改进型二氧化碳充弥法在体外循环的应用

作者:李旭,陈龙,涂远荣

作者单位：福建医科大学附属第一医院胸外科，福建 福州 350005

      【摘要】  目的 介绍一种改进的二氧化碳术野充弥法应用在体外循环(extracorporeal circulation,ECC)手术中以减少术后血循环中微气栓的形成，并利用经颅多普勒超声微气栓检测来证实其有效性。　方法 30例ECC手术病例随机分为二氧化碳组与对照组，前者使用改进后的气体弥散器在ECC期间向术野充弥二氧化碳，后者不进行此项干预。所有病例均以经颅多普勒超声微气栓检测系统于两侧头颅体表检测大脑中动脉血流微栓子信号，在ECC期间分五个时段分别记录和计算单位时间内血流中微气栓数目，两组之间结果进行比较。　结果 微气栓进入脑血流的时间主要发生在主动脉阻断钳开放后3 min的时段。在二氧化碳组该时段微气栓数目为14.9个/min，较对照组42.6个/min显著减少(P<0.001)。其它时段内微气栓数目稀少，两组之间比较无显著差异。结论 改进型二氧化碳术野充弥法可以显著减少ECC手术中脑血流微气栓数目。

【关键词】  二氧化碳；排气；微气栓；经颅多普勒超声

　　Impact on a New Carbon Dioxide De-airing Technique for Extracorporeal Circulation

　　LI Xu，CHEN Long, TU Yuan-rong

　　(Department of Thoracic Surgery,The First Affiliated Hospital,Fujian Medical University, Fujian Fuzhou,350005; Department of Thoracic Surgery,Fuzhou General Military Hospital,Fujian Fuzhou 350002，China)

　　Abstract: OBJECTIVE   To introduce a new carbon dioxide de-airing method in extracorporeal circulation(ECC) surgery for minimizing cerebral gaseous embolizaiton, and make use of Doppler ultrasonography detecting confirms the efficacy of this new methed. METHODS  30 patients undergoing ECC surgery were randomly divided into two groups. 14 patients in CO2 group were insufflated with CO2 at pericardial cavity via a new designed gas-diffuser during ECC, whereas 16 patients in control group were not. In all patients, both left and right middle cerebral artery Doppler signal were acquired by automatic embolus dectections machine. At five different phases during ECC, gaseous emboli in each phase were calculated and compared in both groups. RESULTS  The time of gaseous embolization caming into brain blood stream mostly appears during the phase of aortic clamping removal 3 min. The mean emboli at this phase in control group were 42.6 events per minute. It had been significantly reduced to 14.9 events per minute in CO2 group (P＜0.001). The events in other phases were seldom and there was no significant difference between two groups. CONCLUSION  The cerebral gaseous microembolization can be significantly reduced by introducing new CO2-deairing method.

　　Key words：  Carbon dioxide；De-airing；Gaseous microemboli；Transcranial Doppler

　　微气栓是导致体外循环(extracorporeal circulation,ECC)手术后脑损害的重要原因之一［1］。本文使用一种改进的二氧化碳术野充弥法(CO2 De-airing, CO2-DeA)来减少ECC中微气栓的形成，并利用经颅多普勒超声微气栓检测来证实该方法的有效性，现报告如下。

　　1  资料与方法

　　1.1  研究对象  为2006年1月至2006年6月期间在瑞典Karolinska大学Solna医院接受同一外科小组所施行的ECC手术的30个病例。术前检查包括心脏大血管超声检查，冠脉造影以及胸腹部CT扫描。入组标准为：①获得知情同意；②初次手术；③二尖瓣成形术(MVP)或主动脉瓣置换术(AVR，均为生物瓣)；④并发明显的主动脉或颈动脉病变者除外，心房纤颤者除外。30个病例以随机数表分为CO2-DeA组与对照组。患者一般情况见表1。

　　1.2  ECC及手术  所有手术由同一外科小组完成，经胸骨正中切口，升主动脉插管。MVP采用上下腔插管，AVR使用右房单插管并经右肺上静脉行左心减压。ECC管道以林格氏液及甘露醇预充并排气。氧合器为Dideco Simplex D708 (意大利Dideco公司)，采用34℃浅低温，灌注流量≥2.4 L/（m2·min），心内吸引设定为1.5 L/min，心外吸引为10 L/min［2-3］。

　　1.3  改进二氧化碳术野充弥法  使用 Svenarud等［2］设计的二氧化碳弥散头(图1)，其一端为管道，另一端为无菌弥散头。管道端接于二氧化碳贮瓶，过滤弥散头固定于心包腔右下方(图2)。在ECC期间以10 L/min的速度向术野充弥CO2使其置换心包腔内的空气［3-4］。

　　图1  改进型二氧化碳弥散器（略）

　　图2  弥散器置于心包腔右下方（略）

　　1.4  经颅多普勒(transcranial doppler ,TCD)微气栓检测法［5-6］  使用Embo Dop(德国DWL Elektronische 公司产品)多频经颅多普勒超声系统进行术中监测。全麻后将超声探头置于头架，在患者左右两侧颧弓上方颞浅动脉前方处移动探头探测到大脑中动脉血流信号后固定头架及探头。探头另一端接于主机，于建立ECC前开机，机器可持续自动识别并记录通过大脑中动脉的微气栓。分别在以下五个时段做时间标记：①ECC建立－ECC开始；②ECC开始－主动脉阻断；③主动脉阻断后3 min；④主动脉开放后3 min；⑤停ECC后10 min。手术后由同一位灌注师在双盲的情况下分析机器记录(图３)，计算各个时段内的微气栓数目。为方便比较，各个时段的微气栓数目以每分钟为单位标准化。

　　图3  Embo Dop机器记录（略）

　　1.5  统计学处理  所有数据资料用SPSS 11.5 For Window统计软件进行分析处理，方法采用组间t检验，P<0.05为差别有显著性。

　　2  结果    　　患者一般情况两组之间各项指标比较无显著性差异（P>0.05）。    　　微气栓进入脑血流的时间主要发生在主动脉阻断钳开放后的时段，在CO2-DeA组，主动脉开放后微气栓数目为14.9个/min，而对照组为42.6个/min，差异有显著性(P<0.01)，其它时段内微气栓数目稀少，两组间对比没有显著差异（P>0.05）。在ECC的五个时段内两组微气栓数目见表2。

　　表1  　病例分组及一般资料（略）

　　注：对照组n=16,CO2-DeA组n=14;带括号者的表示方法为：均数(范围)

　　表2  ECC下各个时段的微气栓数目（略）

　　注：*对照组与CO2-DeA组之间相比P＜0.01

　　3  讨论    　　ECC不可避免地开放心腔或大血管。尽管在手术中使用了各种排气方法，但微气栓仍难以避免。因二氧化碳在血中溶解速度比空气大25倍的物理特性，早期的文献［7］将等量的O2、空气与CO2分别注入肺静脉内，发现CO2造成的脏器损害比另外两种气体小。受此启发，于上世纪60年代即出现了二氧化碳术野充弥法［8］。其机理是在ECC期间，自切口向心包腔内持续充弥CO2，利用CO2的重量(比空气重50%)，试图将心包腔内的空气置换为CO2，以达到减少微气栓的效果，即便有微气栓形成，也可以在一定程度上减少脏器的损害。该方法间断使用了约50年，因未能取得令人信服的证据而始终未能推广［9］。究其原因，一方面是在实施该方法时使用的各种CO2弥散器不能有效地置换心包腔内的空气，空气残留率仍达20%～80%［9-10］；另一方面CO2-DeA方法实施后缺乏一些客观的评估指标，难以证实其有效性。为此Svenarud等［2-3］重新设计并改进了弥散头，将其弯曲放置于心包腔底部，使心包腔内99%的空气被CO2所置换，该改进方法的有效性已通过食管内超声心腔气体监测法得以证实［3］。    　　为进一步证实该方法的有效性。本研究使用更为敏感和客观的TCD微气栓检测方法。TCD方法早在1982年由Aaslid［11］首先使用作为一种非侵袭性脑血流监测手段。在心外科领域，因TCD只能测定脑血流的速度而不能计算血流量而并不常用在ECC监测中。但Spence等［12］利用TCD对异常信号识别的敏感性，将其用于脑血流微栓子监测并取得良好的效果。该方法使用之初，异常信号的识别仅靠肉眼判断而缺乏客观性，而且固体与气体栓子以及干扰信号之间相互混淆。Brucher与Russell［5-6］克服了这个缺点，开发了专用于脑血流栓子监测的Embo Dop系统，该仪器可自动识别并计数气体、固体微栓子并区分干扰信号，比食管内超声心腔气体监测更具客观性和准确性。因此本研究试图将CO2-DeA方法与之相结合，以此观察前者的有效性。

　从本研究结果可以看出，微气栓进入脑血流的时间主要发生在主动脉阻断钳开放后的时段内。在对照组中，在开放主动脉的最初3 min内，微气栓数目为42.6个/min，而在CO2-DeA组同时段的微气栓数目仅为14.9个/min。以上结果证实了改进的CO2-DeA方法能显著减少脑血流的微气栓数目。笔者认为CO2-DeA方法能有效地以CO2气体置换心包腔的空气，在关闭心腔后，CO2气体快速地溶解于血液中，而当主动脉阻断钳开放后，随血流进入大脑的微气栓已明显减少。尽管本研究因病例少而未进行术后神经功能测定，但文献已认为［13］微气栓的减少可以减轻ECC术后的脑损害。    　　尽管本研究采用了目前为止比较敏感的检测方法，但Embo Dop系统仍不能检测到<2～3 μm或>40 μm的气体栓子［5-6］。同时，本方法只检测大脑中动脉血流而并不能完全代表全脑血流的状况。因此，本研究仍有一定的局限性，相信随着微气栓检测技术的不断发展完善，会促使CO2-DeA方法得以不断改进，并在临床上进一步推广。    　　感谢瑞典Karolinska大学Solna医院 Peter Svenarud 提供图1, 2 并同意使用。

【参考文献】  　　［1］ Pugsley W, Klinger L, Paschalis C, et al. The impact of microemboli during cardiopulmonary bypass on neuropsychological functioning ［J］. Stroke, 1994, 25(7): 1393-1399.

　　［2］ Svenarud P, Persson M, van der Linden J. Intermittent or continous carbon dioxide insufflation for de-airing of the cardiothoracic wound cavity? An experimental study with a new gas-diffuser ［J］. Anesth Analg, 2003, 96(2): 321-327.

　　［3］ Svenarud P, Persson M, van der Linden J. Effect of CO2 insufflation on the number and behavior of air micoremboli in open-heart surgery: a randomized clinical trial ［J］. Circulation,2004,109(9): 1127-1132.

　　［4］ Svenarud P, Persson M, van der Linden J. Efficiency of a gas-diffuser and influence of suction in carbon dioxide deairing of a cardiothoracic wound cavity model ［J］. J Thorac Cardiovasc Surg, 2003, 125(5): 1043-1049.

　　［5］ Brucher R, Russell D. Automatic online embolus detection and artifact rejection with the first multifrequency transcranial Doppler ［J］. Stroke, 2002, 33(8): 1969-1974.

　　［6］ Russell D,Brucher R. Online automatic discrimination between solid and gaseous cerebral microemboli with the first multifrequency transcranial Doppler ［J］. Stroke,2002; 33: 1975-1980.

　　［7］ Kunkler A, King H. Comparison of air, oxygen and carbon dioxide embolization［J］. Ann Surg, 1959, 149(1): 95-99.

　　［8］ Ng WS, Rosen M. Carbon dioxide in the prevention of air embolism during open-heart surgery［J］. Thorax, 1968, 23(2): 194-196.

　　［9］ Martens S, Dietrich M, Wals S, et al. Conventional carbon dioxide application does not reduce cerebral or myocardial damage in open heart surgery. Ann Thorac surg, 2001, 72(6): 1940-1944.

　　［10］ Persson M, van der Linden J. De-airing of a cardiothoracic wound cavity model with carbon dioxide: theory and comparison of a gas diffuser with conventional tubes［J］. J Cardiothorac Vasc Anesth, 2003, 17(3): 329-335.

　　［11］ Aaslid R, Markwalder TM, Nornes H. Noninvasive transcranial Doppler ultrasound recording of flow velocity in basal cerebral arteries［J］. J Neurosurg, 1982, 57(6): 769-774.

　［12］ Spencer MP. Transcranial Doppler monitoring and causes of stroke from carotid endarterectomy［J］. Stroke,1997, 28(4): 685-691.

　　［13］ Stump D, Rogers A, Hammon J, et al. Cerebral emboli and cognitive outcome after cardiac Surgery［J］. J Cardiothorac Vasc Anesth, 1996, 10(1): 113-118.