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1、第九章 搏动血体外循环要点：l 在体外循环技术应用于临床之前搏动血流对于维持正常生理功能的重要性就早已被认识。l 搏动血流可维持毛细血管开放，脉搏对细胞外液体交换及维持细胞代谢起到重要作用。l 滚压泵是最常用于搏动压力，但其压力曲线很少与生理性搏动压力曲线相似。l 关于搏动体外循环灌注对器官功能有益作用的文献报道，观点常互相冲突。但没有文献表明搏动血流时有害的。l 搏动血流对于肾脏、肠道、脑益处最大，这在高危病人表现更明显。l 将来通过泵和插管的改进，能够产生真正生理性的搏动压力，我们将真正阐明搏动血流的益处。 一、引言1954年，Gibbon 进行首次体外循环心内手术，这一成就是多年来相关工
2、程学、药理学及外科学发展的顶峰。1916年，Mclean发现并提炼出肝素这种有效的抗凝剂，离开诸如此类发现，体外循环技术根本无法开展。其他技术成果如：有效的氧合器、外科手术技术的进步以及支持心脏手术循环的泵技术，均远远早于体外循环的临床应用。这些技术发展使当今的体外循环成为一套应用安全、流程完备的技术，然而，自首例体外循环手术以来许多争议一直持续。例如，动脉端过滤器和低温对于搏动灌注是否必要或呵护要求，这类问题今天依然未有定论。这些都是体外循环相关研究的焦点，至今仍吸引众多研究者的关注。二、搏动灌注的发展史体外循环灌注血流应是搏动性还是非搏动性的争论，在体外循环技术发展的最早期就被提出。在体外
3、循环技术应用于临床之前搏动血流对于维持正常生理功能的重要性就早已被认识19世纪后期，研究离体器官功能的生理学家，应用各种创新性的手段，试图模拟正常生理血流及压力变化。Bregman在本书的早期版本（1991）中详尽的描述了这套由钟摆式撞锤、挤压板和凸轮驱动的泵装置构成的灌注系统，这一设计的目的就是向灌注血流传递“脉搏”。应用这些灌注系统进行的研究，使我们很好地了解到搏动血流对维持器官正常生理功能的作用。Hamel(1889)认为，搏动血流是维持离体肾功能的关键。上世纪早期，Hooker(1910)应用一套可部分模拟搏动血流的凸轮驱动泵，研究离体肾的肾血流与尿的生成。他发现，增加搏动压力变化幅度
4、，可使肾血流及尿排量增加。体外循环的临床应用为搏动血流的研究提供了独特的机遇：研究者有能力研究适度控制的血流环境下病人的波动血流作用。基于这种考虑，设计出了许多可提供搏动血流的泵系统以供临床使用。对造成过度溶血的担心、设备工艺的复杂性以及不支持搏动血流的研究发现（Wesoliwski，1950）阻碍了这一技术的发展和临床应用，并使非搏动灌注主导了体外循环的临床应用。但此后的搏动血流研究仍未止步，并且借助了许多20世纪后期发展的技术。许多研究者在体外循环灌注中采用球囊泵产生搏动血流。（Berger和Saini,1972;Pappas,1975;Biddle,1976）。但同样由于担心出现严重溶血
5、及设备工艺的复杂性，限制了这一技术的广泛应用。上世纪70年代中期，德国Stocker公司制造了一种搏动血流的滚压泵，它具备临床设备所需的所有特征：熟悉易用、简便、安全。这种搏动滚压泵的出现引发了人们对搏动血流的新兴趣，深入的研究和技术的发展持续至今。三、搏动灌注的泵系统为临床体外循环设计了很多血泵，其中一些可以提供搏动血流。在本书的早期版本，Bregman将这些泵分为两类：容积式泵和动力泵。容积式泵又分为滚压泵和心室泵；动力泵分为离心泵和涡流泵。1、容积式泵1.1滚压泵：滚压泵可能是临床医生最熟悉的，也是在其他医学领域（如肾透析），应用最广的血泵。滚压泵应用简单的“挤奶”原理，通过挤压一段已知
6、直径和长度的管道来供血。（见图9.1）滚压泵有两个反向运动的泵头，以保证“正压”血流，并可防止血液反流。在非搏动模式下，滚压泵匀速运转，输出连续血流，输出流量和压力曲线上只有一个小波幅出现（图9.2），小波动来源于滚压泵头与泵管接触与脱离的过程。滚压泵可以通过泵头的快速加速和减速来提供搏动血流。早期研究者就发现通过调整滚压泵的这种工作方式，可产生适当的搏动。然而，由于临床医生担心滚压泵的这种搏动模式会导致难以接受的严重溶血，这一技术的发展受到了阻碍。上世纪70年代中期，位于德国Munich的Stocker公司将步进马达技术由于临床血泵，再次引发了对于搏动血流滚压泵的兴趣。低重量、低惯性的泵头使
7、泵头的位置和速度可全程调控。这种供临床使用的新博动泵技术成熟，易于操作。前期研究表明，备受担心的严重溶血并未出现（Taler等，1978）。应用这种搏动泵进行灌注的病人的血压曲线具备所有生理血压曲线的特征：波幅、频率和波长，但其曲线与生理曲线鲜有相似之处。（如图9.2）这种可提供搏动血流的血泵的主要优势在于，它具有常规滚压泵具有的一切优点：熟悉、易于操控和安全。图9.1 ？没有图滚压泵头。滚压泵保证了体外循环的安全和有效。滚压泵以简单的“挤奶”原理工作，安全高效。图9.2 ？没有图搏动灌注和非搏动灌注病人的动脉压波形。非搏动灌注压力曲线的小波动来源于滚压泵头与泵管接触与脱离的过程。图9.3 H
8、ammersmith 医院手术演示室里的Stocker搏动滚压泵。这种泵彻底改革了搏动灌注的方式，这一成就主要归功于他的低惯性泵头和步进马达技术。1.2心室泵：心室泵又称往复泵，它以非常接近心脏自身工作的方式运转。它与心脏有共同的工作原理，在射血期压缩囊内或心室内的血液。当腔内压力达到峰值，泵开始工作，单向活瓣打开，血液在跨瓣压差的作用下从出口活瓣射出。充盈期依赖储血囊入口在射血期末的压力变化，囊内产生负压。这一负压来自于对撤除对液囊的压缩。（图9.4）这种泵复杂的特性，连同高昂的费用，阻碍了它的临床应用。其被动充盈系统单独依靠输入口处的压力变化驱动，这决定它无法与目前临床应用的体外循环系统兼
9、容。这种泵极其难于在传统的体外循环回路中安置，它必须置于回流室下方，以保证被动充盈，由于以上原因，被动充盈式心室泵只被用于心室辅助装置，主要是利用其血流动力学优点。主动充盈式心室泵为体外灌注提供更好的选择。在充盈期，液囊主动充盈，这使泵在循环回路中的位置不再受限。这类系统在临床研究中的表现非常成功（Ealdenberger,1997;Mutch,1998）。然而其昂贵的价格阻碍了其临床应用。这种心室泵所必须的活瓣装置相当昂贵。尽管它能产生真正的搏动血流（图9.5），但因其价格，应用非常有限。图9.4 两种心室泵的模式图，主动充盈泵（A ,B）被动充盈泵（C,D）在射血期（A和C）两者工作原理相
10、同。它们的区别在充盈期，（B和D）主动充盈泵驱动轮与驱动杆仍保持偶联，驱动轮向射血期相反方向转动，将压缩板主动“拉”回原位。腔内即产生负压，随后充盈。而被动充盈泵，驱动轮与驱动杆分离，依靠入口端的峰压充盈。图9.5 应用心室泵灌注的病人动脉血压曲线，接近生理曲线。 图9.6 典型的离心泵头，泵头可与驱动设备分离。可以看见泵头内的涡轮和其底部的驱动磁铁。1.3动力泵：动力泵是一种负荷感受型泵，它通过涡轮旋转增加泵头入口处的血流速度来提供灌注血流。（图9.6）许多因素影响动力泵的血流，包括压力、阻力和涡轮的转速。动力泵是真正的非搏动泵，输出压力曲线毫无搏动血流特征，也没有滚压泵那样的小波动。然而应
11、用这一系统产生搏动血流的尝试取得了一定程度的成功。为了产生搏动血流，动力泵需要快速加速，但这也可能会引起难以接受的严重溶血。但许 多研究都未发现这种令人担忧的情况发生。（Takami,1996;Tayama,1997） 然而，搏动离心泵的临床应用发展缓慢。许多搏动离心泵的前期研究结果也不鼓励其应用。一些研究者发现其很难产生接近生理状态的搏动血流。一些前期研究则发现这种泵没有搏动滚压泵灌注所具备的优点。不过，最近的研究过多的是鼓舞性的结果。Orime等发现新式的Jostra离心泵，提供的搏动血流和搏动滚压泵一样可改善肝、肾微循环。动力泵或离心泵正常工作条件下是真正的非搏动泵。但随着电机的革新和发
12、展，也可以提供一定程度的搏动血流，加之这一设备的内在安全性，促进了其在搏动灌注领域的临床应用。（Ninpmiya等，1994）四、搏动血流的生理效应体外循环中搏动血流的作用，可被分为两方面：血流动力学和代谢作用。尽管大多数证据支持搏动血流在体外循环中的应用，目前还没有证据反对它的应用，但机体的血流是一个复杂的系统，目前还未全面了解，还存在很多争论。1、搏动血流的血液动力学效应搏动血流的血液动力学效应最快被临床医生认识。一项研究表明，全身血管阻力与血流模式有关，而行搏动灌注的病人更易维持生理水平的血管阻力。1980年Taylor确认了这一效应，他的研究证实，非搏动灌注的病人常常发生进行性的血管收
13、缩，如不处理，可在术后对病人造成严重危害。（图9.7）因而，对于这些非搏动灌注病人，需要通过药物干预这样的血管收缩。他同时发现，搏动灌注病人无此类术后并发症，无需药物干预。虽然，通过药物调节这种血管收缩非常成功，但显然通过搏动灌注预防其发生，较之药物治疗，是更为满意和符合生理的解决方法。搏动血流维持这种血流动力学状态的机制是复杂的，仍未完全了解。许多因素与非搏动血流所致的血管收缩有关，包括肾素-血管紧张素系统的激活，儿茶酚胺、后叶加压素的释放，局部组织的缩血管神经。然而，要理解为何不同的血流灌注模式会引起病人不同的生理效应，就必须追寻这两种组织供血方式的本质区别。图9.7 两组病人的全身血管阻
14、力（SVR），一组是搏动灌注组（-，n=50），另一组是非搏动组（-，n=10）两组SVR在灌注中均上升，且维持至术后。但非搏动灌注组SVR明显高于搏动组。两组数据存在显著差异，说明搏动组有更适当的SVR. 2、搏动血流的微循环效应Burton（1954）指出，当动脉血压在收缩后衰减时，微循环中血液继续流动，直至毛细血管前动脉内压力达到临界关闭点时，毛细血管内血流停止。他进一步证实了，搏动可延长毛细血管开放和血液流动。这一概念成为“搏动血流是最佳血流模式”理论的基础，并可解释许多我们已经认识到的搏动血流的优点。早在1938年，McMaster就发现血流无搏动时，淋巴回流减少。Ogata等（10
15、60）证实毛细血管的流量与直径与脉搏有关，而与总血流量和平均压无关。1960年，Takeda证实一种毛细血管网的广泛萎缩与无搏动血流所致的毛细血管关闭和血流减少有关。临床发现的非搏动灌注所致的外周阻力增加，与毛细血管直径减小和毛细血管的关闭有关。这表明搏动压力是搏动血流维持外周血管开放的关键因素。Shepard等认为即使临界关闭压力的观点是正确的，搏动血流传递至组织的能量对维持外周血管开放有重要作用。他们通过数理模型模拟，发现在平均流量和压力相同的情况下，搏动血流的能量是非搏动血流的2.4倍。Shepard等指出搏动血流对维持毛细血管开放有重要作用；而脉搏本身也有助于细胞外液体交换和细胞代谢的
16、维持。Parsons和McMaster研究兔模型发现，非搏动灌注可使离体兔耳水肿，而搏动灌注不会发生。他们还发现搏动灌注的兔耳对照染色清楚更快，这表明搏动血流增强液体交换和廓清率。Prior等认为脉搏维持毛细血管水平液体交换有重要作用，而平均压只对维持液体平衡有作用。毛细血管水平的脉搏压力结构与平均血压，血液和组织间隙渗透压都是维持液体平衡和细胞水平营养物质交换的重要因素。这些理论基本符合Starling原理，只是Starling为认识到脉搏的重要作用。搏动血流对于维持正常生理功能的重要性可能主要因其微循环效应。越来越多的实验和临床研究支持这一理论。 3、搏动灌注的代谢效应搏动对于代谢的重要作用是几十年来的研究焦点，一些有价值的文献陆续发表。通过各主要器官系统功能和结构的深入研究，科学家在大多数重要器官系统的研究中证实了搏动对于代谢的重要作用。4、博动灌注与肾脏
