现代小儿体外循环辅助下心脏手术中的超滤技术.docx
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现代小儿体外循环辅助下心脏手术中的超滤技术
现代小儿体外循环辅助下心脏手术中的超滤技术
摘要：
超滤是模仿肾小球滤过的原理，用半透膜两侧的压力阶差，滤出水份和中小分子物质。
用以去除循环中过多的水份，减少血液稀释带来的不利影响，如组织水肿和输血。
超滤技术目前在体外循环辅助下心血管手术中广泛使用，可以用于术前、术中及术后。
主要分为CUF、改良超滤和零平衡超滤三类。
使用超滤技术有利于术中血流动力学的维持，减少血制品的使用，减轻系统炎症反应（SIRS），有利于术后心功能、神经功能、呼吸功能和凝血机制的恢复和稳定。
本综述试图回顾性分析这些超滤技术的管路构建、适用指征、结束指征及临床影响。
关键词：
儿科超滤心脏手术体外循环
超滤（Ultrafiltration，UF）广泛用于体外循环（cardiopulmonarybypass，CPB）辅助下心脏手术中。
它起源于肾透析技术，为肾功能不全患者提供一个代替肾脏的装置，从血液中滤除废物和多余水分。
超滤能在CPB期间阻止血液稀释，利用半透膜两侧的压力阶差通过半透膜去除多余水份。
血液稀释常被运用在CPB中可减少红细胞破坏，促进组织灌注，但同时带来一些副作用，如血浆胶体渗透压低、增加身体水分、重要器官的间质水肿、组织缺氧，低血压、血液低凝状态、肾功能不全、心肌和脑缺血。
因此，超滤应用在CPB结束后的主要目的是浓缩灌洗液，然后再注入回病人。
促进了CPB手术中血液稀释技术和多次心肌保护液灌注。
至今，有三种类型的超滤技术用于CPB手术中。
70年代末开始了CPB超滤技术的研究,最常用的是常规超滤（Conventionalultrafiltration，CUF），用以去除循环中过多的水份,提高Hct和胶体渗透压,减轻组织水肿,促进细胞对氧的利用,但其滤出液量受到贮血器平面的限制。
CUF可以用在CPB停机之前的任何时间。
90年代初，Naik[1]提出了（Modifiedultrafiltration，MUF）法,直接超滤患者体内被稀释的血液,滤除组织间隙内的大量水分,促进血流动力学的恢复,并克服了CUF的不足,能充分利用心肺机管道系统内残存的含有血球的稀释液体,特别在小儿病例中效果更为显著。
MOF被广泛用于儿童CPB手术的血液浓缩。
另外，零平衡超滤（Zero-BalancedUltrafiltration，Z-BUF）是Journois和同事[2]在婴幼儿心脏手术复温阶段所描述的一种超滤方式,目的在于通过增加相同体积的晶体液来替代超滤过程中所滤出的液体量,以达到滤出体外循环过程中产生的炎性介质,减少炎性介质的数量并加快其排除。
因此，联合应用不同超滤方法可以在CPB手术中达到对病人最大影响。
一、超滤管路
超滤主要有两种回路连接方法：
动脉-静脉超滤和静脉-静脉超滤。
（一）动脉-静脉超滤
1.从动脉滤器的净化管路到静脉储血器（图1.A）-这是CUF最常用的方法，也是排除动脉导管内气栓必不可少的通路。
2.从动脉管路到静脉管路（图1.B）-MUF经典连接方法。
需要使用血泵来驱动和控制血流速度。
3.来自再循环管路到静脉储血器（图1.C）-MUF备选方法。
4.来自动脉管路至心脏停搏液灌注管路（图1.D）-通过使用心脏停搏液灌注管路的温度交换器，可以在MUF的同时保持灌注液温暖，特别适用于新生儿和婴幼儿。
（二）静脉-静脉超滤
1.从静脉管路到静脉储血器（图2.A）-需要血泵。
2.从主泵的回路管路到静脉储血器（图2.B）
3.从排气管路到静脉储血器（图2.C）-在主动脉阻断开放及CPB停机后可以使用。
4.其他可选方法-两侧股静脉管路超滤[3]，或者静脉储血器和心切开术储血器之间[4]。
或者用位于右心房双腔导管行静脉-静脉MUF[5]。
血泵应用于驱动。
图1、静脉-动脉超滤
图2、静脉-静脉超滤
二、超滤器类型
几种临床常用的超滤器（见表1）。
表1、临床常用的超滤器
三、超滤方法
现在最常用的三种超滤方法：
（一）CUF
最常用的方法是在动脉滤器净化管路和静脉储血器之间放置一个超滤器。
可以不需要另外使用泵。
CUF可以执行在CPB中任何时间，只要打开动脉滤器净化管路，血流可自行从高压的动脉管路流入超滤器流向低压的静脉储血器。
有时为了提高跨膜压，可部分钳夹超滤器出口管路，同时降低血液分流。
在超滤液出口给予合适的负压可进一步提高跨膜压。
（二）MUF
超滤器的入口连接到动脉管路，出口连接到静脉管路。
必须使用副泵提供动力。
CPB手术之前超滤器应当排出空气，在CPB手术期间夹紧超滤器的出入口保持隔离。
CPB手术停机后，夹闭静脉储血器和超滤器的出口之间的管路，打开超滤器的入口，然后进行MUF，血流从动脉管路流向超滤器，再通过静脉管路流回人体。
必要时同时可运转主泵提供给病人静脉储血器内的血液补偿滤液量，维持血流动力学稳定。
（三）Z-BUF
可与CUF使用同一管路。
Z-BUF常用于复温阶段，通过增加相同体积的晶体液来替代超滤过程中所滤出的液体量,以达到滤出体外循环过程中产生的炎性介质,减少炎性介质的数量并加快其排除。
最常用的晶体液是勃脉力，一种等张的电解质溶液。
或者其他晶体液，象Duosol[6]、PrismaSATE®BK0/3.5[7]。
需要使用副泵提供动力。
高流量Z-BUF在CPB手术中可以进一步控制血钾、血钙浓度。
四、停超滤时机
（一）CPB前
Z-BUF可以在CPB开始之前进行；用于预冲液预处理（包含红细胞或者血浆）使其达到正常的电解质浓度和酸碱平衡。
在Z-BUF过程中加入合适量的晶体液，以维持恒定血液浓度，根据血气分析的结果决定何时结束。
CUF也可被用于浓缩预冲液至适当的静脉储血瓶血液浓度。
超滤器保留在CPB管路中，这样可以在之后继续用于CUF和MUF。
（二）CPB中
CUF可以用在CPB手术中任何时刻，特别是当大量晶体液进入CPB导致红细胞比容降低时。
必须注意储血器血液平面保持一个合适的最低安全水平，常常需要加入血制品或晶体液来维持平面。
根据合适的较高红细胞比容选择何时时机在CPB停机前结束CUF。
CUF的有效性被静脉储血器最低液平面的要求制约，特别是儿科患者。
Z-BUF通常用于心脏手术复温阶段。
Z-BUF过程中通过控制晶体液加入量来维持储血瓶血液平面。
常常根据时间或者滤液量来决定Z-BUF停止时机，很大程度上依赖灌注师的临床经验。
（三）CPB后
MUF通常在CPB停机后5-10分钟内开始，持续10-20分钟。
如果患者血流动力学稳定。
减少体内积水和浓缩血液成分是它的最终目标。
当CPB管路血液回收完，红细胞比容达到理想水平，可以结束MUF。
新鲜血浆或者库存红细胞可以有助于进一步提高MUF结果。
（四）ECMO中
超滤器可以置于ECMO高压的动脉管路到低压的静脉管路之间。
CUF和Z-BUF可以用于ECMO。
目标是消除体内多余的水、增加血液渗透压或维持电解质和酸碱平衡。
血气分析和临床表现是决定停超滤的重要指标。
五、临床影响
（一）血液浓缩
CPB管路在连接到病人之前预充完毕，排清空气。
CPB期间大量晶体液与血液混合会导致血液过度稀释。
心肌保护液的加入会进一步加重血液稀释。
特别是对于小儿，CPB过程中的预充量相对于病人血容量的比例很高。
但是这些过剩的水分无法在CPB结束后由小儿肾脏完全清除。
而且长时间的CPB、低温和低体重都有加重了水分在体内蓄积的潜在风险。
因此，CUF最主要的目的是清除预冲液的蓄积，MUF可以更进一步清除人体内多余水分。
这是超滤最直接最直观的临床效果。
几乎所有发表的关于超滤的文章都表明这种显著的效果和临床获益。
超滤可以从CPB中清除水分，提高红细胞压积、血红蛋白水平。
必要时给予新鲜血浆，库存红细胞和人血清蛋白至CPB管路可以进一步提升HCT和血浆渗透压。
显然浓缩血液可以增加血液的携氧能力，以避免在CPB停止后终末器官缺血和功能障碍。
（二）血制品需求
通过MUF去除多余的水份和血液回收在CPB结束后，使得红细胞压积、血小板水平较高，从而导致减少血制品输注[8]。
但是也有临床研究显示并没有明细减少血制品输注[9,10]。
一项临床研究[11]显示在CUF联合MUF后头48小时内出血明显减少，可能与凝血因子（纤维蛋白原、凝血酶原和因子VII）和血小板的浓缩有关[12]。
在一项动物实验中，新生猪仔CPB停机后MUF使得凝血酶抗凝血酶复合物水平降低，提示凝血酶形成减少，这可能意味着新生猪仔得到更好的凝血功能保护[13]。
（三）心脏功能
临床研究[14]表明，MUF可以提高术后早期婴儿的左室收缩功能，提高舒张期顺应性，增加血压，减少心肌力作用药物使用。
Chaturvedi等人研究表明，MUF可以改善婴幼儿心内直视手术后左室收缩功能，依据收缩末期压力容积的对比研究平均增加57.8%[15]。
Honjo等研究也显示MUF改善心肌功能，恢复心室功能，尤其是对于接受长时间CPB的儿科患者[16]。
Aggarwal等人[11]报告CUF联合MUF后，心脏射血分数（EF）和面积变化分数（FAC）得到明显改善，后室室壁厚度降低，MUF对心功能的改善可能归因于MUF引起的血液浓缩，减少心肌水肿。
MUF后对心率和舒张压的增加可以增加冠状动脉血流，从而使接受Norwood重建手术的新生儿受益[17]。
（四）肺功能
临床研究表明，连续超滤（Z-BUF联合MUF）减轻炎症反应以及改善肺功能。
CPB结束后肺气体交换及肺通气功能提高，这是与血液浓缩和消除炎症介质相关联[18]。
因此，超滤可以缩短机械通气时间，改善术后肺泡动脉氧梯度[2]。
Mahmoud等人研究发现婴儿在MUF后肺顺应性和气体交换能力得到临时改善[19]。
ewHiramatsu等人报道，Fontan术后采用Z-BUF联合MUF可以有效抑制血浆内皮素-1（ET-1）释放和降低肺血管阻力[3]。
Lou等人发现，先天性心脏病患者MUF后血浆降钙素原水平下降，PaCO2和机械通气时间减低，肺顺应性增加。
他们推测，血浆降钙素原水平较低可改善呼吸功能[20]。
一项动物实验可以证明这项临床发现[13]，可以观察到新生猪仔CPB执行2小时后MUF之后观察到肺血管阻力降低，气道分泌物IL-8水平降低，静态肺顺应性提高，肺水分泌减少。
（五）ICU停留时间
Kotani回顾性分析临床资料[21]，显示MUF可以缩短ICU住院时间，但并没有改变行大动脉调转术的新生儿呼吸机支持的持续时间。
Sever等人[8]研究也表明了MUF缩短ICU住院时间。
预冲液的Z-BUF结合CUF大大减少心肌力支持，缩短呼吸机支持和ICU停留时间[22]。
（六）电解质
半透膜超滤器允许水和一些小分子通过半透膜。
提高跨膜压力可以使液体和小分子溶质更容易通过半透膜。
在CPB期间，高钾血症可能是由于输注大量心肌保护高钾停搏液、溶血现象或较长时间的库存红血细胞。
在这种环境中，高容量Z-BUF可以维持血钾正常水平，有助于在主动脉阻断开放之后自主恢复正常窦性心率。
López等人[23]报道，在CPB停机后，MUF10分钟后儿科病人的血浆钾水平降低了13.7%；然而，镁的减少在同一段时间不显著。
预冲液预处理还可以减少在启动CPB后的电解质和酸碱紊乱。
临床前瞻性研究表明，在CPB开始之前儿童预冲液Z-BUF预处理，可显著提高pH，增加实际碳酸氢盐（HCO3）、碱剩余、血钠、血钙，降低血糖、乳酸、血钾，维持电解质和酸碱平衡，用碳酸氢盐缓冲液作为置换液大约超滤出1000ml液体[24]。
动物研究表明，预冲液预处理可以降低血钾、血清素、乳酸和IL-8。
因此，预充液的预处理可以调整电解质及其代谢产物的浓度，减轻炎症介质[13]。
最近的一项研究报告[22]说，预冲液Z-BUF可以减少代谢活动负荷，维持CPB前后较低的乳酸和血钾水平。
（七）全身炎症反应综合征
血液的非生理暴露可诱导全身炎症反应，其特点是全身炎症因子的释放。
超滤技术利用超滤器去除体内多余的水；同时，从血浆中滤除低分子量物质，如肿瘤坏死因子-α，IL-1，IL-6，IL-8，IL-10，C3a补体，C5a，C5b-9。
超滤子的超滤效率取决于超滤膜的孔径大小、流过膜的表面、滤液体积、跨膜压力和操作温度。
因此，不同超滤膜和不同的临床环境可能有不同的超滤效率。
预冲液超滤可以减轻CPB开始时的炎症介质的初始攻击和抑制炎症细胞因子随CPB进展的增加[25]。
使用MUF可使小儿心脏手术术后早期几小时内IL-8水平下降，但与CUF相比术后24小时差异无显著性[8]。
Berdat等发现尼龙超滤器可以更有效地降低IL-10和C5b-9补体复合物浓度，而聚芳基醚酮超滤器更有效地降低IL-6，用聚芳基醚酮超滤器CUF能比MUF可以去除更多的IL-6[26]。
（八）药物
接受心脏手术的孩子在手术后，通常需要药物的支持。
某些药物会被超滤法滤除，而高蛋白结合率药物会被蓄积，取决于使用超滤膜的孔径。
特定药物的筛分系数是血浆药物浓度变化的关键参数[27]。
如比伐卢定是肝素引起的血小板减少症（HIT）的直接凝血酶抑制剂。
在一案例报道中[28],在CPB后MUF过程中停止输注比伐卢定期间，活化凝血时间（ACT）迅速下降。
因为超滤可以清除比伐卢定，MUF在CPB停机后有助于保持好的止血效应。
Masuda等发现几乎1/4的给予剂量的氟氧头孢（第二代头孢类广谱抗生素）在接受心脏手术的儿童中被MUF清除[29]。
六、超滤的缺点
（一）高血压
MUF过程中血压升高可能与心肌含水量的减少、心肌收缩功能改善相关联[30]。
血压升高和血细胞容积之间没有证据表明存在相关性[31]。
此外，研究表明[32]，在儿童患者MUF期间前列腺素E2（PGE2是一种主要的血管内在扩张剂）的清除是血压升高的主要原因，对低体重患者的影响更为明显。
（二）低血钾
因为血钾离子可以自由通过超滤膜，在小儿CPB停机后MUF可使血钾水平可能会降低;高容量Z-BUF中，低钾晶体液液也可能会导致低血钾浓度[23]。
在这种情况下，必须注意。
López等建议对低血钾的患儿在MUF前补充钾，以进一步减少MUF后血钾降低[23]。
（三）溶血
长时间超滤膜维持高压力，高流量，会导致溶血。
CPB期间早期对血液浓缩，也可能引起溶血。
超滤无法清除游离血红蛋白，而是浓缩它。
（四）气栓
主动脉插管在MUF期间，可能夹带空气。
在MUF期间，如果主动脉导管的尖端接触主动脉后壁，动脉管路可能坍塌，导致主动脉损伤。
ECMO过程中，如果超滤器的出口连接与离心泵的进口侧，夹紧超滤器的入口可能导致从中空纤维膜超滤膜孔隙夹带入空气。
因此，超滤膜管路要么保持超滤状态，要么上下端完全夹紧，而不能直接重复使用。
（五）病人冷却
没有热交换器的长期超滤可引起病人的冷却，影响凝血系统和对药物的血流动力学反应，特别是新生儿和婴儿。
在MUF中热换热器的应用将防止病人冷却。
（六）血流动力学不稳定
超滤可能导致血流动力学不稳定或可能损害肺主动脉分流[10]。
有各种原因，包括血量迅速减少，主动脉过多分流、低体温，或心功能不全。
在这种情况下，最好的建议是推迟或停止MUF。
（七）脑缺血
Medlin等人[33]报道在MUF期间脑组织氧变化的趋势。
脑氧饱和度（rSO2）与pCO2、平均动脉压呈正相关，和超滤泵流量呈负相关。
Rodriguez等人[34]研究发现在MUF期间大脑中动脉血流速度降低和脑混合静脉血氧饱和度降低，特别是在MUF通过血流率较大时，尽管全身血压和红细胞压积都轻度增加，也无济于事。
这可能是由于在小婴儿中动脉循环在MUF期间被分流所致。
更应注意新生儿或婴儿CPB期间或之后执行的超滤，防止因为超滤分流所致的灌注量不足。
控制适当的超滤速度是非常重要的。
（八）其他
使用超滤造成额外的费用。
血液的接触到无内皮的超滤器表面可能会导致更多的免疫反应。
MUF增加心脏手术的时间和推迟鱼精蛋白注射。
七、南京市儿童医院的超滤观点
许多小儿心脏外科中心协同努力发展超滤技术，以减少CPB对血液稀释影响。
缩短管路长度，减小管路直径，辅助静脉回流等都一一达成。
减少输血病人的血液的暴露是重要的，但有时过量也会适得其反。
减少CPB管路的直径和长度会增加管路的压力，这已被证明是有害的，增加气体微栓子（GME）形成的风险。
我们医院的理念是尽量使用来源于同一捐赠者的血制品（红细胞的血细胞（PRBC），新鲜冰冻血浆（FFP）和血小板），以此减少接触。
我们期望CPB中红细胞压积大于或等于26%，所以我们通常在小儿患者中使用250毫升的库存红细胞。
这使我们能够达到我们所需的Hct水平，提供足够的容量来MUF。
我们认为重要的是在MUF期间将滤除400-600毫升水分，以提高红细胞压积至40%以上，同时清除大量循环炎症介质。
较好的术后结果可能建立在更高血红蛋白水平的结果之上。
八、结论
用超滤技术的主要目的之一是在CPB期间从病人的身体去除多余的水分，无论CUF、Z-BUF或MUF，CPB手术之前、之中、之后。
移除过量的水可能会带来更多的临床疗效，包括减少对血液制品的需要，增加术后红细胞压积，改善心肺功能，缩短机械通气时间和ICU的时期，特别是对于新生儿和婴儿。
除这些临床好处外，超滤另一个主要的目的是去除过量的全身炎症介质，有利于心脏手术患者术后早期恢复。
如果可能的话，以连续实时方式监测炎症反应，有助于灌注师在CPB期间发现炎症反应的变化趋势，以达到最大的超滤效果。
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