重度肝性脑病患者血渗透压变化、脑水肿和神经

目的：探讨急性电解质和渗透压（摩尔浓度渗透压，摩尔渗透压）变化对肝衰竭以及重度肝性脑病患者脑容积和神经功能的影响。
研究设计：对头部CT扫描和临床数据进行回顾性分析。
研究地点：三级医院的ICU。
患者：纳入急性或慢加急性肝衰竭以及重度肝性脑病患者。
干预：有临床指征的CT扫描和血清学实验室检查。
测量及主要结果：以连续CT扫描中颅内脑脊液容积的改变作为急性脑容积改变的生物学标记。并测定相应的血浆渗透压（摩尔浓度渗透压，摩尔渗透压）、血生化及格拉斯哥昏迷量表评分(GCS)变化。应用Spearman相关性(r_s)和回归模型确定脑脊液容积变化与初始容积变化导致的GCS评分变化间的关系。应用广义估计方程对重复测量的一致性进行分析。研究纳入40例患者，发现渗透压（摩尔浓度渗透压，摩尔渗透压）均值升高(310mOsm/Kg[296–321mOsm/Kg])而血钠浓度正常(137mEq/L[134–142mEq/L])。初始渗透压的改变均值为9 mOsm/kg(5–17mOsm/kg)。27名患者(68%)神经影像学检查发现脑容积增加。相比钠离子改变(r=0.28;p=0.08)，脑脊液容积改变与血浆渗透压（摩尔浓度渗透压，摩尔渗透压）的变化相关性更强(r=0.70;p=4×10^-7)。在初始测量与应用所有103个测量数据的广义估计方程分析中，渗透压（摩尔浓度渗透压，摩尔渗透压）变化是GCS评分变化(p=1×10^-5)及脑脊液容积变化(p=2.7×10^-5)的独立相关因素。
结论：在重度肝性脑病患者中，血浆渗透压（摩尔浓度渗透压，摩尔渗透压）的急性下降与脑水肿和神经病变恶化相关。通过减少渗透压（摩尔浓度渗透压，摩尔渗透压）的下降对预防神经病变恶化可能有效。
关键词：脑水肿、昏迷、肝性脑病、肝衰竭、肾脏替代治疗
 
肝性脑病(HE)—肝病相关的脑功能障碍—是肝病患者入ICU的主要原因之一，导致发病率和死亡率增加。在肝衰竭时，重度HE与致命性的脑水肿相关。虽然HE与高血氨及其导致的星形胶质细胞功能失稳态相关，但也可能存在其他的致病因素。
低钠血症与肝性脑病的发生增加相关，并影响急性肝功能不全后病死率。一些假设星形胶质细胞调节脑容积的渗透压（摩尔浓度渗透压，摩尔渗透压）机制在HE患者中受到了破坏，从而降低了这一系统的储备功能。急性血浆渗透活性物质(渗透剂)减少被认为是一些代谢性疾病引起的脑水肿和神经病变恶化的可能机制，这些代谢性疾病包括透析失衡综合征、糖尿病酮症酸中毒、高渗性高血糖状态、运动相关低钠血症以及甘露醇治疗后反射性脑水肿。由于急性肝病患者很少监测渗透压，因此，未识别的渗透质改变可能是引起这些患者脑水肿和神经退行性变的原因。
本研究探讨在急性肝衰竭(ALF)或慢加急性肝衰竭(ACLF)伴发重度HE患者中，脑容积和神经功能的改变是否与血浆渗透压（摩尔浓度渗透压，摩尔渗透压）急性改变相关。其次，我们探讨肾脏替代治疗(RRT)对血清渗透压（摩尔浓度渗透压，摩尔渗透压）和脑容积改变的影响。我们比较了RRT加高张盐溶液(HTS)——一种ICU内用来增加血清渗透压（摩尔浓度渗透压，摩尔渗透压）的治疗方法——与RRT无高张盐溶液治疗的不同。
方法
我们通过提取神经重症监护中电子记录数据进行回顾分析，纳入了2012年7月至2017年6月入ICU患者，年龄大于等于18岁的ALF或ACLF并发重度HE的患者。由于患者具有相似的临床表现，本研究通过纳入ALF及ACLF患者拟探求病理生理学机制。在制度上神经重症常规对肝衰竭并发West Haven分级2级（淡漠）及以上的HE患者进行会诊。肝衰竭的诊断根据参与治疗的重症医生的病历记录，并根据已发表的定义进行确诊。重度HE定义为神经科主治医师记录为West Haven分级3级(嗜睡)及4级(昏迷)的患者。纳入研究的条件包括：1)48小时内进行过大于等于2次头部CT扫描;2)首次CT扫描在入院48小时内完成;3)获取连续测得的血清渗透压（摩尔浓度渗透压，摩尔渗透压）及血生化结果；4)有连续GCS评分结果，一项神经检查量表从3(深度昏迷)-15分(正常，警觉)。GCS评分可信度高，被推荐在HE患者中使用。我们剔除了做过开颅手术或脑脊液(CSF)分流术以及急性局部脑损伤(如卒中)的患者。
与美国急性肝衰竭研究小组一些成员一样，我们很少使用侵入性颅内压(ICP)监测来管理HE患者。在这类人群中，我们予以前述的每小时神经学检查和重复头部CT来进行评估。神经学影像检查的频率由神经损伤程度、既往影像结果以及临床变化决定。所有ICU的HE患者每小时均由训练有素的ICU护士进行神经学评估并记录，包括GCS评分。
我们从每个患者的电子病历中收集人口统计学及临床数据，包括GCS评分、血清渗透压（摩尔浓度渗透压，摩尔渗透压）、血生化以及其他实验室检查结果在内的临床资料。而Richmond躁动-镇静评分(RASS评分,-5为昏迷,0为清醒平静,4为有攻击性)作为次要神经学检查评估。我们也统计了在每次神经学检查前2小时及6小时内镇痛及镇静药物的剂量，并确定在每次评估期间，镇静程度是否增加、减少或者保持不变。评估期间无患者应用肌松剂。我们计算终末期肝病模型——血钠(MELD-Na)模型以及急性生理评分(APS)分值作为疾病整体严重程度的评估。人口统计学资料、神经学检查、实验室检查、药物和神经影像学检查的数据均采用盲法获取。
脑容积、渗透压和GCS的评估间隔
      我们采用48小时内两次头部CT扫描的获取时间，来确定脑容积变化和相应的GCS评分、渗透质变化及测量总血清渗透压（摩尔浓度渗透压，摩尔渗透压）的时间间隔。图1所示为各测量的时间间隔。病人初始测量间期被用作初步评估，同时应用重复测量统计方法对所有测量间期进行分析。对这些患者，我们常规至少每6小时监测血清渗透压及血生化水平，并计算对应的血清渗透压（摩尔浓度渗透压，摩尔渗透压）间隙。

图1.确定容积变化测量间隔。容积变化测量间隔由病人两次头部CT扫描的获取时间确定。在每次CT扫描时测量脑脊液容量，然后计算出变化值。相应的血清渗透压（摩尔浓度渗透压，摩尔渗透压）、血生化、GCS评分在每个测量间期的变化也尽快在CT扫描后检测。我们在CT扫描前1h即刻进行GCS评分。只有最初的测量间期数据被用于Spearman相关系数及线性和有序回归分析模型。所有的测量间期数据都被用于广义评估方程模型。
 
RRT 和 HTS
      我们确定了对每位患者RRT和HTS的应用及启动时机。RRT的管理根据目前肝衰竭和脑损伤的方法进行。
对于所有重度HE接受RRT治疗的患者，我们神经重症监护会诊小组推荐使用HTS避免血浆渗透压（摩尔浓度渗透压，摩尔渗透压）下降大于10(4级HE患者)至20(3级HE患者)mOsm/Kg/d。RRT启动时予以3%的HTS输注或予以23.4%的药丸式HTS，并监测渗透压（摩尔浓度渗透压，摩尔渗透压）水平以调整HTS剂量。通过对病历记录的回顾，对肝衰竭的患者不予以甘露醇治疗。RRT期间是否应用HTS最终由最初ICU接诊人员酌情应用。同样，我们确定了病人做RRT(无论是否同时给予HTS)的测量时间间隔。
脑容积变化的测量
      我们用半自动软件(Analyze Direct 11.0, Overland Park, KS)和像素灰度阈值技术，连续测量层厚为5mm的CT数字图像。前期研究表明，脑脊液容积是脑容积变化的可靠生物学标记，它对脑容积改变的指示作用要好于CT上的全脑容积。
统计分析与研究审批
初步评估 仅予以Spearman相关系数，线性回归及有序回归模型进行初步评估。并计算CSF容积、血清渗透物质和血生化变化与GCS的初始变化之间的相关系数(r_s)。明确急性血清渗透压（摩尔浓度渗透压，摩尔渗透压）改变是否与CSF容量变化(线性回归)及GCS变化(有序回归)独立相关，并通过预测模型对其进行量化，计算多重共变量的影响。我们从血清渗透压（摩尔浓度渗透压，摩尔渗透压）改变开始逐步建立模型，而GCS模型需包括两次神经学评估时镇静程度的改变。由于不同患者对相同剂量的镇静药物的反应不同，因此将两次评估间镇痛和镇静分为增加、减少以及不变三个级别。接下来将模型包含的人口统计学及临床变量分别进行评估(表3)。被纳入的变量应具备:1)纳入变量改变了模型的β相关系数大于相关系数的标准误，表明存在效应修饰,或2)变量有显著性趋势(p<0.2)。对有序回归模型，我们应用平行线检验确定比例优势模型。
重复测量 我们同时想确定在初步评估间隔中确定的相关性在后续测量中是否同样存在。由于有些病人测量结果不止一次，因此可以通过应用广义评估方程(GEE)分析所有容积变化的测量值。GEE模型中的变量与初始测量的相应变量一致。我们对CSF容量变化采用本身链接函数建立线性模型，对GCS变化采用累积Logit链接函数建立有序回归模型。
我们应用曼-惠特尼U检验来比较RRT组中的连续性和有序变量。双尾p值小于等于0.05被认为有统计学差异。应用SPSS v.23 (IBM, Armonk, NY)作为标准统计软件。该研究得到了我们机构审查委员会的批准。
 
结果
      共有140名肝衰竭病人伴发2级或以上HE。病人被排除的条件包括:结构性脑损伤、HE小于3级及缺少符合要求的神经影像学结果。纳入40例(29%)ALF或ACLF伴重症HE的患者，共计103个测量间期(平均2/人)。初始测量间期平均值为22.8小时(10.5-31.2小时)，所有测量期间的平均值为13小时(8.6-24.7小时)。CT扫描与相应实验室检查的时间间隔平均值为1.5小时(0.8-2.6小时)。研究期间没有病人进行侵入性ICP监测。


表1 人口统计学、初始临床和放射学参数
CSF=脑脊液，IQR=四分位间距。
a．本研究中所有Richmond躁动镇静评分都在0至-5之间。
b．从神经学检查前6小时时间段内获取数据，在方法部分有具体说明。2小时时间段获得的数据与之相似。
破折号表明无中位数（未用药）
 
表1总结了整个队列研究的人口统计学和临床数据。初始血清渗透压（摩尔浓度渗透压，摩尔渗透压）平均值是升高的(310mOsm/Kg[296–321 mOsm/Kg]),而初始血钠浓度正常(137mEq/L[134–142 mEq/L]).在初始评估中，血清渗透压（摩尔浓度渗透压，摩尔渗透压）改变平均为9mOsm/kg (5–17mOsm/kg).27个(68%)初始测量间期中的CSF容量下降与脑容积增加结果一致。我们发现ALF患者较ACLF患者更年轻，入院时血钠浓度更高，血清尿素氮水平更低，但疾病的严重程度评分和血氨水平相似(见补充内容1, http://links.lww.com/ CCM/C988). 补充内容1同时也总结了103个测量间期的所有数据。

表2  初始测量间期渗透物质、CSF容量、GCS评分改变间的Spearman相关系数

CSF=脑脊液
表2总结了每位患者初始容积变化测量中渗透压（摩尔浓度渗透压，摩尔渗透压）、CSF容积及GCS评分变化的Spearman相关系数。CSF容积变化与渗透压（摩尔浓度渗透压，摩尔渗透压）变化相关(r_s=0.70; p=4×10^–7)。CSF容积变化与GCS所表现的神经功能变化相关。(r_s=0.75; p=4×10^–8)。对CSF容积、GCS评分和渗透压改变的图表说明在补充内容2中展示(http://links.lww.com/CCM/C989)。其他临床变量与CSF容积和GCS变化的相关性在补充内容3(http://links.lww.com/CCM/C990)中说明。

表3 CSF容量改变和GCS评分改变的回归模型
APS=急性生理评分，BUN=血尿素氮，CSF=脑脊液，GCS=格拉斯哥评分，GEE=广义评估方程，OR=优势比
a．β系数代表预测变量每增加一个单位带来的预期脑脊液容量改变（mL）。
b．OR值代表预测变量每增加一个单位带来的GCS评分（增加≥ 1分）改善的预期优势比。
c．图中所示为6小时麻醉/镇静评估结果，在方法部分有详述。2小时评估结果与之相似。
模型中所用变量包括血清渗透压（摩尔浓度渗透压，摩尔渗透压）改变、年龄、性别、急性/慢加急性肝衰竭、APS、入院复合SIRS标准的人数、终末期肝病——钠模型、评估期间肾脏替代治疗、评估期间平均体温、评估期间体温变化、血氨变化、血钠变化、BUN变化、血糖变化、入院时血氨、血浆渗透压（摩尔浓度渗透压，摩尔渗透压）测量与CT扫描间时间延迟、（对于GCS模型）测量期间麻醉/镇静药物剂量改变。
 
表3总结了CSF容量变化和GCS变化的线性、有序以及GEE回归模型。在线性回归模型中，血清渗透压（摩尔浓度渗透压，摩尔渗透压）改变与CSF容积变化独立相关(β=1.54;p=2.7×10^–5)。在有序回归模型中血清渗透压（摩尔浓度渗透压，摩尔渗透压）改变（优势比,1.08;p=1×10^–5）、血氨浓度改变(优势比,0.994;p=0.011)以及入院时APS(优势比,1.018;p=0.015)都与GCS变化独立相关。血清渗透压（摩尔浓度渗透压，摩尔渗透压）改变的相关性与应用RASS检测时相似(补充内容4,http://links.lww.com/CCM/C991)。

表4 初始RRT复合活无高渗盐溶液输注的容量变化参数
HTS=高渗盐溶液，IQR=四分位间距，RRT=肾脏替代治疗。
应用了所有103个测量结果的线性GEE模型也显示血浆渗透压（摩尔浓度渗透压，摩尔渗透压）变化与CSF容量变化呈独立相关(β=1.34;p=3×10^–10)。所有103个测量结果的有序GEE模型提示血浆渗透压（摩尔浓度渗透压，摩尔渗透压）变化也与GCS变化独立相关(OR,1.07;p=1×10^–8)。
值得注意的是，与ACLF相比，ALF不能作为以上任何一个模型可纳入的变量。另外，在ALF及ACLF患者中，不同的GEE模型表明CSF容积、GCS和血浆渗透压（摩尔浓度渗透压，摩尔渗透压）变化两两之间独立相关(补充内容5,http://links.lww.com/CCM/C992)。
29例患者(73%)在RRT时予以间隔测量。在14例(48%)患者中，RRT启动时予以HTS治疗(以重点管理渗透压（摩尔浓度渗透压，摩尔渗透压）水平)，而15例(52%)患者RRT治疗时未予以HTS。这些组间MELD-Na、APS、初始GCS评分、初始血氨浓度、血清渗透压、血钠、BUN、血糖、间隙渗透压（摩尔浓度渗透压，摩尔渗透压）以及RRT的方式（间歇或连续）都没有差异。表4比较了RRT治疗时复合HTS与未用HTS的容量改变间隔。相比无HTS的RRT治疗，RRT复合HTS的患者血清渗透压（摩尔浓度渗透压，摩尔渗透压）增高。临床结果为，无HTS的RRT患者CSF容量下降，相应的脑水肿加重，同时GCS评分下降。
13例(33%)患者在住院期间死亡。虽然死亡病人在其初始测量间隔期间倾向与更低的GCS评分(平均值6[3-7]相比7[4-12];p=0.08)，但我们并没有得到CSF容量变化或血清渗透压（摩尔浓度渗透压，摩尔渗透压）改变的死亡预测模型。
讨论
      在本队列研究纳入的重度HE患者中，血浆渗透压（摩尔浓度渗透压，摩尔渗透压）的下降与脑水肿加重密切相关。而血浆渗透压（摩尔浓度渗透压，摩尔渗透压）降低和脑水肿增加都与神经功能恶化相关。我们发现无论ALF还是ACLF患者，血浆渗透压（摩尔浓度渗透压，摩尔渗透压）的改变都会影响脑水肿和神经学检查结果，提示这两组病人都受着同样潜在机制的影响。尽管单个渗透物质与CSF容量变化存在二变量相关，但只有总的渗透压（摩尔浓度渗透压，摩尔渗透压）变化与CSF容量变化独立相关。
虽然大多数患者初始血钠水平偏低或正常，这与肝病患者预期结果一致，但大部分病人的血清渗透压（摩尔浓度渗透压，摩尔渗透压）水平都是升高的。此外，渗透压（摩尔浓度渗透压，摩尔渗透压）升高还包含一个渗透间隙，这一间隙并非由可测量的渗透物质产生的。某些患者间隙渗透水平变化很快从而导致总渗透压的变化。这些间隙渗透压（摩尔浓度渗透压，摩尔渗透压）可能表明肝衰竭患者中存在一些未被发现的渗透活性物质。为确定渗透间隙对急性渗透压（摩尔浓度渗透压，摩尔渗透压）改变的影响，需要直接对渗透压（摩尔浓度渗透压，摩尔渗透压）进行测量和精确测量其动态变化。
诱导渗透压（摩尔浓度渗透压，摩尔渗透压）升高的治疗被称作"渗透疗法",广泛应用于神经损伤患者脑水肿的治疗。一些可能会质疑RRT清除了BUN和渗透间隙会导致血清渗透压下降，从而加重致脑水肿。在一项纳入30例急性肝衰竭患者的临床试验中，与对照组相比，输注HTS逐渐达到中度高血钠能够降低颅高压发生率。虽然这些研究者没有测量血清渗透压（摩尔浓度渗透压，摩尔渗透压），或阐述一个可能的生理机制，但也提出原因之一可能是渗透物质的改变。我们的研究提示缓慢输注HTS可能对除钠以外的渗透质的改变起到缓冲作用，从而减轻脑水肿。
RRT激发我们的兴趣是由于其在肝衰竭治疗中的广泛应用以及能够快速去除循环中小分子物质。我们发现相比只接受RRT而未用HTS治疗的病人，RRT复合HTS组患者渗透压（摩尔浓度渗透压，摩尔渗透压）下降的可能性降低，影像学脑水肿的发生也降低。这些观察结果突出提示了血清渗透压（摩尔浓度渗透压，摩尔渗透压）、神经影像结果及神经学检查之间的潜在相关性。即使予以现代技术和持续RRT治疗，危重患者(尤其是有脑病理变化的患者)可能会发生RRT相关脑水肿引起的神经损伤或死亡。虽然有人建议在RRT治疗过程中预防性调整透析液或输注高渗性物质，但大部分的推荐都是建立在有限的人体试验数据并且未经验证过。我们的数据提示尽可能减少RRT过程中血浆渗透压（摩尔浓度渗透压，摩尔渗透压）的下降可能带来更好的临床结果。然而，像血流速度和液体清除速度这样的透析设置数据的缺失是本研究的局限性所在。
透析失衡综合征是一种RRT治疗后出现急性神经系统症状和脑水肿的综合征，血清渗透压（摩尔浓度渗透压，摩尔渗透压）的改变在该综合征中被研究的最多。其理论基础是RRT时血浆BUN清除过快会形成血脑间渗透梯度。由于BUN不能自由出入脑，水则会沿渗透梯度进入脑内。尿毒症动物模型也发现透析后尿素渗透梯度与观察到的脑水肿程度一致。此外，尿毒症动物脑内尿素转运体表达减少，水通道蛋白-4表达升高并且其表达随肝衰竭而升高。这些分子的变化参与了尿素梯度存在时脑水肿的形成。在本研究中观察到的相关性可能与上述急性渗透梯度形成、渗透质平衡延迟以及大脑中水转运的机制相似。
本研究还存在一些局限性。回顾性研究的方法限制了我们控制混杂因素。虽然我们评估了CT扫描和渗透压（摩尔浓度渗透压，摩尔渗透压）测量之间的时间延迟，为了减少潜在的时间延迟引起的偏倚，CT和血生化检查的同时性是必要的。这一单中心研究也限制了研究的普遍性。我们对于渗透压（摩尔浓度渗透压，摩尔渗透压）的关注可能也会削弱严重渗透压（摩尔浓度渗透压，摩尔渗透压）改变的潜在影响，这一变化可能在不常规监测渗透压（摩尔浓度渗透压，摩尔渗透压）改变的中心出现。我们尽量避免监测ICP，这使得我们的研究不能与ICP建立联系。虽然在ALF和ACLF患者中，数据显示渗透压的机械影响都一致，但读者们也应意识到其他一些HE的影响因素，如炎症，以及在不同人群中特定机制的效应可能不同。更多基于HE机制的临床研究应该分别探讨ALF和ACLF的治疗效果。
结论
在重度HE患者中，血清渗透压（摩尔浓度渗透压，摩尔渗透压）的急性变化与颅内CSF容积变化及神经功能独立相关，而CSF容积变化是脑水肿时脑容积变化的生物学标记。由于无论在低血钠或正常血钠时，高渗状态都可能存在，重度HE患者血浆渗透压的测量可能会带来益处。努力预防重度HE患者血清渗透压（摩尔浓度渗透压，摩尔渗透压）急性下降可能有助于减轻脑水肿和神经病变恶化。