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第六章 体外循环中重要脏器的保护
第一节 心肌保护
　一、心肌保护的含义
体外循环心内直视手术中心肌保护是多方面的，简单概括为“慎于术前，严于术中，善于术后”。术前心肌保护工作主要为改善心功能，增加心肌能量贮备；术中主要是降低心肌氧耗，减轻或预防心肌缺血再灌注损伤；术后保证冠状动脉血供，控制心脏前后负荷，促进心肌顺应性的恢复。这其中关键是升主动脉阻断后的心肌保护。
二、心肌应用解剖和生理
（一）心肌应用解剖和生理
心外膜下3/4至4/5心肌的血液由冠状动脉直角分支斜行穿入，侧枝丰富。心内膜下1/4至1/5心肌经壁室小动脉直角穿入心肌，侧枝少，心肌受压时，此处血流易中断。心内膜心肌代谢较高，所以此处是易遭缺血损害的部位。
（二）影响心肌供血因素
心肌的血供可用公式表达：
其中Q为心肌血流量，Pc为冠状动脉压，Pim为局部心肌内压，R为血流阻力。舒张期P值最小，为心内膜血供主要时期，而收缩期近乎停止。成人心率过快，舒张期相对缩短，不利心内膜血供。
（三）心肌缺血时能量产生
缺血心肌的能量主要来源于无氧代谢的糖酵解。它不受限于糖元，而受限于ATP。而ATP的合成只有在磷酸肌酸尚未耗竭情况下方能进行。缺血心肌恢复主要决定于ATP和磷酸肌酸。心脏手术的心肌保护中心环节通过心肌机械活动停止有效降低能耗，其次通过低温进一使代谢率降低。
（四）心肌超微结构对心功能影响（图10-1-1）
心原纤维主要有四种参与收缩蛋白质，即肌球蛋白、肌动蛋白、向肌球蛋白和向凝蛋白。四者排列有序，是心肌收缩结构基础，过度扩张可使超微结构破坏，直接影响收缩。心脏手术要避免心肌过度膨胀和过度牵拉。
三、心肌缺血再灌注损伤
心内直视手术中，为了获得安静无血的手术野，需要暂时阻断冠状动脉循环血流。心肌在第一次阻断冠状动脉灌注，其缺血缺氧期细胞内的生化反应及超微结构改变并不十分明显。当解除主动脉阻断重新恢复冠状动脉血流后，则可出现严重的病理性心肌细胞损害和顽固性心律失常，心肌肥厚或术前存在冠状动脉供血不足的患者更为明显。这种在缺血期心肌改变不明显，而在重新灌注后才充分表现出来的心肌损害称之为“心肌缺血再灌注损伤”。
（一）心肌缺血再灌注损伤的表现
1、心律失常 可能与再灌注细胞内钙超载及细胞外钾减少有关。
2、细胞内钙超载：动物实验结扎冠状动脉60分钟未见细胞内钙离子含量增多，再灌注10分钟后细胞内钙离子含量增多10倍。
3、超微结构的变化 血流灌注心肌细胞的突发性水肿，质膜破坏，线粒体肿胀破裂，肌纤维收缩带坏死。未灌注的缺血梗塞区只见苍白松弛的肌纤维，细胞结构仍保存。
4、心肌酶漏出增加 再灌注冠状静脉窦及体静脉血中CK、LDH均增高。
5、不再流现象 在再灌注区常见部分小血管内皮细胞肿胀及白细胞堵塞而呈无复流状态。
6、心肌急性水肿，心肌顺应性降低。
7、心功能减退 表现为心室顺应性、收缩力、血压及心排量等均下降，严重者不能支持循环。
（二）心肌缺血再灌注损伤的机制
1、细胞内Ca2＋超载 正常心功能有赖于心肌细胞内的钙稳态。心肌缺血期细胞内Na＋增高是再灌注时Ca2＋超载的基础。细胞内Na＋增高激活了细胞质膜上的Na＋－Ca2＋交换蛋白，再灌注时随着Na＋向细胞外移动，大量的Ca2＋通过Na＋－Ca2＋交换机制进入细胞内，造成 细胞内Ca2＋超载现象。细胞内Ca2＋超载导致细胞损伤的机理为：
1）Ca2＋激活膜磷脂酶A2，使膜磷脂分解，细胞质膜及细胞器膜均受损。
2）膜磷脂分解时产生的溶血磷脂抑制线粒体内ATP合成，而Ca2＋又激活ATP酶，促进ATP分解，导致能量急剧减少。
3）细胞内Ca2＋增高使肌纤维挛缩。
2、氧自由基（OFR）的大量产生 正常时线粒体内电子传递过程中可产生少量的OFR，但细胞内自由基清除剂超氧歧化酶（SOD）可将其清除，故不致造成损害。在心肌缺血时，能量消耗，ATP降解为AMP和腺苷，导致组织中次黄嘌呤堆积，在黄嘌呤氧化酶作用下生成黄嘌呤，从而为超氧化物阴离子自由基的生成创造了条件。当再灌注恢复氧供时，氧分子进入缺血组织，导致氧自由基的大量生成。与细胞质膜上的多链不饱和脂肪酸反应，发生脂质过氧化，可致细胞受损或死亡。
四、体外循环中与心肌缺血有关因素
（一）冠状动脉循环阻断时间
间断停搏液灌注都会造成心肌缺血性损伤，冠脉血流阻止时间越长，心肌损害越重，应尽快恢复心脏血流。
（二）心肌肥厚、心肌毛细血管明显降低，心肌内压增加，氧需增加，缺血耐受差。
（三）心室颤动
颤动时心肌机械活动仍存在，心肌因小血管间歇阻塞，心内膜下心肌组织压明显升高，需要12.0kpa(90mmHg)灌注压，才能维持心内膜下心肌灌注。
（四）心室内压特别是主动脉瓣关闭不全、心肌停搏、左室减压不畅，可造成心肌纤维过度牵拉，使其超微结构破坏。复跳时应避免心室过胀，有利于心肌尽快恢复。
（五）冠状动脉疾患
严重冠状动脉疾患、顺行灌注停搏液效果不佳，需配合逆行灌注。50岁以上心脏病患者都要警惕并发冠心病的可能。
（六）心肌疾患
心肌炎、风湿活动期、心肌代谢阻碍，缺血耐受明显降低。急性心肌梗塞患者死亡率高，如有可能尽量病情稳定后进行手术。
（七）血液摄氧能力低
主要发生在体外循环过度稀释或辅助循环自身肺氧合能力不佳时，使冠状动脉氧供减少，心肌缺氧缺血。
（八）冠状动脉栓塞
有气栓、血栓、油栓、粥样斑块等，微栓主要到达心内膜下心肌，广泛时可造成心肌梗塞。
五、心肌保护的原理
（一）心脏停跳液原理
绝大多数医院都采用化学停搏液方法进行体外循环中的心肌保护。它通过高钾，使心脏迅速停跳，减少心脏在停跳前因电机械活动所造成的能量损耗。化学停搏液中的能量物质以及其它药物在心脏停搏期间，为心肌提供代谢底物，维持心肌细胞的结构完整及细胞膜离子泵功能正常，保持正常的钠、钾、钙等离子跨细胞膜离子梯度。化学停跳液使心内直视手术中心肌耐受缺血的安全时限得以延长，预防或减轻心肌缺血再灌注损伤。
（二）心脏停搏液种类
现在国内外常用的停搏液主要有以下几种：
1、单纯晶体停搏液。
2、晶体停搏液＋红细胞。
3、晶体停搏液＋氧气。
4、晶体停搏液＋血液（或氟碳血）。
（三）停搏液中各种成份及其意义
1、钾离子 它是化学停跳液中的重要成份。心肌细胞的静息电位取决于跨膜K＋浓度梯度，当细胞外K＋浓度升高后，跨膜K＋梯度下降使膜电位的负值下降，Na+流入细胞内的速度减慢，结果使动作电位的上升速度、幅度及传导速度均减少。当膜电位降至50mv时则Na+通道停止工作，Na+被阻止在细胞外，不能产生及传播动作电位。维持电位在此水平可使心脏处于舒张期停搏。晶体停跳液中K＋最佳浓度为15～20mmol/L，血液停跳液中K＋为20～30mmol/L。
2、镁离子 镁离子是细胞内许多酶的激活剂，是许多酶的辅助因子。细胞外高镁时，镁离子可通过竞争心肌细胞膜上的钙离子通道上的受体，阻止钙离子进入细胞内而产生停搏作用。研究表明，晶体停跳液中理想的镁离子浓度为15mmol/L。
3、钙离子 钙离子是肌动凝蛋白相互作用时不可缺少的因子，而且细胞膜的完整及细胞内许多生理作用也需要钙离子参与。要适当控制钙离子在停搏液中的浓度，婴幼儿在此方面显得尤为重要。晶体停搏液中适宜的钙离子浓度为0.5～0.6mmol/L左右，成人含血停跳液钙浓度可为零。
4、钠离子 停跳液中钠离子适宜浓度为100～120mmol/L。细胞外Na+浓度过高会引起心肌细胞水肿，而细胞外Na+过低会影响心肌细胞Na+－Ca2+交换机制，导致细胞内Ca2+的大量积聚。
5、膜稳定剂 普鲁卡因、糖皮质激素等有一定的细胞膜保护作用，可以增加心肌保护的效果。
6、能量代谢底物 许多研究表明，心肌缺血期间如果提供一定的能量代谢底物，例如葡萄糖、高能磷酸化合物（ATP，CP）、氨基酸（谷氨酸）等，有助于对细胞形态及功能的保护，减轻缺血再灌注损伤，在温血灌注尤为重要。
7、钙通道阻滞剂和氧自由基清除剂 心肌缺血再灌注损伤的主要机制是钙超载和氧自由基的作用，在停跳液中加入钙通道阻滞剂（异搏定、硝苯吡啶等）或氧自由基清除剂（甘露醇、别嘌呤醇、中药丹参等）有良好的心肌保护效果。
（四）停跳液灌注途径（图10-1-1)
1、经升主动脉根部灌注（顺灌）。
2、经冠状静脉窦或右心房灌注（逆灌）。
3、顺逆灌注结合的方法。
4、经搭桥血管灌注。
六、心肌保护主要方法
（一）冷晶体停跳液
1、冷晶体停跳液机理 以高钾浓度灌注心肌，使跨膜电位降低，动作电位不能形成和传播，心脏处于舒张期停搏，心肌电机械活动静止。晶体停跳液的低温使心肌基本代谢进一步降低，能耗进一步减少。上述二方面增加心肌缺血耐受能力。停跳液以ST.Thomas 停跳液为基础，其成份前面已叙述。
2、冷晶体停跳液优点 心肌保护效果确实，操作简单、实用。
3、冷晶体停跳液不足 不能为心肌提供氧和其它丰富营养物质；缺乏酸碱平衡和胶体的缓冲；大量灌注时如回收可造成血液过度稀释；如果丢弃可导致血液丧失，不能满足严重心肌损伤的心肌保护的需要。
（二）含血停跳液
1、使心脏停搏于有氧环境，避免心脏停跳前短时间内电机械活动对ATP的消耗。
2、心脏停跳期间有氧氧化过程得以进行，无氧酵解降到较低程度，有利于ATP保存。
3、较容易偿还停跳液灌注期间的氧债。
4、含血停跳液含有丰富的葡萄糖、乳酸、游离脂肪酸等，为满足心肌有氧氧化和无氧酵解提供物质基础。
5、血液中的胶体缓冲系统、生理水平的电解质，有利于维持离子的正常分布以及酸碱平衡的稳定。
6、血液中的红细胞可改善心肌微循环，对消除氧自由基等有害物质有一定作用。
7、血液和晶体心肌停跳液的比较

氧合血
晶体
氧含量
胶渗压
缓冲碱
丰富
较合理
丰富
极少
零
少量
多种灌注方法
灌注压力和容量
对转中血容量
常规操作
专用器械
适应性强
可控性好
影响小
简单
必需
适应性差
可控性差
影响大
复杂
不需

（三）冠状静脉窦逆行灌注
1、概念 停跳液从主动脉根部经冠状动脉窦顺行灌注简称顺灌（ACP），停跳液从右房经冠状静脉窦逆行灌注简称（RCSP）。
2、RCSP优越性 在冠状动脉严重狭窄或完全阻塞时，ACP的最大缺点是心脏停搏液分布不均匀，因此减弱其在冠状动脉旁路术中对危险心肌的保护作用；RCSP不依赖冠状动脉的通畅情况，在保护左室危险心肌方面优于ACP。
3、RCSP的应用解剖和生理
1）冠状静脉系统是无瓣膜管道，静脉通过毛细血管及窦状隙与心肌细胞交通。
2）粥样硬化病变不累及冠状静脉系统。
3）RCSP能提供正常心肌需氧量的14～25％，在15℃的低温停搏状态，心肌仅需正常情况的3％需氧量。结合局部深低温，RCSP可保证心脏停搏期间心肌的需氧量。
4）RCSP时心肌停跳液一部分经毛细血管床从冠状动脉窦（主要是左冠状动脉窦）流出，另一部分则经Thebesius氏窦状隙血管系统直接引流至右心腔。前者与后者之比为1:3；前者是营养心肌的主要途径，后者在冲掉无氧代谢产物方面有较大的意义。
5）也有小部分心肌停跳液由窦状隙血管流入左室，由心前静脉流入右房。
4、RCSP的操作技术
1）直视插管 在主动脉阻断后,于右房前壁距房室沟1cm处做约2～3cm的平行切口,直视下置导管于冠状静脉窦。
2）闭式插管 在右房壁或右心耳先做一荷包缝合,然后通过荷包插导管于冠状静脉窦。
3）注意事项 导管切勿插入过深，以免气囊堵塞心小静脉开口，影响灌注效果。主动脉根部在灌流过程中插管引流心肌停跳液。灌注总量每次250～800ml。每间隔20～30分钟补充灌注一次。灌注压力不宜超过8kPa（50mmHg），否则静脉窦可因压力过高而破裂、出血。
5、RCSP的不足之处
1）RCSP对右室及部分室间隔不能提供良好保护，ACP结合RCSP效果好。
2）操作繁琐。
3）冠状静脉窦易损伤。
6、冠状静脉窦逆行灌注的优点和缺点
优点
缺点
1 冠状动脉严重狭窄心肌保护较佳，
心功能在术后维持良好
2 无需主动脉穿刺；冠状动脉严重阻塞时不会因强行高压灌注进一步损伤冠状动脉
3 逆灌可将气栓或其它栓子冲出
4 可连续灌注而不中断手术
5 改善心内膜灌注，减轻坏死和酸中毒
6 再次搭桥患者操作更方便
1 可能造成冠脉静脉窦撕裂伤
2 压力过高，可造成心肌水肿
3 操作器械增多，步骤繁琐
4 心脏停跳慢
5 心电图可产生房室传导阻滞
6 右心室和室间隔灌注效果不理想
7 短时间手术，轻症患者不宜采用
8 逆灌管价格高
9 冠状动脉阻塞90％，逆灌优势方能得到充分体现

（四）不成熟心肌保护
1、不成熟心肌的生理及病理特点
1）结构、功能和代谢的差异
（1）不成熟心肌细胞较小，细胞内肌原纤维少，肌浆网稀疏，T管密度较低，心肌细胞含水量高，糖原颗粒丰富，心肌内非收缩物质所占比重高，质膜面积和细胞容积的比值高。
（2）不成熟心肌的收缩力较弱，顺应性较差，功能储备较少。
（3）不成熟心肌内高能磷酸盐含量高，糖原分解和无氧酵解的能力强，其能量来源主要依靠葡萄糖或糖原的有氧分解和无氧酵解。而成熟心肌主要依靠游离脂肪酸的β氧化供能。不成熟心肌内钙较少，对细胞外钙依赖性大。
2）缺血、缺氧的耐受性高
（1）不成熟心肌内糖原含量高，糖酵解能力强，在缺血时，心肌产生的ATP可维持较长时间的细胞内环境及结构的稳定。
（2）不成熟心肌收缩力较弱，所以因电机械活动而消耗的能量较少。
（3）不成熟心肌耐受低PH能力较强。
2、停跳液对不成熟心肌的保护作用
（1）不成熟心肌的心脏体积较少，心室壁较薄，心脏的表面积和体积之比值较成熟心脏大，故心肌降温比成熟心肌快而均匀。单独低温保护对不成熟心肌的保护作用明显优于成熟心肌。
（2）晶体停跳液能减少心肌的能量消耗，保存心肌功能，可以增加低温对不成熟心肌的保护作用。
（3）不成熟心肌缺血缺氧耐受力强，低温保护效果较好，灌注间隔频繁，可加重心肌水肿。
（4）钙离子浓度对未成熟心肌保护有积极意义。
（五）温血停跳
温心外科指在常温体外循环和连续灌注温氧合血心停跳液心肌保护下进行心内直视手术。
1、温血停跳主要理论基础
1）工作及停跳后心肌氧耗的特点 心肌耐量消耗主要用于其收缩时的电机械活动，心脏停搏以后其氧耗量仅为工作状态的10％。低温虽然能降低心肌的基础代谢率，增加对缺血的耐受性，但在心脏电机械活动停止以后，温度要降低到11℃才具有进一步减少心肌氧耗的作用。
2）低温对心肌有害作用以及对含血停跳液的影响 低温可降低细胞膜脂质液态性，抑制细胞膜酶的功能，影响其通透性及运输功能，抑制心肌耐量产生和利用等；低温下血红蛋白氧离曲线左移，冠状动脉血管反应能力下降，阻力增加；红细胞变形能力差，限制冷血停跳液的供氧作用，并易造成微血管栓塞，影响微循环灌注等。
3）心肌缺血再灌注损伤的机制等方面 温血诱导停跳及开放升主动脉前温血灌注有利于心肌能量的保存、再生及心功能的恢复。
2、温血停跳技术的要点
1）基本方法 大多数医院采用温血停跳液（37℃）和晶体停跳液按4:1比例混合，首次采用高钾（K＋浓度20～25mmol/L）诱导停跳，灌注速度为300ml/min，共5～7分钟；然后用低钾（K＋浓度7～9mmol/L）维持，灌注速度为75～125ml/min。根据术中心电有无活动可持续或间断灌注。灌注方式可选则顺灌（主动脉根部）、逆灌（冠状静脉窦）以及顺逆灌结合等方法。
2）温血停跳的其它方法
（1）温血停跳液诱导停跳＋冷晶体或冷血停跳液间断灌注。
（2）冷晶体停跳液间断灌注＋升主动脉开放前温血灌注。
（3）温血诱导停跳＋冷停跳液维持＋升主动脉开放前温血灌注。
3、温血停跳存在的问题
1）持续血停跳液灌注可造成手术视野出血，影响手术操作。
2）术后高钾，这是由于连续高钾灌注停搏液所致。术后高钾影响心脏复苏，增加处理上的困难。
3）低钠性血液稀释 术中为维持灌注压或量，使用较多的晶体液时可导致低钠血液稀释。
4）炎性介质活动性高，神经并发症发生率较高。
温血和冷血停跳液效果的比较

温血
冷血
氧代谢
合理
抑制
停跳液分布
均匀
不均匀
心肌保护
好
待完善
灌注方法
连续性
间断
手术视野
不清晰
清晰
高钾血症
易产生
少见
炎性介质
反应活跃
抑制明显

第二节 肺保护

一、呼吸系统的解剖和功能特点
（一）呼吸道的主要作用是气体通道。气管支气管壁由粘膜、粘膜下层、外膜和C形软骨组成。
（二）上呼吸道有丰富的血供和纤毛上皮粘膜。心脏手术中由于肝素化，监测鼻咽温探头放置于此，可使此部位出血。
（三）下呼吸道是气体进出肺泡的通道。下呼吸道平滑肌收缩和气道阻力增加有密切关系。心脏手术时应用鱼精蛋白后气管痉挛，可能和组织胺释放，使平滑肌收缩有关。
（四）呼吸道支气管以下直至肺泡为气体交换场所。每一呼吸性支气管与2～3个肺泡相通。肺泡表面披以扁平上皮细胞。II型细胞披覆在肺泡的大部分表面，产生表面活性物质，维持肺泡表面张力。体外循环中II型细胞功能减退是肺不张的主要原因之一。
（五）肺泡的空气和毛细血管间有0.30~2.5μm的距离。它包括毛细血管内皮层、基底膜、纤维网状间隙、肺泡上皮、表面活性物质等六层结构。体外循环由于多种因素使此距离增加，直接影响气体交换。
（六）肺脏有丰富的淋巴管分布。淋巴回流功能与术后肺水肿发生以及肺部感染有密切关系。
（七）每分钟肺泡通气量和肺血量的比值称通气血流比值。正常值为0.8。心脏手术中如肺血流减少，通气量变化将对此值产生明显影响。
（八）肺循环的生理特点
1、肺循环压力低，肺动脉壁薄，弹性纤维少，易于扩张，肺血管分枝多而短粗，外周阻力小。
2、无组织液生成。肺毛细血管压力约0.9kPa（7mmHg），低于血浆胶体渗透压。一般情况有效滤过压为负值。当有效滤过压增高时，肺丰富淋巴管回流对预防水肿产生重要作用。
3、肺循环血液容量变化大，肺循环仅为总循环量的9％，但呼吸时肺内血液占全身血容量的6％，深呼吸可达10~12%。当左心功能不全，左房压增加时，肺内血容量可明显增加。
二、体外循环与肺损伤
（一）体外循环后肺损伤的病理改变
体外循环后急性肺损伤在体外循环后30分钟即可出现。但转流时间少于2小时者常无明显的肺功能损害，急性呼吸衰竭综合症是术后死亡的主要原因之一，从活检或尸检标本可以观察到显著的形态学改变。
1、两肺普遍肿胀，肺泡弹性减低或消失。
2、肺脏广泛弥漫性充血，肺泡及间质水肿、出血。
3、肺泡萎陷，肺不张。
4、多个肺小动脉、静脉充血，毛细血管内白细胞聚积，多核细胞破碎及内皮细胞损伤。
5、电镜观察内皮细胞肿胀，包括细胞浆、线粒体、内质网及细胞核肿胀，肺泡I型细胞肿胀，II型细胞丧失表面活性物质，线粒体肿胀。
（二）肺损伤的临床表现
1、肺顺应性降低 心内直视手术后肺不张很常见，发生率约70％。原因是体外循环中肺脏没有灌注也无换气，常常伴有肺萎陷、肺泡表面活性物质生成减少、耗竭增加或被水肿液灭活。
2、肺活量减少 主要表现为功能残气量减少，残气量上升。
3、肺内分流 肺内分流主要因为肺泡萎陷和间质水肿导致小气道受压。主要表现为低氧血症、肺泡－动脉氧差增加、肺动静脉间分流增加（12～14％），正常为5～8％。
4、肺血管阻力升高 体外循环中缺氧、酸中毒、白细胞的破坏作用、补体激活、鱼精蛋白过敏反应，均可使肺动脉压升高。
5、肺水增加 体外循环后血管外肺水增加，常表现为气管及支气管内分泌物增多，气道阻力增加，肺顺应性降低。
6、血气异常 表现为低氧血症和高碳酸血症。
（三）肺损伤的原因
1、微栓 微栓进入机体导致以下结果
1）阻塞肺毛细血管床使肺血管阻力增加，肺动脉压力升高。
2）肺内产生不均匀的微血管梗阻和不规则灌注。
3）微栓以及受损的肺组织释放化学和血管活性物质，如组织胺、5－羟色胺、缓激肽、前列腺素及纤维蛋白降解产物，直接损伤肺毛细血管内皮细胞，使毛细血管通透性增加、肺动脉压力升高。
2、补体激活
1）当血液与异物表面接触后，体液与非生物物质起反应，通过经典和旁路途径激活补体。
2）C3及C5生成的生物活性片段C3a、C5a作用于效应细胞，如中性白细胞、肥大细胞等表面特异的受体而实现其功能。（图1）C3a及C5a都是补体过敏毒素，能刺激肥大细胞及嗜碱细胞释放组织胺收缩平滑肌，增加毛细血管通透性。诱发中性白细胞反应，包括趋化性、释放溶酶体、产生氧自由基，增加中性细胞的粘附与聚集性，导致中性粒细胞隔离于心肺或其它器官的微循环中。

图1：补体系统激活

3、白细胞激活
1）主动脉阻断时间，右房和左房血液白细胞数均增加，但主动脉开放后，肺血流恢复，右房血白细胞数增加，左房减少。中性粒细胞明显在肺毛细血管内滞留，产生脂类过氧化物酶、氧自由基。
2）白细胞损伤肺的机理 可能为粒细胞表面粘附抗体，产生能激活补体的抗原－抗体复合物，刺激细胞释放蛋白质水解酶，损伤毛细血管。在实验研究中，已观察到白细胞所致的肺血管闭塞、血管炎。
4、血小板激活 体外循环刺激血小板释放血栓素，使血管收缩，血小板聚集，影响微循环。
5、血液稀释 体外循环预充晶体液或胶体液，使血浆胶体渗透压（COP）明显降低，导致血管内的液体向血管外组织间质渗出。肺组织由于解剖生理上的特点，更易受COP下降的影响，液体向肺间质渗漏导致肺水肿。但COP的下降并不是肺损伤的主要因素。
6、毛细血管静水压升高
1）左房压（LAP）和肺动脉平均压（PAP）升高均可导致肺毛细血管静水压（Ppmv）的升高，从而使液体易于穿过毛细血管进入肺间质，使血管外肺水（EVLW）增加。体外循环后左房的过度充盈和肺循环的过度负荷，可能是肺损伤的重要原因。
2）体外循环中导致肺循环超负荷的情况有
（1）紫绀型先心病肺侧枝血管丰富，术中左心引流不充分，肺血管过度充盈。
（2）肺静脉的机械梗阻，主要是瓣膜病患者。心室纤颤时的动力学梗阻，均可使肺血管因梗阻或血液倒流而发生过度充盈。
6、鱼精蛋白过敏反应 轻度鱼精蛋白过敏反应属于I型过敏反应。即通过IgE抗体与肥大细胞结合，激发肥大细胞或嗜碱细胞脱颗粒并释放介质。注射鱼精蛋白后，引起外周血管扩张，动脉压暂时下降，肺动脉压持续上升，气道阻力增高，肺顺应性下降。鱼精蛋白通过经典补体激活途径生成C3a和C4a，激活的产物有特殊的生物学效能，如使肥大细胞脱颗粒和释放化学介质等。
7、淋巴回流障碍 肺血管外的液体和蛋白质靠淋巴回流进入中心静脉系统。一旦回流障碍，会加重肺水肿。
三、肺损伤的预防
（一）在有条件情况下，特别是重症病例，首选用膜肺，这是保护肺功能的重要措施。
（二）应用微栓滤器，减少肺内微栓，抑制白细胞的激活和血小板释放炎性介质，从而减轻肺血管急性炎性反应。一般动脉路应用40μm微栓滤器，消除微栓的效能好，不增加溶血，也不影响血小板数目。
（三）尽量缩短体外循环时间，心肺转流时间的长短与肺超微结构改变成正相关。
（四）做好左心减压，防止左房的过度充盈和肺血管床的膨胀，可通过左室、左房、肺静脉或肺动脉减压。
（五）采取静态膨肺，减少肺内毛细血管血液淤滞和微小肺不张，增加表面活性物质生成。
（六）鱼精蛋白过敏者或高敏者，特别是以前用过鱼精蛋白或鱼精蛋白锌胰岛素的患者，可在注入鱼精蛋白前先从静脉给予苯海拉明50mg、地塞米松10mg, 也可选用溴化已二甲胺替代鱼精蛋白。
（七）药物保护
1、类固醇椚缂谆康乃闪?0mg/kg）。它对细胞膜起稳定作用，包括阻止溶酶释放、抑制补体激活、抑制前列腺素代谢、抑制多核细胞释放自由基及抑制内啡肽释放，使肺血管阻力下降；抑制多核粒细胞、血小板与内皮细胞的相互作用，降低毛细血管的通透性。
2、前列腺素E1（PGE1） PGE1能更有效地抑制肺血管内白细胞聚集、激活，抑制自由基的产生。作用机理是增加CAMP的形成，稳定白细胞溶酶体，改变膜的通透性。
3、前列环素类 它能保持血小板数量，防止血小板颗粒释放，保护血小板亚细胞结构。
4、硝苯吡啶、潘生丁、去铁酶（铁离子螯合剂） 均可减少粒细胞介导的氧自由基生成，减少白细胞的激活。
5、抑肽酶 ：主要作用是抑制血清蛋白酶、丝氨酸活性基团，如纤维蛋白溶酶、激肽释放酶，抑制激肽蛋白原的激活和缓激肽的形成。体外循环时间大于60分钟时，缓激肽释放明显增加（4.6~18.0ng/ml），使全身外周阻力降低，毛细血管通透性增加，从而增加血管外肺水，肺通气换气功能降低。抑肽酶可抑制这一反应，起到肺保护作用。

第三节 脑保护

一、脑功能紊乱的病生理基础
（一）缺氧引起的中枢变化
1、脑耐受缺氧的病生理特点 人脑占体重的2.2%，脑血流占心输出量的15%，脑氧耗量占全身氧耗的23%；脑所需能量的85～95%来自葡萄糖的氧化，脑内的氧、糖原、ATP的储备很少，脑循环中断10秒钟后，储备的氧便耗尽，中断2分钟内糖便耗尽；体温37℃时停循环3分钟、30℃停循环8分钟可产生脑损害，大脑皮质缺氧的耐受性差。
2、缺氧导致的脑损伤类型
1）局限性损伤 损伤范围限于局部的神经元细胞，而不影响胶质细胞和血管。
2）广泛性损伤 神经元的损伤更为广泛和严重，呈片状坏死，并涉及胶质细胞和血管。缺氧的时间长短决定了脑损害的程度和术后神经系统并发症的轻重。
3）脑水肿
（1）血管性脑水肿 主要见于脑栓塞、脑出血，发病机制在于脑内毛细血管的通透性增高，液体进入细胞间隙增多。
（2）细胞毒性脑水肿 特点是所有脑细胞和毛细血管内皮细胞的细胞内液含量都增多，从而引起细胞肿胀，主要原因是脑缺氧时脑组织的ATP形成减少，细胞膜钠泵功能受损，细胞内渗透压上升，细胞外液水分进入细胞内引起水肿。
（3）由于脑肿胀而颅腔又不能扩张，临床上常有颅内压增高综合征，患者可有剧烈头痛、呕吐、血压升高、视神经乳头水肿等表现，甚至可有昏迷和脑疝引起的症状，如呼吸心跳骤停。
3、缺氧引起脑损伤的机制
1）能量代谢机制 缺血缺氧时，随着脑的能量储备耗竭，ATP含量减少，细胞的线粒体呼吸功能受损，丙酮酸分解代谢受阻，脑的合成代谢受抑制，导致脑细胞的变性、坏死。
2）自由基生成机制 在缺血、再灌注过程中氧自由基大量生成，自由基与细胞膜产生脂质过氧化反应，破坏细胞膜的正常结构，造成脑的再灌注损伤。
3）离子内稳态失衡机制 由于缺氧，ATP泵衰竭，细胞膜的离子通道失活，膜的通透性增加，引起脑细胞水肿，细胞内超钙负荷，导致更严重的自由基反应。
4）酸中毒机制 缺氧的早期，机体通过无氧代谢补充ATP的不足，产生大量乳酸，细胞pH下降；严重的酸中毒可以抑制氧化酶的活性，ATP合成进一步减少，脑的能量更加缺乏。
5）兴奋毒性学说 缺氧可以引起脑内兴奋性氨基酸（EAAS）过量释放或摄取障碍，导致效应神经元的损害。
（二）水、电解质代谢紊乱引起的中枢变化
1、水代谢紊乱 过度的血液稀释可引起脑间质水肿，使颅内压增高。
2、电解质代谢紊乱
1）钾离子代谢紊乱 脑神经细胞的能量主要靠葡萄糖供应，适量的钾离子可增强葡萄糖的代谢；在ATP的合成过程中，钾离子为激活丙酮酸激酶所必需；缺钾时，由于糖代谢障碍和能量生成减少，脑神经细胞的机能活动可以发生障碍。
2）镁离子代谢紊乱 镁离子影响神经肌肉的兴奋性，同时是许多酶的辅因子；低镁血症时神经系统兴奋性增高，往往伴随低钾、低钙血症，应给予重视。
（三）酸碱平衡紊乱引起的中枢变化
1、酸中毒 代谢性酸中毒时，神经系统功能障碍主要表现为抑制，主要是由于抑制性的γ－氨基丁酸增多和生物氧化酶活性降低；呼吸性酸中毒时，高浓度的CO2可使脑血管扩张，引起颅内压和脑脊液压升高。
2、碱中毒 代谢性碱中毒时可引起中枢神经系统的兴奋，主要是由于抑制性的γ－氨基丁酸减少所致；低碳酸血症可引起脑血管的收缩。
（四）播散性血管内凝血（DIC）引起的中枢变化
DIC可造成中枢神经系统广泛的栓塞、出血，微循环血流的障碍可引起实质性脏器的坏死、功能衰竭。
（五）体温改变引起的中枢变化
随着体温的下降，脑的代谢率也随着下降，一般认为深低温时脑血流明显下降，脑的自主调节功能丧失；高热时，可出现大脑皮质抑制，而皮质下中枢的兴奋性可能增强。
二、体外循环脑部并发症的发生率
脑部并发症发生率报道各异，主要与获取神经精神功能紊乱的资料比较困难、难以统一标准有关。目前体外循环脑部并发症发生率较低，约2％左右，60％患者只是表现为一过性的脑神经精神紊乱。
三、体外循环脑损伤的原因和表现
（一）脑缺血缺氧性损伤
1、原因
1）长时间低流量灌注 脑血流依赖体外循环灌注流量，长时间的低流量灌注会造成脑血流供应不足；但在低温 体外循环中，由于脑的氧代谢率（CMRO2）降低，较低的灌注流量可以维持脑的供氧。
2）转流时间过长 体外循环炎性介质对脑细胞直接损伤；另一方面使血液破坏增加、血中微凝物质增加，灌注中空气和微粒栓塞的可能性加大。
3）人工心肺机故障和操作失误 由于机器或人为因素，如电源中断、泵管破裂、接头脱落，造成体外循环中断、气栓进入动脉系统，导致不同程度的脑缺氧。
4）转流技术问题 如血液过度稀释、胶体渗透压下降；上腔静脉引流不畅，中心静脉压（CVP）过高；主动脉插管位置或方向不当；合并左上腔静脉时，术中将左上腔静脉结扎造成脑血流回流受阻。
2、表现
1）神经精神症状可在术后立即出现，亦可在术后数小时或数天内发生。轻者可有苏醒延迟，暂时的萎靡、谵妄、幻觉、记忆丧失、意识损害、四肢乏力、单瘫、抽搐、行为异常，重者可致永久性的运动、感觉、智力等功能障碍。
2）脑水肿的症状 主要表现为烦燥、呆滞、嗜睡、昏迷、抽搐，瞳孔不等大或瞳孔散大，可有癫痫发作，眼底检查有视神经乳头水肿。
（二）脑栓塞
1、原因
1）气栓 由于体外循环机故障或操作失误，致使气栓进入动脉系统；复温时水温与血温差>12℃，可能形成大量微气栓；氧合器不消泡；
2）血栓来源主要有 抗凝不全形成或来自心内的陈旧血栓；血小板、白细胞聚集物形成的微栓；
3）其它栓子，如来自手术野中的脂肪栓、钙质、纤维素、去泡剂、石腊碎屑、粘液瘤残屑等。
2、表现 神经精神异常可为一过性，也可突发偏瘫、单肢瘫痪，可有抽搐、不可逆的昏迷乃至猝死。
（三）颅内出血
1、原因
1）术前有脑部外伤史 。
2）有出血倾向、术后抗凝者 。
3）体外循环中脑灌注压过高，造成脑过度灌注，导致脑的小血管破裂出血 。
4）上腔静脉引流不畅，中心静脉压过高，导致毛细血管破裂出血和脑水肿 。
5）应用大量高渗液体、利尿剂，使脑大量脱水和收缩，脑血管撕裂出血。
2、表现 典型的临床表现是术后昏迷，或多时不清醒，或意识恢复后又出现意识障碍，出现偏瘫、单瘫，并有颅内高压症状。
四、体外循环对脑的影响因素
（一）灌注流量
1、体外循环中脑血流量受多种因素的影响，如低温、灌注流量、PaCO2、药物、非搏动灌注等，脑血流量不完全依赖体外循环灌注流量和压力，在脑的自主调节机制存在的条件下，脑血流量可以保持恒定。
2、一般认为深低温或高浓度CO2时脑的自主调节机制丧失，此时脑血流量依赖体外循环灌注流量。
3、长时间的低流量灌注会造成脑的供能不足。
（二）平均动脉压
1、脑具备自主调节功能，在正常人，血压波动于6.7~20.0kpa(50～150mmHg)时，脑血流可保持恒定。
2、体外循环中由于低温、PaCO2、非搏动灌注等因素的存在，脑的自主调节范围可能下移或丧失。
3、高血压、冠心病、糖尿病、高龄患者体外循环中灌注压应保持较高。
（三）酸碱平衡紊乱
体外循环中代谢性酸中毒多为乳酸酸中毒，原因可能为灌注流量偏低、血液氧合不良、血液过度稀释、微循环功能障碍，酸中毒对中枢神经产生抑制作用，并进一步加重脑的缺氧。
（四）PaCO2
1、采用温度较正的PaCO2，即pH稳态，使血中CO2含量增多，可以显著地扩张血管，增加脑血流，但破坏了脑血流的自主调节机制，使脑血流与脑氧耗量失匹配；脑血流直接受平均动脉压、灌注流量的调节，易产生脑组织的奢侈灌注，增加颅内高压和脑血管微栓形成的机会，损伤脑血管内皮；部分脑血管病患者会产生“窃血”现象。
2、采用非温度较正的PaCO2，即α稳态，可维持更生理的脑血流灌注，使脑血流和脑代谢率的相匹配。上述方法还需进一步观察。
（五）非搏动灌注
理论和实验表明 非搏动灌注可能造成脑血流在脑中的异常分配，使脑血流量和脑氧耗下降。搏动灌注可以增进微循环，使毛细血管床开放，增加淋巴液、组织间质的血流，促进组织对氧的利用，有助于恢复由于循环中止或低流量灌注造成的酸中毒和高碳酸血症。由于表达效果影响因素很多，临床效果不明显，开展不普遍。
（六）血液稀释
体外循环适度的血液稀释、血液沾滞度的下降有益于维持脑血流，改善微循环的灌注；血液过度稀释，血球压积下降至15%时，可能会遗留贫血症状，如注意力不集中、近期记忆力消失，但较少引起意识丧失。
（七）低温
1、低温降低脑的代谢率，降温初期脑氧耗呈指数曲线下降，而非直线下降，可使脑能量储备（ATP、磷酸肌酸）成倍地增加，增加神经细胞缺血耐受性；体温降至20℃，脑氧耗为常温时的25%，降至17℃，脑氧耗不足常温时的17%。
2、一般低温对脑的自主调节功能的影响尚小，深低温时脑的自主调节机制丧失，低温18℃以下神经细胞膜的完整性受损。
（八）药物
体外循环中常用的药物，除麻醉药外，主要有抗凝药、血管活性药、利尿药等，应注意其对脑功能的影响；有报道，硝普钠对脑组织灌注和代谢影响不明显，但较大剂量应用时，可使静脉血氧饱和度增高，提示组织摄氧受抑制。
五、脑功能紊乱的主要危险因素
（一）年龄
高龄是体外循环后产生神经精神损伤的危险因素之一，可能的原因有术前伴脑血管病变、脑自主调节功能不良。
（二）糖尿病、高血压
该类患者一般均存在脑动脉硬化，脑的自主调节功能不良，脑血流需要更多地依赖灌注流量；长期血压未加控制的高血压患者，其脑的自主调节曲线可以右移，因此需要更高的灌注压才能维持足够的脑血流。
（三）高碳酸血症
慢性肺部疾患的患者往往存在慢性呼吸性酸中毒和代偿性的代谢性碱中毒，长期的高碳酸血症使脑血管处于扩张状态，若体外循环中仍维持正常的PaCO2，可能会影响脑的供血。
（四）主动脉、瓣膜钙化
该类患者在主动脉插管、处理钙化物时，钙化物脱落，有可能进入动脉系统形成栓塞。
六、深低温停循环与脑保护
（一）深低温停循环体外循环的脑功能状态
1、深低温时由于脑代谢率降低，脑血流量降低。
2、深低温时脑的压力－流量自主调节机制丧失，复温时可以得到恢复，原因可能是深低温时存在着脑血管瘫痪，或低灌注压超出了脑的自主调节范围。
3、停循环可造成脑的再灌注损伤。
4、深低温停循环后大多数患者效果良好，有少数病人出现一过性或永久性的神经精神损害，如舞蹈病、震颤、阵发性痉挛、认知不良等。
（二）深低温停循环中的脑保护措施
1、采用低温保护，体外循环降温达鼻咽温±15℃（鼻咽温只能近似反映大脑基底环的血温，鼓膜温可以更准确地反映脑组织的温度）、肛温±20℃；
2、尽量缩短停循环时间应，控制停循环时间不超过60分钟；
3、应用激素，麻醉后静脉注射甲基强的松龙15mg/kg，复温后机器内加入甲基强的松龙15mg/kg，氟美松可引起ACT的缩短；
4、采用脱水治疗，恢复循环时机器内加20%甘露醇0.5g/kg；
5、停循环中有必要采取头低位，防止气栓进入体内；
6、恢复循环后，不要急于复温，待静脉氧饱和度高于70％，偿还