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近紅外光譜技術(shù)以生物組織光學(xué)特性為基礎(chǔ)，結(jié)合光在組織中的傳播規(guī)律，研究光在組織中歷經(jīng)一系列吸收、散射后出射光攜帶的與組織光學(xué)特性相關(guān)的生化信息。目的在于研究組織中吸收色團(tuán)濃度的定量測(cè)量方法，為臨床和研究提供方便可靠的檢測(cè)指標(biāo)。由于近紅外線對(duì)人體組織具有較好的穿透性，可深入皮下數(shù)厘米。足以到達(dá)大腦皮層，這使得近紅外光譜(NIRS)在大腦研究方面具有良好的應(yīng)用前景。
本文從腦氧飽和度、腦血流量、細(xì)胞色素氧化酶三個(gè)大腦參數(shù)來(lái)了解下近紅外光譜技術(shù)的應(yīng)用。
腦氧飽和度
腦組織是人體最嬌嫩的器官。其組織代謝的最大特點(diǎn)是消耗能量多。代謝率極高。而腦組織幾乎沒(méi)有能量?jī)?chǔ)存。腦部葡萄糖的代謝幾乎全是需氧過(guò)程，要維持腦組織的正常功能，就必須連續(xù)地供應(yīng)氧和葡萄糖。在一些心血管手術(shù)中需要對(duì)大腦的供氧情況進(jìn)行連續(xù)監(jiān)護(hù)，而目前還缺少可靠的監(jiān)護(hù)手段。由于近紅外光譜技術(shù)可以無(wú)損地連續(xù)監(jiān)測(cè)組織中的氧合血紅蛋白和還原血紅蛋白的濃度，該技術(shù)出現(xiàn)之后最早就應(yīng)用于新生兒腦氧監(jiān)測(cè)與腦氧檢測(cè)相關(guān)的研究。
腦血流量
正常情況下，由于大腦的腦血流自動(dòng)調(diào)節(jié)功能，腦血流(CBF)可以保持相對(duì)的恒定。如果某些病理因素導(dǎo)致CBF調(diào)節(jié)破壞，其結(jié)果都會(huì)影響腦血液循環(huán)，從而引起該腦區(qū)機(jī)能的紊亂。研究表明，腦損傷與腦血流循環(huán)破壞程度緊密相關(guān)。
同大多數(shù)腦血流測(cè)試方法一樣，首先在腦組織中選擇某種物質(zhì)作示蹤物，然后檢測(cè)該示蹤物在腦組織和血管中的濃度變化，根據(jù)變化值推算出CBF。測(cè)量過(guò)程中短暫改變受試者吸入氣體的氧分壓，使得受試者的動(dòng)脈血氧飽和度(SaO2)出現(xiàn)一個(gè)持續(xù)數(shù)秒鐘的突然上升過(guò)程，相應(yīng)地，大腦中的氧合血紅白(HbO2)也有一個(gè)增加量。如果將HbO2作為示蹤物則，CBF可以由下式求得.其中，K為一個(gè)常數(shù)，[tHb]是組織中血紅蛋白濃度的總量。測(cè)量過(guò)程中，利用近紅外光譜技術(shù)測(cè)定腦組織中氧合血紅蛋白濃度的變化量D[HbO2]，同時(shí)利用脈搏血氧計(jì)來(lái)監(jiān)測(cè)動(dòng)脈血氧飽和度的變化量DSaO2。
在測(cè)量過(guò)程中，還要求腦血流量(CBF)、腦血容量(CBV)保持相對(duì)，恒定腦攝氧量相對(duì)不變。動(dòng)物研究和人體實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)動(dòng)脈血的氧分壓的變動(dòng)范圍在6kPa~13kPa之間時(shí)，可以改變腦動(dòng)脈氧飽和度SaO2的同時(shí)，使得腦血流量(CBF)和腦攝氧量基本保持不變。
許多學(xué)者利用同位素133Xeon，PET等經(jīng)典腦血流測(cè)量手段對(duì)NIRS腦血流測(cè)量的結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。結(jié)果表明利用近紅外光譜技術(shù)在不干擾正常治療的情況下可迅速準(zhǔn)確地獲取可重復(fù)的測(cè)量結(jié)果。
細(xì)胞色素氧化酶
細(xì)胞色素氧化酶是組織呼吸鏈的終端環(huán)節(jié)，位于線粒體內(nèi)膜為組織供氧的受體，在細(xì)胞TP生成中扮演重要角色。這些氧化酶可分四種:兩種含鐵血紅素以及兩種銅原子中心。這些金屬離子中心在酶的氧化還原反應(yīng)中會(huì)通過(guò)接受和釋放電子從而改變它們的狀態(tài)，其中，含有兩個(gè)銅原子的CuA中心對(duì)近紅外光具有較強(qiáng)的吸收特性，可以利用近紅外光譜技術(shù)對(duì)CuA的氧化還原狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，從而間接得到線粒體呼吸鏈的活動(dòng)的相關(guān)信息。有學(xué)者認(rèn)為，細(xì)胞色素氧化酶指標(biāo)較之氧合血紅蛋白更能準(zhǔn)確地反應(yīng)組織缺氧的程度。
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