體外循環心血管手術后低氧血癥的誘因及預防進展

宋辛葉,欒永 (大連醫科大學附屬第一醫院,遼寧大連 116011)

體外循環心血管手術后低氧血癥的誘因及預防進展

宋辛葉,欒永
(大連醫科大學附屬第一醫院,遼寧大連 116011)

低氧血癥是體外循環心血管手術后常見并發癥，預防低氧血癥對體外循環心血管手術患者有重要意義。體外循環心血管手術后低氧血癥的誘因包括肺缺血、炎癥反應、肺不張、輸血、肺栓塞、患者自身因素及外科疾病因素等。各種因素中，炎癥反應仍被認為是心血管手術后肺損傷及低氧血癥發生的主要原因，體外循環誘發的全身炎癥反應已為大家公認，而主動脈夾層等外科疾病本身所繼發的炎癥反應卻只是一種推論，至今尚無確切證據。其預防措施需要多管齊下，包括體外循環、外科及麻醉相關技術的改進。

低氧血癥；體外循環；心血管手術；誘因

低氧血癥是體外循環(CPB)心血管手術術后常見并發癥之一，發生率在5%～7%。各類文獻對低氧血癥定義的標準不盡相同，目前采用較多的是2012年柏林標準(PaO2/FiO2≤300)[1]。低氧血癥的誘因較多，既可由肺部并發癥引起，如肺不張、肺栓塞；又可能由外科疾病本身所繼發，如主動脈夾層[2]。急性肺損傷(ALI)引發的低氧血癥發生率雖僅在2%～3%，但病死率為15%～50%；其他原因引起的低氧血癥亦不同程度地增加術后病死率。預防低氧血癥對CPB心血管手術患者有十分重要的意義。現將引起CPB心血管手術后低氧血癥的誘因進行歸類分析，并針對不同誘因的相關預防策略進展綜述如下。

1 CPB心血管手術后低氧血癥誘因

1.1 肺缺血 盡管支氣管動脈僅占肺血流的3%～5%，但肺的代謝需求卻主要依賴于支氣管動脈。一項動物研究發現，CPB時這部分血流量減少至原來的1/10。因此大部分肺床在CPB期間處于缺血缺氧狀態，開放循環恢復血供會導致這些肺組織產生缺血-再灌注損傷，并加重CPB引起的炎癥反應，導致肺血管阻力增加、肺水腫、氧合障礙及肺動脈高壓。

1.2 炎癥反應 CPB誘發的全身炎癥反應可導致肺損傷和術后呼吸功能不全。這種全身炎癥反應源于促炎和抗炎細胞因子的失衡、補體系統及中性粒細胞等的激活。CPB期間內臟血管收縮引起缺血以及腸壁通透性增加導致內毒素釋放入血。內毒素入血后與缺血再灌注、補體激活反應的共同作用下影響細胞因子的釋放，從而放大炎癥反應[3]。白細胞活化可以釋放大量的氧自由基，包括超氧陰離子、過氧化氫、羥基自由基和氧本身，這些自由基可以增加膜的滲透性，并影響心肺功能。防止中性粒細胞黏附可能會帶來益處，但可能會導致更大的感染風險[4]。因此，包括CPB管道、氧合器和泵的生物材料相關因素,灌注方案的選擇,患者術前的健康狀況,圍手術期心輸出量及組織器官灌注情況,CPB期間肺管理,手術切口、手術時間、術中操作、輸血、機械通氣等術中及術后因素在內的多種因素均與CPB全身炎癥反應相關[5]。

1.3 肺不張 肺不張和胸腔積液是臨床最常見的心臟手術后肺部并發癥，不僅可以導致術后低氧血癥，也會增加發生其他并發癥的風險[6]。肺不張的發生可能與術中及術后因素均相關。術中因素包括全麻后正壓通氣、手術操作過程中暴露心臟后表面時對左肺下葉的壓迫、進行腔靜脈插管時對右肺的壓迫以及CPB過程中肺萎陷等。術后導致肺不張的原因主要包括患者術后有效咳嗽、呼吸深度的不足、胸腔積液、胃擴張以及肺間質水腫。疼痛和機械/神經的變化導致術后患者常呼吸淺快，這種呼吸模式也與肺不張的發生相關。

1.4 輸血 輸血不僅能導致輸血相關急性肺損傷(TRALI)和輸血相關循環超負荷，同時也會增加免疫與炎癥反應的風險。TRALI是發生在輸血過程中或輸血后6 h內的一種急性呼吸窘迫綜合征，表現為低氧血癥并伴有發熱、低血壓，X線胸片顯示為雙肺彌漫性肺水腫。研究表明，CPB術后低氧血癥與紅細胞的輸注量呈正相關，而輸注與新鮮冰凍血漿或血小板無相關性。此外，與新鮮血液相比，使用庫存血顯著增加術后機械通氣時間。心臟手術后的患者常有低體溫、處于麻醉狀態、機械通氣，這使TRALI難以被及時發現及診斷。Kolleen等[7]發現輸注紅細胞和(或)新鮮冰凍血漿的患者有更高的呼吸系統并發癥包括呼吸困難、呼吸衰竭、機械通氣時間延長、急性呼吸窘迫綜合征的發生風險，并有著更高的再次氣管插管率。

1.5 肺栓塞 各種類型的手術均有可能導致深靜脈血栓(DVT)的形成與發展，栓子脫落后可能阻塞肺動脈，形成肺栓塞。研究表明,心臟手術后肺栓塞的發病率為0.3%～9.5%。心臟瓣膜手術后肺栓塞的發生率低于冠狀動脈旁路移植術后的患者，可能與瓣膜術后較早開始抗凝治療有關。DVT不僅發生在取大隱靜脈側的下肢，也可發生在對側下肢。

1.6 膈神經損傷 膈神經損傷是心臟手術后特有的呼吸系統并發癥，嚴重者可引起術后低氧血癥。當發現患者有膈肌功能不良、胸腹反常運動、X線胸片顯示膈肌升高或肺活量減少時應懷疑有膈神經損傷。這種損傷過去往往是由于在CPB過程中向心包內灌注低溫心肌保護液造成的。雖然現在這種方式已經很少使用，但部分手術操作如心包切口和乳內動脈的獲取均可能對膈神經造成直接損傷[8]。

1.7 患者相關危險因素 研究表明，術后發生肺部并發癥的患者相關獨立危險因素包括年齡>65歲、慢性腎功能衰竭、慢性阻塞性肺通氣功能障礙、二次手術、急診手術、NYHA分級≥Ⅱ級、左室射血分數≤30%。除此之外，體質量過輕及體質量指數>30 kg/m2也是增加肺部并發癥的獨立危險因素[9，10]。近來研究表明，基因多態性與促炎因子(TNF-α、IL-6、IL-8等)升高有關，引起術后呼吸功能不全并延長機械通氣時間。Kilic等[11]根據6 222例病例為6項危險因素(年齡、慢性肺疾病、外周血管疾病、心肺轉流時間、術中輸血、術前或術中應用主動脈內球囊反搏)賦予不同分值，設計了一項總分為33分的風險評估模型，并驗證了該風險評分與術后獲得肺炎的風險之間有顯著相關性，隨著風險評分的增加，患者心臟術后并發肺炎的概率成倍增加。

1.8 外科疾病相關危險因素 某些外科疾病本身就伴隨低氧血癥的發生，如主動脈夾層。近年來，有關主動脈夾層圍術期低氧血癥的研究和報道逐漸增多，也越來越引起人們的重視[12]。主動脈夾層術后低氧血癥發生率明顯高于其他心血管手術，而其機制尚不清楚。目前更支持此類低氧血癥是由主動脈夾層本身所繼發的全身性炎癥反應所誘發[13]的觀點。

2 CPB心血管手術后低氧血癥的預防

CPB心血管手術后肺損傷是多因素作用的結果，故預防也應由多方面入手。

2.1 圍CPB期肺保護液的灌注 CPB期間肺循環停止，但肺沒有被充分冷卻，溫度較高，故肺組織代謝活躍，耗氧量高。當血流灌注恢復后，有進一步的缺血再灌注損傷，氧自由基、鈣反常和能量代謝異常。CPB期間心臟停跳后肺灌注液能為組織供能并降低炎癥反應。此外，黏附于血管內皮細胞的嗜中性粒細胞可能被機械作用洗脫。同時白細胞比和丙二醛濃度也沒有顯著增加。這些結果表明，肺保護液的灌注能夠有效保護CPB期間肺損傷。

2.2 CPB設備的選擇 在CPB過程中，血液與人工材料表面直接接觸，可造成機體產生免疫原性反應。因此，通過改進CPB相關設備可以減少炎癥反應的發生，如使用更小型的氧合器、儲血罐及管路可以有效減少血氣界面，減少血與其他材料的接觸界面，并減少血液稀釋。使用肝素或其他生物涂層處理過的CPB管路具備更好的生物相容性，也能夠減輕炎癥反應，減少術后低氧血癥的發生及ICU存留時間。這種CPB設備的改進對長時間CPB的患者獲益更多。

2.3 白細胞濾過 白細胞的激活和氧自由基的產生與肺損傷有著重要聯系。盡管一些研究表明白細胞去除技術可以大幅減輕CPB導致的肺損傷，但這一結論尚未得到一致認可，關于這些技術的意義尚需進一步研究證實。

2.4 超濾的應用 CPB中血液與預充液混合，導致血液稀釋。當紅細胞壓積水平低于23%時，會增加組織間質水腫，并加重心肺腦等終末器官的功能障礙。超濾的應用能夠增加紅細胞壓積和血管內膠體滲透壓，從而減輕術后水腫，對術后肺功能有益[14]。此外，大部分炎癥因子的分子量較小，可以自由通過常用的超濾膜孔徑，理論上超濾具有去除炎癥因子的功能。使用逆行自體血預充也有助于減少晶體液的應用，能夠減輕水腫，進一步減少輸血、減輕炎癥反應，從而改善肺功能。

2.5 外科技術 采取避免CPB的術式也許能從根本上預防或減少ALI。然而非CPB只適合在冠脈搭橋手術中應用，在大部分瓣膜手術中，盡可能縮短CPB時間可能是預防ALI的關鍵因素。在自體肺代替氧合器的雙心室CPB技術可避免人工肺的炎癥激活反應，但這項技術局限性較大，尚未在臨床應用[15]。

2.6 麻醉管理 CPB術中持續性肺通氣主要是為了減少術后肺不張的發生，然而持續的通氣可能影響手術區域的暴露，因此常不能為外科醫生接受。眾多學者在CPB中和CPB后嘗試了多種通氣方式，包括間斷、連續、持續正壓通氣,呼氣末正壓通氣,低潮氣量等等，但尚未得到一致意見。在非停跳的CPB瓣膜手術患者的研究中發現，采取小潮氣量通氣能夠減輕炎癥反應。在CPB將要結束時進行1～3次35～40 cmH2O壓力的膨肺有助于術后早期的氧合，但對進入ICU后的遠期預后并沒有影響[16]。近年術中應用肺保護性通氣策略受到廣泛關注,其對CPB手術患者的影響尚無定論。眾多研究表明，CPB心血管手術中使用靜吸復合麻醉并沒有顯示出比全憑靜脈麻醉更能抑制炎癥反應。但一些研究顯示，使用七氟烷等吸入麻醉藥能夠減少促炎性細胞因子的產生，同時減輕炎性因子引發的肺損傷[17]。

2.7 疼痛管理 術后疼痛的管理在心血管手術后肺功能的變化中發揮著重要作用。心血管手術后的疼痛程度主要取決于手術切口的類型及是否取用大隱靜脈。一般來講，胸骨正中切口所帶來的疼痛在術后第2天使用口服止痛藥即可得到控制，而取大隱靜脈所致的腿部切口往往導致更加劇烈的疼痛。此外，鎮痛水平不應局限于休息時的疼痛，而應確保患者在實施胸部治療動作如咳嗽、肺功能評估、深呼吸等時不感覺疼痛。靜脈應用嗎啡對患者拔管時間影響的臨床研究所得到的結論不盡相同，臨床選取非阿片類鎮痛藥如對乙酰氨基酚等非甾體類抗炎藥并間歇性使用小劑量麻醉藥可以在有效控制疼痛的同時減少呼吸抑制。高胸段硬膜外鎮痛為開胸手術患者的術后恢復提供了一個機會，能夠改善術后肺功能和縮短機械通氣時間，而對ICU和住院時間影響不明顯。高胸段硬膜外鎮痛應用的限制在于CPB抗凝后硬膜外血腫的風險增加，然而，實際情況是，在4 600例患者中，僅出現1例硬膜外血腫[18]。在蛛網膜下腔給予小劑量嗎啡能提供長達24 h的良好鎮痛效果,已被用于各種類型心臟手術的術后鎮痛。

[1] ARDS Definition Task Force, Ranieri VM, Rubenfeld GD, et al. Acute respiratory distress syndrome: the Berlin Definition[J]. JAMA, 2012,307(23):2526-2533.

[2] 鞠帆,劉楠,潘旭東,等.Stanford A型主動脈夾層術后重度低氧血癥風險預測模型的探索[J].中華醫學雜志,2016,96(13):1001-1006.

[3] Deng C, Zhai Z, Wu D, et al. Inflammatory response and pneumocyte apoptosis during lung ischemia-reperfusion injury in an experimental pulmonary thromboembolism model[J]. J Thromb Thrombolysis， 2015,40(1):42-53.

[4] Mota AL, Rodrigues AJ, Evora PR. Adult cardiopulmonary bypass in the twentieth century: science, art or empiricism[J]. Rev Bras Cir Cardiovasc, 2008,23(1):78-92.

[5] Raja SG, Dreyfus GD. Modulation of systemic inflammatory response after cardiac surgery[J]. Asian Cardiovasc Thorac Ann, 2005,13(4):382-395.

[6] Huffmyer JL, Groves DS. Pulmonary complications of cardiopulmonary bypass[J]. Best Pract Res Clin Anaesthesiol, 2015,29(2):163-175.

[7] Colleen K, Liang L, Priscilla F, et al. Transfusion and pulmonary morbidity after cardiac surgery[J]. Ann Thorac Surg, 2009,88(5):1410-1418.

[8] Deng Y, Byth K, Paterson HS. Phrenic nerve injury associated with high free right internal mammary artery harvesting [J]. Ann Thorac Surg, 2003,76(2):459-463.

[9] Ranucci M, Ballotta A, La Rovere MT, et al. Postoperative hypoxia and length of intensive care unit stay after cardiac surgery: the underweight paradox [J]. PLoS One, 2014,9(4)：e93992.

[10] Kendale SM, Blitz JD. Increasing body mass index and the incidence of intraoperative hypoxemia[J]. J Clin Anesth, 2016,33(9):97-104.

[11] Kilic A, Ohkuma R, Grimm JC, et al. A novel score to estimate the risk of pneumonia after cardiac surgery [J]. J Thorac Cardiovasc Surg, 2016,151(5):1415-1421.

[12] Wang Y, Song X, Zhu H. Risk factors for postoperative hypoxemia in patients undergoing Stanford A aortic dissection surgery[J]. J Cardiothorac Surg, 2013,8(1):1-7.

[13] Bilan N, Dastranji A, Ghalehgolab BA. Comparison of the Spo2 / Fio2 ratio and the pao2 / fio2 ratio in patients with acute lung injury or acute respiratory distress syndrome[J]. J Cardiovasc Thorac Res, 2015,7(1):28-31.

[14] Liu Y, Wang Q, Zhu X, et al. Pulmonary artery perfusion with protective solution reduces lung injury after cardiopulmonary bypass[J]. Ann Thorac Surg, 2000,69(5):1402-1407.

[15] Suzuki T. Additional lung-protective perfusion techniques during cardiopulmonary bypass [J]. Ann Thorac Cardiovasc Surg, 2010,16(3):150-155.

[16] Schreiber JU, Lancé MD, Korte MD, et al. The effect of different lung-protective strategies in patients during cardiopulmonary bypass: a meta-analysis and semiquantitative review of randomized trials[J]. J Cardiothorac Vasc Anesth, 2012,26(3):448-454.

[17] Neto AS, Hemmes SN, Barbas CS, et al. Association between driving pressure and development of postoperative pulmonary complications in patients undergoing mechanical ventilation for general anaesthesia: a meta-analysis of individual patient data[J]. Lancet Respir Med, 2016,4(4):272-280.

[18] Jakobsen CJ. High thoracic epidural in cardiac anesthesia: a review [J]. Semin Cardiothorac Vasc Anesth, 2015,19(1):38-48.

遼寧省自然科學基金資助項目(2015020303)。

欒永(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)