改良CO2术区充溢技术用于小儿先天性心脏病手术的效果初探

高 鹏 刘雪来 吴明君 李世娥 王大海 李怀宁

(哈尔滨市儿童医院外科，哈尔滨 150010)



临床论著·

改良CO2术区充溢技术用于小儿先天性心脏病手术的效果初探

高 鹏 刘雪来①吴明君②李世娥③王大海 李怀宁**

(哈尔滨市儿童医院外科，哈尔滨 150010)

目的 评估改良CO2术区充溢技术(CO2De-airing, CO2De-A)在小儿先天性心脏病心内直视手术中的排气效果及安全性。 方法 选取2013年6月～2014年1月我院心外科开胸手术45例，采用简单随机化分组法将入选病例分为3组，每组15例。A组术中应用CO2De-A和机械性手法排气，气体灌注速度为10 L/min；B组术中应用CO2De-A和机械性手法排气，气体灌注速度为5 L/min；C组机械性手法排气。全部手术为同一个医疗组实施，术者为同一名医生。主动脉开放后10 min、体外循环停机前后5 min两个时段进行经颅超声多普勒探查脑膜中动脉的气泡数量，并由2名有经验的超声医师进行盲评记录。记录主动脉开放时、体外循环结束时的血PaCO2。 结果 全部病例顺利完成治疗并出院，半年后复查无手术并发症。超声发现3个组于主动脉开放后均有气体在双侧脑膜中动脉出现，随手术进行，气体逐渐减少至消失。主动脉开放后10 min内A组、B组气泡数量明显少于C组(16.50±4.12 vs. 50.00±6.62,q=14.77,P=0.000; 22.70±4.06 vs. 50.00±6.62,q=12.04,P=0.000)，具有统计学意义。停体外循环前后5 min 3组气泡数量无统计学意义(F=0.719,P=0.496)。主动脉开放及停体外循环2个时间点3组间血PaCO2差异无统计学意义。 结论 改良CO2De-A在小儿先天性心脏病开胸手术中可明显减少进入循环的气泡数量，未见高碳酸血症和酸中毒发生。

二氧化碳术区充溢技术； 先天性心脏病； 气体栓塞； 高碳酸血症

心脏外科心内直视手术中，因手术操作使空气进入心脏不可避免。这些气体将在主动脉开放时随血流进入循环，产生气体栓子，甚至可能因气体栓塞造成组织器官损伤[1～4]。尽管临床上排气方式很多，如循环恢复前头低体位、灌注针倒吸、左房注水排气、右心室插针排气、手指按摩心脏底部及表面、膨肺等，排气效果仍不十分确切。有研究表明，采用CO2充填术区(CO2De-airing, CO2De-A)可有效减少循环开放后气体栓子的数量，并已应用于临床[5～7]。近年来，我课题组对国内外的相关研究进行了系统总结[8]，并在引入该技术的同时，对CO2充溢装置进行探索性改进，对其在不同CO2充填速度下的排气效果及安全性进行评估，报道如下。

1 临床资料与方法

1.1 一般资料

本研究经哈尔滨市儿童医院伦理委员会审批(20120720)。

病例选择标准：从2013年6月～2014年1月我院心外科心内直视手术患者中选取简单先天性心脏病患者，包括室间隔缺损(ventricular septal defect，VSD)、房间隔缺损(atrium septal defect,ASD)、VSD合并ASD或卵圆孔未闭(patent foramen ovale,PFO)，无肺动脉高压，无其他复杂心内或大血管畸形，1岁≤年龄≤5岁，7 kg≤体重≤20 kg，共45例。由同一术者采用标准前正中开胸，建立体外循环。

家属均签署根据赫尔辛基宣言原则制订的知情同意书，将45例按简单随机化分组法[9]分为3组，每组15例。A组应用CO2De-A和机械性手法排气，气体灌注速度为10 L/min；B组应用CO2De-A和机械性手法排气，气体灌注速度为5 L/min；C组机械性手法排气。3组年龄、体重、病种均无显著差异，具有可比性，见表1。

表1 3组一般资料比较(n=15)

A组：CO2De-A和机械性手法排气，气体灌注速度为10 L/min；B组：CO2De-A和机械性手法排气，气体灌注速度为5 L/min；C组：机械性手法排气

VSD:室间隔缺损；ASD:房间隔缺损；PFO:卵圆孔未闭

1.2 方法

1.2.1 手术方法 全部手术为同一个医疗组实施，术者为同一名医生。体外循环应用体外膜肺氧合、含钾晶体停搏液灌注、改良超滤技术。手术均采用正中入路一期心脏畸形根治术，VSD直径>5 mm、ASD>10 mm采用自体心包补片缝合修补，VSD直径<5 mm、ASD<10 mm采用直接缝合，PFO术毕膨肺排气后直接缝合，具体操作见文献[10～12]。矫形完毕行食道超声检查确认矫形效果。A、B组应用CO2De-A结合机械性手法排气(包括头低位、心脏底部及表面按摩、膨肺等措施)预防气栓，C组仅采用机械性手法排气。关胸前留置纵隔引流管一枚，心包引流管一枚。1.2.2 改良CO2De-A应用方法 与文献[5,6]报道应用的气体弥散装置不同，我们选用无菌软管(吸痰管或氧气管)作为CO2充注装置，将其末端于切口下缘，略伸入胸腔手术区域。术前将医用CO2储气罐、压力表及自制改良充溢装置连接完毕并检查管道密闭性，术中建立体外循环后将充溢装置用巾钳固定于开胸器下方，气体输出端与切口水平面平行并略超过切口下极(图1)。切开心脏前10 min用CO2充填术区，A、B组流量分别选择为10、5 L/min，保证CO2充入术区并达到溢出效果(图2)。体外循环停机时，停止充气并拆除充溢装置。C组不用CO2充填术区。

图1 CO2充溢装置及其在手术中应用 1：固定充溢装置的巾钳；2：CO2充溢装置末端；3：下腔静脉插管；4：上腔静脉插管；5：压力表；6：CO2储气瓶 图2 CO2 De-A气体流向示意图。箭头指示CO2气体流向，充入术区并达到溢出效果

1.2.3 术中排气效果评估 根据文献[5,7]报道，选择术中在患者双侧颞部固定超声探头，在主动脉开放后10 min及体外循环停止前后5 min两个时间段，通过经颅超声(IE33，飞利浦公司，荷兰)记录双侧脑膜中动脉气泡通过情况。术后录像减速回放，并由2名有经验的超声科医师对气泡数量进行盲评记录。

1.2.4 评估向术区充入CO2对循环中酸碱平衡可能产生的影响 记录主动脉开放时及体外循环结束时动脉血气分析中的PaCO2值。

2 结果

手术均获成功，3组手术时间、主动脉阻断时间、体外循环时间差异无显著性(表2)，全部治愈出院，半年后复查无手术并发症。经颅超声多普勒记录主动脉开放10 min以及体外循环停机前后5 min两个时间段双侧脑膜中动脉气泡通过数量：主动脉开放后10 min内脑膜中动脉处可见气体进入循环，A、B组明显少于C组(P<0.01)，停体外循环前后5 min 3组间通过脑膜中动脉气泡数量差异无统计学意义(表3)。3组主动脉开放时及体外循环停机时两个时间点患者血PaCO2比较均无统计学意义(表3)。

表2 3组手术时间、主动脉阻断时间、体外循环时间的比较

A组：CO2De-A和机械性手法排气，气体灌注速度为10 L/min；B组：CO2De-A和机械性手法排气，气体灌注速度为5 L/min；C组：机械性手法排气

3 讨论

3.1 CO2De-A在先天性心脏病患儿术中应用的有效性及安全性

CO2De-A是利用CO2密度大于空气，且易溶于血液中的物理特性，向术区充填CO2，排出术区内空气，并在主动脉开放时取代空气进入血液循环，随循环逐渐溶解于血液中，达到减少气体栓子的目的。世界上有若干心脏中心开展该技术，并对其排气效果、安全性及对心、脑等重要器官的保护作用进行评估[5,7,13～18]。有学者认为该技术可明显减少开胸手术中气体栓塞的发生，无明显并发症存在[5,19]。也有学者认为，该技术的应用有引起高碳酸血症和酸中毒的风险[13,17,18]，还有报道称该技术虽然能够减少气体栓塞的发生，却不一定具备显著的心脑等重要器官的远期保护作用[20,21]。然而，该技术是否在儿童患者中同样具有排气效果？是否更易或更不易诱发高碳酸血症和酸中毒并发症？我们选择一部分先天性心脏病患儿在手术中应用CO2De-A，观察临床应用效果。考虑到结果可能会受到手术时间、阻断时间、体外循环时间等因素的影响，本次研究选择手术时间、手术方式等相对容易控制的简单型先天性心脏病病例。组间病例资料显示患者手术治疗期间手术时间、主动脉阻断时间、体外循环时间无差异，保证入选病例可比性。在气泡观察时相的选择上，有文献描述：“主动脉自开放后气体大量进入人体循环，随手术进行进入循环的气体逐渐减少，至体外循环结束后消失”[5]。故我们选择主动脉开放后10 min和体外循环停机前后5 min这两个时段，通过观察进入双侧脑膜中动脉的气泡数量来评价排气效果。

表3 3组间脑膜中动脉气泡数量、血PaCO2比较(n=15)

A组：CO2De-A和机械性手法排气，气体灌注速度为10 L/min；B组：CO2De-A和机械性手法排气，气体灌注速度为5 L/min；C组：机械性手法排气

注：PaCO2生理参考范围为35～45 mm Hg

数据显示，主动脉开放后10 min内在患者双侧脑膜中动脉有大量气泡通过，CO2组(A组、B组)气泡数量明显少于传统排气的对照组(C组)，说明主动脉开放后术区内确有大量气体进入循环，由于CO2栓子逐渐在血液中溶解，使CO2组通过脑膜中动脉气泡数量明显少于对照组(C组)，证实CO2De-A可减少进入循环中气体栓子的数量，有确切排气效果。在体外循环停机前后5 min时段，3组间气泡数量无明显差异，提示CO2De-A在小儿先天性心脏病手术中主要排气优势在主动脉开放后10 min时段。为探索该技术的安全性，我们同期观察了3组患儿手术中血PaCO2值的变化，CO2组与对照组无差别。即在本次研究中，没有以往一些文献报道的高碳酸血症和酸中毒现象出现。

3.2 不同CO2充溢速度干预下，CO2De-A的有效性及安全性评估

目前关于CO2De-A的应用方法并不统一，尤其在不同充注速度下该技术的有效性和安全性存在争议。有研究认为在6 L/min、10 L/min充注速度下CO2可明显减少进入循环的气泡数量，且无并发症[5,6]，也有研究称在充注速度为10 L/min甚至3 L/min时即可能出现高碳酸血症和酸中毒并发症[17,18]。针对上述争议，我们设计了2个CO2充注速度组别(A组10 L/min，B组5 L/min)分别与对照组(C组)进行比较，旨在观察不同充注速度下CO2De-A的有效性和安全性是否存在差异，并从中探索是否存在最合适的CO2充注速度。我们的数据显示，10、5 L/min充注速度均可达到明显减少主动脉开放后进入双侧脑膜中动脉的气泡数量，提示两者均可有效地辅助排气；而且，全部患者未发生高碳酸血症和酸中毒并发症，提示该技术在小儿先天性心脏病手术中应用相对安全。即便如此，考虑到以往文献曾报道过一些并发症，我们仍建议应用该技术时采用一些预防措施(如尽量减少心内吸引器的使用，关注术中血气分析变化及保持合适的CO2充注速度，根据血气分析变化及时调整体外循环的通气血流比例等)增加安全性[18,21]。

3.3 改良气体充注管道的特点和优势

关于CO2充注装置的设计，文献报道多选用无菌软管修剪成多孔后围绕心脏底部和两侧，达到将CO2充填术区的效果[5,6]。如此设计虽然可以保证气体充入效果，却增加了术区内管道的数量和复杂性，可能干扰部分手术操作，影响手术进程。我们将充溢装置和应用方式进行改进，选用无菌软管(吸痰管或氧气管)置其末端于切口下缘，略伸入胸腔手术区域。利用CO2比空气重的性质，向术区持续注气，达到将空气排出术区的目的(图2)。改良后的技术无需将充气管环绕心脏周围，减少了术区内管道数量和复杂性，使手术区域更加简洁，从而避免了可能存在的因管道多而复杂对手术进程的干扰。实践证明，在主动脉开放10 min时段通过脑膜中动脉的气泡数量CO2组(A组、B组)均明显少于对照组(C组)，提示该技术经改良后能够实现辅助排气，且未见并发症出现，可以在临床应用。

综上所述，在小儿先天性心脏病开胸手术中，CO2De-A可有效取代术区空气，明显减少进入循环的气栓数量，减少气体栓塞的发生。10、5 L/min充注速度均可达到排气效果，未见并发症发生。该技术改良后在保证有效性的同时，使术区相对简洁，避免对手术的潜在干扰，应用简便易行。然而，由于客观条件的限制，本研究未进行胸腔内二氧化碳与空气比率检测，而该技术对患者术后心脑等重要器官远期保护效果的随访数据，我们将在后续研究中进一步完善。

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(修回日期：2015-06-17)

(责任编辑：王惠群)

Modified Carbon Dioxide Field Flooding Technology During Operation for Congenital Heart Disease in Children

GaoPeng*,LiuXuelai,WuMingjun,etal.

*DepartmentofPediatricSurgery,HarbinChildren’sHospital,Harbin150010,China

Correspondingauthor:LiHuaining,E-mail:hrylhn@163.com

Objective To assess the efficacy and safety of carbon dioxide field flooding in open-heart operations for congenital heart disease in children. Methods A total of 45 children undergoing heart surgery in our hospital from June 2013 to January 2014 were randomly divided into 3 groups: 15 cases receiving CO2de-airing and mechanical de-airing with an inflation rate of 10 L/min (group A); 15 cases receiving same technique with an inflation rate of 5 L/min (group B); 15 cases receiving mechanical de-airing as control (group C). All patients were operated by the same surgeon and treated in the same medical group. The bubbles in middle meningeal artery were detected by trans-cranial Doppler and the number was recorded and blindly evaluated by two experienced ultrasound doctors. The value of PaCO2at the moment of open aortic and stop cardiopulmonary bypass was recorded for the assessment of body acid-base balance status. Results All the cases recovered well and there were no complications during a 6-months follow-ups. In all three groups, amount of bubbles were detected by trans-cranial Doppler in double sides of middle meningeal arteries after open aortic and gradually decreased to disappearance. By comparison, the number of bubbles both in group A and group B was significantly less than that in the group C during 10 min after opening aorta (16.50±4.12 vs. 50.00±6.62,q=14.77,P=0.000; 22.70±4.06 vs. 50.00±6.62,q=12.04,P=0.000). However, no difference was seen among the three groups during 5 min before and after stopping cardiopulmonary bypass (F=0.719,P=0.496). The value of PaCO2had no difference among the three groups at the moment of opening aortic and stopping cardiopulmonary bypass. Conclusion The modified CO2field flooding technique is effective to decrease the number of bubbles entering the circulation in the open-heart operations in children, without hypercarbia or acidosis.

CO2fielding flooding; Congenital heart disease; Gas embolism; Hypercarbia

黑龙江省卫生厅科研课题(2012-040)

R726.1

A

1009-6604(2015)09-0781-05

10.3969/j.issn.1009-6604.2015.09.004

2015-04-22)

**通讯作者，E-mail：hrylhn@163.com

①(香港大学深圳医院小儿外科，深圳 518053)

②(哈尔滨市儿童医院超声科，哈尔滨 150010)

③(哈尔滨市疾病预防控制中心免疫规划所，哈尔滨 150056)