重新審視嬰幼兒心肺轉(zhuǎn)流中改良超濾的使用

鄭豐楠，梁彥鍇，孟保英，丁以群

自20 世紀(jì)心肺轉(zhuǎn)流（cardiopulmonary bypass，CPB）首次應(yīng)用于臨床心臟手術(shù)、并將心臟外科的發(fā)展提到一個(gè)新的高度以來，人工心肺機(jī)和氧合器的更新?lián)Q代也快速促進(jìn)了心臟直視手術(shù)技術(shù)的發(fā)展。隨著相關(guān)學(xué)科的不斷發(fā)展，嬰幼兒體外循環(huán)（extra?corporeal circulation，ECC）技術(shù)得以不斷的完善，從而將最初單純心臟手術(shù)中生命支持的意義延伸到如目前體外膜氧合（extracorporeal membrane oxygena?tion，ECMO）和心室輔助裝置等具有更為廣泛意義的生命支持及輔助技術(shù)。心臟直視手術(shù)在CPB 技術(shù)的支持下得以安全開展，但CPB 過程中所造成患者心肺等多器官、組織功能的損傷仍無法完全避免，尤其在心肺功能發(fā)育尚未成熟的嬰幼兒中產(chǎn)生更顯著或嚴(yán)重的影響［1］。隨著超濾技術(shù)的發(fā)展與完善，使得這種影響逐漸減少，并將ECC 技術(shù)應(yīng)用于新生兒及低體重兒成為可能。

1 基本概念

在嬰幼兒心臟外科手術(shù)中，為了減少圍術(shù)期血制品的使用，CPB 往往需要進(jìn)行預(yù)充，但預(yù)充液造成的血液過度稀釋可能進(jìn)一步引起機(jī)體組織細(xì)胞水腫、氧供不足以及凝血功能下降等并發(fā)癥［2］。因此，自上世紀(jì)70 年代起，超濾技術(shù)開始成為小兒CPB 過程中不可或缺的一部分，在心臟外科手術(shù)中廣泛應(yīng)用。超濾的基本原理大致與腎小球?yàn)V過原理相同，利用血液中血相（有形細(xì)胞成分和血漿蛋白等）與水相（水分和小分子溶質(zhì)）在中空纖維的半透膜濾器中膜內(nèi)外兩側(cè)形成的跨膜壓差（transmem?brane pressure，TMP），將水分和小分子物質(zhì)從血液中濾出，從而達(dá)到濃縮血液的目的。但在超濾過程中，有以下幾個(gè)因素可能影響其濾過效果：①TMP（TMP 越大，濾出液體越多，如果超過其上限，可能導(dǎo)致紅細(xì)胞破裂，一般膜兩側(cè)所允許的壓差為100～500 mmHg）；②濾過血流量（血流流速過快將影響水分濾出效果，而流速過慢易導(dǎo)致紅細(xì)胞滯留中空纖維，增加溶血可能，因此目前認(rèn)為最適流量為100～300 ml／min）；③濾膜的厚度；④濾器膜孔徑的數(shù)目、大小；⑤血細(xì)胞比容（hmatocrit，HCT）及機(jī)體溫度等因素也可能影響超濾的效果。

目前臨床上常用的超濾方法主要包括常規(guī)超濾（conventional ultrafiltration，CUF）、改良超濾（modi?fied ultrafiltration，MUF）和零平衡超濾（zero bal?anced ultrafiltration，ZBUF）三種［3］。CUF 是應(yīng)用最早的超濾方法。該方法將超濾器與CPB 通路并聯(lián)，入口端和出口端分別連接動(dòng)脈管路和靜脈儲(chǔ)血器。CUF 一般在CPB 后期，即復(fù)溫至撤停CPB 期間進(jìn)行。在濾出液排出的同時(shí)，由于超濾器并聯(lián)于CPB回路中，在正常轉(zhuǎn)流的情況下其濾出效果受到儲(chǔ)血器平面的限制，有時(shí)難以維持機(jī)體容量平衡，因此達(dá)不到最大限度濃縮血液的效果。ZBUF 的概念最早由Journois 等［4］于1996 年提出，不同于CUF 中濾除多余液體的結(jié)果，ZBUF 是在CPB 復(fù)溫階段通過較長(zhǎng)時(shí)間的超濾，并不斷補(bǔ)充等量電解質(zhì)平衡溶液至CPB 回路中，最終達(dá)到持續(xù)濾除并稀釋炎性介質(zhì)的目的，從而減少CPB 術(shù)后全身炎癥反應(yīng)的發(fā)生［5］。但需注意的是，在ZBUF 時(shí)大容量的非血源性液體交換過程可能引起機(jī)體電解質(zhì)紊亂和抗凝水平下降。MUF 技術(shù)最早于1991 年由Naik 等人［6］首次提出，其超濾器在CPB 回路中通過動(dòng)脈管路－靜脈管路直接連接，轉(zhuǎn)流過程中MUF 血流與CPB 回路形成串聯(lián)。不同于CUF，MUF 通常是在CPB 結(jié)束后進(jìn)行，從而克服了CUF 只能在CPB 過程中濾除水分的缺點(diǎn)，這對(duì)于撤停CPB 前HCT 未達(dá)到滿意狀態(tài)的患兒尤為適用。而且由于MUF 與CPB 回路串聯(lián)，直接匯入患者右心房的特點(diǎn)，在超濾器液體濾出的同時(shí)，CPB 回路中的剩余血液可立即補(bǔ)充進(jìn)入超濾系統(tǒng)，并不斷維持患者的容量。因此MUF 使HCT和血液膠體滲透壓上升的效果較CUF 有顯著提高。

2 MUF 在嬰幼兒CPB 中的應(yīng)用

在CPB 過程中，低溫、抗凝、血液稀釋、非搏動(dòng)性血液灌注、血液與非生物異質(zhì)界面接觸等因素?？蓪?dǎo)致組織水腫，誘發(fā)全身炎癥性反應(yīng)，甚至引起多器官功能障礙。對(duì)于嬰幼兒的全身血容量而言，龐大的CPB 管路往往更易導(dǎo)致明顯血液稀釋，增加心臟直視手術(shù)的死亡率［7－8］。超濾可去除體內(nèi)多余水分及濾除小分子物質(zhì)，CPB 中及結(jié)束后使用超濾技術(shù)，是減少上述副作用的重要工具，目的是更加有效的濾除血管外多余的水、鈉和部分炎性介質(zhì)、濃縮血液并減輕組織水腫。在美國(guó)各大心臟中心MUF 技術(shù)成為標(biāo)準(zhǔn)化操作技術(shù)［9］。在過去20 年，大量臨床研究證實(shí)MUF 技術(shù)能夠改善臨床結(jié)果、濃縮血液、提高HCT［4，10－12］、血小板計(jì)數(shù)［11，13］及血漿膠體滲透壓［11］、減少血制品輸 注［11－12，14］、減輕術(shù)后組織水腫［4，13］、縮短呼吸機(jī)通氣時(shí)間［12］、胸腔引流量［14－15］、ICU 滯留時(shí)間［10，13］、住 院時(shí) 間［14］、改善血流動(dòng)力學(xué)［10，16］及呼吸功能［10，12，17－18］。MUF 可以清除部分炎性介質(zhì)、內(nèi)毒素［19－20］，如降低血漿白介素（IL）－6、IL－8 及腫瘤壞死因子濃度，減輕炎癥反應(yīng)［21］；MUF可清除部分前列腺素E－2［22］，增加血壓反應(yīng)，這對(duì)保護(hù)器官功能至關(guān)重要。一些研究表明MUF 可以減輕心肌水腫，增加左心室收縮功能，改善血流動(dòng)力學(xué)，增加心臟指數(shù)及體循環(huán)動(dòng)脈血壓，降低正性肌力藥物依賴性［16，23］。Kotani［24］等研究發(fā)現(xiàn)針對(duì)新生兒心臟直視手術(shù)采用MUF 雖然不能縮短機(jī)械輔助通氣時(shí)間，但是能避免長(zhǎng)時(shí)間機(jī)械輔助通氣，從而減少呼吸機(jī)相關(guān)并發(fā)癥損傷。Warwick 等［25］再次評(píng)估兒童CPB 結(jié)束后進(jìn)行MUF 的獲益，認(rèn)為MUF 安全可靠，且收益良多，臨床應(yīng)該重新認(rèn)識(shí)并不斷改進(jìn)發(fā)展該技術(shù)。

3 重新審視MUF 在嬰幼兒CPB 中的應(yīng)用

MUF 亦存在一些缺點(diǎn)，如增加CPB 預(yù)充量、非生物異物接觸面積及CPB 復(fù)雜性，從而導(dǎo)致血液稀釋及全身炎癥反應(yīng)增加；導(dǎo)致血流動(dòng)力學(xué)不穩(wěn)定、大腦竊血［26］、主動(dòng)脈插管阻塞主動(dòng)脈、降低核心溫度、延長(zhǎng)非生物異物接觸及手術(shù)時(shí)間、室顫、低血壓、氣體栓塞等［27］?；谶@些缺點(diǎn)人們開始對(duì)MUF 重新予以審視。關(guān)于MUF 的諸多優(yōu)點(diǎn)的研究資料均已超過10 年之久，20 世紀(jì)80～90 年代新生兒及嬰兒CPB 預(yù)充量大概500～2 000 ml，CPB 中的HCT 0.15～0.20，CPB 結(jié)束后進(jìn)行MUF 至關(guān)重要［28－29］。最近十年，由于CPB 技術(shù)及相關(guān)生物材料科技迅速的發(fā)展，CPB 系統(tǒng)預(yù)充量顯著降低，減少了血液稀釋及與非生物異物接觸面積顯著減少，明顯減輕全身炎癥反應(yīng)及CPB 后的組織水腫。除了MUF 能夠較多地清除體內(nèi)多余水分外，與CUF 相比并無其他優(yōu)勢(shì)。Vladimir 等［30］通過回顧性研究分析認(rèn)為CUF能提供足夠的血液濃縮功能，而MUF 并不會(huì)導(dǎo)致優(yōu)于CUF 的陽性臨床結(jié)果；MUF 可以減少紅細(xì)胞輸注率但增加冰凍新鮮血漿輸注率；對(duì)于體重小于5 kg的嬰兒MUF 受益明顯。由于新生兒及嬰兒CPB 系統(tǒng)微小化及預(yù)充量顯著降低所致MUF 的使用呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，截止2011 年Harvey 等［31］調(diào)查發(fā)現(xiàn)86%的美國(guó)兒童心臟中心常規(guī)進(jìn)行超濾，但其中只有71%的中心使用MUF，對(duì)比2005 年［32］北美50 個(gè)兒童心臟中心75%的MUF 使用率有所降低。而且使用CUF 往往在較短的時(shí)間內(nèi)，就可以在CPB 結(jié)束時(shí)達(dá)到目標(biāo)HCT 值。

4 MUF 不再是嬰幼兒CPB 必需的技術(shù)

隨著ECC 技術(shù)及材料的迅速發(fā)展，ECC 管路系統(tǒng)顯著減少，例如整合動(dòng)脈微栓濾器的集成式膜式氧合器、真空輔助靜脈引流裝置等出現(xiàn)，導(dǎo)致CPB預(yù)充量急劇減少，血制品輸注率明顯降低［33－35］；成人CPB 中棄用MUF 后，術(shù)后機(jī)械通氣時(shí)間、術(shù)中及術(shù)后血制品輸注率、正性肌力藥物評(píng)分、HCT 并無顯著性差異。最新的回顧性研究發(fā)現(xiàn)微小化ECC管路中棄用MUF，并沒導(dǎo)致不良事件及副作用的發(fā)生［36］?？傊瑸V技術(shù)不再是術(shù)中控制高HCT 的有效手段，目前臨床使用的ECC 管路系統(tǒng)較20 世紀(jì)90 年代顯著微小化，預(yù)充量顯著減少，而且棄用超濾使得整個(gè)CPB 管路系統(tǒng)更加簡(jiǎn)單，預(yù)充量再次減少，同時(shí)亦可避免MUF 所帶來的副作用的風(fēng)險(xiǎn)。Brain［37］等進(jìn)行回顧性分析研究發(fā)現(xiàn)使用微小化CPB 管路，可以避免過度血液稀釋，棄用MUF 后并沒有出現(xiàn)不良的臨床結(jié)果，而且減少了臨床輸血率、胸腔引流量和停CPB 后至關(guān)胸結(jié)束的時(shí)間；由于棄用超濾，使管路系統(tǒng)更加簡(jiǎn)單，而且降低了醫(yī)療費(fèi)用。本中心［38］內(nèi)自2017 年8 月臨床開始使用微小化CPB 管路，2018 年4 月開始使用微小化CPB 管路與自體血逆預(yù)充（retrograde autologous priming，RAP）技術(shù)相結(jié)合的ECC 策略，使得新生兒、嬰幼兒預(yù)充量由原來的300 ml 降至65～90 ml，進(jìn)行回顧性分析研究，MUF 及CUF 使用率由原來的86.6%降至目前的8.1%，新生兒的無血預(yù)充率由原來的27.8%提高至53.9%，超濾組與非超濾組入ICU 的HCT、心臟直視手術(shù)超快通道率二者無顯著性差異，非超濾組術(shù)后機(jī)械通氣時(shí)間及ICU 滯留時(shí)間較超濾組縮短。在微小化ECC 管路及RAP 技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)上顯著降低ECC 預(yù)充量，可以避免過度的血液稀釋，采用術(shù)前切皮時(shí)靜推呋塞米可以通過腎臟的生物濾過體內(nèi)多余的水分，從而實(shí)現(xiàn)棄用超濾器的目的，因此MUF 的應(yīng)用亦可能需要被重新定義。

5 總結(jié)

MUF 是一個(gè)非常成熟有效的ECC 技術(shù)，自從20 世紀(jì)90 年代開始應(yīng)用于臨床以來，給患者的病情康復(fù)帶來巨大益處，但隨著ECC 及生物材料技術(shù)的迅猛發(fā)展，ECC 管路系統(tǒng)不斷微小化，其預(yù)充量較之前顯著降低。因此，對(duì)于嬰幼兒CPB 中MUF技術(shù)的應(yīng)用需要重新審視，根據(jù)不同的ECC 策略和患者的基礎(chǔ)病情以及各中心團(tuán)隊(duì)的具體情況具體分析，選擇合適個(gè)體的ECC 策略及超濾策略。