077章.体外循环
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参见附件(134kb)。
第77章 体外循环
第1节体外循环原理和用品
一、 外循环概况和原理
(一)体外循环概况
体外循环临床实践从开始至今近50年历史，当回顾Lillehei首次描述人体交叉循环(图77-1)和Gibbon首次将体外循环成功应用于患者的经历时，我们很难想象老一代学者面临的困难。再看看当今体外循环的发展，我想老一代学者亦同样难以估计当今体外循环在理论、设备、实践所发生的巨大变化和进步。目前全世界每天开展2000例体外循环手术。体外循环已广泛地用于心脏外科、胸部肿瘤手术、肾脏肿瘤的切除、复苏术、创伤、介入治疗支持、肝移植、中毒抢救等方面。
图77-1
体外循环是指将血液从左心房或右心房引出，经泵氧合注入动脉，从而为外科或其他的治疗方法提供有利条件。另外体外循环中还可进行有效的温度调控，心肌保护液的灌注，手术野的血液回收、超滤等。
由于篇幅有限，本章体外循环主要介绍三大部分：第一，机械性装置，如泵、氧合器、滤器、超滤器等；第二，体外循环的管理，如血液抗凝和拮抗、流量和压力调节等(作为体外循环医务工作者应在这二方面均有良好知识和技能)；第三，体外循环在非心脏手术中的应用。体外循环工作的开展尚需和外科医生及麻醉医生的充分配合，并需要良好的监测手段。虽然体外循环有很大的发展，但很多问题尚需不断地完善和探索。
(二)体外循环基本原理
我们用一张示意图(图77-2)简述体外循环的基本原理。未氧合的血液通过静脉管(O)从右心房(或上下腔静脉)以重力引流的方式至氧合器(H)的静脉回流室。在静脉引流管和动脉输入管道上有血气监测装置(J)，可连续监测和判断机体的氧供和氧耗的平衡情况。在静脉引流管有一流量调控装置(K)，可控制静脉回流量或心脏充盈情况。静脉回流室同时接受心外吸引(B)和心内吸引(C)的血液(或液体)。心外吸引或俗称右心吸引，一般通过吸引头(L)和滚压泵(B)将心腔外或可见视野的血液(或液体)吸至回流室。心内吸引(俗称左心吸引)一般以一特制导管(M)置于心腔内，通过滚压泵(C)将心内非可见血液吸至回流室，它可防止左心膨胀。变温器(F)，可根据患者不同情况调节体外循环管道内的温度。气体混合器(Q)可根据患者血气情况调节不同的气流量和氧浓度。体外循环中还可通过超滤器(G)排除一定的水分，使血红蛋白浓度达到合适的水平。回流室的血液通过滚压泵或离心泵(A)注入变温器和氧合器。气体混合器将一定浓度的氧送至氧合器使血液在其内发生氧合，氧合器的血流经动脉滤器(I)去除栓子，通过动脉插管(N)至患者体内，在动脉管道还有氧饱和度监测装置和气泡监测装置。动脉滤器连有压力监测装置和循环排气管道，为了心肌保护专有一滚压泵(D)和管道负责晶体和血流混合停跳液的灌注，在其管道亦有压力监测装置和变温装置(E)，图示(P)为心肌灌注针头。
图77-2
二、体外循环用品
(一)氧合器
心脏直视手术中体外循环任务之一就是将静脉血氧合成动脉血。这一过程靠人工肺(氧合器)来完成。目前主要应用鼓泡式(简称：鼓泡肺)和膜式(简称：膜肺)两种氧合器。
1. 鼓泡式氧合器
鼓泡式氧合器由氧合室、变温装置、祛泡装置、储血室所组成。
氧气经发散装置后，在氧合室内与血液混合形成无数个微血泡，同时进行血液变温，再经祛泡处理成为含氧丰富的动脉血。氧合室是鼓泡式氧合器的关键部分。发泡板由一金属碳化合物烧结而成，可透气，一侧的气体通过发泡板进入另一侧血液中即形成微泡。工艺上要求发泡板气体微泡分布均匀，通气阻力小，不透水。血气泡对血液的气体交换起有重要作用。将纯氧通过发泡板吹入血中，由于血液有一定的粘滞性，形成无数微血泡。微血泡为血液的气体交换提供了丰富的面积(图77-3)。根据气体交换的原理，因静脉血的PO2低，PCO2高，即在血泡形成过程中向气泡内摄取氧，排出二氧化碳。血气泡的大小决定着气体交换面积。随着气泡直径减小，二氧化碳的排除逐渐困难，什么是血气泡的最佳直径，目前尚无最后定论，一般是根据氧合器，呼吸商来判断，即氧的摄取和二氧化碳的排除比为0.8可视为较好的氧合器。微气泡的大小虽由发泡板的孔隙决定，但气流量对微气泡有一定影响。当气流量过大，气流阻力增加，气体冲出发泡板，不利于血气泡的形成，并可加重血液的机械性损伤。
图77-3
体外循环中因很多因素需要将温度降低，如停循环，低流量等。在体外循环结束时，又需将体温恢复到正常水平。这要求氧合器有很强的变温能力。一般情况下变温装置和氧合器合为一体。影响变温能力因素有：①原材料的导热性：这是热交换率的重要因素，金属和塑料为常用材料，其中金属导热性最为优良；②有效热交换面积：此面积越大越好，为了增加交换面积可采用多根细直径的塑料中空管道，也可在金属表面压上波纹；③血和水的温差：温差越大，热交换越好；④血和水流方向及流速：血流方向和水流方向应相反；血流越慢，变温能力越高，水流越快，变温性能越低。水流量大要求管道有较强的压力承受能力，不能有水的渗漏。为了增加热交换效能可在金属表面进行阳离子化学处理，亦可在变温器表面涂上黑色。
硅油可使微气泡的表面张力降低，使其消除。但硅油本身可形成油栓阻塞微循环，为了克服这一难题，人们将硅油附着于海棉滤网上，当血气泡流过含硅油的滤网时，血气泡消失，成为动脉血。这要求硅油在发挥祛泡作用时，不从海棉滤网上脱落，设计时塑料网的面积应适中，面积小，血气泡不能有效的消除，面积大，增加氧合器的动态预充量。
经过发泡、氧合、变温、消泡的过程，血液通过滤网进入储血室，最终通过动脉泵注入体内。储血室根据氧合器适用范围，有一定的容量。一般储血室底部为漏斗状，为精确估计容量，在储血室表面应有容量刻度。
2. 膜肺
膜肺设计是参照肺部的呼吸方式，其方式有三个步骤：(1)气体在膜一侧被吸收溶解；(2)气体在膜内扩散；(3)气体从人工膜另一侧释放出来。这一弥散过程完全是按照Fick's法则进行。大部分高分子薄膜(气体通过率D)DCO2/DO2大于12:1。硅胶膜的这一参数最接近人体肺泡膜，所以它是无孔膜肺的首选材料，其二氧化碳排除问题有待进一步完善。以后人们发现有微孔的薄膜具有很强的气体通透能力，DCO2/DO2近似于人体。血液与这些微孔膜接触时，立即产生血浆的轻微变化和血小板粘着，使微孔膜涂上一层极薄的蛋白膜，这层膜使血液自由流动，气体易于扩散，但不直接接触微孔膜，减轻了血浆蛋白的变性和血小板的粘着。应该指出薄膜上的微孔不是圆形，而是如同带状。当筛孔越小，孔面积越大时，气体交换能力越大，同时附在筛孔上的蛋白膜可承受很大的压力，不易发生血浆渗漏。中空纤维管外走血管内走气，是解决层流的最好方法，血液在流动中不是直线运动，而是不断地改变方向，使血球血浆充分混合以达到单位面积的最佳氧合，正因为这种方式的血流，大大减少了中空纤维的用量，进而减少氧合器的预充量，另外这种方式氧合可靠性高，因为管内走血一旦某一中空纤维有微栓，将使整根纤维失去氧合作用，而管外走血可将血液分流它处，纤维内走的气体由于密度低，很难产生栓塞(图77-4) ......
第77章 体外循环
第1节体外循环原理和用品
一、 外循环概况和原理
(一)体外循环概况
体外循环临床实践从开始至今近50年历史，当回顾Lillehei首次描述人体交叉循环(图77-1)和Gibbon首次将体外循环成功应用于患者的经历时，我们很难想象老一代学者面临的困难。再看看当今体外循环的发展，我想老一代学者亦同样难以估计当今体外循环在理论、设备、实践所发生的巨大变化和进步。目前全世界每天开展2000例体外循环手术。体外循环已广泛地用于心脏外科、胸部肿瘤手术、肾脏肿瘤的切除、复苏术、创伤、介入治疗支持、肝移植、中毒抢救等方面。
图77-1
体外循环是指将血液从左心房或右心房引出，经泵氧合注入动脉，从而为外科或其他的治疗方法提供有利条件。另外体外循环中还可进行有效的温度调控，心肌保护液的灌注，手术野的血液回收、超滤等。
由于篇幅有限，本章体外循环主要介绍三大部分：第一，机械性装置，如泵、氧合器、滤器、超滤器等；第二，体外循环的管理，如血液抗凝和拮抗、流量和压力调节等(作为体外循环医务工作者应在这二方面均有良好知识和技能)；第三，体外循环在非心脏手术中的应用。体外循环工作的开展尚需和外科医生及麻醉医生的充分配合，并需要良好的监测手段。虽然体外循环有很大的发展，但很多问题尚需不断地完善和探索。
(二)体外循环基本原理
我们用一张示意图(图77-2)简述体外循环的基本原理。未氧合的血液通过静脉管(O)从右心房(或上下腔静脉)以重力引流的方式至氧合器(H)的静脉回流室。在静脉引流管和动脉输入管道上有血气监测装置(J)，可连续监测和判断机体的氧供和氧耗的平衡情况。在静脉引流管有一流量调控装置(K)，可控制静脉回流量或心脏充盈情况。静脉回流室同时接受心外吸引(B)和心内吸引(C)的血液(或液体)。心外吸引或俗称右心吸引，一般通过吸引头(L)和滚压泵(B)将心腔外或可见视野的血液(或液体)吸至回流室。心内吸引(俗称左心吸引)一般以一特制导管(M)置于心腔内，通过滚压泵(C)将心内非可见血液吸至回流室，它可防止左心膨胀。变温器(F)，可根据患者不同情况调节体外循环管道内的温度。气体混合器(Q)可根据患者血气情况调节不同的气流量和氧浓度。体外循环中还可通过超滤器(G)排除一定的水分，使血红蛋白浓度达到合适的水平。回流室的血液通过滚压泵或离心泵(A)注入变温器和氧合器。气体混合器将一定浓度的氧送至氧合器使血液在其内发生氧合，氧合器的血流经动脉滤器(I)去除栓子，通过动脉插管(N)至患者体内，在动脉管道还有氧饱和度监测装置和气泡监测装置。动脉滤器连有压力监测装置和循环排气管道，为了心肌保护专有一滚压泵(D)和管道负责晶体和血流混合停跳液的灌注，在其管道亦有压力监测装置和变温装置(E)，图示(P)为心肌灌注针头。
图77-2
二、体外循环用品
(一)氧合器
心脏直视手术中体外循环任务之一就是将静脉血氧合成动脉血。这一过程靠人工肺(氧合器)来完成。目前主要应用鼓泡式(简称：鼓泡肺)和膜式(简称：膜肺)两种氧合器。
1. 鼓泡式氧合器
鼓泡式氧合器由氧合室、变温装置、祛泡装置、储血室所组成。
氧气经发散装置后，在氧合室内与血液混合形成无数个微血泡，同时进行血液变温，再经祛泡处理成为含氧丰富的动脉血。氧合室是鼓泡式氧合器的关键部分。发泡板由一金属碳化合物烧结而成，可透气，一侧的气体通过发泡板进入另一侧血液中即形成微泡。工艺上要求发泡板气体微泡分布均匀，通气阻力小，不透水。血气泡对血液的气体交换起有重要作用。将纯氧通过发泡板吹入血中，由于血液有一定的粘滞性，形成无数微血泡。微血泡为血液的气体交换提供了丰富的面积(图77-3)。根据气体交换的原理，因静脉血的PO2低，PCO2高，即在血泡形成过程中向气泡内摄取氧，排出二氧化碳。血气泡的大小决定着气体交换面积。随着气泡直径减小，二氧化碳的排除逐渐困难，什么是血气泡的最佳直径，目前尚无最后定论，一般是根据氧合器，呼吸商来判断，即氧的摄取和二氧化碳的排除比为0.8可视为较好的氧合器。微气泡的大小虽由发泡板的孔隙决定，但气流量对微气泡有一定影响。当气流量过大，气流阻力增加，气体冲出发泡板，不利于血气泡的形成，并可加重血液的机械性损伤。
图77-3
体外循环中因很多因素需要将温度降低，如停循环，低流量等。在体外循环结束时，又需将体温恢复到正常水平。这要求氧合器有很强的变温能力。一般情况下变温装置和氧合器合为一体。影响变温能力因素有：①原材料的导热性：这是热交换率的重要因素，金属和塑料为常用材料，其中金属导热性最为优良；②有效热交换面积：此面积越大越好，为了增加交换面积可采用多根细直径的塑料中空管道，也可在金属表面压上波纹；③血和水的温差：温差越大，热交换越好；④血和水流方向及流速：血流方向和水流方向应相反；血流越慢，变温能力越高，水流越快，变温性能越低。水流量大要求管道有较强的压力承受能力，不能有水的渗漏。为了增加热交换效能可在金属表面进行阳离子化学处理，亦可在变温器表面涂上黑色。
硅油可使微气泡的表面张力降低，使其消除。但硅油本身可形成油栓阻塞微循环，为了克服这一难题，人们将硅油附着于海棉滤网上，当血气泡流过含硅油的滤网时，血气泡消失，成为动脉血。这要求硅油在发挥祛泡作用时，不从海棉滤网上脱落，设计时塑料网的面积应适中，面积小，血气泡不能有效的消除，面积大，增加氧合器的动态预充量。
经过发泡、氧合、变温、消泡的过程，血液通过滤网进入储血室，最终通过动脉泵注入体内。储血室根据氧合器适用范围，有一定的容量。一般储血室底部为漏斗状，为精确估计容量，在储血室表面应有容量刻度。
2. 膜肺
膜肺设计是参照肺部的呼吸方式，其方式有三个步骤：(1)气体在膜一侧被吸收溶解；(2)气体在膜内扩散；(3)气体从人工膜另一侧释放出来。这一弥散过程完全是按照Fick's法则进行。大部分高分子薄膜(气体通过率D)DCO2/DO2大于12:1。硅胶膜的这一参数最接近人体肺泡膜，所以它是无孔膜肺的首选材料，其二氧化碳排除问题有待进一步完善。以后人们发现有微孔的薄膜具有很强的气体通透能力，DCO2/DO2近似于人体。血液与这些微孔膜接触时，立即产生血浆的轻微变化和血小板粘着，使微孔膜涂上一层极薄的蛋白膜，这层膜使血液自由流动，气体易于扩散，但不直接接触微孔膜，减轻了血浆蛋白的变性和血小板的粘着。应该指出薄膜上的微孔不是圆形，而是如同带状。当筛孔越小，孔面积越大时，气体交换能力越大，同时附在筛孔上的蛋白膜可承受很大的压力，不易发生血浆渗漏。中空纤维管外走血管内走气，是解决层流的最好方法，血液在流动中不是直线运动，而是不断地改变方向，使血球血浆充分混合以达到单位面积的最佳氧合，正因为这种方式的血流，大大减少了中空纤维的用量，进而减少氧合器的预充量，另外这种方式氧合可靠性高，因为管内走血一旦某一中空纤维有微栓，将使整根纤维失去氧合作用，而管外走血可将血液分流它处，纤维内走的气体由于密度低，很难产生栓塞(图77-4) ......
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