膜式氧合器及动脉滤器祛泡功能的探讨

作者：罗智超,黄焕雷作者单位：广东省人民医院广东省心血管病研究所心外科，广东 广州 510080

  【摘要】  目的评价Affinity 、Edwards和 Terumo三种膜式氧合器祛泡能力，并探讨使用膜式氧合器时动脉滤器使用的必要性。方法使用18例心脏手术后体外循环装置,分别为Affinity、Edwards和Terumo SX18三种成人膜式氧合器各6例，并均使用Terumo动脉滤器，在同等的检测条件下用注射器在膜式氧合器前的管路中注入30 ml空气，使用CMD-20超声波微气栓检测仪检测空气通过膜式氧合器后及动脉滤器后产生的微气栓数量。结果在膜式氧合器及动脉滤器后血流中测得微气栓平均数量分别为： Affinity（155.9±15.2）个和（69.869.8±6.7）个;Edwards（336.0±14.7）个和（135.3±6.1）个;Terumo（114.6±12.1）个和（52.8±5.5）个。结论不同的膜式氧合器有不同的祛泡能力；使用动脉滤器可显著降低体外循环产生微气栓的风险。

【关键词】  膜式氧合器;动脉滤器;体外循环;微气栓

　　Evaluation of the Ability of Membrane Oxygenator and the Arterial Filter to Remove the Gaseous Microemboli

　　LUO Zhi-chao,HUANG Huan-lei

　　Department of Cardiovascular Surgery,Guangdong Cardiovascular Disease Institute,Guangdong Guangzhou 510080,China

　　Abstract: OBJECTIVE To investigate the ability to remove the gaseous microemboli of three kinds of membrane oxygenator,and the necessity to use arterial filter for membrane oxygenator.METHODSTo choose 18 extracorporeal circulation circuits after open heart surgery. Three kinds of membrane oxygenator (Affinity,Edwards and Terumo,n=6) and arterial filter were estimated for removing of gaseous microemboli.Counts of gaseous microemboli after membrane oxygenator and after arterial filter were tested in each group with Micro Bubble Counter (CMD-20 Terumo)under the same condition. RESULTSCounts of gaseous microemboli after different membrane oxygenator and after arterial filter were as following: (155.9 ±15.2) and (69.8±6.7) for Affinity, (336.0±14.7)  and  (135.3±6.1)  for Edwards,(114.6±12.1) and  (52.8±5.5)  for Terumo . CONCLUSIONThe ability to remove gaseous microemboli is different for different membrane oxygenators. Arterial filter is necessary for extracorporal cirulation with membrane oxygenator to furtherly reduce  the risk of engendering gaseous.

　　Key words：Membrane oxygenator；Arterial filter；Extracorporeal circulation；Gaseous microembolus

　　微气栓是体外循环（extracorporeal circulation，ECC）对机体的重要损伤因素之一，这一问题还没有得到很好的解决［1］。使用鼓泡氧合器、过度的复温梯度、动脉端未用滤器、静脉血储血室内低血平面、药物注射到管路内等都是产生微气栓的因素［2-4］。膜式氧合器的中空纤维表面微孔已由早期规律、直通型微孔发展为新型安全的无规则缝隙样微孔。一般认为微气栓进入膜式氧合器后可通过膜式氧合器中空纤维的微孔排出,也可经泵后型膜式氧合器排至静脉血储血室或滞留在氧合器内。由于膜式氧合器气血不直接接触，并具备不同程度的气泡捕捉和祛除能力，有些学者认为使用膜式氧合器时可不使用动脉滤器。本研究旨在评价不同膜式氧合器的祛泡功能和探讨在使用膜式氧合器时使用动脉滤器的必要性。

　　1资料与方法

　　1.1资料选择

　　将18例先天性房间隔缺损、室间隔缺损（ASD、VSD）在ECC下行心脏手术的成人患者，随机分成3组，每组6例，各组分别选用膜式氧合器（所有膜肺转流时间均不超过2 h）Affinity(型号：5341) 、Edwards(型号：31)和 Terumo (型号：SX18)，每组均同时使用Terumo动脉滤器 (型号：AF125X 32μm 滤网式)。检测选用挪威进口的超声波微气栓检测仪(型号：CMD-20),它能监测出血流中40μm以上微气栓的数量，通过软件对实验数据自动进行分析和记录。

1.2检测方法

　　ECC手术结束后将供血管与引流管直接连接，利用术后残存的血液在36℃的血液温度、灌注流量4000 ml/min、保持红细胞压积（Hct）在0.20～0.25范围内、静脉血储血室液平面200 ml（少于200ml 加林格氏液补充）的条件下，用注射器在膜式氧合器前的管道注入30 ml的空气，分别在膜式氧合器后及动脉滤器后的管道内通过CMD-20超声波微气栓检测仪的感应探头测量血流中40 μm以上微气栓的数量，每个膜式氧合器重复三次，每次1分钟。检测时关闭氧合器各种旁路。检测方法见图1。图1检测ECC管道血流中微气栓数量的示意图

　　1.3统计学方法

　　使用SPSS 10.0统计软件进行统计学处理，采用配对样本t检验对有关数据进行统计学分析。数据以（±s）表示，以P＜0.05为差异有统计学意义。

　　2结果

　　2.1膜式氧合器检测结果配对样本t检验结果显示：各次检测到的平均微气栓数量，Affinity组均少于Edwards组，差异有统计学意义(t=2.004,P＜0.05)；Terumo组也均少于Edwards组，差异有统计学意义(t=2.572,P＜0.05)；而Affinity组与Terumo组间则无显著差别(t=0.8791,P＞0.05)。见表1。表1各品牌膜式氧合器祛泡能力的比较（略）注：﹡与Edwards比较P＜0.05

　　2.2使用动脉滤器检测结果统计学处理结果显示：三种膜式氧合器中动脉滤器前微气栓数量均少于动脉滤器后，其差异均有统计学意义。分别为Affinity（t=4.108,P＜0.05）；Edwards（t=4.125,P＜0.05）；Terumo（t=4.105,P＜0.05）。见表2。表2使用动脉滤器后微气栓数量的变化（略）注：﹡与动脉滤器前比较P＜0.05

　　3讨论

　　3.1检测条件气体的溶解度和温度呈反比,研究表明复温时血温和水温温差超过15℃可导致微气栓形成。血液流动方式与气栓产生有密切关系。如果流速过快可产生湍流并在湍流中出现空化现象形成微气栓，特别是在静脉血储血室液平面低于200ml时［3，5］。为了减少了由于实验条件不同而引起的误差，在实验中我们保持了上述条件的恒定。

　　3.2膜式氧合器的祛泡能力本实验结果提示在同等条件下Affinity和Terumo膜式氧合器的祛泡能力明显强于Edwards膜式氧合器。其主要原因不仅与中空纤维微孔的结构及编织方法有关；还与其设计的血流动力学及血液流向、血液阻力、静脉血储血室的过滤功能有关；更与氧合室的结构有密切关系，后者主要影响氧合器的气泡捕捉能力。

　　3.3使用动脉滤器的作用及其局限性

　　动脉滤器以滤网式为主,有滤除各种微栓的功能。一方面滤网为亲水性的物质，对气泡有排斥性，另一方面血中微气栓的表面张力，阻止气体以低密度形式穿过微栓滤器的网孔。Kincaid 在动物模型研究中发现动脉滤器可以有效的清除血液中的脂肪栓和微气栓［6］。在本实验中三组动脉滤器前后微气栓数量的显著差异均强烈提示在使用膜式氧合器ECC时使用动脉滤器的必要性。

　　同时本研究还显示，虽然动脉滤器可显著减少微气栓进入循环，但仍有相当数量微气栓未被去除。Willcox和Lapietra的研究也表明不论是在ECC期间或是实验条件下，通过动脉滤器后的血中仍发现有微气栓［7-8］。提示必须关注ECC时静脉管路中存在的气体和静脉血储血室的液平面。Sehoenburg等［9］认为在动脉滤器和主动脉插管之间安置气泡捕捉器（dynamic bubble trap）可显著减少微气栓的数量和由此产生的脑损伤。

　　3.4实验的体会

　　微气栓进入患者体内的数目取决于进入循环中的气体量、膜式氧合器对微气栓处理能力及是否应用动脉滤器。通过控制微气栓的来源，改良膜式氧合器设计和工艺可以尽可能减少动脉系统内微气栓产生。膜式氧合器均具备不同程度的祛泡能力，但其祛泡能力有限，因此，动脉滤器应作为ECC的常规使用装置。

【参考文献】  　　［1］Weitkemper HH,Oppermann B,Spilker A, et al. Gaseous microemboli and the influence of microporous membrane oxygenators［J］. J Extra Corpor Technol，2005， 37(3):256-264.

　　［2］Johnston WE, Stump DA, DeWitt DS,et al. Significance of gaseous microemboli in the cerebral circulation during cardiopulmonary bypass in dogs［J］. Circulation，1993，88(5):Ⅱ 319-329.

　　［3］Padayachee TS, Parsons S, Theobold R,et al. The effect of arterial filtration on reduction of gaseous microemboli in the middle cerebral artery during cardiopulmonary bypass［J］. Ann Thorac Surg，1988，45（6）:647-649.

　　［4］Mitchell SJ, Willcox T. Gorman DP. Bubble generation and venous air filtration by hard-shell venous reservoirs: a comparative study. Perfusion［J］. 1997，12（5）:325-333.

　　［5］Mitchell SJ, Willcox T, McDougal C,et al. Emboli generation by the Medtronic Maxima hard-shell adult venous reservoir in cardiopulmonary bypass circuits: a preliminary report［J］. Perfusion，1996,11（2）:145-155.

　　［6］Kincaid EH, Jones TJ, Stump DA,et al. Processing scavenged blood with a cell saver reduces cerebral lipid microembolization［J］. Ann Thorac Surg，2000，70（4）:1296-3000.

　　［7］Willcox TW, Mitchell SJ, Gorman DF. Venous air in the bypass circuit: a source of arterial line emboli exacerbated by vacuum-assisted drainage［J］. Ann Thorac Surg，1999，68 （4）:1285-1289.

　　［8］Lapietra A, Grossi EA, Pua BB,et al. Assisted venous drainage presents the risk of undetected air microembolism［J］. J Thorac Cardiovasc Surg， 2000，120（5）:856-862.

　　［9］Schoenburg M,Kraus B,Muehling A,et al. The dynamic air bubble trap reduces cerebral microembolism during cardiopulmonary bypass［J］. J Thorac Cardiovasc Surg，2003，126(5):1455-1460.