体外循环心血管手术后低氧血症的诱因及预防进展

宋辛叶,栾永 (大连医科大学附属第一医院,辽宁大连 116011)

体外循环心血管手术后低氧血症的诱因及预防进展

宋辛叶,栾永
(大连医科大学附属第一医院,辽宁大连 116011)

低氧血症是体外循环心血管手术后常见并发症，预防低氧血症对体外循环心血管手术患者有重要意义。体外循环心血管手术后低氧血症的诱因包括肺缺血、炎症反应、肺不张、输血、肺栓塞、患者自身因素及外科疾病因素等。各种因素中，炎症反应仍被认为是心血管手术后肺损伤及低氧血症发生的主要原因，体外循环诱发的全身炎症反应已为大家公认，而主动脉夹层等外科疾病本身所继发的炎症反应却只是一种推论，至今尚无确切证据。其预防措施需要多管齐下，包括体外循环、外科及麻醉相关技术的改进。

低氧血症；体外循环；心血管手术；诱因

低氧血症是体外循环(CPB)心血管手术术后常见并发症之一，发生率在5%～7%。各类文献对低氧血症定义的标准不尽相同，目前采用较多的是2012年柏林标准(PaO2/FiO2≤300)[1]。低氧血症的诱因较多，既可由肺部并发症引起，如肺不张、肺栓塞；又可能由外科疾病本身所继发，如主动脉夹层[2]。急性肺损伤(ALI)引发的低氧血症发生率虽仅在2%～3%，但病死率为15%～50%；其他原因引起的低氧血症亦不同程度地增加术后病死率。预防低氧血症对CPB心血管手术患者有十分重要的意义。现将引起CPB心血管手术后低氧血症的诱因进行归类分析，并针对不同诱因的相关预防策略进展综述如下。

1 CPB心血管手术后低氧血症诱因

1.1 肺缺血 尽管支气管动脉仅占肺血流的3%～5%，但肺的代谢需求却主要依赖于支气管动脉。一项动物研究发现，CPB时这部分血流量减少至原来的1/10。因此大部分肺床在CPB期间处于缺血缺氧状态，开放循环恢复血供会导致这些肺组织产生缺血-再灌注损伤，并加重CPB引起的炎症反应，导致肺血管阻力增加、肺水肿、氧合障碍及肺动脉高压。

1.2 炎症反应 CPB诱发的全身炎症反应可导致肺损伤和术后呼吸功能不全。这种全身炎症反应源于促炎和抗炎细胞因子的失衡、补体系统及中性粒细胞等的激活。CPB期间内脏血管收缩引起缺血以及肠壁通透性增加导致内毒素释放入血。内毒素入血后与缺血再灌注、补体激活反应的共同作用下影响细胞因子的释放，从而放大炎症反应[3]。白细胞活化可以释放大量的氧自由基，包括超氧阴离子、过氧化氢、羟基自由基和氧本身，这些自由基可以增加膜的渗透性，并影响心肺功能。防止中性粒细胞黏附可能会带来益处，但可能会导致更大的感染风险[4]。因此，包括CPB管道、氧合器和泵的生物材料相关因素,灌注方案的选择,患者术前的健康状况,围手术期心输出量及组织器官灌注情况,CPB期间肺管理,手术切口、手术时间、术中操作、输血、机械通气等术中及术后因素在内的多种因素均与CPB全身炎症反应相关[5]。

1.3 肺不张 肺不张和胸腔积液是临床最常见的心脏手术后肺部并发症，不仅可以导致术后低氧血症，也会增加发生其他并发症的风险[6]。肺不张的发生可能与术中及术后因素均相关。术中因素包括全麻后正压通气、手术操作过程中暴露心脏后表面时对左肺下叶的压迫、进行腔静脉插管时对右肺的压迫以及CPB过程中肺萎陷等。术后导致肺不张的原因主要包括患者术后有效咳嗽、呼吸深度的不足、胸腔积液、胃扩张以及肺间质水肿。疼痛和机械/神经的变化导致术后患者常呼吸浅快，这种呼吸模式也与肺不张的发生相关。

1.4 输血 输血不仅能导致输血相关急性肺损伤(TRALI)和输血相关循环超负荷，同时也会增加免疫与炎症反应的风险。TRALI是发生在输血过程中或输血后6 h内的一种急性呼吸窘迫综合征，表现为低氧血症并伴有发热、低血压，X线胸片显示为双肺弥漫性肺水肿。研究表明，CPB术后低氧血症与红细胞的输注量呈正相关，而输注与新鲜冰冻血浆或血小板无相关性。此外，与新鲜血液相比，使用库存血显著增加术后机械通气时间。心脏手术后的患者常有低体温、处于麻醉状态、机械通气，这使TRALI难以被及时发现及诊断。Kolleen等[7]发现输注红细胞和(或)新鲜冰冻血浆的患者有更高的呼吸系统并发症包括呼吸困难、呼吸衰竭、机械通气时间延长、急性呼吸窘迫综合征的发生风险，并有着更高的再次气管插管率。

1.5 肺栓塞 各种类型的手术均有可能导致深静脉血栓(DVT)的形成与发展，栓子脱落后可能阻塞肺动脉，形成肺栓塞。研究表明,心脏手术后肺栓塞的发病率为0.3%～9.5%。心脏瓣膜手术后肺栓塞的发生率低于冠状动脉旁路移植术后的患者，可能与瓣膜术后较早开始抗凝治疗有关。DVT不仅发生在取大隐静脉侧的下肢，也可发生在对侧下肢。

1.6 膈神经损伤 膈神经损伤是心脏手术后特有的呼吸系统并发症，严重者可引起术后低氧血症。当发现患者有膈肌功能不良、胸腹反常运动、X线胸片显示膈肌升高或肺活量减少时应怀疑有膈神经损伤。这种损伤过去往往是由于在CPB过程中向心包内灌注低温心肌保护液造成的。虽然现在这种方式已经很少使用，但部分手术操作如心包切口和乳内动脉的获取均可能对膈神经造成直接损伤[8]。

1.7 患者相关危险因素 研究表明，术后发生肺部并发症的患者相关独立危险因素包括年龄>65岁、慢性肾功能衰竭、慢性阻塞性肺通气功能障碍、二次手术、急诊手术、NYHA分级≥Ⅱ级、左室射血分数≤30%。除此之外，体质量过轻及体质量指数>30 kg/m2也是增加肺部并发症的独立危险因素[9，10]。近来研究表明，基因多态性与促炎因子(TNF-α、IL-6、IL-8等)升高有关，引起术后呼吸功能不全并延长机械通气时间。Kilic等[11]根据6 222例病例为6项危险因素(年龄、慢性肺疾病、外周血管疾病、心肺转流时间、术中输血、术前或术中应用主动脉内球囊反搏)赋予不同分值，设计了一项总分为33分的风险评估模型，并验证了该风险评分与术后获得肺炎的风险之间有显著相关性，随着风险评分的增加，患者心脏术后并发肺炎的概率成倍增加。

1.8 外科疾病相关危险因素 某些外科疾病本身就伴随低氧血症的发生，如主动脉夹层。近年来，有关主动脉夹层围术期低氧血症的研究和报道逐渐增多，也越来越引起人们的重视[12]。主动脉夹层术后低氧血症发生率明显高于其他心血管手术，而其机制尚不清楚。目前更支持此类低氧血症是由主动脉夹层本身所继发的全身性炎症反应所诱发[13]的观点。

2 CPB心血管手术后低氧血症的预防

CPB心血管手术后肺损伤是多因素作用的结果，故预防也应由多方面入手。

2.1 围CPB期肺保护液的灌注 CPB期间肺循环停止，但肺没有被充分冷却，温度较高，故肺组织代谢活跃，耗氧量高。当血流灌注恢复后，有进一步的缺血再灌注损伤，氧自由基、钙反常和能量代谢异常。CPB期间心脏停跳后肺灌注液能为组织供能并降低炎症反应。此外，黏附于血管内皮细胞的嗜中性粒细胞可能被机械作用洗脱。同时白细胞比和丙二醛浓度也没有显著增加。这些结果表明，肺保护液的灌注能够有效保护CPB期间肺损伤。

2.2 CPB设备的选择 在CPB过程中，血液与人工材料表面直接接触，可造成机体产生免疫原性反应。因此，通过改进CPB相关设备可以减少炎症反应的发生，如使用更小型的氧合器、储血罐及管路可以有效减少血气界面，减少血与其他材料的接触界面，并减少血液稀释。使用肝素或其他生物涂层处理过的CPB管路具备更好的生物相容性，也能够减轻炎症反应，减少术后低氧血症的发生及ICU存留时间。这种CPB设备的改进对长时间CPB的患者获益更多。

2.3 白细胞滤过 白细胞的激活和氧自由基的产生与肺损伤有着重要联系。尽管一些研究表明白细胞去除技术可以大幅减轻CPB导致的肺损伤，但这一结论尚未得到一致认可，关于这些技术的意义尚需进一步研究证实。

2.4 超滤的应用 CPB中血液与预充液混合，导致血液稀释。当红细胞压积水平低于23%时，会增加组织间质水肿，并加重心肺脑等终末器官的功能障碍。超滤的应用能够增加红细胞压积和血管内胶体渗透压，从而减轻术后水肿，对术后肺功能有益[14]。此外，大部分炎症因子的分子量较小，可以自由通过常用的超滤膜孔径，理论上超滤具有去除炎症因子的功能。使用逆行自体血预充也有助于减少晶体液的应用，能够减轻水肿，进一步减少输血、减轻炎症反应，从而改善肺功能。

2.5 外科技术 采取避免CPB的术式也许能从根本上预防或减少ALI。然而非CPB只适合在冠脉搭桥手术中应用，在大部分瓣膜手术中，尽可能缩短CPB时间可能是预防ALI的关键因素。在自体肺代替氧合器的双心室CPB技术可避免人工肺的炎症激活反应，但这项技术局限性较大，尚未在临床应用[15]。

2.6 麻醉管理 CPB术中持续性肺通气主要是为了减少术后肺不张的发生，然而持续的通气可能影响手术区域的暴露，因此常不能为外科医生接受。众多学者在CPB中和CPB后尝试了多种通气方式，包括间断、连续、持续正压通气,呼气末正压通气,低潮气量等等，但尚未得到一致意见。在非停跳的CPB瓣膜手术患者的研究中发现，采取小潮气量通气能够减轻炎症反应。在CPB将要结束时进行1～3次35～40 cmH2O压力的膨肺有助于术后早期的氧合，但对进入ICU后的远期预后并没有影响[16]。近年术中应用肺保护性通气策略受到广泛关注,其对CPB手术患者的影响尚无定论。众多研究表明，CPB心血管手术中使用静吸复合麻醉并没有显示出比全凭静脉麻醉更能抑制炎症反应。但一些研究显示，使用七氟烷等吸入麻醉药能够减少促炎性细胞因子的产生，同时减轻炎性因子引发的肺损伤[17]。

2.7 疼痛管理 术后疼痛的管理在心血管手术后肺功能的变化中发挥着重要作用。心血管手术后的疼痛程度主要取决于手术切口的类型及是否取用大隐静脉。一般来讲，胸骨正中切口所带来的疼痛在术后第2天使用口服止痛药即可得到控制，而取大隐静脉所致的腿部切口往往导致更加剧烈的疼痛。此外，镇痛水平不应局限于休息时的疼痛，而应确保患者在实施胸部治疗动作如咳嗽、肺功能评估、深呼吸等时不感觉疼痛。静脉应用吗啡对患者拔管时间影响的临床研究所得到的结论不尽相同，临床选取非阿片类镇痛药如对乙酰氨基酚等非甾体类抗炎药并间歇性使用小剂量麻醉药可以在有效控制疼痛的同时减少呼吸抑制。高胸段硬膜外镇痛为开胸手术患者的术后恢复提供了一个机会，能够改善术后肺功能和缩短机械通气时间，而对ICU和住院时间影响不明显。高胸段硬膜外镇痛应用的限制在于CPB抗凝后硬膜外血肿的风险增加，然而，实际情况是，在4 600例患者中，仅出现1例硬膜外血肿[18]。在蛛网膜下腔给予小剂量吗啡能提供长达24 h的良好镇痛效果,已被用于各种类型心脏手术的术后镇痛。

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辽宁省自然科学基金资助项目(2015020303)。

栾永(E-mail:cclyyly@163.com)

10.3969/j.issn.1002-266X.2017.13.035

R614.2

A

1002-266X(2017)13-0104-03

2016-10-20)