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体外循环

概述

体外循环是利用一系列特殊人工装置将回信静脉血引流到体外,经人工方法进行气体交换,调节温度和过滤后,输回体内动脉系统的生命支持技术。再体外循环过程中,由于人工装置取代了人体功能,因此也称心肺转流,体外循环机也称为人工心肺机。进行体外循环的目的是在实施心中直视手术时,维持全身组织器官的血液供应。随着临床医学的发展,体外循环应用范围不断扩展,不仅在心脏、肝、肾、肺等大血管手术中获得应用,在肿瘤治疗、心肺功能衰竭的患者的生命支持方面也取得令人瞩目的成绩,成为临床医学的一门重要技术。

体外循环构成

体外循环装置(人工心肺机)由人工心(血泵)、人工肺(氧合器)、变温器、管道、滤器、操纵台及电子仪器等部分组成。
1.人工肺
是血液经过机器停留时间较长,对血液产生影响较大的部分。人工肺通过血液与气体直接接触(鼓泡式、转碟式、滚筒式及垂屏式),或通过半渗透性膜进行气体交换,使转流后的血氧饱和度达到90%以上。人工肺有鼓泡型、血膜型及膜式肺三种类型。
(1)鼓泡型氧合器  血液进入经筛板、细管吹氧及二氧化碳的容器内,形成含氧血泡,进行氧合,然后血液经过不锈钢丝、塑料丝或聚氨酯海绵,由内含的硅油去泡剂清除氧合后血液中的气泡,再经过绦纶布滤网过滤后进入贮血槽,经动脉泵驱血入机体主动脉。优点是构造简单,成本低,氧合性能好,消毒可靠,操作方便。缺点是氧与血非生理性接触,一般转流时间不能过久。
(2)血膜型氧合器  由血槽与转动的不锈钢碟片或转动的塑料圆筒,或由血槽与多个垂直直立的不锈钢丝屏幕组成。数十至百余碟片以轴贯串,碟间相隔一定距离,轴架于血槽,碟片一半浸没血中,轴转动,血液形成膜状附于碟两面。血槽为半圆筒状,上覆以透明塑料盖,也为半圆筒状,内通氧气及二氧化碳,使血膜进行气体交换。转碟式、转筒式及垂屏式均属血膜型氧合器,氧合能力与血膜总面积、转动速度、血膜厚薄等因素有关。优点是不需形成泡沫,血液破坏较少。缺点是每项工作后需人工清洗,清除碟筒表面附着的蛋白物质,并需定期对碟片与滚筒进行硅化,以增加表面的光洁程度。
(3)膜式肺型  为避免血气直接接触,以半透膜将运行的血液与氧分开,通过膜进行气体交换,近似生理状态。半渗透性膜由硅橡胶、聚四氟乙烯或聚丙酮制成,构造可以是卷筒膜式、折叠膜式、细微管式或中空纤维管式。膜式肺型优点为对血液有形成分、纤维蛋白原等破坏少,目前多应用于呼吸窘迫综合征,婴幼儿可转流一周,缺点是排出二氧化碳稍差。
2.人工心
目前最多使用滚压式泵,系中心柱连接顺时钟转动的横轴,轴外为半圆形凹槽,凹槽内置入弹性管(泵管)。泵管最多使用的是硅胶管。横轴长短可以调节,使之能恰好压紧泵管。当横轴顺时钟转动时,挤压泵管,使管内血液单向向前流动。增减横轴转速,可以提高或降低流量。滚压泵优点为构造简单,效能可靠,无管内瓣膜,血液破坏较少,转流量范围大。一般人工心肺装有4个同样的滚压泵,分别用于排血入主动脉,回收左心血,回收手术野及心包腔内的血液,有时也可用于冠状动脉灌注。近年来,滚压式泵多为搏动型,更接近生理性。
3.变温器
使在体外转流的血液降温,将低温与人工心肺机合并使用。构造多为套筒式。两个直径不同的不锈钢圆筒,内筒连接水泵箱,通过水流;外筒通过血液,受内筒内水流温度的影响,可以降低或提高血液的温度。变温器内血液的容量为60~200ml。有效的变温器可以使成人体温以每分钟0.7℃~1.5℃的速度由37℃降至30℃;升温较降温慢,一般为每分钟0.2℃~0.5℃。升温时水温不能超过40℃,过高会使血浆蛋白变性。水温与血温的差别不能>14℃,温差过大会促使溶解的气体释放,形成微小气泡。
4.滤器
过去人工心肺机使用不锈钢丝网滤器,孔大,只能滤出大的血栓,而微小血栓可以造成肺部并发症,如灌注肺等。近来已普遍采用微孔滤器,系由尼龙、绦纶、聚氨酯海绵片等制成。血流中的微小血栓主要来自血小板凝聚块、纤维素凝集块、游离的硅油、管壁脱屑、微小气泡等。从手术野回收的血液中,此类微小血栓最多,要注意过滤。
5.管道部分
机体与血槽、血槽与氧合器、氧合器与动脉血泵之间,均需以管道相连接。除插管部分外,一般静脉重力虹吸引流使用内径12.7mm(1/2时)的管,向主动脉供血使用内径9.5mm(3/8时)的管,心内吸引回收血液使用内径6.4mm(1/4时)的聚氯乙烯管。要求管道内壁光滑、硅化,口径变换处要求逐渐变细,无楞角,无粗糙边缘,以减少阻力、压力差和涡流。小儿则相应使用细管道。
6.电源
有安全保险丝装置。在突然电源中断时,有的机器装有手操纵的把手,可以暂时维持转流,以待电源修复。
7.电子监控部分
可以荧光数字连续显示机器工作情况,如血流压力、流量、氧浓度等,使灌注师易于了解掌握转流工作情况。

体外循环实施

1.转流前准备工作及管路的连接
灌注师应提前参加术前讨论,充分了解患者循环系统病理解剖和心功能状态,了解外科医生的手术方案和对体外循环关注的特殊要求。术前检查体外循环设备,如电源、人工心肺机、变温水箱等,确保其处于良好的工作状态所有与手术野及患者血液接触的物品应经过彻底灭菌处理,并在严格无菌条件下将管路、氧合器等进行安装连接。
2.人工心肺机的预充和血液稀释
(1)体外循环装置预充的目的  ①排出管道内气体,避免空气栓塞;②进行适当的血液稀释;③调节体内酸碱与水电解质的失衡。
预充液包括:基础液、电解质、碱性液、胶体液、甘露醇和血液细胞保护剂。
(2)血液稀释  体外循环采用血液稀释是为了降低血液黏稠度和血管阻力,改善微循环,减少血细胞破坏,减轻血液有形成分在毛细血管内的淤积
3.体外循环患者生理指标检测
主要包括动脉压、中心静脉压心电图、鼻咽温和直肠温度、血气分析、血电解质、全血活化凝固时间和血细胞比容等。
4.抗凝
体外循环中应用大剂量肝素抗凝,称为肝素化,为了避免肝素剂量过大或者抗凝不足,转流中应密切检测全血活化凝固时间,使之保持在480~600秒。
5.心肌保护
对于所有需要暂时阻断冠状动脉循环的心脏直视手术,如何做好心肌保护,减轻心肌缺血、缺氧和再灌注损伤,是关系到手术成败及患者预后的关键问题,也是心脏外科需要进一步研究和解决的问题。
目前应用最广泛的心肌保护方法有:全身中低温、心脏局部深低温、升主动脉钳夹、心脏停搏液灌注冠状动脉等。
心脏停搏液促使心脏停搏,迅速停止心脏一切电机械活动,有利于保存心脏能量储备,辅以心脏局部深低温,可进一步减少心肌能量及氧的消耗,减少二氧化碳、氢离子和氧自由基等有害物质的蓄积。

体外循环插管技术

体外循环心内直视手术时,一般采用胸骨正中劈开切口,大多数经升主动脉插入供血管,经右房插入腔静脉引流管。只在特殊情况下,才有必要选用其他部位插管。
1.动脉供血管
(1)升主动脉插管  升主动脉是最常用的插管部位,优点是操作容易,插管安全,并发症较少等。
(2)股动脉插管  左心转流、升主动脉瘤、升主动脉夹层动脉瘤及其他一些紧急情况下,不能安全而迅速地使用主动脉插管时,可采用股动脉插管法。
2.静脉引流插管
(1)经右房单根插管  适用于升主动脉、主动脉瓣、二尖瓣和冠状动脉手术。通过单根插管引流下腔静脉和右房血液。
(2)上、下腔静脉插管  游离上、下腔静脉,套阻断带,右心耳荷包缝线内切开,插入上腔静脉引流管。通常在靠近下腔静脉入口处的右房外侧壁缝置荷包缝线,插下腔静脉引流管。如果手术中不必切开右房,则两个荷包缝线可置于右房壁的任何部位。经心耳荷包缝线内插管时,剪开心耳及心耳内肌小梁,以两把血管钳提起心耳内外侧缘插入引流管。心房壁荷包缝线内插管时,以尖刀在荷包缝线内刺一小口,助手用血管钳扩大切口,术者随即将引流管插入并送至腔静脉内。收紧荷包缝线,并用粗丝线将橡皮管与引流管结扎在一起,以防滑脱。
上、下腔静脉插管的荷包缝线也可直接缝在腔静脉前壁。对于婴幼儿或右房内有较复杂操作的手术,宜选用直角静脉插管,以免影响手术操作和显露。
(3)肺动脉插管  在特殊情况下,例如经左侧开胸切口暴露二尖瓣时,可经肺动脉插静脉引流管。在右室流出道缝置荷包缝线或带垫片褥式缝线,插入引流管,通过肺动脉瓣口送至肺总动脉。
(4)股静脉插管  股静脉是最常用的周围静脉插管部位。暴露股动脉内侧的股静脉,游离并套阻断带。股静脉上作纵切口,向心脏方向轻柔送入插管,并尽量向上,可送至下腔静脉下段。成人股静脉可插入24F以上导管,但一般愿意选用较细导管(如20F)。
3.左心引流管
体外循环期间,从支气管动脉、肌窦状隙血管系统、冠状静脉系统、心房和腔静脉插管周围均有血液回流至左房。因此,要行左心引流、减压,防止左室膨胀。
右上肺静脉插管通常在右上肺静脉与左房连接处置荷包缝线,插入18F或24F带侧孔的导管,并经二尖瓣瓣口送至左室内。

并发症

人工心肺机经过数十年的临床应用和改进,目前已能为外科医师提供比较好的安全时间和安全程度,能够用之进行很多种心脏手术。但灌注对机体的影响仍为不可完全避免,主要有以下几点:
1.代谢性酸中毒呼吸性碱中毒
 灌注时有一定程度的组织缺血、缺氧,乳酸增加,因而出现代谢性酸中毒。机器内吹入高浓度氧,二氧化碳易于排出,造成过度换气,因而出现呼吸性碱中毒
2.血液有形成分破坏
 灌注后血小板数量和功能均下降,纤维蛋白原下降,可以有血红蛋白尿溶血性黄疸及进行性贫血。凝血功能障碍需1~7天才能恢复。
3.电解质失衡
灌注使血钾降低,毛细血管内皮通透性增加,组织水肿
4.肾功能下降
灌注时低血压、肾血流减少、代谢性酸中毒和血管反应等,均可导致肾功能下降,尿量、尿钠减少,而尿钾增加。
5.循环系统功能下降
灌注后周围血管阻力增加,心肌创伤后排血量下降,导致低血压、组织灌注下降。
6.呼吸功能损害
灌注后肺间质水肿,肺顺应性下降,气道阻力增加,肺实质可有出血和肺泡蹋瘪,可以导致灌注肺。
7.脑损害
颅内水肿、出血等。
8.其他损害
经灌注后,对内分泌、补体等也有一定影响[1-3]。
 
参考资料
1.徐光亚、吴树明主编.图解心脏外科手术学:科学出版社,2010:第69-80页.第18-30页.
2.刘中民、吴清玉主译.2007.成人心脏外科学.北京:人民卫生出版社
3.中国医学百科全书编辑委员会编;罗致诚 主编.中国医学百科全书·二十六生物医学工程学:上海科学技术出版社,1989:126-128.

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