体外循环学进展

小麻生

体外循环开展在已有四十多年的历史。随着科学技术的飞速发展，体外循环的理论和实践均发生了很大变化，其本身亦从最初的简单技术逐渐发展为一门综合性临床应用学科。目前，世界上平均每小时进行100例心血管外科手术。大量的心血管直视手术直接推动了体外循环及其相关学科和产业的发展。为了概括近年体外循环的主要进展，本文主要从体外循环用品和体外循环方法二方面进行介绍。
　　一、 体外循环用品的进展
　　（一） 膜式氧合器（膜肺）
　　膜肺的变化是体外循环发展的代表。它主要表现在下列方面：
　　1、良好的气体交换
　　目前世界发达国家都使用管外走血，管内走气型膜肺。其主要优点表现在：①血液在中空纤维外行走可减少血液的剪应切力，减轻血液的损伤。②血液在特殊排列中空纤维外行走可减少血浆层流，提高气体交换能力。③血液在管外行走气体交换好，需要中空纤维少，减少了血液和膜的接触，并可明显地降低预充量。膜肺进出口二端压力差越小血液破坏越轻。Tanichifa的研究认为将中空纤维以蛇形排列为佳。当血液行走纤维外时氧合能力提高，血液破坏降低，预充量减少。Terumo Carpox-E膜肺采用血液的重力引流，使血液进入膜肺时剪应切力的降低，以减小血液破坏。为了使管外走血型膜肺的血膜更加均匀，一些工程人员在中空纤维表面稀疏均匀缠绕一层0.5mm金属丝，这可避免血膜薄厚不均，同时可使体外循环中产生的静电安全排放，避免了纤维膜的击穿。血膜越薄，气体交换能力越强。

　　2、性能稳定
　　新型中空纤维使血液在氧合器内产生涡流，实践证明这种流场气体交换能力高，并使膜肺进出口压差减小23mmHg。中空纤维膜肺在长时间灌注中因气体的蒸发作用使液体丢失，甚至发达血浆渗漏，日本学者在聚丙烯中空纤维内用硅油硅化，微孔闭塞使气体交换不受影响，并能克服上述不足。有孔型膜肺在长期灌注中因蛋白和血小板的附着使气体交换能力下降。无孔型膜肺如Sei-Med膜肺在这方面具有独特的优点。硅胶膜肺气体交换稳定性好，适于长时间灌注，而中空纤维在体外循环中其表面由于蛋白不断沉淀，使呼吸膜增厚，气体交换功能逐渐下降，一般在14小时日趋明显。Iida等将中空纤维表面敷以硅胶薄膜（0.2mm），在动物实验中O2和CO2交换良好，血浆游离血红蛋白轻。微孔中空纤维中的微孔大小和总面积对气体交换起有关键作用。现在很多技术可使微孔孔径变小，但总面积增加，这样增加了膜肺气体交换面积同时又可使膜表面的蛋白膜不易破裂，进而防止血浆渗透。
　　3、血液破坏轻微
　　现有的人工材料与血液接触均可产生补体激活及血小板激活，以尼龙和聚氯乙烯较为突出。目前膜肺大多采用组织相溶性较好的聚四氟乙烯和聚丙烯材料。有学者事先在膜肺上涂抹一层肝素以改善人工材料的组织相容性，并取得了良好的效果。Kagisaki等在婴幼儿体外循环应用肝素涂抹系统结果发现补体激活明显抑制，中性粒细胞弹性蛋白和白细胞介素6释放减少。UsuiT在临床观察发现，肝素涂抹膜肺的气体交换稳定性比常规膜肺长。这可能是因肝素涂抹改善了膜肺的生物相容性，使蛋白沉淀在纤维膜表面的速率减慢。Baksaas在体外循环物品表面涂上一层特殊的聚合物，其表面更加光滑。实验结果表明和肝素涂抹比较此聚合物生物相容性更佳，表现在髓过氧化酶和血小板血栓蛋白低，提示白细胞和血小板激活较轻。
　　4、操作简便
　　Medtronic膜肺、Polystan Safe-1等膜肺血流量为1~7/Lmin，一种型号可用于不同体重息者。CobeVPCML膜肺有二个氧合室，血流量分别为1.3L/min和2.7L/min，二者合用可达4L/min。增加了应用范围。有些膜肺将回流室变温器溶为一体，如Medtronic膜肺、Bentley膜肺，操作简便。Terumo Carpox-E膜肺循环途径和鼓泡式氧合器相似。在某些复杂手术的上、下灌注中易于管理。减少预充量是婴幼儿体外循环的关键。Dideco901膜肺将变温器移至支架上。Polaystan mimi型膜肺设计将预充液减至110ml以下。Jostra膜肺进出口压差小，在做ECMO时只要患者心功能尚可，有一定的动脉压就不需要泵的驱动。这样大大简化了操作和管理。
　　5、 静脉内氧合器（Intravenous Oxygenator，IVOX）
　　IVOX装置是根据梯度驱动的原理：在气体交换时，由于膜两侧气体的分压不同，导致气体由压力高的一侧向压力低的一侧弥散。从外型上看，IVOX装置是细长的中空纤维式的膜式氧合器，其中空纤维是由多孔的聚丙烯制成；与中空纤维相对的另一侧为气体的进出口，两个口折叠连接与中空纤维的尾部；临床上首先在患者的右侧股静脉行静脉切开术，将IVOX装置置于上下腔静脉内，进气口与氧气连接；出气口连接于一个真空泵，这个泵可以通过可控制的低于大气压的压力将气体从中空纤维中引出。在材料和功能特点上IVOX装置与ECMO装置有类似之处，但是IVOX也有自己独特的地方：（1）最明显的特点就是IVOX不需要体外人工泵的辅助；（2）由于IVOX装置的中空纤维呈卷曲状，因此一旦其散开就会产生一定的阻挡血流的作用，使血液以一种非层流的方式进行流动。这种非层流的流动方式加上腔静脉系统中较低的静脉压和较慢的血流速度，这样在某种程度上最大限度的增加了血流与中空纤维接触的面积，也就是最大限度的增加了气体交换的面积。以上的两个特点还可以阻止游离的氧气进入循环；真空泵可以协助中空纤维中的气体排除，因为通气管路中的气体压力始终低于大气压力，中空纤维的任何干扰都不会使气体进入循环而是使血液进入纤维。整个中空纤维的表面都覆盖了一层极细的连续的硅氧烷胶片来防止血气直接接触或阻止血浆渗漏到中空纤维。为了防止产生血栓在整个装置的表面还涂抹了一层肝素，同时在一定程度上降低炎性反应。为了增加气体交换能力，在IUOX内装一气囊，通过气囊的扩张和吸瘪，使中空纤维周围的血液产生湍流，增大气血交换面积。
　　（二）灌注泵
　　1、 滚压泵
　　滚压泵目前在原理和结构上没有大的变化，但在附属装置上有很大的完善，如备用电池可使机器在断电时进行数小时的运转。一些新型体外循环机在盖子掀开时泵自动停止。以免异物进入泵槽，发生意外。另外一些泵还装有一些辅助装置，如气泡监测、液平面监测、压力监测等，它们可以和主泵相连接，事先设定报警限，超过这一范围就出现报警，主泵停止转动。一些泵为特殊灌注方法设计了特殊的转流方式，如搏动灌注（见有关章节），停跳液灌注（灌注量、转速、压力报警可预先设置），上、下身灌注时主、付泵灌注等。一般体外循环机备有四个泵头，也可将体外循环机备5－6个泵头。有的体外循环机还附有静脉回流控制设备，温度控制系统，计时系统等。随着计算机技术的普及，体外循环机辅助应用计算机日益增多，要求灌注师有良好的计算机知识，这样才能充分发挥其先进功能。体外循环机的计算机系统可帮助灌注师制定预充计划、自动记录灌注中的各参数，通过各种传感器监测灌注中各种指标，保证体外循环的安全实施。随着信息网络化日渐普及，体外循环的各种参数亦可通过网络进行资料储存和共享。
　　2、 离心泵
　　液体在一容器内的高速圆心运动，可产生强大的离心力，此时同心圆中部为负压，外周为高压。如果在腔的中心部位和外周部位各开一孔，液体就会因压差产主流动，当周边的压力高于腔外的阻力时，液体即可产主单方向运动。早期的泵头为涡流剪切力式，分层塔状锥体形设计。为了增加液体运动，减弱转速，减少产热，新型的离心泵头内设计有转子叶片，其中弯曲流线型转子叶片离心泵头的流体力学性能强。为了增加离心泵的活动性，其驱动部分用导线连接，使其进行远距离操作。泵头内采用肝素涂抹技术，改善其生物相容性，避免血栓。离心泵还可进行搏动灌注。这是靠微处理机控制电机在高速和低速交替运转而使血流形成脉冲。每个离心泵配有一个流量传感器。有电磁传感和超声多普勒两种类型。电磁流量传感器精确度高，干扰因素少，一次性使用。超声多普勒传感器不需要探头，可反复使用。当血液稀、用不同管道、有温度变化时，超声多普勒传感器测定的流量可有变异。
　　离心泵的特点表现为
　　①血液损伤小
　　血液进入高速旋转的离心泵内，自身能产生强大的动能向机体驱动。离心泵内表面光滑可减少血液进入其内产生的界面磨擦。离心泵可避免压力过高，这样使血液破坏轻微。
　　②压力缓冲大
　　离心泵可视无瓣膜开放泵。血液入高速旋转的泵腔内，产生离心力，当压力高于输出端的阻力，血液即输入体内。泵的转速越高，产生压力越大，泵输出量就越高；同时它们受输出端阻力的影响，如外周阻力高，流量会相应减少，这就是压力依赖性。如果泵输出端管道扭折闭合，管内压力上升而不易崩脱，因为离心泵是开放性的，管内高压难以形成。
　　③安全性高
　　旋转物体的质量和其产生的离心力成正比。离心泵周边是高压区，中心是负压区，如果有少量微气栓，也会由于比重轻而集中于中心部位难以泵出，当出现进入大量气体的意外时，因气体质量轻难以形成强大的离心力，防止大量气体泵入体内。
　　3、重力泵
　　滚压泵的闭合性对血液破坏较大。在出口管道阻塞时可使泵压急剧升高，直至泵管崩裂。如果在回流室液体排空时可泵入气体至体内。离心泵的开放性使其在转速不高时易发生血流倒流。为了克服两者缺点，人们设计了重力泵。它的基本原理和滚压泵相似，但泵管为硅胶皮囊，当回流室有一定液体，它可靠重力充满在泵槽中的囊袋泵管，而滚压轴对泵管外壁以固定方向进行滚动挤压，推动泵管内的液体向一定方向流动。如果回流室液面较低或无液体时，皮囊泵管为瘪平状，滚压轴虽仍进行滚压，但不可能使气体注入体内。另外，当压力很高或出口管道扭折时泵出口液体可使皮囊膨胀不造成泵管的崩裂。由于泵管的闭合性，它没有离心泵血液倒流的可能性。该泵的流量和泵速不呈绝对正比关系，其流量监测一般采用电磁法或超声法。该泵目前已在临床使用，不足之处主要表现体积较大，移动性能差。具体性能比较见表。



　　（三）肝素涂抹表面
　　体外循环（ECC）的异物表面作用可导致补体激活等一系列副作用。Marcum等发现，血管内皮具有肝素和分解血凝物质的酶类。在人造物质上移植有活性的肝素以达到抗凝作用，这就是肝素涂抹表面（HCS）技术。早期的HCS是利用氯化三（十二烷基）甲铵和肝素固定于高分子化合物表面。由于这种离子化合物不稳定，和血液接触易被冲走。特别和白蛋白这种离子亲和力强的物质接触涂抹的肝素易于脱落。为了增加涂抹肝素的稳定性，人们试图通过共价键和肝素的氨基、羧基或羟基结合。但由于这种结合破坏了肝素的功能基团而难以发挥作用。Baxter实验室成功地用氯化烷苯二甲胺和肝素以离子键结合成非水溶性化合物。这种HCS和血液接触后只有5%肝素脱落、其余牢固和人工物质结合而具有抗凝作用。Carmeda公司的技术人员发现，在肝素一端的粘多糖进行共价键结合,可将肝素牢固植入膜内，而另一端的功能基团具有抗凝活性，这类似于内皮细胞表面抗凝功能结构。HCS上的肝素和血液接触时，一端的功能基团立即和血液的AT-III结合，后者催化AT一III和凝血酶形成无活性的复合体。由于肝素另一揣牢固的植入在膜内，AT-III和凝血酶复合体随血流而去，进入体内可逆分解。而HCS上肝素继续和新接触血液产生作用。这样在没有全身肝素化时避免了血液凝集，同时防止了血液和高分子化合物接触。HCS膜上植入的肝素要大于1.0μg/cm2才具有很好的抗凝效果。HCS不会改变原有物质的特性。如氧合器膜气体交换功能、动脉滤器除栓子功能等，在120小时非肝素化转流中未见血栓。肝素涂抹的体外循环用品在体外循环手术中已得到广泛应用。其效果有争议，两方面意见各占50%。目前此项技术尚需降低成本，并应有进一步改善。
　　值得一提的是常规ECC使用肝素涂抹系统还需要全身肝素化。因为心脏手术组织损伤大，一些组织因子可通过外源性凝血系统激活凝血酶原，增加机体凝血状态。如果没有全身肝素化，虽然血液在肝素涂抹表面没有凝血，但不能保证机体血管内血液凝集。一些特殊情况如外伤、内脏严重出血、全身肝素化加重这种出血，可慎重考虑使用HCS而不用全身肝素化。Eivind对搭桥患者调查表明肝素涂抹系统使患者在ECC中的肝素用量减少，鱼精蛋白拮抗降低，可缓解补体的激活，乳铁蛋白和凝血酶原片段增加缓解。

　　（四）白细胞滤器
　　体外循环引起的并发症如低心输出量综合征和呼吸功能不全等和白细胞的激活有密切关系。体外循环将血液引至体外经氧合后注人体内，在此过程中血液与大量人工物质接触，加上气血直接接触、吸引等作用，使血液中的补体激活。激活的补体（C5a、C3b）作用于白细胞膜上特异性受体，使其产生一系列的反应。如白细胞脱颗粒释放各种生化物质，大量氧自由基产生，白细胞变形能力下降、沉积于肺血管中，导致正常组织细胞结构和功能的破坏，影响患者术后康复。Dewanjee等在猪体外循环模型中发现，ECC中激活的白细胞在肺、脾、骨骼肌组织嵌顿较多，其中以肺组织白细胞嵌顿的危险性最大。
　　人们试图滤除激活白细胞，从根本上简单地解决激活白细胞的副作用。这些方法包括离心法、冻消融法等，但上述方法效果有限。近来应用白细胞滤过器（LDF）成功地解决了这一问题。从结构上分为两类，一类为由醋酸纤维素膜紧密折叠的柱状滤器；一类为不同孔径（粗孔70～100μm，中孔15～70μm，微孔8～15μm）纤维板叠加而成板状滤器。白细胞滤器由聚脂纤维制成，和常规的乙酸酯滤器相比，它的生物相容性更高。白细胞在滤器中的吸附方式有直接和间接两种。直接吸附作用是指激活白细胞在流经滤器时，在钙离子、镁离子、补体、粘附蛋白的介导下，白细胞形态发生变化，并粘附在滤网上。间接吸附是白细胞在血小板的介入下，粘附在滤网上。在血液流经滤器时，凝血酶激活，血小板糖蛋白2b/3a受体增加、激活，并释放凝血物质，如血栓素、Willebrand因子等，进而吸附于滤网表面。这一表面对血小板有明显粘附作用。白细胞，淋巴细胞是靠简单的机械滤过；单核细胞是靠机械滤过和直接吸附；而粒细胞则是靠简单机械滤过、直接吸附和血小板介导的间接吸附的共同作用。
　　在心肺移植手术中，白细胞的激活和氧自由基产生被认为是损伤肺组织的主要因素。Bando等对12个离体缺血肺再灌注情况进行观察，应用氧自由基清除剂SOD组和LDF组具有良好的氧合功能、肺循环阻力较低、组织损伤轻微。Schueler的实验结果和上述相同。其中LDF组的肺水含量明显减少。Pillai等在牛的心肺移植中发现：非LDF组的2小时存活率仅为50%，而LDF组为100%。它们还发现：LDF组氧自由基产生明显减少，左房右房细胞差异小，体外循环90分钟后白细胞仍处于低水平状态，而对照组相反。病理检查发现肺内大量白细胞淤积、肺泡出血。
　　在大量的报道中，有些学者在实践中提出不同的观点。Hurst在换瓣患者中通过对CD18、IL-6、IL-8的初步观察，比较心指数、射血分数、血流动力学的变化、肺功能等未能发现使用白细胞滤器的明显优越性。Lust对50例患者进行观察，发现：患者在术后恢复无明显差异，虽然在白细胞滤器出口的白细胞明显下降，但对整体白细胞影响甚微。
　　白细胞的激活是机体防御的一部分。心脏手术体外循环时，机体大面积暴露，感染机会增加，大量的白细胞滤除，对机体的抵御产生何种影响？术中白细胞减少何种程度为最佳？不同的患者，如老人、儿童有何差异？上述一系列问题都有待进一步探讨。
　　二、体外循环方法的进展
　　（一）血小板分离技术（Plateletpheresis）
　　在体外循环过程中，血小板可经各种直接或间接的途径被激活，从而发生粘附、聚集、收缩、释放等反应，导致术后血小板数量和功能的消耗性下降，患者术后的凝血功能降低。因此，血小板功能和数量的保护成为体外循环血液保护措施中最为重要的部分。有学者在围体外循环期使用血小板抑制剂如抑肽酶、氨甲苯酸等抑制血小板功能，使其在术后药物代谢后发挥凝血和止血功能。目前有学者力图使血小板避免体外循环的打击，在体外循环前利用血小板分离技术将部分血小板从患者全血中分离出来制成单采血小板或富血小板血浆（Platelet-RichPlasma，PRP），在术后回输。其分离原理利用特制的密度梯度高速离心机、离心杯及血小板贮存液，将患者自体血中的血小板进行分离并贮存。
　　目前，在心血管外科中应用较多者系所谓"术前急性血小板分离技术（Acute Preoperative Plateletpheresis，APP）"，即在体外循环肝素化之前实施血小板分离，待鱼精蛋白中和后回输给患者。Noon等在术前24小时对患者放血并分离血小板和血浆，术后回输，从实验室和临床指标均证明这种术前分离性放血对患者术后止血有显著效果。Boldt等的研究证实APP可较好地保护富血小板血浆（PRP）中血小板的聚集功能；Menges等发现经过APP的患者在术后回输PRP（10ml/kg）后，血浆中组织型纤溶酶原激活物（t-PA）活性增加较少，各临床凝血参数在术后第一日早晨即恢复至术前水平，明显优于对照组。Davies等在术前利用流动离心式血细胞分离机，平均从4600ml的患者全血中收集了857mlPRP（血小板总量3.5×1011，浓度约为40万/mm3），术后回输后发现纵膈引流液量及血制品需求量均显著少于对照组。Armellin等的大样本观察不仅发现行APP后的患者术后胸腔引流液量及血制品输注量明显少于对照组，还发现有51.4%的患者在围术期无需输入任何血制品，此比例亦显著高于对照组的34.5%。Menges等的观察发现接受APP的搭桥患者，在体外循环中纤溶系统的激活程度较小，术后各项凝血和纤溶指标的恢复均较对照组快，且所有患者均无围术期输血，而对照组则有25%的患者接受了红细胞。
　　在临床应用中，尚未发现APP有明显的副作用。仅Wickey等提出APP处理后肝素的首次剂量及转中的维持量均需加大，提示PRP有可能导致肝素抵抗，转中须严密监测抗凝。还有学者对APP的临床应用价值提出争议，如Hirose等的研究发现APP较传统的体外循环前放全血的方法有减少术后输血量的倾向，但无统计学差异；Tobe等发现肝素化前进行APP所收集的8~10ml/kgPRP可使患者在术后胸腔引流液量趋于减少但无明显差异，且围术期血制品输注量亦未见明显减少；Shinfeld等亦认为APP对术后止血的改善效果不如单纯应用大剂量抑肽酶（6,000,000KIU）。近年的研究对这些争议提出了较好的解释。Iguchi等通过大样本回顾性分析，指出APP对术后止血的改善效果决定于以下因素：患者术前情况、手术方式、体外循环时间和PRP分离量。Ferraris等以患者的术前出血时间将100例患者分为凝血高风险组和低风险组，发现在高风险组中，接受APP的患者术后胸腔引流液量和血制品输注量最少，接受体外循环前放全血的患者较多，对照组最多，而低风险组患者则无此差异，提示PRP对术前凝血功能异常的患者具有更为明显的血液保护效果。Christenson等将40例接受再次搭桥的患者随机分为APP组和对照组，发现APP组患者术后只有1例输注了血制品，而对照组有14例；APP组的胸腔引流液量和术后输液量均明显少于对照组，术后机械通气时间和ICU停留时间明显短于对照组，且拔除气管插管后的血气亦明显优于对照组，提示APP应用于术前一般情况较差的患者效果显著。
　　在体外循环肝素化前进行APP可有效地减少术后失血量和输血量，但需要将患者部分血液引出体外，这对血流动力学不稳定的患者具有一定的风险。Quigley等尝试了在肝素化和ECC开始后进行血小板分离，结果用此方法所收集的富血小板血浆（PRP+）中血小板聚集性较标准的APP者无明显差异，其术后止血效果亦与标准的APP相同；该方法无需额外的人员和设备且操作简易，适用于血流动力学不稳定的患者，较标准的APP的应用范围更为广泛；但作者也指出（PRP+）应在体外循环开始后近可能短的时间内收集，以减少体外循环对血小板的激活和破坏。
　　（二）小切口体外循环（port-access techniques）
　　随着医学科学技术的发展，早期在跳动的心脏进行手术的困难已经有办法得以解决，同时随着人们对医疗技术的要求越来越高，小创伤、低消耗、少痛苦已成为外科发展的一个趋势。1990年后不用ECC的CABG大量开展，旨在缩小手术切口，减轻ECC创伤的各种微创心脏外科手术得以发展。
窗式入路技术需要经皮血管内ECC系统支持，使用充气球囊血管内升主动脉阻断，灌注心脏停搏液使心脏停跳。可进行冠状动脉搭桥术和二尖瓣置换术。CABG分别在左侧中线第三、五、七肋间分别开三个直径10mm的一组小窗，由上而下，第一个窗口可放入电凝，冲洗及吸引装置，第二个窗口用于插入手术操作器械，最下面的一个窗用于放入胸腔镜。另外还需在左前胸开2-4个直径5mm的小窗进行血管吻合。进行二尖瓣置换术在中线和腋前线之间第五肋间隙开一个35×17mm2的窗口用于手术操作，在第四肋间隙一个直径10mm口中所插入的胸腔镜电视引导下，进行二尖瓣置换术。
　　血管内ECC系统主要由以下四个关键部分组成：（1）主动脉灌注导管是一根薄壁插管，具有灌注动脉血和主动脉阻断作用。导管的末端为"Y"型，一侧用于接经体外循环而来的动脉血进行灌注，另一侧带一个防止血液倒流的活瓣，用于插入进行主动脉阻断，停跳液灌注等作用的主动脉阻断导管。（2）静脉引流导管是一根长的带侧孔的薄壁插管，从股静脉插入到右心房。ECC开始后，静脉血靠重力引流的同时，在静脉血回路上再加一个离心泵或负压吸引辅助，避免引流不畅。（3）冠状静脉窦导管为带气囊的三腔管，主要用于逆行灌注心脏停搏液。（4）肺动脉引流管。用于股静脉引流不全时使用，避免过高的中心静脉压。
Standford大学和Newyork大学使用血管内ECC进行的临床研究表明，只要控制好流量，维持血气在正常范围，其结果与常规ECC手术没有差异，所进行的10例二尖瓣置换术和10例CABG均取得满意的结果。
　　（三）体外膜肺氧合（ECMO）
　　1993年Zwushenberrger等对5000例ECMO治疗的呼吸衰竭患儿调查表明，其生存率为82%。而常规治疗死亡率为80%。目前认为ECMO对儿童特别是新生儿有很好的疗效，对成人的效果不理想，对呼吸衰竭的效果较佳，对感染和心衰的效果较差。Vats分析表明ECMO治疗中平均时间为9天，在ICU时间为19.5天，整个住院时间为23.5天，其费用为20万美元。美国加洲落杉矶医学院ECMO进行了100天成功，费用达100万美元。
　　ECMO治疗期间，心脏和肺得到充分的休息，全身氧供和血流动力学处在相对稳定的状态。此时膜肺可进行有效的二氧化碳排除和氧的摄取，体外循环机使血液周而复始地在机体内流动。这种呼吸和心脏的支持优越性表现在：①有效地进行气体交换。②为心肺功能恢复赢得时间。③避免长期高氧吸入所致的氧中毒。④避免了机械通气所致的气道损伤。⑤有效的循环支持。⑥ECMO治疗中可用人工肾对机体内环境如电解质进行可控性调节。
中心静脉-动脉转流是目前最常用的方法。由于右颈部血管对插管有很强的耐受，一般通过颈内静脉插管，经右房将血液引流至氧合器，氧合血通过颈动脉插管至主动脉弓输入体内。当流量达到120ml/kg·min时，心脏可处于休息状态。此法可降低肺动脉压力，人工呼吸依赖性成分少，适用于严重的呼吸衰竭的患儿。不足之处在于：①非搏动灌注成分多，血流动力学不易稳定；②插管拔管操作复杂，特别是结扎一侧颈部血管，对今后的脑发育有潜在危险。McGough等采用锁骨下动脉插管方法，能够保证双侧颈动脉的血液灌注，其要点为：插管外径应为无名动脉内径的75%，这样可保证在灌注时右侧血管有充分的血流；
　　ECMO治疗效果主要取决于心脏和肺功能结构是否能恢复。Weber等在55例ECMO的临床分析认为，此方法对多脏器衰竭的婴幼儿的支持效果不佳。可逆性呼吸衰竭患者均可考虑用ECMO，如急性休克、误吸、严重损伤、感染等造成的呼吸功能不全。新生儿先天性膈疝由于肺部没足够的空间扩张，呼吸交换困难，在第1个24小时的死亡率为50%，及时应用ECMO易于成功。由于长期的呼吸支持疗法不能缓解ARDS发展，一旦氧中毒或其它脏器损害，将直接影响ECMO的效果。
　　ECMO早期并发症以出血最多见，以脑出血最为严重。晚期并发症以脑缺血最常见。
　　ECMO是一新兴的治疗方法，对呼吸功能衰竭有很好的治疗效果。它持续时间长，涉及问题多，很多问题有待进一步探讨。目前只有少数先进发达国家能常规开展，这是因为ECMO技术复杂；人力、物力、财力消耗大；远期效果尚须证实。
　　（四）改良性超滤（Modifiedultrafilter，MUF）
　　在婴幼儿体外循环过程中由于其体重小对水分调节能力差，ECC的低温，血液稀释，炎性介质的释放等不利因素可导致体内水分的过量潴留。改良性超滤作为一种排除体内多余水分的一种手段，不仅在一定程度上降低了库血的用量，减少了术后患者的胸液及心包引流液，缩短了患儿的机械通气和在ICU停留的时间，并在一定程度上改善了患者的血液动力学，降低了炎性反应。
　　一般说来可将超滤器置于任何方便建立侧路的地方，但是一定要确认在超滤过程中不会产生气栓，以免阻塞中空纤维，影响超滤的效果。进口端可接在动脉或静脉上，但由于静脉有进气的可能，一般临床上建议将其进口置于动脉端；出口置于静脉回流室。MUF不仅可以在ECC过程中进行，而且可以在脱离体外循环后的10~15min内进行。Naik在研究中发现MUF在排水方面要明显优于常规超滤，一般可以将Hct提高到40%。MUF可以降低术中血液的丢失和库血的用量。Hennein等学者对38例先心病患者分组进行研究，对比MUF，CUF和对照组在ECC过程中排除水分的作用及其他相关参数。实验结果：比较CUF，对照组和使用静脉-静脉MUF三组病例的排除体内水分的能力，MUF可以最大限度的排除体内的水分，并将红细胞压积提高到较为理想的程度，缩短了患者的平均住院时间。因此，Hnnein认为MUF是一种安全且为有效的降低体内水分的临床手段。
　　Skanyak.通过对豚鼠的实验观察发现MUF可以减轻心肌阻断后缺血对脑组织的损伤。为了进一步来肯定MUF的使用价值，Friesen.等人通过对20名体重低于15公斤婴幼儿进行改良性超滤，观察凝血系统的变化，结果表明：MUF可以明显提高红细胞压积（Hct），纤维蛋白和血浆总蛋白都有较为明显的升高，血小板没有明显的变化。Friesen.认为MUF在婴幼儿的体外循环过程中可以减弱预充给患儿凝血系统造成的紊乱。Draisma.通过对比两组使用和不使用MUF的患儿进行比较，结果表明MUF不仅可以增加Hct的水平，而且还降低库血的用量，术后患者的胸腔引流液也明显减少。Koutlas也于1995年~1996年作了类似的研究，使用MUF的患儿在库血的用量，胸液，心包引流液，术后死亡率都有明显的降低。Schlunzen对134例先心病患儿术中使用MUF，患儿的平均年龄为0.4岁，平均体重为5.3Kg，在术中平均使用MUF的时间为12分，滤出的水分平均为44ml/Kg，血球压积从28%提高到36%，动脉收缩压从56mmHg~74mmHg，动脉的血氧分压从30.8Kpa到34.1Kpa，心率从145次/Min降到136次/Min，而患儿的中心静脉压、左房压等参数没有明显的变化。所以，MUF在增加血压、红细胞压积、动脉血氧分压、降低心率和减轻患儿水负荷等方面起着关键的作用。
　　在体外循环过程中由于血液与异物表面接触，导致许多炎性反应的发生，并且释放大量的炎性介质，这些反应包括：补体、凝血、激肽和纤溶系统的激活；然后白细胞释放细胞因子，白细胞的聚集和激活，细胞分解酶的释放等，最后导致组织和器官的损伤。超滤可以滤除一些由于体外循环引起的毒性物质，通过对超滤液进行毛细血管电泳分析，超滤液中的确存在大量的炎性介质，如：各种细胞因子，肿瘤坏死因子，心肌坏死因子等。使用了改良性超滤后IL-8的浓度的确有明显的降低。我国上海新华医院心外科通过使用改良性超滤，发现在超滤后患者血浆中的IL-8和内皮素有明显的降低，而TNF-alpha的变化不明显。Journois等人通过临床研究发现：改良性超滤在ECC过程中不仅可以改善婴幼儿的血流动力学，降低术后血液的丢失和持续机械通气的时间，还可以降低血浆中C3a、C5a、IL-6及TNF-alpha的浓度。Bando等人通过一个实验来验证MUF是否有能力排除体内的内皮因子-1，来减轻先心病患者的肺高压；研究表明稀释性和改良性超滤可以降低术后内皮因子-1和肺/全身压力比率，因此MUF可以成为降低术后高危因素控制肺高压的较为有效的临床手段。
　　（五）体外循环在非心脏手术的应用
　　1、 肝移植
　　肝移植期间要求肝脏无血流，需对门静脉、肝动静脉、腔静脉进行阻断。这种阻断带来一系列病理生理变化，表现在：①下腔静脉血流阻断使大量回心血液淤集于腹腔脏器和下肢。②阻断门静脉时可出现高血压。有学者认为这种血压增高与神经性因素和激素释放有关。还有学者认为这种血压变化与门腔静脉，以及上下腔静脉间侧枝循环有关，循环功能差危险更大。③恢复肝血流时，阻断期间滞留腹腔脏器内的大量钾和酸性物质随血流涌入体循环。无肝期心排血量减少近50%，通过增加血管阻力使血压得以勉强维持。如果既往有心功能不全或年龄过大，就可发展为心衰、低血压或心律失常。此外，无肝期为维持血压而输入大量液体，可造成肝血流恢复期容量负荷急剧增加。
　　为了缓解上述问题，Calne等报道股动静脉体外循环应用于肝移植的技术。此法虽可改善肝移植术中的血流动力学，但因需全身肝素化造成了明显出血。Pebnari等报道肝移植术中无肝素的静脉一静脉体外循环转流。他们用这种方法完成了57例类似手术，和常规手术的对照发展，此方法可维持术中较佳的血流动力学，术后的肾功能损害较轻，血流丢失较少，存活率较高。为了减轻无肝期阻断下腔静脉和门静脉时的静脉淤血，而采用导管插入门静脉和下腔静脉，引流出的血液经离心泵注入腋静脉，经右房进入体循环。为了减少损伤，经皮插管越来越普遍。Johnson 等用经皮插管方法在肝移植中可维持2L/min流量，临床效果良好。
　　2、 脑外科中的应用
　　50年代未，有人用体表降温阻断脑循环，以避免术中分离和钳夹动脉瘤破裂出血。由于单纯体表降温深度难以控制，降温过程中易出现心脏停搏，以及复温、复跳困难，使这一方法在临床上应用受限。由于ECC有效的降温和复温性能，心脏停跳时保证氧合血的灌注，特别是近来经皮从股动静脉插管转流，ECC在脑外科得到有效的应用。ECC血液降温对脑组织有积极保护作用，脑细胞代谢降低，缺氧耐受力增加。深低温＜20℃时，安全停循环1小时，为脑外科手术提供了清晰的手术视野，对清除肿瘤，减少邻近血管或神经的损伤有积极意义。只要患者主动脉瓣正常，不会出现左室膨胀。否则不能用此法。在转流中有必要用Swan一Gangz导管进行肺毛细血管嵌顿压的监测。但这种方法亦存在问题，脑组织在停循环时，温度虽已降至一定程度，但术中由于灯光、室温等作用，脑温回升，给脑细胞保护带来不利影响。

　　3、 意外低温的治疗
　　意外低温常常处于循环衰竭状态。低温刺激血管收缩，增加后负荷，严重低温则抑制心肌收缩。这类患者死亡率为30～80%。治疗主要是复温。方法分体外复温和体内复温两类。体外复温：如电热毯，温水浴等。其主要不足是周围组织新陈代射增加发生于获得足够的灌注之前。体内复温：如温溶液腹膜透析，温混合气通气，胸腔温水灌洗等。这种方法易发生复温性虚脱。而ECC血液复温能进行有效的循环支持，复温迅速而均匀，调节方便，在意外低温患者抢救中得到广泛应用，死亡率降至22%。这类患者不能以生命体征消失而确定的死亡，应积极抢救，在ECC复温治疗中要纠正酸中毒和电解质紊乱。术后常用PEEP以改善患者呼吸。
　　4、 冠脉球囊扩张术中的应用
　　在冠脉扩张术患者中有2～6%可能突然发生意外，冠脉血流受阻，这对已经缺血的心肌无疑是一高危因素。近年来有学者用ECC辅助冠脉扩张术以增加手术安全性。Fayaz等对51例患者117处的窄狭部位成功进行了115处的扩张。有些患者一次扩张时间为10分钟，患者耐受良好。其方法主要为经皮股动静脉插管经膜肺转流，有的在静脉回流处加一特制的离心泵可加快回流，使流量从2L／min增加至6L／rnin人。由于ECC减轻心脏的前后负荷，氧耗大幅度下降，从而提高了心肌缺血耐受力，又由于扩张时间延长，扩张完全，效果较佳。亦有学者对这种方法提出异议，认为ECC还可带来另一些并发症，在拔管时对出血的处理亦较为棘手，甚至一些操作可带来神经的损伤。但多数学者认为这种方法有积极的作用，特别是对那些心梗严重易发心源性休克患者最为适合。
　　5、 肢体肿瘤的治疗
　　在肿瘤的化学治疗中，加大全身药物剂量可增加治疗效果，但副作用也增加，如骨髓造血系统抑制、消化道症状等。临床上，可用ECC局部转流来缓解这一矛盾。具体方法是用止血带在肢体的近端阻断血流，通过肢体主干血管进行局部ECC。转流中用高温（39.5~40℃），高氧（26.7~53.4kpa），灌注液含高浓度化疗药物。由于肿瘤细胞对高温和高氧环境很敏感，加上高浓度化疗药，对肿瘤细胞进行有效杀伤，同时亦避免了全身其它部位的组织损伤。这一优越性是常规治疗所达不到的。以前用鼓泡式氧合器易产生肢体组织水肿和损伤，现在有人用膜肺以生理流量即可达到满意灌注效果，膜肺的组织相容性好，细胞破坏少，炎性因子释放少，有利于化疗药物在组织中的分布。
　　6 大血管手术中的应用
　　大血管病变（如主动脉瘤或狭窄等）的以往外科常规方法为：体表降温至30℃左右，阻断主动脉血流，外科修补，开放主动脉，复温。其方法缺陷很多，诸如降温不易控制，易出现心至颇动，复温缓慢，阻断循环时限短，发生脊髓缺血性损伤，循环功能下稳定，主要表现阻断们开改时，一旦发现大出血，不易阻止。近年来，在ECC中进行这种手术越来普通，因为ECC不仅有温重可调性好、有效循环呼吸支持等优点，而且在大出血时可通过吸引装置将血液重新使用。特别是深低温停循环为术者提供了良好手术野和充裕的时间。术中要注上心肌保护和脑保护。有人建议，在此过程中用硫喷妥钠以进一步降低脑代谢，清除再灌注时的氧自由基。有人认为ECC加停循环的方法不适于伴有冠心病的主动脉狭窄患者。出血为此法的主要并发症，这是血液和大量异物接触或肝素中和不全所致。Philip等用Bio-Medicus离心泵对12例降主动脉瘤患行进行无肝素左房－股动脉转流取得良好效果。作者认为，，此法可减少并发症，对维持阻断主动脉血流时的循环功能稳定有积极的意义。
　　7、 协助疑难病例进行气管插管
　　麻醉中，必须保证呼吸道的通畅，维持正常气体交换，但对于气道阻塞患者有一定困难，特别是声门以下气管严重阻塞就更为棘手。虽然有人用支气管镜、高频通气等方法，但对有些病例仍颇感困难。近来用ECC辅助麻醉医生气管插管取得一定成效。ECC可在无肺呼吸情况下，通过氧合器使血红蛋白充分氧合，排除二氧化碳，保证机体对氧的需要。一般采用股动静脉转流。Geozge报告一例胸骨后肿瘤患者，呼吸迫严重压迫，加上肥胖、颈短、增大的甲状腺使气管左移。尽管用了局部、区域和气管表面麻醉，经口腔，经鼻插管或用支气管镜，每次均因喉痉挛、紫绀、严重高血压而放弃气管插管。最后，经股动静脉转流建立ECC，再进行以麻醉诱导，完成了气管插管。建立有效的呼吸通路，再将ECC撤离。术后患者恢复良好。

　　8、 泌尿和腹部外科中的应用
　　巨大肿瘤的切除给手术带来许多困难，特别是在血运丰富或肿瘤浸润大血管就更突出，这些手术出血量大，手术视野不清，肿瘤不易彻底清除。若意外损伤大血管，又不易止血，危险大。现在有人应用ECC深低温停循环技术切除小儿肝脏巨大肿瘤获得成功。Theman有二例患者肾肿瘤侵犯至下腔静脉，如按常规方法，则不能根治完全，并有大出血和血栓进入循环的危险，该作者用ECC使温度降至18℃停循环，在无血清晰条件下进行手术，对下腔静脉和右房进行修补。
　　ECC还在临床其它方面得到广泛采用。如有人用它对急性支气管哮喘发作内科治疗无效病例，进行成功抢救。ECC在有机鳞中毒和蛇毒中毒的抢救；在连体婴儿分离手术中用ECC也有成功的报道。严格地说，现在采用的血液透析亦属于ECC范畴。它可帮助肾功能下全、肝功能不全患者排出废物，维持内环境的稳定。

(阜外心血管病医院 龙村)

percy718

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