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1、体外循环技术 1 书中记载的一段回忆 1930年10月 一位女性患者行胆囊切除术后两周突发肺动脉栓塞 Churchill教授对其进行了肺动脉栓塞摘除术 当时该术式并无存活案例 术后由后Gibbon医生对其进行了临终照顾 一个设想在他的脑海里逐渐形成 Gibbon教授记录了当时的情景 在那漫长的夜里 当患者的静脉越来越充盈 血的颜色越来越黑的时候 我却无助地望着患者苦苦挣扎 于是一个念头自然而然的产生了 那就是如果有一种机器能够把患者充盈的静脉血持续不断的引流出来 经过和氧气混合并排出二氧化碳 再持续注入患者的动脉 那患者将可能得救 我们将使血液绕过梗阻的血管 并在体外行驶心肺的部分功能 自此之
2、后Gibbon一直致力于研究这一技术 并于23年后的1953年5月6日在世界上首次使用体外循环技术成功地完成一例房间隔缺损心脏直视手术 2 体外循环模型 3 什么是体外循环 体外循环是利用特殊的人工装置将回心静脉血 引出体外 进行气体交换 调节温度和 过滤后 输回体内动脉的生命支持技术 体外循环的目的是暂时取代心肺功能 维持全身组织器官的血液供应和气体交换 为心内直视手术提供无血或少血的手术视野 外科学第六版 4 5 插管 6 储血罐 7 一 将血液引出体外 肝素化是前提条件 A 全身肝素化健康的血管内皮是生物相容性最好的接触表面 血液一旦离开身体进入管道 都将不可避免的激活和触发人体防御机制
3、 包括凝血 纤溶 补体 激肽等 体外的凝血会造成大量血栓 严重者造成肺栓塞和脑栓塞 因此体外循环前进行全身抗凝是必要的 而肝素是在体外循环中抗凝的较理想药品 它起效迅速 容易被鱼精蛋白中和 而且用ACT监测方便 ACT延长与肝素剂量呈线性关系 8 一 将血液引出体外 B 肝素的使用与监测过少的使用肝素会造成血栓的发生 过多的使用肝素又会造成术后出血和止血困难 但肝素本身的个体差异很大 如何和正确使用和监测呢 ACT 激活全血凝固时间测定 为我们提供了参考依据 肝素化前ACT的参考范围是90 130s肝素照片静脉给予肝素化 标准肝素3 4mg kg静脉给药后5分钟抽取动脉血检测ACT值不低于48
4、0秒建立体外循环后每20 30分钟复测术后鱼精蛋白中和后再次测定ACT 9 一 将血液引出体外 B 肝素的使用与监测ACT机器的原理与使用方法试管内置磁铁和磁铁检测槽 将2ml全血注入含有活化剂 硅藻土或白陶土 的试管 混匀后将试管放入检测槽 试管将被加温及旋转 血凝块形成后 磁铁就会随着试管的旋转而停止移动 探测器感应到磁场的变化就会停止计时并显示时间 10 一 将血液引出体外 C 肝素化管道的使用将管道内膜进行肝素化可以模拟血管内皮的特性 从而达到抑制凝血和减轻体外循环副作用 以美敦力公司肝素化管道为例 其优点有 与管道内表面共价结合的肝素与内皮产生的肝素硫酸盐一样可以产生天然抗凝作用 由
5、于硫酸盐带有大量的负电荷 所以它像血管内皮一样可以排斥带负电荷的血小板 聚环氧乙烷有非常强的亲水性 它可以形成一层稳定的水层来供细胞附着和蛋白沉积 11 二 进行气体交换 引出体外的静脉血需要与氧气结合 形成动脉血再回输回动脉 那应该怎么做呢 把大象放入冰箱需要几步 开门放大象关门给静脉血加入氧气需要几步 引流出静脉血找一个氧气瓶接上氧气管把氧气管放进静脉血 12 二 进行气体交换 鼓泡型氧合器血液被动进入一个混合腔 这里的氧气通过多孔发泡板流向血流 这样形成含氧血泡 进行氧合 然后血液经过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 经血泵泵入主动脉 优点是构造简单 成
6、本低 氧合性能好 消毒可靠 操作方便 缺点是发泡和去泡的过程会导致明显的溶血 去泡不完全会导致气栓 而且氧与血非生理性接触 一般转流时间不能过久 13 二 进行气体交换 膜式氧合器 各种各样的膜式氧合器设备在上世纪五十年代中期就被广泛应用 但是直到80年代才解决降低预充量的问题 因简单易行的使用才形成广泛的商业化 不同于鼓泡式氧合器 在膜式氧合器中通血和氧气是相互独立的 通过利用聚丙烯半透膜或者硅树脂膜等 气体和血液之间没有直接接触 气体交换是通过扩散的方式进行的 由膜两侧的血气分压差驱动 这和人体肺呼吸的机制相同 因此膜式氧合器通气方式更接近于生理过程 由于没有发泡和去泡的过程 可明显减少气
7、栓的产生 而且还可以单独控制PO2和PCO2 膜式氧合器的另外一个优点是对血小板的影响较小 鼓泡式氧合器2h后血小板仅为术前的35 4h后就全部消失了 而膜式氧合器24h后血小板为术前的39 这使得术后渗血明显减少 这使得膜式氧合器深受外科医生的喜爱 14 膜肺 15 二 进行气体交换 16 二 进行气体交换 番外篇 20世纪50年代是外科手术取得重大发展的年代 很多标志性的手术在此时期开展 外科医生对很多未知的领域开始了探索 其中lillehei教授在氧合器性能还不能完全满足心外科手术的情况下独辟蹊径 创造性的使用了控制性交叉循环技术 其过程在伦理道德上受到很多人的反对 其手术方式也不具备可
8、推广性 但给大家提供了一些思考 让我们了解一下这个骇人听闻的控制性交叉循环技术吧 17 二 进行气体交换 18 二 进行气体交换 这个手术是个大胆而新颖的设想 理论上的死亡率是200 但实际上手术是在动物实验取得满意 早在1890年就开始陆陆续续有人进行动物实验且lillehei教授自己也进行了大量的动物实验 的基础上进行的 手术共进行了45例且供体无一死亡 无一有后遗症 手术病人28 62 例存活且长期生存 30年后的随访中还有22例 49 健在 无论是生存率还是手术效果在当时也是很满意的 如今来看成功的原因有 当时的体外循环的还没有条件对生理变化进行监测 更不能对缺陷及时纠正 而交叉循环却
9、类似一个人工的胎儿和母体循环 有供体随时自动纠正受体的生理变化 使病人术后顺利康复 一年后的1955年 比较成熟的鼓泡式氧合器问世 心外科手术进入了一个新阶段 19 三 调节温度 温度的调节主要是为了配合外科手术 在阻断主动脉手术中 降温尤其重要 低温可以在体外循环期间全身及脏器需氧量降低 从而产生保护作用 研究显示 温度每降低10度 全身氧耗降低50 降温及复温的过程必须缓慢 复温过快 尤其是目标温度与体内温度温差超过10度 容易产生微气栓 快速复温时设定温度过高 会造成主动脉高温血流直接灌注大脑 造成氧耗增加 损伤脑功能 还易造成体内形成温度阶梯 核心温度与体表温度不匹配 影响复温过程的判
10、断 还有部分不需阻断主动脉的手术 需要严密监测体温及保温 避免体温下降 造成心室颤动 20 三 调节温度 A 体外循环下温度调节的类型 21 三 调节温度 B 温度检测的方法正常人的温度自内而外存在一个温度阶梯 核心温度 36 9 37 9 通常比表层温度高2 3度 监测时不同方式有不同的标准 常用的鼻咽温和耳道温度接近脑温 食管温度接近心脏温度 膀胱温度 直肠温度接近机体深部温度 22 三 调节温度 C 体外循环本身对温度的影响 降温 转流过程中自然降温低温预冲液引起体内热量的丢失灌注心脏停搏液 冷晶体温度4 8度 冷氧合血温度8 10度 术野冲洗等 23 三 调节温度 D 降温通过变温水箱
11、对氧合器进行降温通过调节室内温度降温通过制冰机制造冰泥放在心脏表面进行局部降温冰帽对脑局部降温保护 24 三 调节温度 E 复温通过变温水箱对氧合器进行升温通过室温调节升高温度通过输液系统进行加温通过温毯进行加温 25 四 过滤 体外循环过程中有微栓产生 这些微栓会直接阻塞微血管 对组织器官产生损伤 特别是脑和肺 体外循环中微栓来源固体栓子 预冲库血中有大量的变性血小板和白细胞 泵管在滚压摩擦中脱落的微栓 心内的赘生物 组织碎片 血液在体外循环的异物表面接触中产生的微栓 气体栓子 微气栓是体外循环中常见的栓子 包括氧合过程中产生的微气栓和和复温过程中温差过大产生的气栓 还包括血流在管道中湍流形
12、成的微气栓 26 四 过滤 越来越多的研究证明了微栓对于脑的损伤和对于精神症状的影响 而滤器的有效利用极大的减少了此类症状 滤器的种类多种多样 可以装在体外循环装置的很多地方 从而有效的祛除栓子 最重要的是动脉微栓 它是体外血进入人体的最后一个关口 27 四 过滤 28 29 五 输回体内动脉 引言 在体外循环中氧合器代替了肺的通气功能 而血泵则替代了心脏的功能 血液在体外完成氧合后必须有动力把它输回体内的动脉 因此 血泵的重要作用不言而喻 同时 它还需要满足以下苛刻的条件 必须在克服500mghg的阻力的同时提供7l min的流量泵的运转要尽可能少的损害血液细胞 减少溶血所有与血液接触的部分
13、应该是没有任何死腔的光滑表面 防止血液停滞和湍流设计简单 使用安全 测量血流量准确一旦发生断电情况 可手动操作 30 五 输回体内动脉 滚压泵是由一个内置转子的半圆形槽组成 两个泵头呈180度放置 推动血液在槽和转子之间流动 其中一个滚轴离开泵槽时 另外一个滚轴恰好进入泵槽 血液单项流动 滚压泵设计简单 价格便宜 使用方便 为各医院使用的最主要的血泵 31 五 输回体内动脉 离心泵内置磁铁在电机的带动下 使锥形叶轮高速旋转 带动液体流动液体在离心力的作用下在离心杯侧壁形成压力 由侧壁开口流出在离心杯中央形成低压区液体即可随叶轮转动进入离心杯 从而产生有效的血液灌流叶轮旋转速度越快 液体产生的离
14、心力越大 32 五 输回体内动脉 33 五 输回体内动脉 离心泵和滚压泵特点 离心泵最大的优点是血液成分破坏少 相比较滚压泵有较长的使用时间 一般最长可达1 2周 而且对于前负荷和后负荷敏感 能在一定程度内自身调节 还有灵活性 离心泵马达小 可通过导线连接在一定范围内移动 这些都在ECMO中有无可替代的优势 滚压泵流量结构简单 使用成本较低 因此在外科手术中占据了半数以上的份额 但是因为滚压过程中易对血液产生剪切力 血液破坏多 据文献显示 离心泵能有效缩短病人在ICU停留时间 减少花费 从而抵消较贵的泵头支出 还有待以后再探讨 34 结语与导读 ECMO区别于传统的体外循环 ECMO是密闭性管路无体外循环过程中的储血瓶装置 体外循环则有储血瓶作为排气装置 是开放式管路 ECMO由于是由肝素涂层材质 并且是密闭系统管路无相对静止的血液 激活全血凝固时间 ACT 120 180s 体外循环则要求ACT 480s ECMO维持时间1 2周 有超过100天的报导 体外循环一般不超过8小时 体外循环需要开胸手术 需要时间长 要求条件高 很难实施 ECMO多数无需开胸手术 相对操作简便快速 ECMO作为最新的体外支持技术 用于治疗急性呼吸衰竭和心力衰竭 是体现一个医疗机构能力与实力的关键 需要大家一起互相交流 共同进步 35 体外循环模型 36
