体外循环的概况及方法.docx
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体外循环的概况及方法
体外循环的概况及方法
北京安贞医院
一、体外循环的历史
二、体外循环灌注人员的组成及要求
三、体外循环的基本原理
四、体外循环的设备
五、体外循环的病理生理改变
六、体外循环的实施方法
体外循环的历史
1812年LaGallois提出用泵灌动脉血维持器官生命的设想,用血灌注斩下的兔头,但血凝固了。
1821年Prevost和Dumas制出去纤维蛋白的不凝固血
1828年Kay用静脉血人工循环使死亡的动物肌肉恢复活动性
1848-1858年Brown-Sequard认识到用氧合的血灌注离体动物之头,使之能保护某些神经反射
1868年Luduig和Schmidt制成可以维持恒压的灌注装置
1882年VonSchroder制成第一套鼓泡式氧合器,用空气吹入静脉血使之氧合
1885年VonFrey和MaxGruber制成第一套人工心肺机,用倾斜旋转圆筒使血成薄膜状,氧合血液并制成螺旋形的储血槽和变温器,泵如注射器。
1809年Sacobi用手间歇挤压放在动脉端的橡皮束,以产生搏动血液。
1900年LandstinerABO血型
1914年JayMcClean发现了肝素
1915年Richands和Drinker制成微孔过滤器,使静脉血通过微孔丝网,并用活塞驱动玻璃圆筒泵
1915年Hooper研制鼓泡式氧合器,灌注离体肾,研究搏动压与肾功能的关系,并发明了螺旋式氧合器(硬橡皮蝶片),灌注动物的头。
1926年Bronstein制成一种氧合器,血通过二个平行的圆筒,内有许多玻璃珠,使血氧合,用活塞泵泵血
1929年Brukhonenko用生物肺氧合血,灌注截下的狗头,可以保持几小时有反应。
1934年DeBakey发明了180度转动泵
1935年AlexisGarrel和GhalesLindberg用硼硅酸玻璃泵灌注离体器官,存活一个月,搏动灌注。
1936年两件重要事情发生
(1)肝素纯化;
(2)发现了ABO血型
1937年JohnGibbon心脏直视手术的创始人,他在短暂阻断肺动脉期间用螺旋式氧合器进行体外循环维持了狗的生命
1938年鱼精蛋白的应用,对凝血机制的控制有了主动权。
1950年Clank首次应用去泡剂A,解决了鼓泡式氧合器的去泡问题。
、
1951年Dogliotte第一次用右心体外循环为一纵隔肿瘤的病人作了手术。
1951年Andreasen和Watson发现奇静脉流原理,将上下腔静脉阻断,仅开放奇静脉回流90-?
ml/min这时心输出量仅为10-16ml/min/KG,在35分钟内动物的心和脑无功能损害。
1952年ClarenceDennis做了第一个心脏直视手术,用旋转血膜氧合器,因诊断错误死亡。
1953年JohnGibbon用垂平式氧合器和滚压泵为一个18岁女ASD病人成功的作了世界上第一例心脏直视手术
1954年Craford在体外循环下作了左心粘液瘤摘除手术。
1955年LilleheiRewell交叉循环法
1955-1956年LilleheiRewell发明鼓泡式螺旋氧合器
1956年Clowes首先将膜肺成功的应用于临床。
1956年叶椿秀开始制造人工心脏
1957年苏鸿熙用LilleheiRewell心肺机为一例6岁男孩VSD病人做了直视修补术。
1958年上海胸科医院首次用国产鼓泡式氧合器为一9岁女孩做了PS摘除术。
1965年第二军医大学做了国内第一例二尖瓣置换术。
1966年--------
1976年冷停跳液保护心肌在国内应用。
体外循环基本原理
人体静脉血(经上下腔静脉或右房、肺动脉、股静脉插管)经重力引流入氧合器(人工肺)氧合后,经过泵(人工心)灌注入大动脉,保证全身组织器官有氧合血的充分灌注,血液不经过自身的心肺进行氧合和组织灌注,外科医生仍可以在无血、静止的心脏上进行精细的手术操作。
高质量膜肺要求
1、血液氧合器和二氧化碳排出理想,氧合面积小,减少血液与异物的接触
2、血液相容性好,血液破坏小
3、变文效果好
4、预充量小
5、跨膜压差小
6、操作使用方便,易于排气
鼓泡式氧合器的功能
氧合
变温
去泡
过滤
储血
测温、取血标本、加血加药
体外循环的病理生理改变
1、生化改变
2、电解质改变
3、血液学改变
4、心脏的改变
5、脑的改变
6、肺的改变
7、肾的改变
8、肝的改变
9、血液动力的变化
体外循环的生化改变
代谢性酸中毒的原因:
1、体外循环本身是一种控制性休克,非搏动灌注引起微循环灌注不足,低血压,低流量,静脉回流不良,组织淤血,致酸中毒。
2、氧合欠佳,氧分压下降,SO2下降
3、手术失血致机内、体内血容量减少
4、库血的应用,乳酸含量高
5、予充液偏酸性
6、晶体液大量予充致过分稀释,机体缓冲能力下降
7、低温、呼吸性碱中毒造成氧解离曲线左移,低温使肝脏利用乳酸等物质的能力减弱,低温使血液粘滞度增加,微血流不畅。
8、紫绀型先心病和心功能差的病人,术前就存在不同程度的酸中毒。
呼吸性碱中毒(二氧化碳压力下降)
原因:
二氧化碳弥散能力较氧气高20倍,氧合器中不能用二氧化碳,深低温下易发生;
影响:
PC02下降,氧解离曲线左移
PCO2下降,肾保H+排K+,致K+下降
PCO2下降,致低碳酸性血管收缩,脑血流量下降。
体外循环电解质的改变:
低钾原因:
1、心脏瓣膜病人,术前用强心、利尿、激素、肾排钾多,补钾不足者。
2、代谢性酸中毒时,“钠泵”的功能受损,致细胞内缺钾。
3、呼吸性酸中毒致低钾
4、低温时钾向细胞内转移
5、体外循环中用甘露醇、速尿等
6、酮分泌增多
7、大量用含钾低的晶体液
8、合并低镁时,细胞内钾外逸
低镁原因:
使用不含镁的予充液过多。
体外循环的血液学改变:
——血小板数量减少,功能降低
——白细胞减少(嗜中性最明显),吞噬作用减退(为术前的60-70%),术后感染机会增加
——红细胞破坏,游离血红蛋白增加
——纤维蛋白元减少,溶纤维蛋白活力增加,白细胞、血小板破坏后释放出溶解纤维蛋白致活因子,PH下降,促使溶纤维蛋白活力增强
——血浆蛋白变性,释放出游离脂肪酸,使血管内血细胞凝集,引起广泛毛细血管栓
——DIC(弥漫性血管内凝血)
机理:
1、CPB致血细胞破坏,释放出促凝物质
2、红细胞破裂释放出红细胞素,可促进凝血酶的形成。
体外循环的心脏改变:
1、阻断冠状动脉血运,心肌缺血
2、血液平衡不好,左心引流不畅,心脏膨胀
3、心肌缺血后再灌注损伤:
心肌细胞内水肿
心肌微血管损伤
细胞内钠储留
心内膜下血流不足
ATP下降,CA2+内流,K+下降
线粒体结构变化
心肌收缩带坏死
体外循环脑的变化:
——PCO2下降致使血管收缩,血流量减少,PaCo2在20mmHg以下时,脑血流量可以减少40-50%;氧解离曲线左移,使氧从血红蛋白释放发生障碍,致脑缺血、缺氧
——上腔静脉回流受阻会引起脑淤血、脑水肿、颅内出血
——动脉流量低,灌注压低
——氧合不良
——过度稀释易致脑水肿
——脑栓塞、微血栓、脂肪栓、硅油栓、异物栓、气栓
体外循环肺的改变:
1、肺水肿
2、肺充血
3、肺泡出血
4、肺泡萎陷
5、肺不张
6、灌注肺:
原因
(1)紫绀型先心病(F4),侧枝循环多,支气管动脉分流量增加(20-50%);
(2)栓塞;(3)血管活性物质释放,使肺毛细血管通透性增加
(4)灌注时肺组织本身缺血、缺氧
体外循环肾和肝的改变:
1、可能发生少尿、无尿,肾功能衰竭:
低血压,低流量灌,血氧合不良,非搏动血流,大量红细胞破坏产生游离血红蛋白,各种栓塞,酸中毒,肾上腺素及肾素等。
2、可能发生肝静脉压增高:
下腔静脉插管太深
3、可能发生术后黄疸:
肝功能在低温下受抑制,红细胞破坏太多
体外循环的血液动力学变化:
——低血压原因:
血容量不足,静脉引流过多
大量血液稀释,血液粘滞度过低
儿茶酚胺、肾上腺素稀释
上下腔静脉插管过粗
低温影响血管的调节反应
——脉压差消失原因:
非搏动血流灌注
影响组织器官灌注
微循环内血液淤滞
——机体各脏器、各部位血流分布改变
免疫功能改变:
补体系统是体内重要的免疫防御系统之一
CPB后常有不同程度的补体激活及破坏
可影响机体防御炎症作用
其激活产物可以使毛细血管通透性增加
凝血紊乱
间质积液
白细胞上升
发热
肺功能不全
补体激活的主要因素:
尼龙制品及其他材料
肝素——鱼精蛋白复合物
再灌注损伤
中性白细胞通过体外循环管路被激活
微循环淤滞微血管阻塞
白细胞隔离心肌纤维坏死
血管痉挛线粒体断裂
器官损坏核染色质聚集
组织间隙水肿肺血管内膜损伤
释放趋化因子
中性白细胞释放
蛋白水解酶氧代谢(氧自由基)
反应种类
明胶酶弹性硬蛋白酶O2H2O2OH-
成胶质酶
作用于细胞外基质引起细胞和线粒体膜的脂质过氧化
损害细胞功能和结构细胞失去完整性
细胞不可逆损伤
死亡
停跳液
140例DVR,术前心功能Ⅲ—Ⅳ级者100例(71.4%),CTR平均0.62。
心肌缺血76-346分钟,结果51例(36.4%)自动复跳,87例(62.1%)电击复跳,术后低心排34例(24.3%),死亡16例(11.4%)。
194例F4根治术,心肌缺血平均115分钟,自动复跳率达81.4%,术后26例(13.4%)发生重毒低心排,26例(13.4%)死亡
手术种类及心肌缺血情况
手术种类
例数
凝血时间
180-240分钟
大于240分钟
AVR+MVR
17
15
2
F4根治
6
6
TAPVD纠治
3
2
1
AVR+MVP
2
2
DORV纠治
2
2
AVR+TVR
1
1
MVR
1
1
CABG
1
1
PDA缝合
1
1
合计
34
27
7
复跳情况
手术种类
例数
自动复跳例数%
AVR+MVR
17
4(23.5
F4根治
6
5(83.3%)
TAPVD纠治
3
3(100%)
AVR+MVP
2
1(50%)
DORV纠治
2
2(100%)
AVR+TVR
1
0
MVR
1
1(100%)
CABG
1
1(100%)
PDA缝合
1
0
合计
34
17(50%)
低心排情况
手术种类
例数
低心排例数
轻
重
AVR+MVR
17
5(29%)
2(12%)
F4根治
6
2(33%)
2(33%)
TAPVD纠治
3
2(67%)
1(33%)
AVR+MVP
2
1(50%)
DORV纠治
2
2(100%)
AVR+TVR
1
MVR
1
CABG
1
1(100%)
PDA缝合
1
合计
34
12(35.3%)
6(17.6%)
死亡原因
心包填塞,心律紊乱:
1例
术后5天突发室颤:
1例
石样心:
1例
灌注肺、低心排:
1例
不复跳、出血:
1例
例1:
PDA+主A瓣狭窄,转流75分钟时出血,深低温21℃,升主动脉阻断前52分钟内灌注二次停跳液,后218分钟内,未灌停跳液,总心肌缺血时间270分钟,后60分钟内逐步复温至37℃,开升主动脉,电击十次不复跳
例2:
DVR,术前AS,左室肥厚,心功能Ⅲ—Ⅳ级,阻断346分钟,逆灌停跳液共8次,后2小时内未灌停跳液,后100分钟复温,开升主动脉后不复跳,石头心
例3:
DORV纠治,阻断266分钟,降温达25℃,停跳液灌9次,自动复跳,术后恢复良好
例4:
CABG术,阻断251分钟,停跳液灌9次,电击二次复跳,第二次因止血阻断44分钟,自动复跳,术后发生轻度低心排,经治疗后好转。
讨论
(二)本组存活者心肌缺血时间最长达:
F4根治203分钟、
DVR242分钟
CABG251分钟
DORV纠治266分钟
双瓣置换自动复跳率比较:
逆灌组5/2917.2%
顺灌组46/11141.4%
搭桥例数自动复跳率
安贞ⅠⅡ号1479%
托马氏液2843%
小结:
安贞ⅠⅡ号停跳液2430例临床应用,自动复跳及电击一次复跳率达89%,对长时间缺血手术及较复杂心脏手术的心肌保护效果确切良好,对心肌血运阻断4小时左右的心脏手术,有较大安全性,为心外科医师开展复杂心脏手术提供了重要保证。
临床心脏超微结构检查及血清酶检查资料均提示心肌保护效果良好。
离体鼠心用一号停跳液灌注后缺血240分钟,再灌注15分钟,心肌保护作用良好,与临床结果符合。
补体激活的机理
CPB时,补体系统激活的主要通过交替激活途径、内毒素、某些多糖、尼龙等物质可以激活血清中的C3激活剂前提转换酶原,又称“凹C3,PA”或“B因子”,激活后的B因子分解成a.b两片段,a段又称为C3激活剂,因此C3及其片段是评价CPB中补体系统激活的重要测定指标之一。
——体外循环人员组成及状况
——学习内容
——如何学好体外循环
1、掌握理论知识
2、大量实践
3、总结经验、深化认识
4、学习现代化设备的应用
5、学习国内外先进经验
体外循环的设备
(一)
人工心(血泵):
上海3型人工心肺机4泵
天津人工心肺机4泵
COBE人工心肺机搏动3泵
SARNS人工心肺机搏动4泵
STOCKERT-SHILEY人工心肺机搏动4泵
设备
(二)
鼓泡式人工肺(氧合器)
西安Ⅰ型
西京—80型87型
广州Ⅱ型Ⅲ型
长春JFR—Ⅱ型
天津袋
上海曲管(多功能)
SHILEY
BENTLY
HARVEY
POLYSTAN
GAMBRO
模式肺(氧合器)
上海AL—2型聚丙烯中空纤维型
BENTLYCM-40型,BCM7型
SHILEYM2000型
COBECML,VPCML型
SARNS
UNIVOX
TERUMO
CAPIOX—E
设备(三)
心脏切口血液回收器
动脉过滤器
其他过滤系统
广州,西安,西京,
上海,长春,天津
SHILEY,BENTLY
自制(60U)
广州(40U)
宁波(40U)
西安(40U)
SHILEY(20U)
BENTLY(25U)
顺德(40U)
咸阳(40U)
长春(40U)
输血过滤器
输液过滤器
予充液过滤器
停跳液过滤器
氧合过滤器
设备(四)
变温水箱:
上海,天津
SARNS,STOCKERT
变温器:
天津,POLYSTAN双套筒
各种氧合器内变温器
动脉供血路测压表(泵压表)
管路与接头
动静脉插管,左右心吸引管
停跳液灌注管
监护系统
安全系统
血液变温器德类型:
血槽夹层型,套筒型(单双),多管型,波纹管型,平板型,平面折叠型
CPB监测
13。
混合静脉血氧饱和度
SVO2,PVO2均作为组织灌注是否充分德一个指标
SVO2受温度、PH、PCO2影响
SVO2大于65—70%
14,氧和二氧化碳流量:
15,血钾
K+4.5-5.5MMOL/L
低钾原因:
稀释性利尿,利尿剂的应用,醛固酮,呼碱,低温,术前低钾,低镁
定期监测调控
16,血球压积,血色素
HCT:
20%15%
HB:
7G%6G%
定期监测调控
17,周围组织循环情况
头、面、口唇、肢端颜色,球结膜,腮腺水肿
18,肝素抗凝和鱼精蛋白中的肝素
全凝血时间,部分激活凝血酶原时间
全血激活复钙时间,凝血弹性描记图
ACT方法、数值
重新合成水蛭素抗凝
19,其他生化指标
NA+136—145MEQ/L
CA2+4.5—5.5
MG2+1.5-2.5
血色素80--120
动脉血乳酸0.47—0.78
静脉血乳酸0.76—1.25
20,动静脉管路情况:
气泡,摆动
安贞医院ⅠⅡ号心脏停跳液的研制及临床应用研究
心脏停跳液是心血管外科手术中的重要药品,已经得到广泛应用,但处方各异,我们以托马氏医院液为基础,改良设计了安贞医院的ⅠⅡ号停跳液。
自1984年以来,经过2430例临床应用,17例心脏手术前后血清CPK,CPK-MB测定,27例心脏手术,心肌缺血前后的电镜检查,证明停跳液的心肌保护效果良好。
灌注方法
首次灌注Ⅰ号停跳液,经主动脉根部或左右冠状动脉,或冠状静脉窦逆灌10-15ML/KG,以后每间隔30分钟或出现心电活动时再灌注Ⅱ号停跳液10ML/KG,顺灌压力80-100MMHG,逆灌压力40-50MMHG。
灌注后心脏静止,ECG呈直线,心温15℃以下。
17例心脏手术,其中F4根治术5例,VSD修补术5例,MVR4例,其他手术3例,心肌缺血16-124分钟,手术前后测定CPK,CPK-MB。
27例心肌缺血前后超微结构检查
——19例(先心病16例,风心病3例),心尖部取心肌组织
——8例(F4四例,二尖瓣病变4例),分别在右室壁及左心房壁取标本。
表2430例心脏手术复跳情况
手术种类
例数
自动复跳例数
(%)
电击一次复跳例数
(%)
电击二次复跳例数(%)
不复跳例数
(%)
F4根治
288
253(87.8)
32(11.1)
3(1.1)
--
VSD修补
825
605(73.3)
158(19.2)
62(7.5)
---
DVR
148
62(41.9)
50(33.8)
34(23)
2(1.3)
MVR
341
180(52.8)
97(28.4)
64(18.8)
---
CABG
14
11(78.6)
2(14.3)
1(7.1)
---
其他
814
495(60.8)
220(27.0)
98(12.0)
1(0.1)
合计
2430
1606(66.1)
559(23.0)
262(1.08)
3(0.1)
一组33例患者心肌缺血180-346分钟,平均213分钟,结果18例(55%)自动复跳,10例术后发生低心排,7例发生重度低心排,手术死亡9例(27%)。
本组F4根治术、DVR、右室双出口手术存活者,升主动脉阻断时间最长分别达203、242、266分钟,术后恢复良好。
140例DVR,术前心功能3-4级者100例(71.4%),CTR平均0.62,心肌缺血时间76-246分钟。
结果51例(36、4%)自动复跳,87例电击复跳,术后低心排34例,死亡6例。
194例F4根治术,心肌缺血平均115分钟,自动复跳率达81.4%,术后26例(13.4%)发生重度低心排,26例(13.4%)死亡。
12例马凡综合征行BENTALL手术,术后无低心排,仅一例出血死亡。
64例需要第二、三次转流的病例,自动复跳率分别为,53%,33%,50%,术后37例(57.8%)无低心排出量,手术死亡13例(20.3%)。
表319例心肌缺血前后线粒体及糖原变化
例
数
线粒体(例数)
线粒体嵴(例数)
糖原(例数)
丰富
中等
少量
肿胀
溶解
断裂
平直
极丰
丰富
中等
少量
缺血前
19
15
4
0
4
6
1
5
0
12
3
4
缺血后
19
14
4
1
6
3
4
8
2
10
3
4
讨论
一、临床应用效果
1、自动复跳率较高
2、长时间心肌缺血效果好
3、复杂手术的心肌保护效果好。
二、17例心脏手术后CPK、CPK-MB值低于或接近西安医学院及ROBERTS报告的数值。
术后1日CPK-MB均值的比较:
1、心肌缺血时间大于30分钟者:
西安N=2335(U/L)
安贞N=1429(U/L)
2、按心脏切口不同分组
心室切口心房切口
西安33(U/L)28(U/L)
安贞31(U/L)24(U/L)
表4术后1日CPK-MB均值比较
例
数
平均缺血
时间(分)
CPK-MB均值
术后1日
2日
3日
ROBERTS
40
84
36±6
15±5
4±1
安贞
17
71
27±15
19±10
5.8±3
讨论
三、27例心肌缺血前后超微结构检查,提示缺血前后心肌无明显改变。
小结:
安贞ⅠⅡ号停跳液2430例临床应用,自动复跳及电击一次复跳率达89%,对长时间缺血手术及较复杂心脏手术的心肌保护效果确切良好,对心肌血运阻断4小时左右的心脏手术,有较大安全性,为心外科医师开展复杂心脏手术提供了重要保证。
临床心脏超微结构检查及血清酶检查资料均提示心肌保护效果良好。
停跳液成分:
CPB方法:
选择流量的依据:
1、年龄:
50-200ML/MIN/KG
2、体温
3、血液稀释度
4、病种:
F4分流量大者
5、按耗氧量计算:
灌注量=7.46*体重(KG)*基础耗氧量/HB*(SaO2-Svo2)
基础耗氧量
体重(KG)基础耗氧量(ML/KG/MIN)
108.65
206.80
305.40
404.50
504.10
603.75
703.70
803.65
低温下最低动脉流量安全范围
温度(鼻温℃)流量(L/MIN2)安全视限(分)
281.6120
280.520
260.530
220.545
停循环时间的安全范围
温度(鼻温℃)时间(分)
2820
2630
2145
1960
灌注不足的常见原因
1、心肺机问题
2、泵管压紧度太松
3、灌注流量计算错误(体表面积算错)
4、氧合器、变温器、过滤器等内有栓塞
5、动脉灌注管细长、扭曲、梗阻
6、动脉插管口径太细,升主动脉钳夹住软质主动脉插管,股动脉插管纱带勒的太紧,动脉插管入夹层,方向不对。
7、静脉引流管太细,静脉插管插入过深,静脉引流管扭曲,静脉钳未打开。
8、患者身体与氧合器静脉血入口之间垂直距离太小。
9、腔静脉阻断纱带在静脉插管之前勒住腔静脉。
10、周围血管阻力太大
11、末稍阻力下降过多,体内血容量不足
12、有未查出的PDA,未处理,F4侧枝分流量太大。
灌注不足的表现:
1、PaO2PvO2BE负值,PH偏酸
2、PaO2
3、动脉压低,小于50mmHg(低温时例外)。
4、尿小于1ml/Kg/h
5、已用充分肌松剂,仍有自主呼吸。
6、面部紫胀,球结膜充血,CVP上升
7、泵压升高
8、动脉、静脉管发生震动、摆动
9、温差太大(除外温度电极问题)
10、静脉引流过多,动脉流量不足,氧合器液面升高,体内缺血
搏动血流灌注(非同步、同步搏动)
1、符合生理
2、降低周围血管阻力
3、增加冠状动脉血流量
4、预防弥散性脑细胞损伤综合症
5、肾供血改善
6、血栓素的增加低于非搏动灌注。
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