类研究中的大部分微型泡沫。 ［37，38］他们应该经常使用。膜氧管有助于进一步过滤气态微泡泡。
血液稀释和红细胞压积管理
CPB期间首次使用血液稀释的概念是在20世纪50年代，被认为可以改善微循环流量，特别是因为血液粘度随着低温而增加，导致全身血管阻力增加。然而，血液稀释也会降低脑灌注压，增加脑流量，这可能会增加微栓子负荷。
最后，血液稀释会降低血液的携氧能力。当再加上上文提到的低体温和碱的pH值策略的影响时，携带氧气的能力下降会限制氧气输送到脆弱的神经元。在过去，以红细胞压积在20-25%左右为目标的灌注策略被认为是最佳的，但最近的研究表明，随机分为低红细胞压积组的儿童(21%)与高红细胞压积组的儿童(28%)在1年随访时，在贝利婴儿发育量表的精神运动发育指数上表现较差。 ［39］来自同一组的进一步研究发现，精神运动发育的增长达到了一个高原，在红细胞压积约24%的水平。 ［40］当儿童被随机分为红细胞压积水平为25%和红细胞压积水平为35%的策略时，1岁时的发育结果没有差异。 ［41］
葡萄糖和电解质平衡
葡萄糖和其他电解质浓度的管理是在CPB上使用超滤系统完成的。一般来说，除了几个重要的例外，所有的电解质水平都保持在参考范围内。越来越多的工作表明高血糖在各种实验室和临床情况下是有害的。特别是，当缺血时，高血糖对中枢神经系统有毒性。 ［42，43］因此，用于体外循环的启动液不添加葡萄糖，特别是对于预期的中枢神经系统缺血(循环停止)的病例。
与传统加改良超滤相比，CPB期间原液超滤联合零平衡超滤和改良超滤对术后早期肺功能的改善似乎具有统计学意义。 ［44］然而，总体结果似乎相似。
除了葡萄糖之外，必须小心地控制细胞钙浓度。钙稳态涉及缺血再灌注损伤，并且在致命缺血后再熔化的组织中发现了细胞内钙的大规模增加。体温过低似乎诱导细胞内钙积累;因此，在深度体温过低之前实现心脏骤停可能是有益的。在预缩放期间保持低正常或降低的钙水平可能是有利的，并且可能降低缺血性损害程度;然而，这些措施纯粹是当前假设的。
术中监测
凭借上面讨论的广泛潜在的神经系统损伤面对外科和麻醉团队，仔细的术中监测，以确保对大脑的持续氧输送至关重要。尽管需要这种需求，但在儿科心脏病中检查神经系统监测的有效性相对稀缺。 ［45，46］
脑电图仪的监控
脑电图（EEG）可以提供对麻醉深度的粗略估计。不幸的是，难以放置标准脑电图，并要求专门的技术人员出现解释，这两者都使其常规使用不切实际。双光谱指数（BIS）监测（方面医疗系统;牛顿，MA）已被美国食品和药物管理局（FDA）批准，并提供实时未加工的EEG数据，简单申请和解释。该监视器使用傅里叶变换来产生单个数值输出，使得从0（异电EEG）到100之间的BIS，其平均唤醒水平为90-100。 ［47］同样，患者状态指数(PSI) (Physiometrix, Inc;美国麻州North Billerica)也被FDA批准用于评估麻醉深度;然而，传感器比BIS的大，这可能会干扰放置额外监视器的能力。BIS和PSI在预测意识丧失和恢复方面的准确率都只有70%左右。 ［48］
经颅多普勒超声
经颅多普勒超声（TCD）可实时监测脑血流速度。可以使用各种探头，当放置在颞窗上时，可以调整内陷角度和深度，以采集大脑中动脉和前动脉。或者，对于新生儿，探头可以放置在前囟门的外侧边缘上。虽然已经评估了婴儿和儿童的正常值，但这些值是在理想条件下在无先天性心脏病（CHD）的清醒儿童中获得的。因此，临床医生通常必须在病例开始时确定儿童的基线，并将TCD监测更多地用作趋势而非绝对值。TCD有时与近红外光谱相结合，可用于评估低流量体外循环（CPB）中有无顺行脑灌注（ACP）的脑灌注有效性，以帮助指导旁路流速。 ［49］
近红外光谱
如上所述，评估脑氧输送对心脏手术中脑保护至关重要。近红外光谱(NIRS)利用近红外光的波长，其中氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白的铁卟啉配合物具有不同的吸收光谱。NIRS探测器被放置在孩子的前额上，带有一个二极管光发射器和几个探测器。光线以香蕉状的曲线穿过孩子的大脑。同时测量氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白的吸收，以计算大脑的饱和度。虽然解剖模型预测光路内的血容量约为75%静脉血容量和25%动脉血容量，但实际比例在儿童患者中差别很大，平均为85%静脉血容量和15%动脉血容量。 ［50］
市面上有几种近红外光谱监测仪;因此，对近红外光谱监测仪的输出采用了各种术语。其中一个监测器是Somanetics INVOS系统(Somanetics, Inc;(Troy, MI)的输出称为区域脑饱和指数(rSO)2I，取值范围为15-95%。
像TCD一样，当使用ACP时，近红外光谱检测仪可以用来帮助评估旁路血流率是否足够，以提供足够的脑灌注。 ［28，51］由于NIRS监测器显示患者基线水平之间有很大的差异，因此NIRS输出作为趋势监测器比作为绝对数字更有帮助。研究表明，从患者基线下降20%可能代表临床上重要的变化。 ［52］
结论
具有先天性心脏病（CHD）的儿童在整个术前，术中和术后时期的神经病态面临着多种危险因素。随着术中护理的精制，包括保证足够的氧气输送到弱势神经元，通过使用方便脑灌注（ACP）来最大限度地减少深度低温循环阻滞（DHCA），并仔细控制温度，血细胞比容，葡萄糖，钙，pH和多氧化碳水平，短期和长期结果都是优化的。
此外，扩展阵列或大脑监测允许在每分钟的基础上修改术中护理。在未来，大型的多中心研究，以检查这些儿童的长期神经认知和发育结果，将是必要的，以充分评估我们领域的努力的效果。
