第七章体外循环中的滤器

第七章体外循环中的滤器要点：体外循环中的栓子来源广泛，其性质可能是颗粒或是气体。来源于体外循环的微栓一直强烈的牵涉到心脏术后神经系统损伤的发展，也与其它器官衰竭有关。不同的设计和孔径的滤器被装入体外循环管道合适的部位，以尽量减少栓塞的风险。体外循环前滤器对减少预充期间崩落产生的栓子有益。动脉滤器的优点在于减少栓塞的可能和改善现行常规使用的结果。白细胞滤器的使用较少，但是它们也许在心肌的缺血再灌注损伤期间使用特别有益。一、前言滤器被应用于体外循环以防止可能的有害物质（颗粒和气体）在体外循环期间进入病人的体循环。这章开始回顾心脏外科中潜在的栓子来源和与它们相关的神经损伤。滤器的设计和物理特性所涵盖它的临床应用，包括动脉管道的滤过。本章再聚焦最近的发展如白细胞滤器的应用，其中，除了消除栓子，也许可进一步通过防止体外循环期间白细胞激活引起的潜在损害而改善结果。二、发展史在19世纪60年代Swank和Patterson同时完成用于体外循环管路的第一批商用过滤器（Berman和Marin,1986）。Swank描述库血中存在微聚集物，这导致他发明了一种涤纶编织滤器来滤除这些聚集物（Swank,1961）。然后这个滤器被应用于心内直视手术中（非随机研究）病人的储血器里血液的滤过。发现它可主观改善病人的一般情况和减少精神症状（Osbornetal,1970）。后期研究提示，使用滤器组的病人较没有使用滤器组的病人脑栓塞要少（13%比33%）。与此同时，Patterson研制了一种聚酯屏幕式过滤器的雏形用于动物研究减少微栓和改善神经状态（Patterson和Twitchell,1971）。市场上第一个可以使用的滤器是由Pioneer-Swank制造的涤纶编织滤器用于心脏管道，同时PallMedical生产的聚酯屏幕式过滤器也用于心脏切开术和动脉管道。三、栓子的来源存在于体外循环回路中的栓子可以是气体或是颗粒并且有各种来源，其可来自于设备和外科场地，也可以在血液接触管道表面时产生（Pearson,1986）。如果它们接触病人，直接进入到体循环中可对器官产生损害，特别是大脑。1、颗粒栓子颗粒栓子主要来源于外科术野，体外循环管道和加入循环中的任何药物或液体。外科场地的碎片包括，动脉粥样硬化斑块，脂肪，骨碎片，变形蛋白，毛发或缝线，也包括血小板和白细胞聚集物。这些都能通过心内吸引管回到循环中。能通过外科技术的调整以尽量减少某些栓塞现象带来的危险。例如，在广泛粥样硬化的主动脉的帯蒂动脉移植物的再次阻断技术，将减少在CABG期间对主动脉的损伤（Barbut和Gold,1996）。与心外操作相比心内操作过程也与较高的神经系统并发症有关。因为空气和钙化斑块，粥样硬化碎片可直接进入主动脉，因而必须施行极仔细的外科清创和排气（Nussmeir,1996;Utley,1996）。体外循环管道本身也许是栓塞颗粒的来源。通过电子显微镜扫描泵滚动头的对应位置，发现聚氯乙烯和硅酮循环管道腔表面有裂纹和被切碎的证据，而这更常见于硅胶管（Orensteinetal,1982;Pearson,1986）。另外，Orenstein等1982年发现在体外循环后死亡病人的肾脏上多数梗死区域有硅酮的证据，可能是使用用于祛泡的硅酮栓子引起。所有静脉溶液中所包含允许的污染颗粒大小从到不等。这些颗粒负荷在溶液混合时增加，特别是当晶体心脏停跳液直接进入冠脉循环时。据研究显示许多心脏停跳液（商用静脉溶液添加了特殊的无菌因子）会引起冠脉血流减少而如果使用一个的滤器则这些是可逆的（Robinsonetal,1984;Hearseetal,1985）。这种可逆性意味着溶液的污染物是引起冠脉血管收缩而不是血管阻塞。另外研究描述了在猪和人使用Bretschnieider停跳液心脏停跳时取活检，有不同大小的颗粒堵塞了冠状动脉的毛细血管（Hellingeretal,1997）。同样的研究发现一个极限在的滤器能明显减少溶液中颗粒的数量。2、气体栓子气体栓子的来源包括氧合器，热交换器，滚压泵和外科术野（Pearson,1986）。鼓泡式氧合器构造比膜式氧和器而言更可能产生气体微栓。这种风险能通过使用祛泡剂降到最低，氧和器要有足够大的储血器以便让微气泡上浮并维持较低的通气量进入血液中。膜式氧和器被采用和认可导致这种来源的气体微栓减少。体温增加可减少气体在血液中的溶解度。进入热交换器中的水和血之间的温差＞10℃，气体微栓产生的数量明显增加（Clarketal,1975）。因此采用低温差复温对于病人很重要。进一步的潜在气栓来源是滚压泵，由于泵后负压可能产生气穴现象（Bass和Longmore,1969）。其他原因包括加入管道的药物和溶液中的气体微栓以及从心内吸引和鼓泡式氧合器的氧合室进入的气栓。外科术野有大量肉眼可见的空气来源进入体外循环管道或直接进入主动脉。如果荷包？未充分收紧，空气可通过静脉插管的位置进入。如果有卵圆孔未闭，这也可能进入体循环；在主动脉插管时空气也可能进入。去除主动脉阻断钳心脏开始射血时，如果左室被打开，也是空气进入循环的时期。经多普勒研究显示，在这些时候探测到的栓子数量增加（Nussmeir,1996）。四、栓子与神经系统合并症体外循环后期神经损伤（包括中风，也有更精确的认知改变）受到许多因素的影响，包括脑的低灌注和脑血流的自主调节功能丧失，但微栓无疑起了作用（Utley,1996）。许多研究说明心脏术后神经功能不全与微栓有关。Pugsley和同事使用多普勒超声心动图在选择性CABG病人大脑中动脉探测到微栓（Pugsleyetal.1994）。病人被随机分入在动脉管路使用滤器组或不使用滤器组，神经检测在术后8天和8周进行，未使用滤器组的病人明显的更可能有神经功能不全，未使用滤器组的病人有更高强度的经颅信号被探测到。而且，术后8周出现神经损伤的同时会有有关系的一些高强度的信号被探测到。Stump和他的同事的一个类似的调查提示栓子导致神经精神缺陷（Stumpetal,1993）。这些作者们发现，在167个做择期CABG手术的病人中，这些在术后5-7天出现精神症状病人与无症状的病人相比几乎有两倍的栓子在左颈总动脉被检测到。Barbur和同事报道做过CABG手术的病人用经颅多普勒检测到栓子的数量与一些不良的愈后显著相关，包括中风，主要心脏并发症和住院时间延长（Barbutetal,1997）。更进一步的微栓事件与神经损伤的相关证据已经被Moody和同事在经历了体外循环手术病人的研究中发现（Moodyetal,1990;Moodyetal,1995;Stumpetal,1996）。这些研究发现当用碱性磷酸酶染色时所有大脑的小毛细血管和小动脉都扩张（SCADs）这些SCADs在没有经历心脏手术病人的大脑中没有发现，因而被认为是来自循环及吸引管道中的脂肪栓子或硅酮所形成的。五、滤器的使用为了减少栓子对病人的影响，滤器可被装入体外循环装置的许多地方（Marshall,1998,1992）。可用的不同类型的滤器被列入表7.1。清洁液体的滤器包括晶体心脏停跳液滤器，转前滤器以清除预充液中的所有碎片。这些都是由极其细致的膜组成，孔径在0.2-。所有血和血制品也包括自体血（术前或术中回收）推荐再输入前用20-滤网状或较深厚的滤器（见下文）过滤以去除聚集的细胞和来自手术野的其他污染。顺便提一句，许多国家所用的血制品在血库配发之前都祛除了白细胞（和微聚体）以避免传播感染，例如新变种CJD和巨细胞病毒（CMV），也减少其他白细胞相关输血合并症。最后，网状或较深厚的滤器被用于动脉或循环管道以从循环血液中滤除颗粒和气体微栓。表7.1各类滤器摘要滤器的位置微孔大小功能转流前滤器0.2-5um减少来自预充液的颗粒污染（小于0.02um的细菌和内毒素）心脏切口（构成整体所必需的）20-200um减少来自于吸引管道的微粒和气栓动脉管路20-200um减少动脉管路的微粒和空气栓子的载入晶体停跳液0.2-0.8um减少心脏停跳液的微粒污染（细菌和内毒素）通气管0.02um减少来自气源的颗粒和微生物的污染输血和回收血20-40um减少来自贮存或回收血中的微聚体和碎片主动脉内部署120-200um减少阻断钳开放时粥样硬化斑块碎片六、滤器的设计使用滤器时病人的安全性是主要考虑因素。它们必须具备生物相容性，其微孔大小和形状不会引起血液成分破坏，包括细胞和蛋白。因而，理想的滤器应是，溶血和血小板减少症可减至最低并且炎性介质不被激活。滤器用于心脏手术贮血器去除微栓，动脉滤器有网状或加厚式设计（但是通常使用网状滤器）。加厚滤器由许多媒介组成，例如涤纶编织物或多孔塑料泡沫，这样能在血液到贮血器之间创建复合曲折的管道。大的颗粒在滤器表面被滤除，而小的颗粒继续通过管道（存在大的血液接触面积）在这里它们也许碰撞然后粘附在滤器上，特别是在血流改变方向的地方（栓子有较大的惰性，因此倾向于继续朝着同一个方向）。较深，较窄的这种类型的滤器将更加有效。滤器的有效性取决于所使用材料类型的功能，滤器的直径和它们安装在一起的密集度（Swank和Seaman,2000）。网状滤器由螺纹形无纺布聚合物组成。它有特别的微孔直径在20-（通常大多数为）。大于所用的微孔大小的颗粒都将被拦截停留在表面。滤器的功效通过增加它们的表面积来改善，而这通常可通过打褶来达到。大于设备微孔大小的所有微气泡将被阻止通过滤器直到气压力超过滤器的压力，在这个点之后，它们将会被迫通过。这是因为滤器的胶粘剂微孔上有一层水膜，同时内聚力保持了滤器微孔内的水，而如果气体通过过滤器这些都将被移位。这种压力术语称之为气泡压力点（BPP），这取决于微孔的直径(d)，液体的表面张力（γ，内聚力测定）以及液体或固体的湿润角（θ，一定程度的粘附力）它可有下列公式定义：BBP=4γcosθd40m的聚酯网状过滤器的BPP为37mmHg，虽然典型的跨滤器压仅仅是几个mmHg(因为有很大的表面积)。越多的气泡滞留在滤网表面，可用于滤过的区域面积减少，因而通过滤器的压力增高。即使一半的膜表面被阻塞，压力将会增加一倍，仍然只有6毫米汞柱左右，远低于BPP。当气体被阻隔在滤器内，它上升到一个通气口并被从滤器顶部引流到一个低压区域，例如氧合室或储血室。通过精心的设计，微气栓在到达网状滤器前有希望被减少。在循环滤器内创建一个切向流，在血流中形成离心作用这将向形成的离心血流中心挤压和分离低密度气泡。由于气栓会自然上浮，通过离心作用，相当大数量的空气微栓被聚集到中心出口并被祛除。另外由于离心产生的联合环状流能捕获其他逃脱离心作用的微气泡。其他滤器有一防水膜它易于使收集到的气体完整的自行排出这也意味着没有减少流量，因为这些滤器不要求有通向静脉储血室的开放式侧路以排除气栓。滤器的设计，从流向的角度来讲，这关系到气体排出的效率，循环血流从顶部进入滤器的设计比从底部进入滤器更有效（Spielberg和Matkovich,1986）。七、动脉管道滤器1、其优点的证据许多研究直接评估动脉滤器的效力。Guidon和同事通过狗的实验比较了三种滤器（涤纶织品，聚酯网，聚氨酯泡沫体）发现当血凝块进入循环时，这三种滤器都能成功的捕获碎片，防止栓子积存于肺血管（Guidonetal,1976）。Gourlay评估了13种动脉滤器处理微气泡和肉眼可见气体的能力。所有滤器的特性都不同，Swank深层滤器最为有效（Gourlay和Taylor,1988）。然而，结果却与滤器微孔的直径无关，并且在循环中使用滤器均比不使用滤器效果要好。转向临床研究，Pugsley使用经颅多普勒进行演示病人在心内直视手术（使用鼓泡式氧合器）中使用动脉滤器在大脑中动脉中探测到的微气栓事件较少（Pugsley,1989）。Sellman和同事使用脉冲多普勒超声系统分析了CABG病人使用鼓泡式氧合器时动脉管道中的微气栓大小及其强度。经探测发现使用了动脉滤器的病人微气泡的大小和数量均减少（Sellmanetal,1990）。其他临床研究描述了在循环管道中未使用动脉滤器均有不良的神经