便携式体外生命支持系统深低温低流量在肺爆震伤救治中应用价值研究

孟 浩，刘 宇，历 志，张 永，薛晓东，尹宗涛，吕汝举，王辉山

1.空军军医大学附属西京医院 心血管外科，陕西 西安 710199；2.北部战区总医院 心血管外科，辽宁 沈阳 110016；3.山东威高新生医疗器械有限公司，山东 威海 264209

胸部爆震伤伤情的救治难度大、病死率高，肺对于超压较敏感，是较易受损的器官[1-2]。寒冷地区的胸部爆震伤由于受到低温因素的影响，增加了其救治困难。本研究通过应用便携式体外生命支持系统(portable extracorporeal life support system，PELS)对胸部爆震伤进行救治，旨在为该类患者赢得转移后送时间，提高患者的存活率和救治成功率。现报道如下。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂 健康清洁级成年巴马香猪14只，雌雄各半；体质量38～64 kg，平均(47.21±9.45) kg，由北部战区总医院实验动物中心提供，术前禁食12 h，禁水4 h。便携式体外生命支持系统(portable extracorporeal life support system，PELS)为北部战区总医院与中国科学院沈阳自动化研究所联合研制的体外生命支持系统(专利申请号：201310347528.1，201410350944.1尚未授权)。膜式氧合器(Maquet公司)，变温水箱(Sorin公司)，CDI500连续动脉血气监测仪(Terumo公司)。体外管道：16F股动脉插管、18F股静脉插管(Edward公司)；S/5多功能监护仪(Datex-Ohmeda公司)，预充液总量约600 ml(复方乳酸钠注射液600 ml+肝素4 000 U)。所用炸药为40TNT/60RDX的标准B炸药，RDX为黑索今，采用8号铜壳电雷管起爆。

1.2 研究方法

1.2.1 实验动物分组 将14只小型巴马香猪随机分为对照组和实验组，每组各7只。两组均建立爆震伤模型，对照组予以插管观察指标，不行体外循环。实验组通过PELS行深低温体外循环处置。

1.2.2 动物麻醉 氯胺酮20 mg/kg及阿托品0.5 mg肌内注射诱导麻醉，面罩吸入1.5%～2.0%异氟醚5 min后行气管内插管，呼吸机辅助呼吸，吸入氧浓度60%，潮气量10 ml/kg，呼吸频率15～20次/min。胸部贴电极片行心电监护，猪舌中部夹氧饱和度探头监测末梢血氧饱和度，肛门置温度探头监测直肠温度。双侧腹股沟穿刺左侧股静脉及右侧股动静脉，分别置入7F中心静脉导管、20G动脉穿刺针、18G动脉穿刺针监测中心静脉压、动脉及静脉输液通路。

1.2.3 胸部爆震伤模型建立 参照犬胸部爆震伤模型建立方法[3]，将猪固定于其胸骨中点距离地面1 m处，爆炸装置距地面高度为1 m，猪胸骨中点正对爆炸源。排除爆炸后产生心脏和大血管破裂出血致迅速死亡的动物。

1.2.4 体外循环建立 右颈部气管旁行约4 cm长纵切口，胸锁乳突肌中点内侧肌间沟内分离出右侧颈总动脉及颈内静脉，切开血管后分别置入16F股动脉插管及18F股静脉插管(股静脉插管需置入右心房内)，股静脉注射肝素钠300 U/kg，检测激活全血凝固时间(activated clotting time，ACT)>400 s时开始体外循环。通过下述方法迅速诱导深低温：(1)通过变温水箱迅速降温；(2)通过PELS静脉端迅速加入冰脏器保护液2 000 ml(K+浓度55 mmol/L)，诱导心脏停搏，促进降温；(3)通过PELS静脉端或股静脉侧孔放血1 000 ml，用1 000 ml冰脏器保护液(K+浓度5 mmol/L)置换降温并降低K+浓度。待直肠温降低至20℃时，通过股静脉侧孔放血约1 000 ml，减低PELS流量至500～1 000 ml/min。低流量灌注90 min后，恢复正常流量并缓慢复温，复温过程中通过超滤滤出液体，补充之前放出的血液，心脏复跳后继续复温至37℃，循环稳定，逐渐降低流量并停机。拔除颈总动脉及颈内静脉插管，鱼精蛋白中和肝素。

1.3 观察指标 根据吸气停顿压和潮气量的测量数据计算肺静态顺应性(cstat)。

cstat=潮气量/吸气停顿压

计算两组的氧合指数(PaO2/SiO2)。检测实验组实验猪的心率、平均动脉压、末梢氧饱和度、体温、K+等指标，评估肺震荡伤后使用PELS的安全性。

2 结果

本组13只实验猪胸部爆震伤模型建立成功，对照组1只死亡。实验组动物复温后心脏均自动复跳并恢复窦性心律。自主呼吸全部恢复，停机后存活>2 h。对照组观察中未出现死亡。实验组动物的体温、平均动脉压、心率及K+浓度变化见表1、图1。行体外循环前，两组cstat比较，差异无统计学意义(P>0.05)。但经过体外循环，停体外循环后5 min、2 h，实验组cstat显著高于对照组，组间比较，差异均有统计学意义(P<0.05)。爆震伤后cstat逐渐降低，但经过PELS给予的深低温体外循环处置后，虽然降低，但已经减缓。见表2。行体外循环前，两组PaO2/FiO2比较，差异无统计学意义(P>0.05)。但经过体外循环后，实验组和对照组PaO2/FiO2分别为(352±23) mmHg和(264±25) mmHg，组间比较，差异有统计学意义(P<0.05)。爆震伤后，PaO2/FiO2逐渐降低，但经过PELS给予的深低温体外循环处置后，虽然降低，但已经减缓。见图2。

表1 不同时间点实验组实验猪的体温、平均动脉压、心率、K+浓度变化情况

注：1 mmHg=0.133 kPa

图1 不同时间点实验组猪体温的变化情况

表2 各时间点两组实验猪的cstat比较/ml·cmH2O-1

注：1 cmH2O=0.098 kPa

图2 体外循环前后两组实验猪的PaO2/FiO2比较

3 讨论

胸部爆震伤后，伤情危重，病死率极高。其早期临床表现主要包括呼吸、循环功能不全，约81%的胸部爆震伤患者死于现场和运送途中[4-5]。因此，要提高这类伤病员的救治成功率就必须加强早期的现场救治。寒区条件下进行现场有效救治难度较大[6-7]。PELS辅助下转移后送进行后续治疗为这类伤病员的救治提供新的思路，即伤病员进行PELS转流、降温，至深低温后维持低流量辅助，低流量期间将伤病员转运至后方有条件的医疗单位进行有效的治疗。本研究结果显示，肺爆震伤后采用PELS装置进行深低温处置是安全的。

本研究主要涉及两部分动物模型的建立[2,8-10]：(1)猪胸部爆震伤模型的建立，笔者参照了犬胸部爆震伤模型建立方法[3]，模型建立成功；(2)深低温低流量体外循环模型的建立[11]，这也是本研究的重点。通过本研究总结以下要点：(1)实验猪股动、静脉较细，行股动静脉插管难度较大，且难以满足全流量要求，无法按照实际临床常规方法进行股动、静脉插管。因此，需采用颈总动脉及颈内静脉插管，而股动静脉只能用于动静脉测压或作为静脉通路。(2)低流量期间，如果有条件仍需要通过变温水箱保持低温，否则温度会受环境温度影响而升高。本研究在实验室进行，具备保持低温的条件，因此，低流量灌注前后温度变化不大。然而，在实际的救治过程中，低流量过程为伤病员转运过程，很难保证保温条件，不可避免温度上升，这可能影响研究结果，仍需进一步验证。(3)恢复循环后复温需缓慢(0.5℃/min)，以减少神经系统并发症的发生[12]。(4)由于动物模型不切开心脏及主动脉，冠状动脉不存在气体栓塞风险，实验猪复温后于20.8℃～24.3℃均可自动复跳，且K+浓度对心脏复跳影响有限，本研究中实验猪心脏复跳时K+浓度为6.9～10.1 mmol/L。(5)体外循环期间，由于反复通过冰脏器保护液置换血液，导致血液严重稀释，血红细胞压积严重降低，血浆胶体渗透压降低，复温过程中需持续超滤滤除液体并随温度升高，逐渐补充血液及胶体[13]。(6)低流量灌注前，需通过PELS静脉端或股静脉侧孔放血以降低体循环内容量负荷和血管内静水压，避免体液向组织及间隙渗出。(7)本研究选择胸部爆震伤后未产生严重心脏、大血管损伤及穿透性损伤的实验猪，可以顺利进行PELS辅助；而发生严重心脏、大血管损伤的实验猪，PELS辅助无法顺利进行。

肺爆震伤的主要病理改变是肺泡破裂和肺泡内出血，其次是肺水肿、气肿，有时伴肺破裂。肺出血可由斑点状至弥漫性不等，重者可见相当于肋间隙下相互平行的条状肺实质出血。肺实质内血管破裂可形成血肿，甚至可出现血凝块堵塞气管而迅速致死。爆震伤后，对肺进行保护，可以提高伤员的存活率。cstat是反映肺功能的一个指标[14]。本研究结果显示，爆震伤后，cstat逐渐降低，经过PELS给予深低温体外循环处置后，虽然降低，但已经减缓。这说明深低温用PLES干预，可对肺进行保护。但cstat仍然在下降，这尚需要进一步进行治疗。Imura等[15]在猪体外循环模型中发现，低频率通气(频率5次/min，潮气量10 ml/kg)可减少肺组织代谢和组织学损伤，改善术后肺功能。

综上所述，PELS应用于猪胸部爆震伤模型的救治安全、有效，但对于轻度的爆震伤，无需使用该方法。手术过程操作简便，实验猪脱离呼吸机后能短期存活，为研究胸部爆震伤的救治提供了良好的实验基础。