第一章 体外循环装置Word格式文档下载.docx

1、3、停电时应注意将流量旋钮回零，否则在电源恢复时泵突然启动，一些泵（如Jostra）在这方面有安全装置。4、泵管内径对流量有明显影响。一般说来大口径泵管适用于成人，小口径泵管适用于小儿。5、泵每分钟流量是泵管在滚压轴滚压一圈排出的血量乘以每分钟的转速，由于泵管内径不一样，在更换新的泵管时，需对流量进行校正。6、泵管在泵槽内放置应舒展，在泵槽进出口两端应固定牢靠，一般用专用垫片和特定锁装置固定。7、泵管的安装时须注意方向，如果装反会产生严重后果。如主动脉泵管装反将使血液回抽，心内吸引泵装反将使气体输入心腔内。8、灌注中应注意避免流量突然的增减，因各泵在流量显示时有一定的延迟。9、滚动轴对泵管挤压

2、的松紧度非常重要，过紧过松都可加重血液破坏，增加泵管微栓脱落，且泵管过松可使血液倒流。最佳挤压度是将泵管液平面调至距泵1米高，液平面下降速率为每分钟1厘米。10、泵的盖子在泵运转当中不要开启，以免异物进入泵槽，发生意外。现在新型体外循环机如Sarns8000和Stocker-Shiley等在盖子掀开时泵自动停止。11、一些泵还装有一些辅助装置，如气泡监测、液平面监测、压力监测等，它们可以和主泵相连接。事先设定报警限，超过范围即报警，主泵停止转动。12、一些体外循环机为特殊灌注方法设计了特殊的转流方式，如搏动灌注（见有关章节），停跳液灌注（灌注量、转速、压力报警可预先放置），主副泵灌注等。13、

3、一些体外循环机还附有静脉回流控制设备，温度控制系统，计时系统等。14、随着计算机技术的普及，新型体外循环机要求体外循环医师有良好的计算机知识，这样才能充分发挥其先进工能。它可帮助体外循环医师制定预充计划、自动记录灌注中的数据，通过各种传感器监测灌注中各种情况，保证体外循环的安全进行。二、离心泵（一）原理和结构1、原理 物体在作同心圆运动时产生一向外的力，即离心力，其大小与转速和质量成正比，离心泵即是根据此原理设计的。在密闭圆形容器（即泵头）的圆心和圆周部各开一孔，当其内圆锥部高速转动时，圆心部为负压，可将血液吸入，而圆周部为正压，可将血液泵出。2、结构1）驱动部分 由电机和泵头组成。电机具有体

4、积小、重量轻、噪音小、磨损小等优点。电机带动磁性转子高速旋转，转子磁力带动密封泵头内的磁性轴承及其上的圆锥部旋转产生离心力。较为早期的泵头为涡流剪切力式，分层塔状锥体形设计，利用液体剪切应力使其产生流动。为了增加液体运动，减弱转速，减少产热，新型的离心泵头内设计有转子叶片，泵效高（图1-1-2）。离心泵的转子与电机用导线连接，增加了活动性，可进行远距离操作。泵头内采用了肝素结合技术，生物相容性好，可不用或少用肝素，更增加了离心泵的安全性。2）控制部分 要求操作简便、调节精确、观察全面。所有的离心泵均采用计算机技术以达到上述要求，可对自身状态进行自检，一但出现问题，及时报警并出现提示符以利调整，

5、且所有离心泵都有流量、转速二窗同时显示。为了预防意外断电，有些离心泵还备有内部电池，断交流电时能在5.0L/min流量下工作近1小时。为了使灌注更接近生理，靠微处理机控制电机在高速和低速交替运转而使血流形成脉冲，离心泵还可进行搏动灌注。每个离心泵配有一个流量传感器，分为电磁传感和超声多普勒两种类型。电磁流量传感器精确度高，干扰因素小，但需要一次性消毒特制探头；超声多普勒传感器不需要探头，可反复使用，但当血液稀释、用不同管道或温度变化时，测定的流量有变异，在转流开始时管道内流动的是晶体液，超声探头不敏感，此时要根据氧合器内液平面判断流量。3）目前市场上主要有三种离心泵，Lifestream、Sa

6、rns和Bioamedicus，表1概列其性能和特点。表-1：三种离心泵性能的比较LifestreamBiomedicusSarns预充容量（ml）转子类型流量测定自动校正搏动灌注压力监测温度监测时钟显示内部电源泵头兼容60弯曲叶片电磁可以否有50、80、154分层锥体48直线叶片超声无（二）离心泵和滚压泵的性能比较表-2 离心泵与滚压泵的基本性能比较离心泵滚压泵流量类型血液破坏微栓产生意外排空远端阻塞长期灌注机动性能血流倒流和转速、压力非线性正相关开放、限压较轻不易不能管道压力增高有限适合良好转速不够时可发生和转速呈线性正相关闭合、限量较重泵管压力增高至崩裂不合适较差不会发生1、血液损伤小

7、尤其适用于需要长时间灌注的病人，如心脏辅助支持。2、压力缓冲大 离心泵可视无瓣膜开放泵，泵的转速越高，产生压力越大，泵输出量就越高，而泵后阻力升高，流量会相应减少，即“转速-阻力依赖性”；如果泵后管道扭折闭合，因离心泵是开放性的，故不会在接头处崩脱。滚压泵可视为带瓣膜闭式泵，其流量和转速、泵管内径成线性正相关，即“容量依赖性”；如泵后管道扭折闭合，管内压力会急据增高至崩脱。3、安全性高1）离心泵因中心为负压且气体质量小，转流时泵头出口在最低处，故不易将进入泵头内的气体泵入体内；而滚压泵无此特点。2）离心泵表面光滑、结构坚硬，很少产生固体微栓，而滚压泵的泵管在滚轴的挤压时产生较大的摩擦，泵管内可

8、有微栓脱落。3）泵后管道不会因扭折而破裂或崩脱。（三）离心泵操作时的注意事项1、由于它是开放性，要求在CPB开始和停止前维持一定的转速（1500RPM），不能用滚压泵逐渐的加速和减速，否则外周阻力高于泵压力，易形成血液倒流。2、在灌注过程中，外周阻力（主要是MAP）不断变化，转速相同时流量却会不断变化，这就需要随时调整流量；为防止意外和停机后能精确地输血，应在离心泵泵后管道串联一滚压泵泵管，需要时应用。3、小体重病儿、深低温低流量的病人不宜使用离心泵，因为它需要小流量的精细调节，但有的体外循环医师在这方面提出不同的看法。（四）临床应用1、心血管常规体外循环 离心泵因安全性高、无阻塞、血液损伤轻

9、、流量稳定等优点，目前已广泛用于临床体外循环心脏手术。2、辅助循环支持 离心泵体积小、易操作、血液破坏小、适于长时间灌注，尤其是其射血的压力依赖特性更适合于心室辅助。3、主动脉手术 用离心泵将左房的血液吸出，从动脉阻断的远端注入，保证机体的血流灌注，避免腹腔脏器缺血和脊髓损伤，和单纯阻断或深低温停循环相比，它可减少死亡率和术后并发症。4、其它：1）肝脏移植手术；2）PTCA中高危患者的辅助支持。第二节 氧合器一、氧合器的历史心脏直视手术中体外循环任务之一就是将静脉血氧合成动脉血。这一过程是靠氧合器（人工肺）来完成。氧合器的发展经历了生物肺氧合，血膜式氧合，鼓泡式氧合，膜式氧合这四个发展阶段。（

10、一）生物肺氧合在心血管手术中利用生物自体或异体的肺进行血液氧合，因操作复杂，安全系数差，从50年代末期就日趋淘汰。（二）血膜式氧合将静脉血吹至金属网上形成薄血膜，然后对血膜吹纯氧，因操作复杂，预充量大，重复使用需反复清洗，60年代末期就被鼓泡式氧合器取代。（三）鼓泡式氧合器Rygg和Kyvsggard在1958年将氧合、祛泡、变温集中于一体，为鼓泡式氧合器的发展奠定了基础，其具有操作简单，气体交换能力强，预充量少，价格便宜，一次性使用等优点，为广大医院所采用。目前，仍然是第三世界国家医院应用的主要产品。（四）膜式氧合器自体外循环开展以来，人们一直力图使氧合器的功能接近于生理，膜式氧合器就是努力

11、方向之一。其氧合方式与生物肺的呼吸方式相似，于1965年开始大量应用于临床，现已发展了许多品种，具有气体交换性能好、操作简单、血液破坏轻、可进行较长时间灌注等特点，成为当今世界最有发展前途和使用最广的氧合器。二、气体交换和运输生理（一）呼吸气体的交换肺泡和血液间气体交换以及血液与组织间的气体交换均遵循气体分压差原理，即单一气体从浓度较高一侧向浓度较低一侧扩散。由于CO2和O2的分压不同，流经肺毛细血管的血液从肺泡内获得O2并释放出CO2成为动脉血，而血液流经组织毛细血管时O2被组织摄取利用，并从组织取得CO2成为静脉血。表1：动脉、静脉、组织气体分压（mmHg）PO2PCO2动脉血10040静

12、脉血46组织3050影响气体扩散因素除上述的分压差，还和其它因素有关，具体公式如下：扩散速度分压差扩散面积温度气体溶解度扩散距离分子量气体交换与肺泡的膜面积成正比。正常成年人肺泡约3亿多个，总面积达60100M2，安静时肺泡扩散面积约40M2。气体扩散和肺泡通气膜厚度成反比，肺泡膜虽有六层结构，但总膜厚度不超过1um。正常成人安静时右心每搏输出量为60ml，分布于肺泡膜广大面积上，通过肺泡的速度虽为0.75秒，但在0.3秒内可完成气体交换过程。气体交换还依赖于肺泡通气量和肺血量两者间的协调配合，通常安静时通气/血流比值0.85。三、气体在血液中的运输（一）氧的运输正常动脉血溶解O2仅为0.3m

13、l，可忽略不计，血液中运输的O2主要是与血红蛋白以结合形式存在于红细胞内，每克血红蛋白可结合1.34mlO2。1、血红蛋白和O2结合的特征1）反应可逆，不需要任何酶的帮助。2）O2是结合在血红蛋白的铁离子上，铁离子必须是亚铁状态（Fe2）。3）血红蛋白的珠蛋白是由两条和两条肽链构成，每条肽链有一个含Fe2的血红素分子。4）和肽链和O2结合是相互作用，其中任何一条肽链和O2结合或解离，都将促进其它三条肽链与O2的结合或解离，这是全血氧合血红蛋白解离曲线的物质基础。2、氧离曲线 其上段相当于60100mmHg之间，O2饱和度变化小，下段PO2对O2饱和度影响较大。pH降低和PCO2增高使氧离曲线右

14、移，这种影响称之为Bohr效应；温度增高可使氧离曲线右移，如血温降低10，PO2只要30mmHg就可使血液到达完全饱和程度；2，3DPG可与脱氧血红蛋白链结合，使之失去氧合能力，使氧离曲线右移。（二）二氧化碳的运输1、血中CO2的物理溶解形式占6，约为3.1ml，化学形式占94，其中碳酸盐形式为87，氨甲基血红蛋白为7，碳酸盐形成主要在红细胞内进行，是一个酶促反应过程，具体反应式为：CO2H2O 碳酸酐酶 H2CO3 HHCO3KHbH2CO3 KHCO3HHbKHCO3 KHCO32、生成的HCO3向低浓度血浆内扩散，同时血浆Cl则向红细胞内转移。CO2能直接与血红蛋白氨基结合形成氨甲基血红

15、蛋白，这是无需酶催化的可逆性反应。具体反应式为：HbNHCO2 HbNHCOOH HbNHCOOH3、在肺部排出的CO2却占2030。CO2的运输量直接取决于CO2分压。另外氧合血红蛋白结合可促使CO2的释放，这称为Haldane效应。四、鼓泡式氧合器（一）工作原理气体经发泡装置后，和血液混合形成无数个微血泡，同时进行血液变温，再经祛泡装置成为含氧丰富的动脉血。普通的鼓泡式氧合器由氧合室、变温装置、祛泡室装置、储血室所组成。图6为鼓泡式氧合器工作示意图（图1-2-1）。（二）操作注意事项1、根据流量选用合适的氧合器 患者体重大，而氧合器有效容量低，可造成体外循环中的缺氧。2、体外循环前一定对氧

16、合器的变温管进行水压试验 此法可避免变温管渗漏造成对血液的污染。3、预充时应注意发泡情况 如发泡不均匀，应立即更换氧合器。4、鼓泡式氧合器转流时间一般建议为3小时，如估计手术时间长应考虑选用膜肺。5、氧气流量 体外循环开始时，可将气血比调至1:1；在降温时由于代谢率降低、氧利用减少，二氧化碳生成降低，气血比可降至0.5:复温时由于代谢率增加，气血比可调至1.2:1，有条件者应根据血气结果进行调节。6、二氧化碳排出 由于血红蛋白结合氧的特性，在很少的氧流量时血液就可达到最佳的氧合，但二氧化碳排除困难，此时决不能认为正常，因为高二氧化碳可导致肺血管收缩、脑血管扩张、呼吸性酸中毒、高血钾血症等。此时

17、应提高氧流量，降低PCO2。7、氧分压 虽然PO2比正常高出好多，但35小时高PO2状态不会造成机体严重损伤，在氧合能力不佳时，可增加气流量，气血比可达3:1，若大于此值仍氧合不佳应考虑更换氧合器，因为此时再增大气流可增加发泡板的气流阻力，生成气栓，不利微气泡形成。8、麻醉影响 使血液和大气相通，吸入麻醉药大量挥发，可导致麻醉减浅。有人在氧气中连接麻醉挥发罐，吸入麻醉药；但这要引起两方面注意，一是注意氧合器排出气的排放，避免污染手术室空气，二是吸入麻醉药如氟烷、氨氟醚等有很强的脂溶性，可造成氧合器塑料硬壳的开裂。9、吹入气体 鼓泡式氧合器的气源一定为纯氧。用气体混合器可将空气和氧气混合，可改变

18、氧浓度，避免氧合器的氧分压过高。但这存在着大量微气栓的危险。空气中大部分为氮气，氮气为惰性气体，在机体内不为组织细胞所吸收。鼓泡式氧合器中的硅油网、动脉微栓滤器虽能滤泡，但大量研究表明在一些情况下仍然有一些微气泡不能消除。如果这些气泡是氧或二氧化碳对机体危害不大。因为氧可为机体所利用，二氧化碳有很高的溶解性和结合性。而氮气栓可能长期阻塞微循环某一部位。五、膜式氧合器以人工高分子半透膜模拟人体气血屏障，其特点为气体可因膜两侧分压的不同而自由通过膜，液体却不能通过。将硅胶膜制成中空纤维，纤维内走气外走血。（二）种类1、按膜结构分1）无孔型 主要由硅胶膜组成，代表产品有Sei-Med，Jostra。

19、由于没有微孔存在，不会在气相压力高于液相压力时产生气栓，亦不会因液相压力过高，发生血浆渗漏。但此膜肺氧合性能有限，且制作工艺复杂，制造成本高，价格昂贵，是未能普及使用的主要原因。2）有孔型 临床上使用较多，选用材料为聚四氟乙烯、聚丙烯等，代表有Terumo-Capiox，Bentely等。其组织相容性好，气体交换能力强，可有效地排出二氧化碳；但长时间灌注，氧合性能下降，因为随着体外循环时间延长，纤维膜表面的蛋白沉淀增加，使交换膜厚度增加，进而使气体弥散能力下降。当气相压力高于液相压力时，尚有产生气体栓塞的危险，并可出现血浆渗漏、液体随气体大量蒸发等问题，。2、按血流进入方式分1）泵后型 指血液

20、通过泵注入膜肺内进行氧合再进入体内。这种膜肺进出口压力较大，理论上对血液有一定损伤作用。在进行搏动灌注时对搏动灌注有衰减作用。但它预充量小，以Maxima为代表。2）泵前型 血液通过重力直接引流至膜肺内进行氧合后，再通过泵注入体内。这种肺进出口压差小，在搏动灌注时对搏动波形无衰减作用，但预充量较大，以Capiox-E为代表。其在同时进行上下半身灌注有明显的优越性，可象鼓泡式氧合器一样，在出口端分出二条管路，分别由二个泵独立控制，互不影响，操作方便。3、按膜肺形状分1）卷筒式 生产较早（1955年），其氧合性能稳定，目前在ECMO治疗中主要使用这种类型的膜肺，市场上只有Sei-Med。2）平板折

21、叠式 将呼吸膜折叠成三明治样，气血各走一边，其代表有Cobe、Jostra等，其氧合能力范围较小，一定膜的面积决定一定的预充量，亦决定一定的使用体重。3）中空纤维式 根据血液行走方式又可分为内走血型及外走血型。目前外走血型有替代内走血型的趋势，因为外走血型有很多优点，如血液破坏小、气体交换能力强、预充量小等，其代表有Sarns、Medtronic（图1-2-2）。4、按静脉回流方式分1）开放式 静脉回流到与大气相通的回流室中，回流室与膜肺密切相连，使用较方便，以Cobe、Medtronic为代表。2）封闭式 静脉回流到与大气隔离的塑料袋中，避免血液的污染，减少血液和气体的接触，防止液体排空，并

22、可利用塑料袋的张力调节静脉回流量，但安装复杂，以Sarns为代表。（三）膜肺较鼓泡肺的性能优势1、良好的气体交换，且更接近人体生理。2、明显的血液保护作用：大量研究证实，膜肺在减轻血细胞激活和破坏、降低补体激活程度等方面明显优于鼓泡肺。3、明显减少体外循环源性栓塞的发生。4、明显改善脏器功能。（四）膜肺的操作、管理注意事项1、气体交换 近年来连续氧饱和度监测装置和完善的气体混合装置为膜肺的使用提供了重要保证，一般是通过气体流量来调节二氧化碳分压，通过吹入氧浓度来调节氧分压。随温度的降低，机体氧耗减少，可减少吹入氧浓度。2、气体混合器 使用时一定要使空气和氧气混合前压力相等，一旦出现报警，应及时

23、调节，特别是在空气压力过大时，可造成血液的氧合能力下降。3、搏动灌注 大部分膜肺是将静脉血泵入氧合器再进入体内（泵后型），由于血液在进入膜肺前，应用搏动灌注时，血流波形在膜肺中受到阻力而衰减，搏动效果减弱；故在搏动灌注时应选用泵前氧合的膜肺。4、使用时须保持出气口的通畅 否则气相压力高于液相压力，可致气栓形成。5、注意气体的供给时机 体外循环开始时先开泵转流，后供给气体，停体外循环时先停气，后停泵，以防止气体将膜吹干形成结晶，使氧合能力下降。6，停循环时 应开放膜肺的旁路装置持续不断循环，以免血球沉淀，膜肺下部血液浓缩，阻力增加，再次转流时因血流分布不均而影响氧合；在恢复循环时一定要记住阻断膜

24、肺的旁路装置，否则会造成动静脉短路，使机体灌注不足甚至血液倒流。7、不同体重应选用不同流量范围的氧合器 它的意义在于对小儿可减低预充量，对成人可满足灌注的需要。闭合式氧合器的储血袋的储血能力有限，在灌注过程中若要调整静脉回流，需对和其相连的回流室进行流量调节，若需要充分引流，将回流室平面降低，若要控制引流将回流室平面上升。停止输血时储血袋很难精确的判断血液输入量。此时，可根据泵的滚动圈数和每圈泵管的输液量来精确计算。在婴幼儿回流袋容量很小，此时液平面应是以回流室为参考而不是储血袋，否则会造成转中灌注量和引流量平衡的判断失误。8、长时间灌注 无孔型膜肺更适用，在ECMO的治疗中以Sei-Med为

25、首选。有孔型膜肺在长期的灌注中，一旦发现膜肺气体交换能力下降，应及时更换，更换时要熟悉肺的安装程序。9、膜肺和鼓泡肺的选用 病情轻，体外循环时间估计在1小时内的患者可选用鼓泡式肺，因为膜肺在短时间内难以发挥其优越性，且膜肺的价格较高。六、氧合器的综合评估目前有很多氧合器在临床上使用，但无一尽善尽美。评价氧合器尚无统一的标准，但可从下列方面考虑。（一）基本性能1、气体交换能力 目前膜肺提高氧合性能主要是通过增加膜微孔面积，中空纤维管外走血来实。2、变温性能 绝大部分膜肺和氧合器合为一体，氧合器的变温性能以变温系数为标准。3、预充量 一般来说氧合器在保证基本气体交换的前提下，预充量越小越好。（二）

26、安全性1、变温器漏水 可在体外循环前用试水方法检查。2、祛泡功能 鼓泡式氧合器有少量微气泡产生，这种气泡基本上可用动脉微栓滤器祛除，若祛泡功能下降严重应及时更换氧合器。3、防止血液排空 闭合式膜肺此功能较好，一些开放式膜肺在回流室出口处安装安全阀，也可防止气体注入体内。4、泵后氧合膜肺的压力衰减 其压力愈小，对血液破坏愈少。5、膜肺的血浆渗漏 是有孔型膜肺最棘手的问题，如果在预充时发现出气口有液体漏出或转流中气体交换能力进行性降低，应果断更换。（三）生物相容性1、概念 生物相容性是指机体组织对外界物质反应，如果反应程度激烈，则生物相容性差。对于氧合器主要表现为血液反应程度，如补体、白细胞、血小

27、板激活程度。2、膜肺的生物相容性显著高于鼓泡式肺 主要表现在补体激活、微栓、白细胞溶酶体酶释放较少、血小板颗粒物质释放较低。3、膜肺材料的影响 聚丙烯和聚氟乙烯组织相容性较好，而硅胶、硒珞等材料生物相容性较差。4、改进 在膜的血液接触面植入活性肝素或将管道内壁内皮化，可在没有全身肝素化的情况下防止血液的凝聚，阻止血液和高分子化合物直接接触，减少体外循环肝素的应用和炎性介质的增高。（四）使用时限一般鼓泡式氧合器为5小时左右，有孔型膜肺在10小时左右，无孔性膜肺可在35天，最长有28天的报告。长时间的灌注对于鼓泡式氧合器来说主要是祛泡功能下降，对膜肺来说是气体交换功能下降，血浆渗透问题。（五）简易

28、性指氧合器的操作简便，相比之下鼓泡式氧合器操作较为简易。为了这一目的，膜肺从多方面进行了改进，如泵前型膜肺达到鼓泡式氧合器的重力氧合效果，一些开放型膜肺将静脉回流安装在回流室顶部，并能进行360度的旋转，使静脉回流控制非常方便，有些膜肺带上三通的特制管道，用于抽血标本。氧合器简易性还表现在易于安装、预充排气等方面。第三节 管道和插管一、体外循环的目的和方式（一）体外循环的基本目的通过有效的循环和呼吸支持，代替心肺功能，从而为外科医生创造良好的手术视野，或使心肺得以充分休息。（二）正常的血液循环未氧合的静脉血经过上下腔静脉流入右房，再至右室，通过心肌收缩使血液经肺动脉流入肺毛细血管；血液在肺内进

29、行气体交换，即摄取O2，排出CO2，成为氧合血；氧合血通过四条肺静脉回流至左房，再到左室，然后泵入体循环；在机体毛细血管中，血液释放O2，吸收CO2，成为静脉血；静脉血再回到上下腔静脉，形成周而复始的循环。（三）体外循环的实现静脉血通过一根或二根插管引流至体外，在血液氧合器内进行有效的气体交换，经机械泵（滚压泵或离心泵）通过动脉管注入机体；这种体外循环可分为完全性或部分性。完全性体外循环指心脏停止跳动，全部静脉血引流至体外氧合再注入体内，主要应用于心脏手术，目的是形成良好的手术视野；部分性体外循环指心脏跳动时，一部分血液引流至体外再注入体内，主要用于心肺支持，目的是减轻心肺负担，促进其功能恢复。在体外循环实现过程中需要各种插管，简单地示意体外循环中和患者连接的各种管道。二、动脉插管动脉插管是保证血流注入体内的重要管道。它的形状有所不同，如直角动脉插管、金属丝加强型动脉插管、延伸型动脉插管等。各种插管的应用应根据病情的需