0-3歲嬰幼兒在七氟烷麻醉狀態下指征大腦發育的腦電標記

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0-3歲嬰幼兒在七氟烷麻醉狀態下指征大腦發育的腦電標記

我們知道麻醉會產生特定腦區的振蕩活動，這是與神經環路的基本結構有關的，但是很少研究闡述兒童在麻醉狀態下的神經環路活動。來自波士頓兒童醫院的研究人員L.Cornelissen試圖鑑定七氟烷麻醉狀態下EEG特徵的年齡相關改變，以此作為指徵人腦早期發育不同階段的標記。本研究發表在雜誌《British Journal ofAnaesthesia》上。

關鍵詞：腦電 功率譜 相干性 麻醉 大腦發育

本研究收集了91位需要進行脖子以下外科手術的嬰幼兒（0-3歲），大部分被試在手術中使用七氟烷維持麻醉狀態，研究人員記錄了被試在手術麻醉狀態下的多導腦電，並運用時頻分析和相干性分析探索額葉、頂葉、顳葉和枕葉皮層在不同頻段的EEG功率和相干性。

表1是研究被試的臨床特徵。

表1：被試的臨床特性。

IQR：四分位距；SD:標準差

首先對不同月齡段的嬰幼兒的額葉（電極F7）EEG進行時頻分析，發現：慢波（0.1-1Hz）和δ波（1-4Hz）在所有年齡段被試中都顯著存在，而θ波(4-8Hz)和α波（8-12Hz）直到四個月大才出現。更高頻段的β波（13-17Hz）在第9、11和16個月大才出現。在19和37個月大時，α頻段功率開始增加。

圖1：0-3歲嬰幼兒在外科手術中用七氟烷維持麻醉狀態時的前額頻譜圖和頻帶能量。在手術麻醉的5分鐘內被試大腦0.1Hz~40Hz前額EEG功率譜。（a）對單個被試的額葉頻譜圖；（b）額葉頻譜隨年齡變化；（c）在額葉區，慢波（0.1-1Hz）、δ（1-4Hz）和α（8-12Hz）頻帶的功率峰值。δ節律隨年齡增長呈現小而穩定的增長。α節律在嬰兒期逐漸增強，峰值在大約10個月大，然後直到三歲都保持在一個穩定的水平。實線是描述嬰幼兒的月齡和EEG功率之間關係的四階多項式回歸模型，等式內置在圖中；虛線代表的是回歸模型的95%的置信區間。F7電極用最鄰近的拉普拉斯參考來代表。

接著研究人員分析了不同月齡不同頻段被試在麻醉狀態下的EEG地形圖，如圖2所示，發現額葉alpha主導是從7-9個月大開始的。對於所有月齡段的嬰幼兒，慢波、δ波和θ波都是全腦廣泛分布的；α波從四個月大開始出現，從7-9個月大開始呈現額葉優勢；β波和γ波在所有月齡段都可以忽略不計。

b.4-6個月，c.7-9個月，d.10-14個月，e.15-17個月，f.18-40個月）和頻帶劃分的組平均，慢波、δ、θ波活動在所有月齡的組裡都是在整個頭皮分散分布的。α波活動在4個月大開始出現活動增強，並且從7個月大開始主要局限在額葉。β和γ節律在所有月齡中都幾乎可以忽略不計。

然後研究人員又選取了枕葉電極來和額葉電極進行對比，如圖3所示，可以發現慢波、δ波和α波的能量分布都是額葉大於枕葉。

圖3：0-3歲嬰幼兒在外科手術中由七氟烷維持麻醉狀態下大腦慢波、δ和α波段的能量在額葉和枕葉的分布。（a）慢波（0.1-1Hz）、（b）δ（1-4Hz）、（c）α（8-12Hz）在額葉和枕葉EEG功率峰值與月齡的函數關係。實線是描述月齡和EEG功率之間關係的四階多項式回歸模型（藍色線：額葉功率；紅色線：枕葉功率；虛線：95%置信區間的邊界），內置小圖代表額葉和枕葉電極的位置。d圖慢波、e圖δ波和f圖α波額葉與枕葉電極功率之差，以及從靴值分析得到的95%的置信區間（粉色線：97.5%；綠色線：2.5%）。月齡較大的嬰兒直到26~30月大慢波和δ波在額葉功率相較於枕葉呈現小而顯著的的增長。α節律從大約3-4個月出現並且從8個月大開始呈現顯著而穩定的前額主導，峰值出現在大約15-20個月大。這些數據說明從嬰兒時期就能觀測到類似成人的活動模式。F3和O1電極用最鄰近拉普拉斯參考呈現。CI：置信區間。

因為相干性反應局部腦區之間的協調性活動水平，可能暗示著大腦的發育狀態，研究人員又關注了不同頻段之間和不同電極之間的相干性隨月齡增長的變化。通過相干性分析發現額葉的慢波-δ波節律從出生到三個月大高度相干，到5個月大只有較小的相干性，再到9個月大呈現不相干（不協調）；而額葉α波相干性在11個月大才開始出現，到19和36個月大時呈現高度相干，而慢波-δ波仍然不相干，如圖4。

圖4：0-3歲嬰幼兒在外科手術中由七氟烷維持麻醉狀態時額葉相干性圖。在5分鐘的外科麻醉期間記錄到的腦電信號從0.1Hz-40Hz的額葉相干性。（a）2、3、5、9、11、16、19和37個月大被試的額葉相干性圖譜；（b）在額葉相干性圖譜中相干性隨年齡變化而變化；（c）每個被試分別在慢波（0.1-1Hz）、δ波（1-4Hz）和α波（8-12Hz）的額葉相干性圖譜。慢波和δ波相干振蕩出現在被試出生到八個月大，而α波相干性從大約十個月大出現，在接下來的20個月里逐漸增加，並且持續到3歲大。實線是描述年齡和EEG功率之間關係的三次或四次多項式回歸模型；虛線是回歸模型的95%置信區間邊界。

最後研究人員考察了全腦相干性，如圖5所示，發現在前九個月所有頻率之間的全腦相干性都是很弱的，但額葉α節律相干性在大約10個月大開始出現。該結果與成人中觀察到的缺乏慢波節律相干性是一致的，而且α節律的相干性也與成人在異丙酚麻醉狀態下觀察到的高度協調一致的α活動相對應。

圖5:0-3歲嬰幼兒在外科手術中由七氟烷維持的麻醉狀態下的全腦相干性。地形圖細緻的描述了五個不同月齡段（a.0-3個月；b.4-6個月；c.7-9個月；d.10-14個月；e.15-17個月；f.18-40個月）的嬰幼兒每一個EEG頻段的組平均相干性。相干性α節律空間上集中在額葉電極，時間上從10-14個月大開始出現。所有年齡組在外科麻醉中其他頻率和區域的總相干性都很低。該分析表明嬰幼兒從一歲開始全腦相干性逐漸呈現成人樣模式。

圖6：人類出生後腦發育進程圖。（a）前額葉皮層（黑色）、語言區皮層（淡藍色）和感知運動皮層（深藍色）的突觸生成速率。內置小圖：皮層的組織學切片示意圖，證明突觸和樹突連接隨年齡而改變。（b）白質成熟（藍色箭頭表示成熟的標誌髓鞘化）。胼胝體、丘腦皮層和相關纖維是髓鞘化最大的區域。（c）神經發育的里程碑。（d）在外科手術由七氟烷維持的麻醉中EEG的特徵。粗實線代表本研究的年齡分組。

最後總結一下本研究發現的七氟烷麻醉狀態下EEG特徵依賴月齡的改變，如下：

1.慢波-δ波在所有月齡段都顯著存在；

2.θ波和α波在大約4個月大出現；

3.α節律從4個月到10個月大逐步增加，隨後直到三歲都維持在一個穩定的水平；

4.額葉α節律主導大約出現在7個月大；

5.額葉慢波從出生到6個月大都是協調一致的；

6.額葉α節律大約在10個月大開始出現相干性並持續到更大的年齡。

這些年齡相關的EEG改變很有可能與嬰幼兒早期神經發育進程是相關的，包括突觸生成，軸突生長，神經修剪，髓鞘化和丘腦-皮層以及皮層-皮層間的功能連接的成熟。因此，本研究推測這些EEG變化可能為嬰幼兒大腦出生之後逐漸成熟提供了的標記。

一句話總結：在七氟烷麻醉狀態下，隨著年齡增長，嬰幼兒的腦電較高頻段的活動和相干性逐漸增加，這或許暗示著大腦的發育程度。

參考文獻：CornelissenL,Kim S E, Lee J M, et al. Electroencephalographic markers of braindevelopment during sevoflurane anaesthesia in children up to 3 years old[J].British Journal of Anaesthesia, 2018.

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