婴幼儿体外循环特点

婴幼儿体外循环特点（陈萍）|[<<][>>]在体外循环（CPB）心脏手术中，先天性心脏病（先心病）占据约2/3，婴幼儿占先心病手术的比例逐年上升。2004年，广东省心血管病研究所完成先心病CPB手术1000余例，其中婴幼儿占据50%。外科治疗效果的提高、死亡率的下降，使人们将注意力更多地放在降低与先心病相关的重要的发病率上。提高小儿体外循环水平在提高医疗质量，治煎率方面占有重要的地位。了解婴儿、新生儿相关解剖、认识其生理与成人之间的不同以及其如何影响儿童病人灌注过程十分关键。1解剖、生理的差异小儿与成人之间的一个很明显的不同是身体的大小。婴儿有较高的体表面积/体重比，体温调节中枢也未发育成熟，很容易出现体温的大幅度波动，CPB时降温、复温快。婴儿的心血管系统与成人的差别很大，心脏指数比成人高25%-50%,大约为2.8-3.2L/min.m2或80-100ml/kg.min,相比之下成人则为2.0-2.4L/min.m2或50ml/kg.mino婴儿脉管系统的顺应性也较大，使得CPB时灌注压力较低。紫绀型患儿主肺动脉侧枝的形成，会导致CPB中血流的重新分布，远离生命器官，即所谓的“盗血”现象。在CPB时间长的小儿，“盗血”可导致终末器官损伤的发生率增加。新生儿心血管生理特点与成人有明显的不同。出生时，两个心室的大小及室壁厚度几乎是相同的。在出生后6个月，左室变得为右室的两倍厚，以适应较高的压力和容量负荷。新生儿心脏的超微结构也未成熟，肌纤维的排列紊乱，收缩蛋白的百分含量较成人少，氧合能力很弱。出生时自主神经分布也不完全，交感神经在心脏的分布较少,心脏儿茶酚胺的储备也较少，外周血管的交感神经分布也同样不成熟。因而婴儿血管张力和心肌收缩力的调控较多地依赖于肾上腺功能、循环中或外源性的儿茶酚胺，而不是直接的自主调节。在未成熟心肌，内质网的发育极差，心肌收缩时内源性钙的释放和摄取不能进行，而有赖于经膜的钙传输以产生张力，新生儿良好的心肌收缩需要较高的血清钙离子水平。新生儿心血管系统的动力学特征也不同于成人。宫内胎儿肺血管阻力高，出生后便很快下降。而后的5-6周，肺血管阻力下降至中等水平，接下来的2-3年进一步下降。心脏缺损导致的肺血流量及压力的升高，延迟或阻止了肺血管的正常退化。即使在心脏解剖正常的小儿，生后前几个月的肺血管系统都是高度不稳定的。心脏缺损的患儿不断地经受着肺动脉高压危象的危险，低氧、高碳酸血症、酸中毒、支气管痉挛很容易地导致肺动脉压力的显著增加以及右心衰。与成人心脏相比，新生儿心脏的顺应性降低，右、左室之间的联系非常密切，一个心室的功能失常很快导致双心室功能失常。顺应性的降低也使得未成熟心脏对容量超负荷及前负荷不足都十分敏感。在心室充盈压生理范围内，每搏输出量的改变很小，相对固定的每搏输出量和低顺应性使得新生儿更多地依赖心率及窦性节律来维持最佳的心脏作功。而成人心脏对前负荷的改变更易起反应，通过影响每搏输出量的变化进而改变心输出量。未成熟心脏的左、右心对后负荷增加的耐受都很差，新生儿对容量、压力负荷的反应亦很差。一些证据表明新生儿心肌对缺血性损伤更能回复。正常新生儿心肌对缺血、再灌注损伤的耐受较强，未成熟心肌细胞对钙内流较耐受、也有大量的糖原及氨基酸贮备。然而，紫绀型婴儿或充血性心衰的新生儿实际上对缺血的耐受性十分低，这可能与基础水平底物的缺乏、心脏能量储备较少有关。新生儿对外源性应用的0-兴奋剂的反应也降低。2体外循环对生理的影响CPB对新生儿来说是一种极度状态。儿童显然比成人能够耐受CPB带来的巨大的生理侵害，用于成人的一些中度的方法也常用于儿童。深低温（停或不停循环）及重度血液稀释在小儿灌注中较为常用，低灌注压力、大幅度变化的泵流量以及血液pH管理也较常见。2.1低温实际上所有的小儿CPB都用了不同程度的低温，目的是在CPB时提供一定程度的器官保护和安全界限。低温利于心肌保护且允许较低的泵流量，可以减少血液成份的破坏。对房间隔缺损（ASD）的病人,CPB中温度可以降至32°C-35°C；对于较复杂的矫治手术，可以用中度低温（25C-32°C）；深低温（15C-20C）主要用于新生儿。深低温允许显著地降低泵流量，尤其对于特别小的婴儿，必要时降低泵流量利于暴露手术视野。停循环在新生儿比成人常用，尤其当外科治疗涉及到主动脉弓或婴儿特别小时。深低温停循环（DHCA）时插管被拔出、术野无血，允许外科更精致地进行心内畸形矫治。停循环可减少机体暴露于CPB持续灌注的时间。由于内皮细胞功能被破坏，婴儿在CPB持续灌流期间对液体的要求较DHCA增加。长时间的稀释血灌注导致未成熟心肌顺应性受损、心肌显著水肿。Kirshbom等的证据表明，进行持续CPB血流灌注的动物肺的顺应性较DHCA的动物明显下降。这些心肌和肺功能的不正常导致了氧传送的降低，并可影响手术效果。采用DHCA是为了减少CPB时间及其有害作用，减少对术野暴露的影响，在这一点上，DHCA仍有十分重要的作用。但由于循环设备和灌注技术的发展，DHCA的应用变得更具选择性。低温通过多种机制发挥对机体保护作用，最主要是通过降低代谢率和氧消耗；低温也有助于保存高能磷酸物的储备和减少兴奋性神经递质的释放；低温还有助于防止钙进入细胞内，限制膜的通透性，减少了到身体各个器官的血流。骨骼肌及四肢血流减少最多，其次是肾、内脏血管床、心、脑等器官。尽管这些血流减少，但动、静脉血氧含量差并不增加，提示氧的供给足以满足局部代谢的需求。小儿与成人相似，大脑压力流量的自我调节功能在中度低温时仍完整，可是在深低温时，正常的血管反应丧失，大脑血流呈压力依赖性，脑的流量/代谢藕联也丧失。深低温条件下大脑血流（CBF）和大脑耗氧率（CMRO）的变化不成比例，CBF随温度的下降呈线性下降，而CMR0则呈22指数下降。致使CBF在深低温时显得更丰富。常温时，平均的CBF:CMRO为20:1；深低温时，比率升为75:1。这种情况在低流量CPB2中十分重要，当温度非常低时（肛温V18C）泵流量降到10ml/kg/min都能满足大脑代谢的要求。使用DHCA主要应关注的是它对大脑潜在的损害作用。广泛的临床经验提示60minDHCA大脑是可以耐受的。Newburger等人的数据提示18°C时大约15min的停循环在精神运动方面的副作用最小。DHCA后1%-20%的小儿发生手足徐动症，易于发生在有明显的体-肺侧枝血管的患儿。新生儿CPB后的癫痫发作发生率大约为20%。脑电图（EEG）检测到的癫痫较临床观察到的更多。是癫痫本身加重了脑损伤抑或癫痫只是对脑损伤病理生理严重程度的一个反映，有待进一步研究。深低温低流量或DHCA仍将是新生儿手术管理的一个重要的、必需的工具，人们正不断努力去揭示相关生理。改善脑保护效果颇受关注的焦点是停循环前的降温方法，降温的速率以及大脑降温的效率是神经系统保护的重要因素，在停循环前须给充足的时间以保证其均匀降温。有些患儿大脑的均匀降温难度较大（如主-肺动脉侧枝形成的紫绀患儿），CPB中神经系统损伤的危险性增加。在DHCA中由于大脑处于酸中毒状态且产生了大量的代谢产物，CPB重建及复温的方法也是至关重要的，CPB重建后一段时间（10min）的冷再灌注及延迟的复温能增加脑血流速度；过快的复温合并过度高温都能加深神经系统的损伤，应尽量避免。复温时动脉血温最好不超过37C。2.2二氧化碳对小儿来说，血气管理策略较为重要，因为采用不同程度的低温，导致血中二氧化碳（CO）的水平有很大不同。CO作为一种强效的脑22血管扩张剂为人们所识已多年了。现在有两种酸碱管理策略：a-稳态或pH-稳态。采用a-稳态方法时，不向循环中加入CO，维持电化2学中性。血气检测不行温度校对（如校至37C）。在这种电化学中性的环境中，酶的作用能很好地保存。相反，当用pH-稳态管理，保持不同温度下不变的pH时，血气分析要行温度校正，以实际的体温来作报告。在这种情况下，氢离子聚集，总CO潴留增加，微循环pH2值降低，酸中毒程度增加，以致细胞内酸中毒也增加。也有数据显示细胞内pH变化很轻微。在成人，大多数证据表明CPB中CO管理无关紧要或a-稳态是2有益处的；在小儿正确的酸碱管理方法仍有争议。理论上讲，a-稳态管理具有一定的吸引力，因为维持不变的细胞内电化学中性对正常细胞的功能是必需的，采用a-稳态管理心脏的电稳定性增加（很少自发性的室颤）。采用pH稳态管理，能增加深部脑组织（丘脑、脑干、小脑）的血流，而对于停循环后脑代谢的恢复，采用a-稳态管理较pH稳态好。故一些研究者提倡“转路线”策略，即在前lOmin降温时采用pH稳态以提供最大的脑代谢抑制，继而转变为a-稳态管理以清除在深低温、pH稳态下积蓄的CO。有学者认为，pH稳态对大脑有2益有两种机制：一是pH稳态增加了大脑降温的速率；二是在DHCA期间大脑氧的消耗比a-稳态管理时明显降低。pH稳态管理能实际提高全身以及大脑的保护。2.3血液稀释及凝固CPB容量相对于婴儿的血容量来说是非常大的，CPB开始时便出现显著的血液稀释。机体调节渗透压能力明显丧失、组织急骤水肿；血浆蛋白及凝血因子的浓度明显下降；应激激素及补体的释放增加，出现白细胞和血小板的激活。在小儿应激激素的水平及儿茶酚胺的释放比成人CPB中检测到的要多得多。术后心、肺、肾及凝血系统在CPB后的功能不良与CPB后三小时C水平、较长的CPB时间、手术时3a年龄过小有关。动物实验数据显示较高的HCT（30%VS20%）及胶体渗透压能改善DHCA后脑的复苏。婴幼儿CPB后出血越来越受关注。原先存在凝血病的患儿不少见，可导致术后的止血困难。新生儿的凝血因子在数量上不足，接触因子（XH、XI、激肽释放酶原、高分子量的激肽原）、维生素K依赖因子（II、切、IX、X）以及许多抗凝因子（抗血栓素III、肝素相关因子II、蛋白C和S）的水平较低；许多新生儿术前用PGE1维持动脉导管不闭；一些病儿还存在肝素功能不良相关因子的缺少；紫绀型患儿有明显的红细胞增多症，其血小板功能以及凝血因子基线不正常。紫绀型患儿通常表现出因子II、V、⑷、训及X的下降，也有低纤维蛋白原症及纤维裂解产物的增加，这些都会导致出血过多。由于显著的血液稀释、深低温的应用及血液被暴露于非内皮样的CPB管道表面，使这些原先存在的凝血异常在CPB后显得更加明显。针对出血问题，一些研究者提倡输血时常规采用新鲜全血。当鱼精蛋白中和后出血仍很多、而外科止血较彻底时，首选治疗是采用血小板，因为常存在血小板数量及质量的不足，每10-15kg输一个单位的血小板足以纠正血小板异常。对大多数病儿，单用血小板足以使出血停止，如果输注血小板后仍出血，应考虑输入冷沉淀。Miller等表明，用冷沉淀改善较大而用新鲜冰冻血浆无改善。冷沉淀的一个好处在于，少量输入就能补充纤维蛋白原、PvonW订lebrand因子以及因子XIII水平。其他减少输血的方法集中在保护血小板功能、防止纤维蛋白原溶解、使用药物如8-氨基已酸和抑肽酶上。2.4空气栓塞空气栓塞的危险性在小儿中增大是由于在体循环与肺循环之间心内、心外交通的存在，为空气进入体循环提供了途径。显然，心内手术在儿童较成人多见。如果采用pH稳态血气管理，全脑血流量会增加，可能会有更多的栓子进入大脑。经颅多普勒研究表明，CPB时有大量栓子在脑血流中出现，尤其在某些外科操作时。栓子存在的时间、数量与结果之间的相关性在小儿病人中尚不清楚。重要的是，通过经颅多普勒监测到了脑血流速度的改变。尽管人们清楚地知道小儿病人CPB中空气栓子频繁出现，这些栓子与后果之间相关性及其意义仍需进一步阐明。2.5对其他终末器官影响婴幼儿CPB导致肺顺应性的明显下降，CPB对肺的作用被认为是由于表面活性物质被洗出、肺不张、逐渐加重的肺间质水肿、血液稀释、白细胞聚集、低温引起的内皮损伤等所导致的。补体激活在CPB后肺失功能中起重要作用，尤其在小婴儿。CPB对肾的影响是以血管紧张素、肾素、儿茶酚胺、抗利尿激素的释放为特征的，导致血管收缩、肾总血流量减少，肾血流重新分布到肾髓质。尽管短暂性的肾功能不良很常见，大多数患儿能耐受CPB而不产生肾衰，术后肾衰的主要相关因素是CPB后低心排状态以及术前的肾功衰。然而，由于肾脏功能未成熟，肾小球滤过率及髓襻的浓缩功能较低，新生儿比成人有更大量的液体潴留。如果术后不及时利尿，撤离呼吸机支持将比较困难。新生儿电解质异常较普遍，低血钾、低血镁、低血钙、低血糖或咼血糖都可能出现。在GiGeorge's综合症的小儿易出现低血钙；左心发育不良综合症的婴儿常见低血糖。新生儿心肌与成人心肌相比，对血糖有逐渐增加的依赖，低血糖可能会加重心衰。出现低血糖的原因是糖合成功能降低、糖原储备减少、全身灌注下降引起的肝功能受损。CPB中常应用类固醇激素，常导致高血糖。Steward等对34例DHCA的患儿的回顾分析提示，高血糖对神经系统有不利影响，而Boston停循环研究提示再灌注时正常血糖水平合并较差的神经系统结果，而较高血糖似乎合并较好的结果。人们推测，在未成熟大脑，由于基质的缺乏，婴儿脑缺血后再灌注期间正常水平的血糖对脑的完全恢复是不足够的。3设备用于建立小儿CPB的设备与用于成人的没有太大的差别，只是在大小上有所不同。必需的设备包括：氧合器、泵、管道、滤器、冠状吸引、插管等。插管的型号由病人的体重及心脏的异常情况来决定。动脉插管必须柔韧、耐用；插管顶端要小以利于插入且不阻碍插管周围的正常动脉血流。在相对较低的灌注压力下必须能达到足够的灌注流量。一些不常用的型号的动脉插管也应具备。例如：一个有左室发育不全综合症病人，不能在升主动脉进行插管，而是在肺动脉进行插管，通过动脉导管的逆向血流供应全身的灌注。如果一个新生儿为主动脉弓离断，主动脉插两条管是必需的：一条插在升主动脉以供应头脑；另一条插在降主动脉，为其远端的脏器提供血流。临床医生必须警惕插管的错位，可观察到血流优先去了脑循环的一侧或向下到了主动脉远端。经颅多普勒监测脑血流速度可为因插管错位引起的血流方式的改变提供早期的警告。降温时直肠降温先于鼓膜降温提示泵流量远离脑循环到其它部位去了，血流比例不恰当。小儿股动、静脉血管太小不易行插管，故对于再次手术，不可选用股-股转流建立CPB，会因灌注流量上不去使胸部生命器官出现意外的损伤。对大多数先天性心脏病的矫治，通常需要两条腔静脉插管。然而，患儿的静脉常会出现畸形，有左上腔静脉需要插管的病人也不少见。其它的变化包括单独的被中断的下腔静脉或肝静脉直接引流到一个心房腔。许多外科医生更喜欢在上腔静脉与无名静脉连接处用上腔静脉直角插管，静脉引流效果常很好，也不妨碍外科医生手术操作。插管的大小十分关键，插管太小不能提供足够的引流，太大也可能扭曲新生儿的大静脉，导致引流不佳。下腔静脉插管必须小心放置，确定其不会阻碍肝静脉回流。如果计划行DHCA，单根心房插管即可，在这种情况下，放置一个较大的静脉引流管于右房，降温后，停泵，移除插管，使手术视野暴露更清晰。插管移位在小儿灌注中尤其应予以重视。无论是静脉还是动脉插管放置不理想都会对全身的灌注带来不利的影响。如果出现了静脉梗阻，将出现低灌注压而使不利的后果更加明显。如果下腔静脉插管不当引起腹腔脏器的血管床的回流受阻，流体静力学压力会升高，导致腹水、灌注压下降进而致明显的肾、肝、胃肠功能不良。上腔静脉回流受阻将使颅内压增高，导致大脑灌注压下降以及脑水肿。经颅多普勒监测有助于探测由于插管错位引起的脑血流速度的变化。EEG是全脑工作状态的监测仪，亦有助于评价脑血流是否足够。如果大脑的灌注压降得太低，EEG的活动将测不出。而且，EEG活动也受到小儿年龄、温度的影响。联合应用EEG及经颅多普勒监测为大脑灌注的充足度提供了更全面的反映。循环管道的选择是由病人体重和所需流量来决定的。在新生儿，静脉、动脉管道都可用1/4英吋的；如果患儿较大，用3/8英吋的静脉管道有助于增加静脉回流量。为减少预充量，管道的长度应尽可能短些。氧合器可用膜式的或鼓泡式的。在小儿心脏外科，膜式氧合器的使用已成为常规。据报道美国93.5%的中心全部用膜式氧合器。使用最多的是微孔型的膜肺（中空纤维式或平板折叠式），而无孔的硅胶氧合器主要用于长时间体外膜肺支持（ECMO）。小儿氧合器必须在压积、温度、泵流量、插管压力、气流量等大幅波动时都能很好地发挥作用。血泵有滚轴泵及离心泵，滚轴泵用得最多。由于病人从滚轴泵得到预期流量，合适的闭阻十分关键，过高的闭阻会导致过多的溶血。小儿病人常用到低流量灌注，这需要血泵有精确的流量校正及监测。为了保证合适的流量，一些单位在循环管路的动脉输血管中采用超声流量计来监测流量。在新生儿及婴儿，左室减压显得非常重要，因为他们的支气管侧枝很丰富，新生儿循环量的30%在吸引系统中是很常见的。一些学者提倡在新生儿CPB中或心肌保护灌注中使用白细胞滤器以减少炎症反应。研究结果令人困惑，一些学者发现，使用白细胞滤器后心功能恢复较好：儿茶酚胺的使用减少、白细胞介导的内皮细胞的再灌注损伤减轻、术后呼吸功能恢复较好。另一些学者在使用或不使用白细胞滤器的病人中，未来能发现心肺功能、住院时间之间有差异。使用白细胞滤器可能受益的一组特殊病人是经历CPB的紫绀型患儿。最近的研究表明，在CPB开始时会出现再氧合损伤，导致心肌抑制、氧合能力下降、肺血管阻力增加。人们认为这种损伤的出现部分是由于激活的白细胞产生的氧自由基。这种再氧合损伤可以通过开始CPB时采用21%的吸氧浓度或通过使用白细胞滤器来减轻。4心肌保护由于婴幼儿病人与成人心肌解剖、生理有很显著的差别，心肌保护的策略必然会有所不同。如前所述，未成熟心肌与成熟心肌生化与结构不同。实验证据显示新生儿心肌耐受缺血及再灌注损伤比成人强。然而，心脏手术的患儿比成人易出现术后低心排。实验结果与临床经验之间的差距可能与心脏所涉及的畸形有关。心室肥厚和紫绀在许多小儿病人是常见的特征。人们发现肥厚心室心内膜下的血流是减少的，停搏前高能磷酸物的浓度是降低的。而且，许多先心病手术过程需要切开心室肌肉，这显著地改变了心脏收缩时的几何形状且导致局灶性水肿。这些因素和其它因素一起，可以解释临床常观察到的结果。小儿心脏外科心肌保护的基础是低温。对于紫绀型婴儿，因心脏的非冠状侧枝血流增加，低温尤其显得重要。全身低温允许流量降低，也减少了心肌侧枝血流。中度低温常用于相对简单的修补术，如ASD、肺动脉园锥切除术。冷纤颤是一种在小儿中应用较多的技术。只要主动脉瓣关闭完全，许多心内操作，尤其是右心的，可以在不阻断主动脉、心肌持续灌注下进行。深度低温用于比较复杂的矫治，同时行主动脉阻断及冷停搏液灌注。在婴儿多次停搏液灌注是有争议的。一组动脉调转术的病儿的研究表明多次停搏液灌注并无益处。也有证据表明，多次停搏液灌注可能会导致心肌结构和功能恢复的减弱。专家推测这种损伤的加重可能是由于未成熟心肌微血管通透性增加，导致心肌水肿。含血停搏液常用于成人，在深低温的婴儿中其有利作用可能丧失。Yong等观察了一组儿童病人采用含血的或晶体的停搏液的心肌保护临床效果，发现在心室功能、总的并发症发生率等方面两组间无差异。低温灌注时（低于10°C）,晶体停搏液与含血停搏液中能利用的氧是一样的。然而，当停搏液的温度较高（温血停搏液），使用含血停搏液明显有利。小儿病人停搏液中最佳的电解质组成仍有争议，大多数临床使用的停搏液中钾离子浓度在5-40mEq/L。为防止钙反常引起的严重损伤,停搏液中一定浓度的钙离子是必需的，但钙离子总量过高是有害的。一些实验结果表明停搏液中稍高的钙浓度对未成熟心肌比成熟心肌更有益处。对成人有益的停搏液可能对小儿的心肌保护效果很差。Kewpsford和Hearse描述了St.Thomas及Tyers停搏液对未成熟心肌较好的保护作用，而使用Bretschneider及Roe停搏液效果较差，这种差异可能是由于后两种停搏液中没有钙离子。目前对小儿最佳停搏液的理解仍十分有限，尚需进一步的研究。停搏液在主动脉根部顺行灌注是通常采用的方法。逆行灌注在成人中采用较为普通但在小儿中不常用。由于小儿很少有冠状动脉阻塞及主动脉瓣关闭不全的病变，逆灌提高停搏液灌注这一优点小儿中不明显。然而，在大多数行纠治术的患儿，冠状静脉窦易于达到，逆灌作为一种可选择的灌注方式被一些外科医生成功应用。如果在小儿采用顺行持续灌注，为保证主动脉关闭完全将会限制心脏的定位，而持续冠状窦灌注使施行畸形纠治的术野变得难以看清，故持续灌注在小儿中不常用。5撤离CPB撤离CPB在小儿与成人基本相同。在婴幼儿，未成熟心肌作功较多依赖离子钙，故钙离子的应用对优化其心肌作功十分有益。对婴幼儿来说脱离心肺机常比成人有更多的困难，首先要考虑的因素是心脏畸形是否完全纠治。不论是外科技术原因或是早先存在的心内缺损未被诊断而导致的残留的解剖缺损的存在，都会使撤离CPB变得十分困难。如果残留缺损未被修补，患儿的残病率及死亡率显著增高。心脏B超可评估修补情况。先心病纠治术后右室功能不良的出现十分常见。许多病人术前的解剖异常导致了肺血流及压力的增加，如果这些病变不能及时矫治，肺血管疾病会继续加重并导致不可逆改变。因而，撤离CPB的难易程度常随肺血管阻力降低的成功程度而定。常用来减轻右室功能不良的一个方法是人工地制造一个小ASD。对右心室及肺动脉压力过高的病儿，这个小孔是一右向左分流的通道，有