離心泵體外循環(huán)的應(yīng)用進(jìn)展

紀(jì)振華，武婷

離心泵（centrifugal pump）自1972年問世以來，一直沒有被廣泛關(guān)注和應(yīng)用。但是隨著上世紀(jì)80年代左心輔助循環(huán)和體外膜肺氧合（extracorporeal membrane oxygenation，ECMO）或體外生命支持技術(shù)（extracorporeal life support，ECLS）的應(yīng)用發(fā)展和循環(huán)管道表面肝素涂層等生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)的提高，血液驅(qū)動(dòng)泵已經(jīng)由傳統(tǒng)的滾壓泵發(fā)展至如今的磁浮離心泵［1-2］。作為新一代體外循環(huán)（cardiopulmonary bypass，CPB）動(dòng)力裝置，離心泵具有體積小、質(zhì)量輕、操作安全、流量大等優(yōu)點(diǎn)，臨床應(yīng)用也越來越多。目前國(guó)外醫(yī)院離心泵不但廣泛用于ECMO和左心輔助循環(huán)，也用于許多常規(guī)CPB心臟手術(shù)。近些年國(guó)內(nèi)雖然也有離心泵臨床應(yīng)用的報(bào)道，但基本都是用于ECMO，常規(guī)CPB心臟手術(shù)絕大多數(shù)仍以滾壓泵作為驅(qū)動(dòng)血泵［3］。本文就國(guó)內(nèi)外對(duì)離心泵研究狀況以及應(yīng)用發(fā)展方向作一簡(jiǎn)要綜述。

1 離心泵結(jié)構(gòu)和工作原理

離心泵可分為兩大部分，即驅(qū)動(dòng)部分和控制部分，具體是由泵頭、驅(qū)動(dòng)器、流量傳感器、控制部分以及手動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置等組成，其中泵頭是核心部件，由6道直槽、3層椎體、葉片和流體通道等組成。生物相容性為離心泵的關(guān)鍵性能，為提高離心泵的生物相容性，泵頭材料增加了涂層材料［4-5］。

離心泵是依靠磁性驅(qū)動(dòng)使泵頭作高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，通過旋轉(zhuǎn)的葉輪或者黏性剪切力將動(dòng)能傳輸給液體，從而形成渦流，使泵室側(cè)壁形成高壓區(qū)，而中央形成低壓區(qū)，離心泵中心部位和周邊均有孔，使泵的出口端和入口端產(chǎn)生一個(gè)壓力差，即離心力，當(dāng)離心力大于外周阻力時(shí)，促使液體單向流動(dòng)［6］。在輸出端阻力很低或者沒有阻力時(shí)，轉(zhuǎn)速和流量成正比，泵速越大，壓差就越大，泵輸出量就越大。而紅細(xì)胞對(duì)剪應(yīng)切力有很大耐受性。離心泵產(chǎn)生的是非搏動(dòng)性血流。灌注流量主要是由出口端阻力和壓差所決定。出口端阻力分為兩部分：一是血管阻力；二是體外循環(huán)各部分所產(chǎn)生的阻力，包括膜肺、動(dòng)脈插管、動(dòng)脈微栓過濾器等。離心泵灌注流量與轉(zhuǎn)速及其產(chǎn)生的壓力呈非線性正相關(guān)，所以它也被稱為壓力泵［7］。與滾壓泵不同，離心泵是后負(fù)荷依賴型，故灌注流量只受患者本身和體外循環(huán)阻力變化的影響。

2 離心泵的臨床應(yīng)用

2.1離心泵在常規(guī)CPB心臟手術(shù)中的應(yīng)用 因?yàn)殡x心泵優(yōu)點(diǎn)眾多，故在常規(guī)CPB心臟手術(shù)中越來越多地應(yīng)用離心泵作為CPB主泵。特別是在以下兩種臨床情形中應(yīng)用離心泵有突出的優(yōu)勢(shì)。

2.1.1大體質(zhì)量患者常規(guī)CPB心臟手術(shù) 大體質(zhì)量患者（體質(zhì)量＞70 kg）在CPB時(shí)，往往需要較高的轉(zhuǎn)速和流量來維持組織臟器灌注，用滾壓泵雖然也能達(dá)到這個(gè)灌注要求，但是高速碾壓泵管大大增加了血細(xì)胞的破壞。離心泵用于大體質(zhì)量患者CPB時(shí)，能較好維持灌注壓力和血流動(dòng)力學(xué)指標(biāo)平穩(wěn)，血液和尿液中的血漿游離血紅蛋白（free serum hemoglobin，F(xiàn)Hb）明顯低于用滾壓泵者［8］。

2.1.2危重患者或者復(fù)雜心臟手術(shù) 危重患者的CPB時(shí)間往往較長(zhǎng)。近年來國(guó)內(nèi)外提倡在危重患者或者復(fù)雜心臟手術(shù)CPB中使用離心泵，因?yàn)殡x心泵具有對(duì)血液有形成分破壞小、安全性高、術(shù)后并發(fā)癥少等眾多優(yōu)點(diǎn)，可以進(jìn)行較長(zhǎng)時(shí)間的CPB。若遇到難以脫機(jī)的手術(shù)，可以直接而又快速地轉(zhuǎn)為心室輔助或者ECMO［9］。

2.2心室輔助 心室輔助裝置（ventricular assist device，VAD）將血液從靜脈系統(tǒng)引出，然后泵入動(dòng)脈系統(tǒng)，部分或者全部代替心室做功［10］。對(duì)術(shù)前嚴(yán)重心衰而單純靠藥物難以起效或者心臟手術(shù)停機(jī)困難、心功能差的患者，可使用離心泵進(jìn)行心室輔助，為心功能恢復(fù)贏得寶貴時(shí)間。離心泵既能對(duì)單個(gè)心室進(jìn)行輔助，也能同時(shí)對(duì)左、右心室進(jìn)行輔助［11］。循環(huán)支持時(shí)，離心泵可自動(dòng)調(diào)節(jié)流量，當(dāng)外周低阻力時(shí)，泵流量增加；當(dāng)心功能逐漸恢復(fù)時(shí)，血壓增高，同時(shí)泵流量會(huì)自動(dòng)減少。若正性肌力藥物和離心泵心室輔助循環(huán)聯(lián)合使用可取得更好的臨床療效［12-13］。

2.3ECMO 近年來ECMO技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種原因?qū)е碌募毙匝h(huán)和（或）呼吸衰竭的搶救性輔助治療，可以提供較長(zhǎng)時(shí)間心或者肺的支持，為心功能或者肺功能的恢復(fù)贏得時(shí)間［14-15］。ECMO可以為機(jī)體提供持續(xù)平流血液灌注，通常有兩種形式，即靜脈-靜脈體外膜肺氧合（veno-venous extracorporeal membrane oxygenation，V-V ECMO）和靜脈-動(dòng)脈體外膜肺氧合（veno-arterial extracorporeal membrane oxygenation，V-A ECMO），V-V ECMO僅提供呼吸支持，而V-A ECMO可同時(shí)提供呼吸和循環(huán)支持［16］。

有學(xué)者認(rèn)為，對(duì)一些重癥患者預(yù)防性地應(yīng)用ECMO技術(shù)，可以提高存活率［17］。有報(bào)道在ECMO輔助下成功對(duì)急性心肌梗死高危患者進(jìn)行冠狀動(dòng)脈介入治療［18］。國(guó)內(nèi)外有大的心臟中心為心臟移植患者在等待供體期間進(jìn)行ECMO支持，有助于為患者贏得寶貴時(shí)間，提高心臟移植的成活率［19］。

ECMO與 心 肺 復(fù) 蘇 （cardiopulmonary resuscitation，CPR） 技 術(shù) 相 結(jié) 合 ，即 ECPR（extracorporeal cardiopulmonary resuscitation），可以搶救性治療頑固性心跳驟停。ECMO技術(shù)可以在搶救過程中保證心腦等重要臟器的有效灌注，提高恢復(fù)自身循環(huán)的概率，改善CPR的療效，大大提升了患者的存活率。

2.4左心轉(zhuǎn)流 在大動(dòng)脈炎或主動(dòng)脈瘤患者行主動(dòng)脈手術(shù)時(shí)，使用離心泵作左心轉(zhuǎn)流，無需肝素化，可使上下肢血壓差距明顯縮小，減少血液丟失，延長(zhǎng)阻斷時(shí)間，避免了脊髓、腎功能損傷的發(fā)生。

2.5其他應(yīng)用 國(guó)內(nèi)外也有離心泵CPB在全身高熱治療、臟器腫瘤的熱療、肝移植［20］、腎移植等方面成功應(yīng)用的報(bào)道。

3 離心泵的優(yōu)點(diǎn)

3.1對(duì)血液有形成分破壞較輕 與滾壓泵相比，離心泵對(duì)紅細(xì)胞、血小板等血液有形成分的破壞較輕，因?yàn)殡x心泵頭是非阻閉性的，避免了對(duì)血液有形成分的擠壓。另外，離心泵頭和循環(huán)管路等材料為肝素涂層，組織相容性好，減少了對(duì)血液有形成分的激活［21］。有報(bào)道，在成人CPB中使用離心泵能明顯減少紅細(xì)胞和血小板的破壞，減少了心臟術(shù)后胸腔引流量和輸血量，減少神經(jīng)系統(tǒng)并發(fā)癥［22］。但是也有臨床研究報(bào)道滾壓泵和離心泵的臨床效果無明顯差異［23-24］。分析原因可能是CPB中影響血小板數(shù)量和功能的因素較多，使用離心泵僅是其中一個(gè)環(huán)節(jié)的改進(jìn)。在同樣的CPB條件下，與滾壓泵相比，離心泵能明顯減少血液中FHb含量，減少溶血和血紅蛋白尿的發(fā)生，降低急性腎損傷（acute kidney injury，AKI）的發(fā)生率。滾壓泵不但在CPB中直接擠壓紅細(xì)胞造成裂解，而且使得亞損傷紅細(xì)胞也較多，術(shù)后亞損傷細(xì)胞特別容易破裂，導(dǎo)致術(shù)后24 h FHb濃度仍處于較高水平。所以離心泵可以用于長(zhǎng)時(shí)間的體外循環(huán)和輔助循環(huán)［25］。

3.2靈活輕便、高效能 離心泵質(zhì)量輕、體積小，驅(qū)動(dòng)裝置可以與泵頭分離，可自由調(diào)節(jié)泵頭位置，預(yù)充量小，但可以為人體提供較高流量，操作簡(jiǎn)單，對(duì)一些不能脫機(jī)的心臟手術(shù)的患者可進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的床旁輔助循環(huán)。離心泵既可以附著在體外循環(huán)機(jī)器上，作為主泵與滾壓泵聯(lián)合使用，也可成為一套獨(dú)立系統(tǒng)，如ECMO系統(tǒng)［21］。

3.3安全系數(shù)高 離心泵的高安全性主要體現(xiàn)在3個(gè)方面：一是非阻閉型泵，當(dāng)循環(huán)管道扭折時(shí)壓力增高有限，泵管不會(huì)崩脫；二是離心泵高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，其中心是負(fù)壓區(qū)，而外周是高壓區(qū)，即使有少量氣體進(jìn)入，也會(huì)被儲(chǔ)存在中心的負(fù)壓區(qū)，不會(huì)被泵出。當(dāng)進(jìn)入的氣體達(dá)到泵頭預(yù)充量的60%時(shí)，泵頭會(huì)自動(dòng)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，不能產(chǎn)生離心力，也就避免了氣體進(jìn)入體內(nèi)；三是離心泵頭和管道材料內(nèi)表面光滑，摩擦系數(shù)小，為肝素涂層，質(zhì)地較硬，故很少產(chǎn)生固體微栓，大大降低了各重要臟器發(fā)生栓塞的可能性［21］。

4 離心泵CPB的注意事項(xiàng)

4.1易倒流 因?yàn)殡x心泵在轉(zhuǎn)速比較慢時(shí)容易出現(xiàn)倒流或者無流量的現(xiàn)象，所以離心泵在排氣預(yù)充時(shí)，打開泵出口端的阻閉鉗前，必須保證泵速達(dá)到能克服出口端阻力而不會(huì)產(chǎn)生倒流時(shí)的最小轉(zhuǎn)速，一般建議是1 500 r/min，然后再提高轉(zhuǎn)速，在高轉(zhuǎn)速下排氣預(yù)充。預(yù)充排氣完畢和停止CPB時(shí)，必須先降低泵速至最小轉(zhuǎn)速（1 500 r/min），然后再夾閉靜脈回流管和動(dòng)脈端，最后停泵。另外需要注意的是，停止CPB后，通過主動(dòng)脈插管間斷輸注機(jī)器余血時(shí)，離心泵泵速必須達(dá)到1 500 r/min以上，才能緩慢松開動(dòng)脈端的阻閉鉗進(jìn)行還血操作。這點(diǎn)與滾壓泵有較大不同［26］。

4.2管道易打折 因?yàn)殡x心泵是非阻閉型的，如果泵輸出端管道或插管彎曲打折，管道內(nèi)壓力會(huì)驟增，但是不會(huì)崩脫，這樣就有可能發(fā)生組織臟器無灌注或者低灌注。因此，若運(yùn)轉(zhuǎn)中出現(xiàn)流量突然下降，泵低流量報(bào)警，動(dòng)、靜脈血氧飽和度下降等情況，應(yīng)該注意是否有動(dòng)脈插管不當(dāng)或者動(dòng)脈端管道打折的可能性［26］。

4.3小流量控制困難 由于離心泵小流量控制比較困難，易出現(xiàn)倒流現(xiàn)象，所以在小體質(zhì)量（＜30 kg）患者或者嬰幼兒CPB中應(yīng)慎重使用。

5 小結(jié)

總之，近年來離心泵作為新一代CPB驅(qū)動(dòng)裝置在歐美國(guó)家得到了廣泛的臨床應(yīng)用。但是目前國(guó)內(nèi)使用的離心泵絕大部分是進(jìn)口產(chǎn)品，因其價(jià)格比較昂貴，又都是一次性使用，故限制了臨床使用，但是在一些病情復(fù)雜或者危重患者中仍然值得應(yīng)用推廣。在臨床中應(yīng)根據(jù)患者病情和經(jīng)濟(jì)狀況適當(dāng)運(yùn)用。隨著國(guó)產(chǎn)離心泵成功研制并應(yīng)用于臨床以及醫(yī)保政策的逐漸完善和普及，相信離心泵在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用將會(huì)越來越廣泛。