成人體外循環(huán)模型中不同壓力及流量對動脈濾器排氣管分流量的影響

段 欣,劉 剛,李青峰,唐 躍,于 坤,龍 村,吉冰洋

在體外循環(huán)中,患者的心肺功能需要由人工心肺機來替代。人工心肺機需要提供足夠的血流來維持體外循環(huán)期間人體內(nèi)環(huán)境和血流動力學穩(wěn)定。如果血流灌注達不到人體需求,會導致組織器官缺氧,進而導致高乳酸血癥。研究發(fā)現(xiàn)高乳酸血癥與術后死亡率呈正相關[1-2]。臨床工作中,灌注師主要根據(jù)人工心肺機的流量顯示,對灌注流量進行調(diào)整。有實驗研究發(fā)現(xiàn),在體外循環(huán)側路開放狀態(tài)下,特別是在低流量高循環(huán)阻力時,人工心肺機顯示流量較實際流量高 40%～83%[3-4]。臨床體外循環(huán)中,動脈濾器排氣管通常處于開放狀態(tài),這會對灌注患者的動脈管路造成一定的分流。如果分流量超過一定范圍,而沒有對泵流量進行調(diào)整,就會導致低灌注發(fā)生。Wang等[4]通過模擬嬰幼兒體外循環(huán)模型,在不同流量和壓力下記錄了動脈濾器排氣管的分流量及分流率。

本研究通過模擬的成人體外循環(huán)模型,在不同泵流量和濾器后壓力下,觀測動脈濾器排氣管開放時對體外循環(huán)管路的分流量。

1 材料和方法

1.1 試驗方案 體外循環(huán)系統(tǒng)由Stockert SⅢ型人工心肺機(Sorin Group,Munchen,德國),Stockert SⅢ型變溫水箱 (Sorin Group,Munchen,德國),Maquet成人膜式氧合器(Maquet Cardiopulmonary AG,Hirrlingen,德國),成人動脈濾器(Fly,寧波,中國)組成。1/2英寸的硅膠管置于滾壓泵中,膜式氧合器兩端連接 3/8英寸管路。動脈濾器排氣管(直徑 3/16英寸)連接動脈濾器與靜脈回流室。管路預充由志愿者捐獻的 800 Ml肝素血以及 500 ml乳酸林格液。nova血氣分析儀(Nova Biomedical,Waltham,MA,美國)檢測紅細胞比容 0.21。使用一個滾壓泵泵頭擠壓住動脈管路的遠端,使動脈管路維持一定的壓力。本試驗模擬的動脈管路壓力范圍是 120～220mm Hg。通過 Stockert SⅢ型變溫水箱維持循環(huán)管路的溫度在 36℃。管路的排氣和其他操作步驟同臨床標準操作。模擬成人體外循環(huán)管路見圖1。

圖1 模擬成人體外循環(huán)示意圖

1.2 試驗設計 我們模擬了臨床中常用的5種不同泵流量(3 000～5 000 ml/min,每次增加 500m l/min)以及 6種不同的濾器后壓力(120～220 mm Hg,每次增加 20mm Hg)。記錄動脈濾器排氣管開放狀態(tài)時對動脈管路的分流情況。

1.3 流量監(jiān)測 兩通道 TS410流量計(Transonic Systems Inc.,Ithaca,NY,美國)由兩個 3/8流量探頭分別置于氧合器前和濾器后,測量濾器前后的流量。不同狀態(tài)下的分流量通過氧合器前流量減去濾器后流量得到。在不同狀態(tài)下的分流率則通過公式計算:分流率(%)=[(氧合器前流量-濾器后流量)/氧合器前流量]×100。所有試驗重復 3次。

1.4 統(tǒng)計分析 采用 SPSS 13.0軟件進行統(tǒng)計分析,所有變量采用均數(shù) ±標準差(±s)表示。多重比較采用 Tukey test。P＜0.05認為具有統(tǒng)計學意義。

2 結 果

分別記錄動脈濾器排氣管壓力,氧合器前和濾器后流量,然后計算在不同濾器后壓力及流量下的分流量和分流率。

當泵流量不變的情況下,濾器排氣管分流率隨著濾器后壓力的增加而升高。當濾器后壓力恒定時,分流率會隨著流量的增加而降低。當濾器后壓力 220 mm Hg,泵流量 3 L/min時,排氣管處分流量達到 1 L/min,分流率為 33%。然而當泵流量提高至 5 L/min時,分流率則降低為 20%。在較低的泵流量同時較高濾器后壓力狀態(tài)下,濾器排氣管的分流率明顯增加。見表1和圖2。

不同濾器后壓力及泵流量時,濾器排氣管壓力見表2。在泵流量恒定時,濾器排氣管壓力隨著濾器后壓力增加而增加。在濾器后壓力不變時,濾器排氣管壓力隨著泵流量的增加而增加。本實驗中所有濾器后壓力均高于濾器排氣管壓力。

圖2 動脈濾器排氣管開放時分流率

表1 動脈濾器排氣管開放時的不同流量和濾器后壓力下分流率(%,±s)

表1 動脈濾器排氣管開放時的不同流量和濾器后壓力下分流率(%,±s)

注:其他泵流量與 3.00 L/min時比較*P＜0.05,其他濾器后壓力與 120 mm Hg時比較#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 不同流量和壓力下動脈濾器排氣管壓力(±s)

表2 不同流量和壓力下動脈濾器排氣管壓力(±s)

3濾器排氣管壓力 57.33±0.58 75.67±0.58 89.33±0.58 102.00±1.00 117.33±1.15 129.33±0.58濾器后壓力-濾器排氣管壓力 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 濾器排氣管壓力 68.00±1.00 78.67±0.58 90.67±0.58 103.33±0.58 119.67±0.58 128.33±1.53濾器后壓力-濾器排氣管壓力 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 濾器排氣管壓力 68.67±0.58 81.67±1.53 94.67±0.58 106.00±1.00 120.00±1.00 132.67±0.58濾器后壓力-濾器排氣管壓力 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 濾器排氣管壓力 72.00±1.00 83.33±0.58 97.67±1.53 108.33±0.58 125.33±0.58 136.33±2.52濾器后壓力-濾器排氣管壓力 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 濾器排氣管壓力 72.67±0.58 92.00±1.00 104.33±0.58 116.67±1.15 130.33±0.58 139.67±0.58濾器后壓力-濾器排氣管壓力 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 討 論

體外循環(huán)主要通過人工心肺機提供氧合血來代替心臟和肺臟的工作。足夠的氧合血為患者組織器官提供足夠的氧,滿足機體代謝需要。但在體外循環(huán)管路中存在著一些分流路徑,如:動脈濾器排氣管和超濾裝置等。這些側路的開放會減少實際進入患者體內(nèi)的血流量。為防止空氣栓子進入,動脈濾器排氣管在體外循環(huán)中通常保持開放狀態(tài)。在兒童和嬰幼兒體外循環(huán)期間,濾器排氣管分流率可以達到40%～83%[3-4]。

本實驗模擬成人體外循環(huán)過程,發(fā)現(xiàn)在較低的泵流量(3 L/min)和較高的濾器后壓力(220mm Hg)時,濾器排氣管分流量達到 1 L/min(分流率 33.05%)。而隨著泵流量的提升,分流率逐漸下降,當泵流量到達 5 L/min時,分流率降低至 20%。Wang等[4]在模擬的嬰兒體外循環(huán)管路中,也發(fā)現(xiàn)在泵流量200 Ml/min,濾器后壓力 60 mm Hg時,濾器排氣管分流率達到 42.6%,當濾器后壓力 180 mm Hg時,分流率達到 82%,變化趨勢與本實驗相同,但分流率明顯高于本實驗的分流率。Lee-Sensiba等[3]在 4種壓力 (100 mm Hg、200 mm Hg、300 mm Hg和400mm Hg)和 4種泵流量(670 ml/min、1 350 ml/Min、2 770m l/min和 3 860ml/min)下,測定動脈濾器排氣管的分流量,發(fā)現(xiàn)分流變化主要依賴于管路的壓力。在低泵流量情況下,管路壓力增加可以導致患者灌注流量減少。同時還發(fā)現(xiàn)當濾器排氣管開放時測得的壓力較排氣管關閉時低約 45 mm Hg。我們在實驗中也發(fā)現(xiàn),濾器排氣管開放時測定的壓力較關閉時低約 30 mm Hg。這種現(xiàn)象可能是濾器排氣管開放時產(chǎn)生分流,從而降低了濾器處測得的管道內(nèi)壓力。Hargrove等[5]研究不同溫度是否會造成心肺機流量顯示和泵管內(nèi)實際流量的偏差,發(fā)現(xiàn)在 12～37℃的溫度范圍內(nèi),溫度不會影響PVC或硅膠材料的管路內(nèi)流量。臨床體外循環(huán)的降溫復溫過程并不影響動脈濾器排氣管的分流量及分流率。

減少動脈濾器排氣管分流可以通過以下幾種方式,例如:增加排氣管的流體阻力,比如使用直徑更細的排氣管,但會同時降低其清除氣栓能力。或是增加泵流量來彌補其分流量,但是大多數(shù)情況下,因為無法知道確切的分流量,灌注師往往憑經(jīng)驗來增加泵流量。因此在動脈濾器后安裝一個流量計可以實時監(jiān)測進入患者體內(nèi)的流量,有助于指導灌注師精確的調(diào)整流量。

4 結 論

通過本實驗,我們可以發(fā)現(xiàn)低流量和高濾器后壓力均會導致動脈濾器排氣管分流量的增加。在濾器后管路安裝一個流量計可以實時監(jiān)測進入患者體內(nèi)的灌注流量,指導灌注師精確的調(diào)整泵流量,保證體外循環(huán)期間患者組織器官得到足夠的灌注。

[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.

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[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