成人体外循环模型中不同压力及流量对动脉滤器排气管分流量的影响

段 欣,刘 刚,李青峰,唐 跃,于 坤,龙 村,吉冰洋

在体外循环中,患者的心肺功能需要由人工心肺机来替代。人工心肺机需要提供足够的血流来维持体外循环期间人体内环境和血流动力学稳定。如果血流灌注达不到人体需求,会导致组织器官缺氧,进而导致高乳酸血症。研究发现高乳酸血症与术后死亡率呈正相关[1-2]。临床工作中,灌注师主要根据人工心肺机的流量显示,对灌注流量进行调整。有实验研究发现,在体外循环侧路开放状态下,特别是在低流量高循环阻力时,人工心肺机显示流量较实际流量高 40%～83%[3-4]。临床体外循环中,动脉滤器排气管通常处于开放状态,这会对灌注患者的动脉管路造成一定的分流。如果分流量超过一定范围,而没有对泵流量进行调整,就会导致低灌注发生。Wang等[4]通过模拟婴幼儿体外循环模型,在不同流量和压力下记录了动脉滤器排气管的分流量及分流率。

本研究通过模拟的成人体外循环模型,在不同泵流量和滤器后压力下,观测动脉滤器排气管开放时对体外循环管路的分流量。

1 材料和方法

1.1 试验方案 体外循环系统由Stockert SⅢ型人工心肺机(Sorin Group,Munchen,德国),Stockert SⅢ型变温水箱 (Sorin Group,Munchen,德国),Maquet成人膜式氧合器(Maquet Cardiopulmonary AG,Hirrlingen,德国),成人动脉滤器(Fly,宁波,中国)组成。1/2英寸的硅胶管置于滚压泵中,膜式氧合器两端连接 3/8英寸管路。动脉滤器排气管(直径 3/16英寸)连接动脉滤器与静脉回流室。管路预充由志愿者捐献的 800 Ml肝素血以及 500 ml乳酸林格液。nova血气分析仪(Nova Biomedical,Waltham,MA,美国)检测红细胞比容 0.21。使用一个滚压泵泵头挤压住动脉管路的远端,使动脉管路维持一定的压力。本试验模拟的动脉管路压力范围是 120～220mm Hg。通过 Stockert SⅢ型变温水箱维持循环管路的温度在 36℃。管路的排气和其他操作步骤同临床标准操作。模拟成人体外循环管路见图1。

图1 模拟成人体外循环示意图

1.2 试验设计 我们模拟了临床中常用的5种不同泵流量(3 000～5 000 ml/min,每次增加 500m l/min)以及 6种不同的滤器后压力(120～220 mm Hg,每次增加 20mm Hg)。记录动脉滤器排气管开放状态时对动脉管路的分流情况。

1.3 流量监测 两通道 TS410流量计(Transonic Systems Inc.,Ithaca,NY,美国)由两个 3/8流量探头分别置于氧合器前和滤器后,测量滤器前后的流量。不同状态下的分流量通过氧合器前流量减去滤器后流量得到。在不同状态下的分流率则通过公式计算:分流率(%)=[(氧合器前流量-滤器后流量)/氧合器前流量]×100。所有试验重复 3次。

1.4 统计分析 采用 SPSS 13.0软件进行统计分析,所有变量采用均数 ±标准差(±s)表示。多重比较采用 Tukey test。P＜0.05认为具有统计学意义。

2 结 果

分别记录动脉滤器排气管压力,氧合器前和滤器后流量,然后计算在不同滤器后压力及流量下的分流量和分流率。

当泵流量不变的情况下,滤器排气管分流率随着滤器后压力的增加而升高。当滤器后压力恒定时,分流率会随着流量的增加而降低。当滤器后压力 220 mm Hg,泵流量 3 L/min时,排气管处分流量达到 1 L/min,分流率为 33%。然而当泵流量提高至 5 L/min时,分流率则降低为 20%。在较低的泵流量同时较高滤器后压力状态下,滤器排气管的分流率明显增加。见表1和图2。

不同滤器后压力及泵流量时,滤器排气管压力见表2。在泵流量恒定时,滤器排气管压力随着滤器后压力增加而增加。在滤器后压力不变时,滤器排气管压力随着泵流量的增加而增加。本实验中所有滤器后压力均高于滤器排气管压力。

图2 动脉滤器排气管开放时分流率

表1 动脉滤器排气管开放时的不同流量和滤器后压力下分流率(%,±s)

表1 动脉滤器排气管开放时的不同流量和滤器后压力下分流率(%,±s)

注:其他泵流量与 3.00 L/min时比较*P＜0.05,其他滤器后压力与 120 mm Hg时比较#P＜0.05

3.00 21.37±1.36 24.26±1.16 27.21±2.32 28.88±2.32# 30.05±2.13# 33.05±2.90#3.50 21.37±1.34 22.76±1.16 24.22±1.34 25.25±1.65 27.10±1.16# 28.90±2.15#4.00 17.48±0.73* 18.85±0.87* 20.97±1.30* 22.47±0.73*# 23.72±1.30*# 24.84±1.45*#4.50 15.05±0.78* 16.13±0.01* 17.50±1.04* 18.69±0.91*# 19.51±0.78*# 20.74±0.91*#5.00 15.22±0.47* 16.87±0.61* 18.11±0.81*# 19.10±0.81*# 20.10±0.81*# 20.68±0.93*#

表2 不同流量和压力下动脉滤器排气管压力(±s)

表2 不同流量和压力下动脉滤器排气管压力(±s)

3滤器排气管压力 57.33±0.58 75.67±0.58 89.33±0.58 102.00±1.00 117.33±1.15 129.33±0.58滤器后压力-滤器排气管压力 62.67±0.58 64.33±0.58 70.67±0.58 78.00±1.00 82.67±1.15 90.67±0.58 3.5 滤器排气管压力 68.00±1.00 78.67±0.58 90.67±0.58 103.33±0.58 119.67±0.58 128.33±1.53滤器后压力-滤器排气管压力 52.00±1.00 61.33±0.58 69.33±0.58 76.67±0.58 80.33±0.58 91.67±1.53 4.0 滤器排气管压力 68.67±0.58 81.67±1.53 94.67±0.58 106.00±1.00 120.00±1.00 132.67±0.58滤器后压力-滤器排气管压力 51.33±0.58 58.33±1.53 65.33±0.58 74.00±1.00 80.00±1.00 87.33±0.58 4.5 滤器排气管压力 72.00±1.00 83.33±0.58 97.67±1.53 108.33±0.58 125.33±0.58 136.33±2.52滤器后压力-滤器排气管压力 48.00±1.00 56.67±0.58 62.33±1.53 71.67±0.58 74.67±0.58 83.67±2.52 5.0 滤器排气管压力 72.67±0.58 92.00±1.00 104.33±0.58 116.67±1.15 130.33±0.58 139.67±0.58滤器后压力-滤器排气管压力 47.33±0.58 48.00±1.00 55.67±0.58 63.33±1.15 69.67±0.58 80.33±0.58

3 讨 论

体外循环主要通过人工心肺机提供氧合血来代替心脏和肺脏的工作。足够的氧合血为患者组织器官提供足够的氧,满足机体代谢需要。但在体外循环管路中存在着一些分流路径,如:动脉滤器排气管和超滤装置等。这些侧路的开放会减少实际进入患者体内的血流量。为防止空气栓子进入,动脉滤器排气管在体外循环中通常保持开放状态。在儿童和婴幼儿体外循环期间,滤器排气管分流率可以达到40%～83%[3-4]。

本实验模拟成人体外循环过程,发现在较低的泵流量(3 L/min)和较高的滤器后压力(220mm Hg)时,滤器排气管分流量达到 1 L/min(分流率 33.05%)。而随着泵流量的提升,分流率逐渐下降,当泵流量到达 5 L/min时,分流率降低至 20%。Wang等[4]在模拟的婴儿体外循环管路中,也发现在泵流量200 Ml/min,滤器后压力 60 mm Hg时,滤器排气管分流率达到 42.6%,当滤器后压力 180 mm Hg时,分流率达到 82%,变化趋势与本实验相同,但分流率明显高于本实验的分流率。Lee-Sensiba等[3]在 4种压力 (100 mm Hg、200 mm Hg、300 mm Hg和400mm Hg)和 4种泵流量(670 ml/min、1 350 ml/Min、2 770m l/min和 3 860ml/min)下,测定动脉滤器排气管的分流量,发现分流变化主要依赖于管路的压力。在低泵流量情况下,管路压力增加可以导致患者灌注流量减少。同时还发现当滤器排气管开放时测得的压力较排气管关闭时低约 45 mm Hg。我们在实验中也发现,滤器排气管开放时测定的压力较关闭时低约 30 mm Hg。这种现象可能是滤器排气管开放时产生分流,从而降低了滤器处测得的管道内压力。Hargrove等[5]研究不同温度是否会造成心肺机流量显示和泵管内实际流量的偏差,发现在 12～37℃的温度范围内,温度不会影响PVC或硅胶材料的管路内流量。临床体外循环的降温复温过程并不影响动脉滤器排气管的分流量及分流率。

减少动脉滤器排气管分流可以通过以下几种方式,例如:增加排气管的流体阻力,比如使用直径更细的排气管,但会同时降低其清除气栓能力。或是增加泵流量来弥补其分流量,但是大多数情况下,因为无法知道确切的分流量,灌注师往往凭经验来增加泵流量。因此在动脉滤器后安装一个流量计可以实时监测进入患者体内的流量,有助于指导灌注师精确的调整流量。

4 结 论

通过本实验,我们可以发现低流量和高滤器后压力均会导致动脉滤器排气管分流量的增加。在滤器后管路安装一个流量计可以实时监测进入患者体内的灌注流量,指导灌注师精确的调整泵流量,保证体外循环期间患者组织器官得到足够的灌注。

[1]Maillet JM,Le Besnerais P,Cantoni M,et al.Frequency,risk factors,and outcome of hyperlactatemia after cardiac surgery[J].Chest,2003,123(5):1361-1366.

[2]Demers P,Elkouri S,Martineau R,et al.Outcome with high blood lactate levels during cardiopulmonary bypass in adult cardiac operation[J].Ann Thorac Surg,2000,70(6):2082-2086.

[3]Lee-Sensiba K,Azzaretto N,Carolina C,et al.Errors in flow and pressure related to the arterial filter purge line.JExtra Corpor Technol,1998,30(2):77-82.

[4]Wang S,Miller A,Myers JL,etal."Stolen"blood flow:effect of an open arterial filter purge line in a simulated neonatal CPB model.ASAIO J,2008,54(4):432-435.

[5]Hargrove M,O'Donnell A,Aherne T.Differences in displayed pump flow compared to measured flow under varying conditions during simulated cardiopulmonary bypass.Perfusion,2008,23(4):227-230