Fontan术后患儿撤离呼吸机前后全身及局部血流动力学改变

黄继红，周燕萍，朱德明



Fontan术后患儿撤离呼吸机前后全身及局部血流动力学改变

黄继红，周燕萍，朱德明

［摘要］：目的 研究Fontan手术患儿在撤离呼吸机前后的全身及局部血流动力学变化。方法 26例Fontan病例,术后入ICU后开始常规监测,包括心率,血压,中心静脉压,尿量等。近红外光谱仪连续测量组织氧合指数,包括脑组织,肠系膜组织氧合指数。撤机前、后30 min,分别测量超声心排指数、动脉血气、上腔静脉氧饱和度,计算心率血压乘积。结果 随着呼吸机的撤离,中心静脉压从(17±3)mm Hg降至(15±3)mm Hg,心排指数,收缩压和脑氧指数分别从(3.58±0.39)L/(min·m2),(82±9)mm Hg和(64.9±5.7)%升至(4.13±0.45)L/(min·m2),(101±14)mm Hg和(70.6±8.5)%。心率血压乘积从(10 760± 2 740)bpm×mm Hg增加到(12 470±2 950)bpm×mm Hg。心率、动脉氧饱和度、上腔静脉氧饱和度、乳酸、肠系膜氧合指数无显著改变。结论 Fontan患儿撤离呼吸机后,心排量和脑氧改善明显,肠系膜氧合改善不显著。说明胸内压的降低有利于改善心排量和脑血流量。撤离呼吸机后,增加的心排量优先供应至心脏、脑和呼吸系统,而肠系膜组织灌注仍低于正常。

［关键词］：近红外光谱仪；Fontan手术；局部血流动力学；撤离呼吸机

Global and regional hemodynamics change in patients undergoing Fontan procedure：positive pressure ventilation vs spontaneous breathing

Huang Ji-hong,Zhou Yan-ping,Zhu De-ming
Department of Pediatric Cardiovascular and Thoracic Surgery,Shanghai Children＇s Medical Center,Shanghai 200127,China
Corresponding author:Zhu De-ming,Email:scmccpb1@ aliyun.com

［Abstract］：Objective To investigate the effects of extubation on global and regional hemodynamics in patients undergoing Fontan procedure.Methods 26 patients undergoing Fontan procedure,standard hemodynamic variables,including heart rate,blood pressure,central venous pressure,urine output were monitored on intensive care unit admission.Near infrared spectroscopy of cerebral and mesenteric were measured continuously.Cardiac index derived from aortic diameter and Doppler wave velocity,arterial blood gas,oxygen saturations of superior vena cava were measured and rate pressure products were calculated at 30 minutes before and after extubation.Results After extubation,the central venous pressure decreased significantly from(17±3) to(15±3) mm Hg.The cardiac index,systolic blood pressure,cerebral oxygen saturation increase from(3.58±0.39) L/min/m2,(82±9) mmHg,(64.9±5.7)%to(4.13±0.45) L/min/m2,(101±14) mmHg,(70.6±8.5)%,respectively.Rate pressure product increase from(10 760±2 740) to(12 470±2 950) bpm*mmHg.The heart rate,arterial oxygen saturation,superior vena cava oxygen saturation,lactate,and mesenteric oxygen saturation remained unchanged.Conclusion After Fontan procedure,both cardiac index and cerebral oxygen saturation improved significantly,while mesenteric oxygen saturation remained unchanged.It suggests that the reduction of intra-thoracic pressure could improve cardiac output and cerebral perfusion.After extubation,increased cardiac output is preferentially supplied to myocardium,brain and respiratory muscles,while the mesenteric perfusion is still lower than normal.

［Key words］： Near-infrared spectroscopy；Fontan procedure；Regional hemodynamics；Extubation

正压通气对于Fontan等肺血流依赖体静脉压力驱动的循环而言,增加了体静脉血流经肺循环的阻力,从而降低心排量。术后早期撤离呼吸机有利于体静脉回流、增加心排量及脏器血流灌注[1]。然而,拔管后机体呼吸做功增加,必然伴随膈肌等呼吸肌群血流增加,在心排量增加幅度有限条件下,其他脏器如大脑,内脏的血流供应是否能够增加尚不明确。

近红外光谱仪( near infrared spectroscopy,NIRS)测得局部组织的氧合指数,能够实时、无创反映测量部位的氧代谢情况及微循环灌注[2]。同一时间、不同部位的组织氧合情况可以反映不同部位的微循环状态。笔者通过测量撤离呼吸机前后脑组织和肠系膜氧合指数,比较两种不同通气方式下脑氧和肠系膜氧合情况的变化趋势。

1 材料与方法

1.1 临床资料 2015年3月至6月,本中心连续接受Fontan手术共27例患儿,26例存活,1例死亡,死亡患儿术后未曾撤离呼吸机,未纳入分析。余26例患儿纳入分析,男19例,女7例,年龄1 017 ～2 956(1 551±480)d。其中单心室6例,三尖瓣闭锁4例,肺动脉闭锁6例,右室双出口3例,完全性大动脉错位3例,纠正性大动脉错位3例,三尖瓣下移畸形1例。Fontan类型:外管道15例,内管道9 例,侧通道1例,肺动脉下拉式1例,板障开窗(3.5 ～5 mm)20例。

1.2 麻醉方法 基础麻醉后气管插管,放置中心静脉导管。术后应用多巴胺[3～5 μg/(kg·min)],咪达唑仑[1 μg/(kg·min)]或右美托咪定[0.5 μg/(kg·hr)],米力农[0.25～0.5 μg/kg·min)]于15例患者。Servo I呼吸机(Siemens Life support systems)参数设置为:同步间歇指令通气(synchronized intermittent mandatory ventilation,SIMV),潮气量8～10 ml/kg,吸气时间0.6 s,呼气末正压3 cm H2O,每30 min调整一次呼吸频率,逐步撤离呼吸机。拔除气管插管前确保所有患儿完全清醒,排除肺不张及胸腔积液。体温保持36～37℃,血红蛋白120～159 g/L。

1.3 监测指标 术后监测包括心率(heart rate,HR)、动脉血压(blood pressure,BP)、中心静脉压力(CVP)、体温、尿量。NIRS(近红外组织血氧参数无损监测仪,ENGINMED,苏州爱琴生物医疗电子有限公司)连续监测(每2 s重复测量一次)脑氧和肠系膜氧合情况。测量脑部和肠系膜氧合的探头分别置于前额和脐周。撤离呼吸机前、后30 min分别测动脉血气、上腔静脉氧饱和度(SsvcO2)、计算代表心肌耗氧水平的心率血压乘积(rate pressure product,RPP)[3]、超声测量主动脉瓣环面积(cross-sectional area of the aortic valve,CSA)及升主动脉血流的速度时间积分(velocity time integral,VTI),两者乘积为每搏量(stroke volume,SV),计算心排指数(cardiac index,CI),公式为:CI＝SV×HR/BSA,其中BSA为体表面积。

1.4 统计方法 应该统计软件SPSS 15.0进行数据分析,数据均数±标准差(±s)表示。配对t检验用于拔管前后的比较,P＜0.05为统计学差异显著。

2 结 果

2.1 一般结果 体外循环时间47～205(99±31) min,主动脉阻断时间为0～145(43±31)min。呼吸机应用时间3.9～40.5(12.9±8.9)h,ICU时间46～145(89±36)h,住院时间10～34(18.4±7.1)d。

2.2 血流动力学变化 见表1。心率、血压、体温、血红蛋白、血气分析中pH、动脉氧分压(PaO2)、动脉二氧化碳分压(PaCO2)、乳酸、碱剩余、上腔静脉氧饱和度没有显著的变化。

心排指数从拔管前的(3.58±0.39)L/(min·m2)显著增加到拔管后的(4.13±0.45) L/(min·m2)。

CVP从拔管前的(17±3)mm Hg明显下降为拔管后的(15±3) mm Hg。

表1　不同时间点血流动力学指标(n＝26,±s)

表1　不同时间点血流动力学指标(n＝26,±s)

注：SBP:收缩压；T:体温；Hb:血红蛋白；BE:碱剩余；LACT:乳酸。

项目　　撤机前　　撤机后　P值HR(bpm)　121±26　119±19　0.691 SBP(mm Hg)　82±9　101±14　0.011*CVP(mm Hg)　17±3　15±3　0.015*T(℃)　37.6±0.3　37.7±0.4　0.879 pH　7.401±0.046　7.403±0.045　0.739 Hb(g/L)　134±17　134±19　0.765 BE　1.3±2.5　1.0±2.2　0.337 LACT(mmol/L)　2.1±2.5　2.2±1.2　0.785 PaO2(mm Hg)　70.7±21.7　73.6±24.4　0.326 PaCO2(mm Hg)　42.7±4.7　42.0±5.9　0.373 RPP(103×bpm×mm Hg)　10.76±2.74　12.47±2.95　0.012*CI(L/(min·m2)　3.58±0.39　4.13±0.45　0.017*

本研究中RPP从拔管前(10 760±2 740)bpm× mm Hg增加到(12 470±2 950)bpm×mm Hg,提示心肌氧耗量增加。

2.3 NIRS数据与SsvcO2见表2。平均脑氧合指数(ScO2)从拔管前(64.9±5.7)%增加到拔管后(70.6±8.5)%。平均肠系膜氧合指数(SmO2)和SsvcO2在拔管前后无明显变化。

表2　不同时间点氧合指数(n＝26,±s)

表2　不同时间点氧合指数(n＝26,±s)

注：SaO2:动脉氧饱和度。

项目　　撤机前　　撤机后　P值SaO2(%)　90.5±7.2　 91.1±7.5　 0.471 SsvcO2(%)　 67.5±13.5　 67.5±12.5　 0.943 ScO2(%)　64.9±5.7　 70.6±8.5*　0.032 SmO2(%)　68.7±4.8　 67.9±5.3　 0.683

2.4 ScO2与CVP相关分析 图1显示了1例Fontan患儿在撤离呼吸机前后ScO2和SmO2的改变,该例患儿拔管后10 min内脑氧从62%增加到71%,肠系膜氧合从65%降至59%。ScO2与CVP相关性总体弱(r＝-0.31,P＜0.01),26例中有11例患儿ScO2与CVP中度负相关(r＝-0.5～-0.65,P＜0.01)。

图1　撤离呼吸机前后ScO2和SmO2之变化趋势

3 讨 论

本文分析了Fontan术后患儿,从正压通气转为自主呼吸后全身和局部灌注的改变。撤离呼吸机后,CVP迅速降低；BP、CI增加；RPP上升。

3.1 NIRS用于局部血流动力学评估原理及意义心脏术后血流动力学评估非常重要。传统的CI、混合静脉氧饱和度、LACT、脑尿钠肽(Brain natriuretic peptide,BNP)等指标反映的是全身大体循环的情况,在休克或低心排代偿期,上述指标变化通常不大。

休克或低心排早期,外周脏器的灌注量最先受到影响[4]。NIRS提供的氧合指数监测,能够及时发现局部脏器的灌注异常,此时,反映大体循环的传统指标往往还在正常范围内。因而,加强心脏手术围术期局部组织灌注的监测有积极意义。一方面,可以早期发现心功能不全,另一方面,可以针对性地加强局部脏器的保护,降低、减少并发症。

NIRS技术基于改良Beer-Lambert原理,根据光的吸收和散射测量组织Hb含量及比例,具有连续的、无创、实时的特点。组织氧和指数综合反映了测量局部之动脉(占20%)、静脉(占75%)和毛细血管(占5%)的氧和,代表局部组织或脏器的氧供/氧需状况,局部氧和指数降低提示组织灌注流量减少或氧消耗增加。多部位的组织氧和测定能反映不同脏器血流分布和微循环状况。ScO2参考范围尚未统一,正常人平均值约为70%,SaO2与ScO2差值约为30%；灌注充分时,SmO2比ScO2高10%[5]。

本研究用NIRS测量ScO2和SmO2评估局部组织灌注状况。撤离呼吸机后这两个部位的微循环灌注变化不尽相同。

3.2 正压通气对Fontan全身血流动力学和局部血流重分配 Fontan手术将体静脉的血流直接引流进入肺动脉。由于缺乏肺循环心室,肺血流被动地依赖腔静脉压力驱动。正压通气时,肺血流量减少可导致心脏指数明显降低[6]。理论上,从正压通气切换到自主呼吸后,由于胸腔内静脉压力下降,上下腔静脉回流增加,心排量增加；自主呼吸时胸内负压增加了心室跨壁压,改善了心室壁顺应性,也能促进体静脉血回流,改善CI[7-8]。Lofland等[9]报道了连续50例Fontan患儿,自主呼吸后心脏指数升高伴随肺动脉平均压降低。

不过,上述研究没有考虑自主呼吸时呼吸肌群的代谢增加。Viires[10]的研究显示,低心排综合征动物模型中,正压通气时呼吸肌血流量仅占整个心脏指数的3%,自主呼吸时呼吸肌血流量则可高达CI 的21%。在CI相对恒定条件下,自主呼吸时呼吸肌群血流量的强制性增加可导致其他器官如肝、肾、肠系膜,甚至脑组织血流量的降低。

如果CI有限,将优先保证如心、脑、呼吸肌等重要器官的血流量,牺牲胃肠道和四肢,皮肤等脏器的灌注[11]。在循环性休克时,肠系膜血管床收缩可产生“自体输血”效应,自体输血量可高达CI的30%[12]。

Bronicki等[13]对法洛四联症根治术后患者的研究也证实:术后早期撤离呼吸机后,脑血流和呼吸肌血流的增加是以降低肠系膜血流为代价获得的。

本文中,撤离呼吸机后CI增加、RPP增加、ScO2增加,但SmO2并没有增加,仍然低于正常水平。提示在撤离呼吸机早期,尽管心排量有所增加,但其增加幅度不足以覆盖所有的器官足够的灌注,增加的心排量主要被心脏、脑、呼吸肌群等组织器官占用。

3.3 脑血流自动调节功能 脑血流量＝脑灌注压/脑血管阻力。CVP大于颅内压时,脑灌注压＝(平均动脉压-CVP)；CVP小于颅内压时,脑灌注压＝(平均动脉压-颅内压)。

脑血管自动调节功能,又称为压力-反应状态,指脑灌注压在一定范围内波动时时,通过血管舒缩调节脑血管阻力,使脑血流量保持相对恒定[14-15],当脑灌注压低于某一临界压力下限时,脑血管自动调节功能受损,轻微的灌注压下降即可造成脑血流的大幅下降。目前对婴幼儿和儿童脑临界灌注压上、下限尚无明确定义。脑血管自动调节功能受损时,机体通过脑氧摄取增加保持足够的脑组织氧供[16]。本文中,正压通气时ScO2显著低于自主呼吸时,说明正压通气时脑血管自动调节功能可能受损,脑血管接近或处于氧供依赖状态。

26例病例中有11例患儿ScO2与CVP呈负相关。可能的机制是:①CVP升高时,脑静脉直径扩张,脑组织动脉/静脉比例降低,组织氧合指数降低[17]；②CVP升高时,颅内压升高,脑灌注压降低,脑自动调节曲线的压力上、下限改变[18-19],脑血管自动调节功能受损,脑血流量减少,组织氧合指数降低。

ScO2绝对值小于50%时,认知能力下降、脑卒中发病、机械通气时间延长发生率均增高[20]。本文中,虽然没有患者出现ScO2低于50%,但撤离呼吸机前脑氧相对较低。对于这些患者,管理的目标应该是提高ScO2,尽早撤离呼吸机。

撤机后SmO2低于正常。说明在撤离呼吸机早期,尽管全身血流动力学指标正常,仍存在肠系膜微循环灌注不足。这种现象可能与本组病例撤机时间较多分布于术后5～12 h,该阶段处于体外循环后相对低排期,整个CI仍有受限。建议Fontan撤离呼吸机早期阶段,胃肠饮食应少量、逐步增加。

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(修订日期:2015-12-03)

(收稿日期:2015-11-18)

通讯作者：朱德明,Email:scmccpb1@ aliyun.com

DOI:10.13498/j.cnki.chin.j.ecc.2016.01.08

作者单位：200127上海,上海交通大学医学院附属上海儿童医学中心胸外科