一、人工心肺機(jī)的結(jié)構(gòu)
人工心肺機(jī)主要由血泵(心)、氧合器(肺)和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等組成。整機(jī)如圖5- 4所示
二,人工心肺機(jī)的組成及工作原理
(一)血泵
血泵是體外循環(huán)裝簧的主要部件之一。一個(gè)完整的體外循環(huán)人工心肺機(jī)系統(tǒng)應(yīng)由4~5個(gè)泵以及其他裝置組成。血泵是體外循環(huán)的動(dòng)力部分,其主要作用是代替心室的搏出功能和術(shù)中失血的回吸或用于心臟停攤液的灌注。動(dòng)脈泵也稱之為主泵,完成模擬心臟將氧 合器氧合后的類似動(dòng)脈血打入人體動(dòng)脈血管中。它是無論開展任何心臟外科手術(shù)都需要的核心設(shè)備。該泵不僅應(yīng)具備前面血泵所有的功能.而且灌注醫(yī)師還要求其提供其他特殊功能??扇芜x一個(gè)血泵作為主泵,動(dòng)脈泵還提供搏動(dòng)功能,潑功能有效模擬心臟的跳動(dòng)。
需要注意的是這時(shí)的流量是一個(gè)周期的平均流量。跳動(dòng)的心臟不僅增加手術(shù)的難度,而且由 于其機(jī)械活動(dòng)消耗大量酶,促使心肌缺血而死亡,成為心臟手術(shù)的主要障礙之一。因此,一些手術(shù)中要采用一定比例停跳液和l札液混合降溫后輸回心臟使其停跳達(dá)到保護(hù)心臟的目 的。提供這一功能的血泵被稱為心肌保護(hù)液灌注泵。南于吡泵采用通州化設(shè)計(jì),可怔選一個(gè)泵作為心肌保護(hù)液灌注泵。
血泵在其發(fā)展過程中曾有許多種類型,按其結(jié)構(gòu)可分為:指住式泵、往復(fù)式泵、滾柱式泵 和離心泵。按其使用目的義分為動(dòng)脈泵、靜脈泵、吸引泵和灌注泵等。在多年的臨床實(shí)踐 中,某些泵經(jīng)受住考驗(yàn)沿用至今,有些則固有這樣或那樣的缺點(diǎn)而被淘汰。目前應(yīng)用為廣泛的是滾柱泵,離心泵是發(fā)展方向。
1.滾柱泵在臨床多年的使用中不斷對(duì)滾柱泵加以改進(jìn)和完善,已從簡(jiǎn)單的單向平 流型血泵發(fā)展為當(dāng)今現(xiàn)代化的由電腦控制的可雙向驅(qū)動(dòng)以及產(chǎn)生搏動(dòng)血流的裝置,使灌注更趨于安全、有效及臺(tái)乎生理。滾柱泵主要由泵頭、泵控制面板、電氣傳動(dòng)裝置等部分組成。
(1)泵頭:電機(jī)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過傳動(dòng)裝置傳人泵中心軸,帶動(dòng)與中心泵軸相連接的兩個(gè)自 行運(yùn)轉(zhuǎn)的滾柱,在半圓彤的泵槽內(nèi)旋轉(zhuǎn)滾動(dòng),推動(dòng)血液向前流動(dòng)。
1)流向:滾柱與泵管的接觸應(yīng)為閉合式,以保證單向血流。一般較好的泵頭不僅可使血流正向流動(dòng),還可由操作控制進(jìn)行反向流動(dòng)。這樣可以為使用提供一定的方便,甚至可在 泵空等意外發(fā)生時(shí),提供搶救手段。
2)流量:應(yīng)有較大流量范圍,小到足以維持嬰兒的輔助循環(huán),大到能完成成年人的安全 心肺轉(zhuǎn)流,一般在0-6000ml/min,可滿足各種體重的灌注。泵要求在一定阻力內(nèi)不改變流量,在低流量和高流量時(shí)均應(yīng)穩(wěn)定。
3)流速:泵管是能量的轉(zhuǎn)換部位,即泵的機(jī)械能傳至血液使之流動(dòng)。泵管內(nèi)的粗細(xì)、泵管彈眭、泵槽直徑、泵的轉(zhuǎn)速及泵管的出入口大小,均會(huì)影響血流通過的速度和血液破壞的程度。在高流量時(shí),泵速和流量呈線性關(guān)系。
4)泵壓:滾柱對(duì)泵管的擠壓過度或過松,均造成血液的破壞。要想達(dá)到既無過度擠壓 叉無倒流,主要取泱于兩個(gè)條件,滾柱和泵槽之間可調(diào)的精密度,泵管壁厚薄均勻.誤差小。 有的泵頭因長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)或使用不當(dāng),產(chǎn)生中心軸偏差,使得兩滾柱對(duì)泵管的壓緊度不同,這個(gè)問題可通過調(diào)節(jié)滾柱壓緊度得以解決。有的泵頭還可以在滾柱旋轉(zhuǎn)的同時(shí)調(diào)節(jié)其對(duì)泵管的壓緊度。
5)管夾:是固定泵管的裝置。泵管夾內(nèi)有不同厚度的墊片以備選用不同型號(hào)的泵管。 泵管夾固定泵管應(yīng)以既不改變泵管內(nèi)徑又能夾緊泵管為宜,防止在滾柱的反復(fù)推動(dòng)下產(chǎn)生 滑移以影響灌注。泵管同定夾應(yīng)固定準(zhǔn)確、操作簡(jiǎn)單和使用方便。
6)泵槽:內(nèi)壁一般為優(yōu)弧半圓形或圓形,要求內(nèi)壁光滑無毛刺,無須密閉,易于清洗和 擦拭。
7)泵蓋:主要作州是在泵運(yùn)轉(zhuǎn)中起保護(hù)作用,防止液體或異物濺人泵內(nèi)損傷泵管。泵蓋應(yīng)透明,以便觀察滾柱運(yùn)轉(zhuǎn)情況。有的泵蓋有安全保護(hù)裝置,在泵頭啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),如果揭 開泵蓋則裝停止運(yùn)轉(zhuǎn)。
8)手動(dòng)裝置:任一泵頭均配有手動(dòng)裝置,以便在停電時(shí)繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)維持循環(huán)。滾柱泵的 手搖柄一般僅能逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)。
(2)控制臺(tái)面板:在的人工心肺機(jī)上是全電腦化的控制開關(guān)及顯示器。一般的心 肺機(jī)泵頭上所具有的裝置為:
1)電源開關(guān):常用按鍵式或觸摸式。有的泵為保證安全防止錯(cuò)誤操作,進(jìn)行雙指按壓觸摸啟動(dòng)。龜源開關(guān)均配有保險(xiǎn)裝置,以防止電壓不穩(wěn)時(shí)將泵燒壞。
2)流量旋鈕:一般順時(shí)針方向?yàn)樵龃罅髁?。在同等流量時(shí),各泵頭流量旋鈕旋轉(zhuǎn)的弧 度不同。
3)流量指示:液晶數(shù)字顯示的流量比較直觀,有的為表頭顯示。一般機(jī)內(nèi)電腦計(jì)算流量是以硅橡膠泵管或聚乙烯塑料管的內(nèi)徑為標(biāo)準(zhǔn),每轉(zhuǎn)搏出的量與轉(zhuǎn)速的乘積即為每分鐘 的流量。但應(yīng)注意到,兩種相同內(nèi)徑的泵管,由于其彈性和管壁不同,實(shí)際流量可能不同。
4)轉(zhuǎn)速顯示:轉(zhuǎn)速顯示可以間接地顯示流量。一般可由選擇開關(guān)同時(shí)控制和顯示流量或轉(zhuǎn)速。
5)管徑選擇:使用不同口徑的泵管其流量不同。因此,在使用時(shí),應(yīng)根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的泵管口徑.將選擇旋鈕指向所用的型號(hào)。
6)指示燈:一般均有電源指示燈,有的心肺機(jī)上還有轉(zhuǎn)向或轉(zhuǎn)速指示燈。這些指示燈往往與開關(guān)合在一起。
7)反向轉(zhuǎn)流開關(guān):一些心肺機(jī)具有反向旋轉(zhuǎn)滾柱的功能。為了防止誤操作,在開關(guān)上增加了保護(hù)措施。注意在使坩反向運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),將流量旋鈕調(diào)至零.關(guān)閉正向流量開關(guān)后再啟動(dòng) 反向開關(guān),同時(shí)調(diào)節(jié)流量旋鈕。
8)搏動(dòng)控制裝置:帶有搏動(dòng)眭能的泵縣柏搏動(dòng)控制開關(guān)。在啟動(dòng)搏動(dòng)開關(guān)之前,根據(jù)情況選擇搏動(dòng)延遲時(shí)間和搏動(dòng)比率以及觸發(fā)形式等。應(yīng)特別注意的是,在非搏動(dòng)與搏動(dòng)之 間進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)流量的改變,尤其在由搏動(dòng)改為非搏動(dòng)時(shí)流量增加,謹(jǐn)防泉空貯血室。
2.離心泵
離心泵頭的磁性后室與帶有磁性裝置的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)相互進(jìn)行磁性連接,當(dāng)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)高速旋轉(zhuǎn)時(shí),帶動(dòng)泵內(nèi)結(jié)構(gòu)高速旋轉(zhuǎn),產(chǎn)生渦流和離心力,推動(dòng)札液前進(jìn)。 常用離心泵有兩種,一種為BIO-MEDICUS離心泵.泵頭內(nèi)為一系列的旋轉(zhuǎn)錐體,內(nèi)層的一個(gè)錐體與泵控制儀進(jìn)行磁性連接,當(dāng)使其高速旋轉(zhuǎn)時(shí),產(chǎn)生離心力帶動(dòng)外面兩個(gè)錐 體旋轉(zhuǎn),推動(dòng)帆液向前,如圖5-1所示。
另一種較為新的是Delphin離心泵,泵頭也是靠磁性連接,其內(nèi)部帶有高度光滑的翅 片,使其能姒相對(duì)低的轉(zhuǎn)速產(chǎn)生前者相同的流量,以減少岡高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生熱溶血的機(jī)會(huì)。新推出的ISoflow離心泵,泵頭結(jié)構(gòu)與Delphin泵頭相似,如圖5-6所示。
流量傳感器的傳感^式有超聲和電磁兩種。Delphin離心泵的傳感器是通過換能以射超聲信號(hào)到達(dá)紅細(xì)胞后,再折回到接收器.多普勒通過對(duì)流速有關(guān)的超聲信號(hào)反饋換能,確定其血流速度。超聲傳感器對(duì)影響呲流世的變動(dòng)岡素,如血液、溫度、把輸人流量計(jì)的信號(hào)過濾及解碼后,再提供精確的改數(shù)。
3.離心泵與滾柱泵特點(diǎn)比較
(l)血液破壞:在進(jìn)行體外實(shí)驗(yàn)時(shí),在轉(zhuǎn)流超過6小時(shí)后即有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。1 6小時(shí)后離心泵的溶血顯著小于滾柱泵,后兩種離心泵轉(zhuǎn)流40小時(shí)溶血無顯著差異。兩種離心泵間在血液損害方面存在著不同。
(2)壓力形成:離心泵有非阻閉性的特點(diǎn),口r使大正雎的產(chǎn)生受到限制。如Delphin泵,當(dāng)開到大轉(zhuǎn)速并鉗閉其出管時(shí),所產(chǎn)生的大壓力僅為93kPa,這個(gè)壓力不足以使動(dòng)脈崩脫。而鉗閉滾柱泵管的輸出端,則司能使泵管崩脫或破裂。這個(gè)限制過高壓力的特點(diǎn), 可避免某些并發(fā)癥。如當(dāng)動(dòng)脈插管內(nèi)血流撞擊動(dòng)脈壁時(shí),滾柱系則按其設(shè)置的流量持續(xù)灌注,所增加的壓力可能導(dǎo)致主動(dòng)脈壁的損傷,而離心泵則不會(huì)產(chǎn)生能引起損傷的過高壓力。 離心泵大負(fù)壓的產(chǎn)生也是有限的。由于負(fù)壓產(chǎn)生能引起氣穴現(xiàn)象,使溶液中的空氣形成微氣泡,并且紅細(xì)胞對(duì)負(fù)壓的耐受性遠(yuǎn)不如正壓,因此限制負(fù)壓的形成.對(duì)降低溶血和 防止氣栓是至熒重要的。
(3)流量反應(yīng):離心泵頭為非阻性,可隨其循環(huán)路徑和體循環(huán)阻力有一定變化,有時(shí)在 同樣的轉(zhuǎn)速下,南于體循環(huán)阻力的影響,流量可有200-400ml/min的變化。此點(diǎn)較類似人 的心臟,對(duì)壓力和阻力能進(jìn)行適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié),當(dāng)阻力升高時(shí),流量適當(dāng)?shù)亟档?,根?jù)阻力的。睛況,及時(shí)給予調(diào)整和處理。滾柱泵則對(duì)阻力變化無任何反應(yīng)。
(4)氣泡傳輸:離心泵不會(huì)將大地氣體泵人體內(nèi),泵頭血流人口處為渦流中心,壓力較 低,進(jìn)入的少量氣體可儲(chǔ)存在內(nèi)。而滾柱泵一旦空氣進(jìn)人時(shí),則不可避免地泵人循環(huán)路徑,存在產(chǎn)生氣栓的危險(xiǎn)。
(5)靈活性:離心泵頭驅(qū)動(dòng)馬達(dá)小,可通過導(dǎo)線連接在一定范圍內(nèi)移動(dòng),這給使用帶來 諸多方便,如可架在緊靠患者身旁,充分縮短循環(huán)路徑,既減少了異物界面.又可在較高流量 下,不用或少用肝素。而滾柱泵頭與控制部分連為一體,循環(huán)路徑長(zhǎng),必須肝素化。
(6)安全性:離心泵頭內(nèi)壁光滑,血液破壞小,不產(chǎn)生過高的壓力和防止泵人大量氣泡的特點(diǎn),大大提高了灌注的安全性。滾柱泵則因有泵管磨損或壓力過高等因素產(chǎn)生泵管毛刺,顆粒脫落、破裂、崩脫和泵人空氣的危險(xiǎn)。
(7)隔熱性:離心泵高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生熱,由高質(zhì)量的密封墊矧隔離,以免因熱的傳遞對(duì)血液產(chǎn)生破壞。為防止在使用中岡滲漏所致的破壞,應(yīng)定量檢查泵頭。
(8)流量傳感方式:離心泵的流量傳感器方式為超聲多普勒,使用非侵人性重復(fù)使用的探頭,準(zhǔn)確度在10%以內(nèi),拆卸方便。
(9)操作:離心泵本身操作簡(jiǎn)單、安全,但因其非阻閉性的特點(diǎn),在某些操作方法上與滾 柱泵有很大的不刷。
(10)費(fèi)用:離心泵頭均為一次性使用,其消耗品費(fèi)用遠(yuǎn)高于泵管。因此,在使用上,除考慮離心泵為患者帶來的好處外.還應(yīng)考慮患者在經(jīng)濟(jì)上能甭負(fù)擔(dān)其較高的費(fèi)用。
(二)氧合器
氧合器是將進(jìn)入靜脈血巾的二氧化碳排除,使氧分壓升高而成為動(dòng)脈I(的一種人工裝置。由于它模仿人體肺的換氣功能,臨床常用于心臟外科手術(shù),在心肺循環(huán)阻斷后暫時(shí)地替 代人體肺的功能。 在常溫靜態(tài)下,成人心搏出量為3L/(m2•min),肺通氣量為4L./(m2•min),氧攝人量為130ml/min.便靜脈血氧飽和度從73%提高到95%以上,靜脈血氧含量從14. 8%提高到 20%,動(dòng)靜脈血氧含量差為4.1%左右。成人基礎(chǔ)氯耗量為4ml(kg•min),嬰兒或兒童在 生長(zhǎng)發(fā)育過程中,無論按千克體重或體表面積計(jì)算,耗氧量都較成人高,20kg兒為 130ml./(kg•min),60kg體重成人為85ml/(kg•min)。南于氧合器性能限制,腔靜脈回流不足或動(dòng)脈捅管口徑有限,如此高流量難以達(dá)到,血液損害增多,并且有動(dòng)脈插管處壓力和 速度過高的危險(xiǎn),現(xiàn)代體外循環(huán)都結(jié)合低溫和血液稀釋基本方法,以彌補(bǔ)氧合器及體外循環(huán) 磯槭性能不足,減少血液損害或灌注的意外。在中等度低溫下,成人流量控制在2 .2~2.4L(m2•min),兒童流量控制在2 4L/(m2•min)左右。
在體外循環(huán)回路中.氧合器取代肺臟,起著換氣作用。對(duì)氧合器的主要要求是預(yù)充量小、氧合性能好,去泡安全,微血栓過濾作用強(qiáng),血液損害少。成人用的氧臺(tái)器的氧合性能, 應(yīng)達(dá)到每分鐘氧合靜脈血液6L,將帆氧飽和度為70%的靜脈血液或氧飽和度為40%的冠狀靜脈回血充分氧合,使氧飽和度接近98%-。 氧合器按設(shè)計(jì)原理可分為三種類型,血膜式、鼓泡式、膜式。按照血氧接觸方式氧合器有兩大類,一類氧合器中,血液與氧氣泡直接接觸,進(jìn)行氣體交換,如鼓泡式氧合器。
曾經(jīng)廣泛應(yīng)用的血膜式氧臺(tái)器也屬此類。另一類氧合器中,血液與氧氣不直接接觸,而是通過塑料制成的半透膜進(jìn)行交換,稱為膜式氧合器。 不論何種氧合器,都是通過薄層血膜進(jìn)行氣體彌散,都存在血界面。鼓泡式氧合器中存 在血?dú)饨缑?,膜式氧合器中存在著和血膜及塑料制成的半透膜間的眥異物界面。兩類氧合 器中的血液氧合過程都與血膜厚度有關(guān)。與白體肺換氣相比,氧臺(tái)器中的血膜厚度較肺部彌散距離高出20-60倍。與人體肺泡換氣相比較,氧合器的換氣面積和換氣效率都有一定 的限制。膜式氧合器的半透膜性能尤為關(guān)鍵。半透膜選材的二氧化碳彌散系數(shù)要求不低于氧氣的12倍。
鼓泡式氧合器中,氧氣通過氣篩板被鼓人血液中,血液與無數(shù)氧氣泡形成血?dú)饨缑?,?進(jìn)行氣體交換,氧合器內(nèi)氧分壓可高達(dá)93kPa。氧氣泡被鼓人并形成渦流,有助于增加換氣面枳,卻造成更多血液損害。氧氣泡的形成和破滅產(chǎn)生的應(yīng)力變化是造成損害的主要原因。 氧合器及心內(nèi)負(fù)壓吸引,是構(gòu)成體外循環(huán)中血液損害的主要場(chǎng)所。鼓泡式氧合器的氧合性 能,取決于氧合泡的大小、氧氣柱高度及氧臺(tái)室容積。氧合器越大,增加體外循環(huán)預(yù)充量,過濾充氧,無助于氧合血紅蛋白更多攜氧,卻足以造成更多血液損害。二氧化碳被過度排除, CO2分壓降低過度,甚至氧離解曲線左移,不利于氧的釋放和組織攝氧,因此現(xiàn)代鼓泡式氧合器多屬微泡型氧臺(tái)器,氧流量與灌注血流量小于1。鼓泡式氧合器是現(xiàn)在為普遍應(yīng)用 的氧合器。
膜式氧合器中,帆液不直接與氧氣相接觸,氣體通過半透膜進(jìn)行彌散。其大的優(yōu)點(diǎn)是 血液損害較小。然而,半透膜材料選材要求嚴(yán)格.運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間長(zhǎng)時(shí),仍不免因水汽、纖維素和血小板的附著,影響氣體的順利彌散。隨著膜式肺研制不斷改進(jìn),有逐步應(yīng)用增加的趨勢(shì)。氧合器氧合性能的限制及氧合過程中血液損害是對(duì)有效體外循環(huán)的制約,影響循環(huán)系統(tǒng)功能 的良好運(yùn)行。 血膜式氧合器是較早使用的一種氧合器,其氧合原理是使血液均勻地在氧合部分形成薄的血膜,并且直接暴露在氧氣中,達(dá)到氧氣和二氧化碳的充分交換。
根據(jù)血膜形成方式,又分為靜立垂屏式和轉(zhuǎn)蝶式氧合器,由于此種氧合器體積大,使用時(shí)拆裝、清洗、消毒均很 麻煩,現(xiàn)在已基本淘汰。臨床上常用的兩種類型氧合器是鼓泡式和膜式氧合器。 1鼓泡式氧臺(tái)器是通過發(fā)泡后再去泡而達(dá)到氧合目的的一種氧合器。由于氧合效果好,使用安裝方便而被廣泛地應(yīng)用于臨床。氧合器內(nèi)芯材料常用的為聚氨酯海綿、尼龍 網(wǎng)或滌綸微孔濾網(wǎng)。根據(jù)質(zhì)地不同可分為袋式,桶式。還可根據(jù)氧合器的氣泡分散性能分 為中泡、微泡以及根據(jù)氧合能力分為大、中、小號(hào)。氧臺(tái)器的結(jié)構(gòu)形式有多種,但就其工作原 理一般可分為五個(gè)步驟,氧合、消泡、過濾、貯血和變溫。
(l)氧合:氧臺(tái)部分是氣體交換的主要場(chǎng)所,是氧氣通過氣體分散器,與回流到發(fā)泡室 內(nèi)的靜脈血進(jìn)行充分混合的過程。 氣體分散器多為鈦粒高溫加熱而成,孔徑大小不等,且僅允許氣體通過而液體和血不易通過。分散器的性能決定氧合性能,因此多分為大、小號(hào)。聚乙烯等材料打7L的孔徑一般較大,當(dāng)不通氣時(shí),液體或血易通過其倒流人給氧管,尤其在預(yù)充以后中斷給氧時(shí)易發(fā)生此現(xiàn)象,如中斷一定時(shí)間后再恢復(fù)給氧時(shí),往往會(huì)影響以后的給氧效果。
氣泡的大小和數(shù)量在氧合裝置的功能方面有著十分重要的作用。大氣泡因氣泡的表面積與氣泡內(nèi)所含的氣體容積的比率小,故其相對(duì)攜氧能力差.使大量氣體浪費(fèi),氣血比值多為1:1~3:1。在使用時(shí),為提高氧合而增大氧流齲,往往導(dǎo)致更大的氣血攪拌和渦流,進(jìn) 一步增加對(duì)血液的損害程度。其優(yōu)點(diǎn)是排除二氧化碳的效果較好,但在低溫灌注時(shí),二氧化碳叉太低。 小氣泡因其氣泡表面積與氣泡內(nèi)所含氣體容積比率較大,攜氧能力好。由于氣泡的大 小和數(shù)舒決定氧合面積,因此在一定流量條件下,氣泡愈小,數(shù)量愈多.血?dú)饨粨Q面積勢(shì)必愈大,對(duì)氧合愈有利,較少的氧氣便能得到好的氧合效果。此類氧合器的氣血比值多為0.4: 1-0. 8:1。
另外,由于氣泡小,與懸浮在血液中的紅細(xì)胞碰撞機(jī)會(huì)少,因此對(duì)血液的破壞相 對(duì)較少。但小氣泡對(duì)消泡和過濾的要求較高,否則微氣泡易泵人患者的動(dòng)脈系統(tǒng)內(nèi)。此外,由于二氧化碳的去除取決于氧合器裝髓內(nèi)氧換氣城的容量,聞而較低的氧流量往往伴隨二 氧化碳蓄積的危險(xiǎn)。
總之,理想的氧氣流量和有效的二氧化碳的排除取決于適當(dāng)大小的氣泡,并由此決定著氧合裝置昀性能。 體外循環(huán)復(fù)溫時(shí),二氧化碳的移除率高于氧耗率,為維持正常的PCO2,往往需要加大 氧流量以增加換氣,雖然溫度上升使代謝率增加,但仍不可避免地產(chǎn)生較高的PO2,因此,為 保持正常的血?dú)庵?,?yīng)根據(jù)情況隨時(shí)調(diào)節(jié)氣血比值。 影響氧臺(tái)效果的因素有,氣泡形成的大小和數(shù)世、氧合室的容積大小和長(zhǎng)度、應(yīng)用的氧 分壓、氧氣在血液中攪拌的能力、氧臺(tái)器的擴(kuò)散能力。
(2)消泡:是靜脈血與氧氣混合形成氣泡后再進(jìn)行消除的過程,也是氧合器的關(guān)鍵步驟 之一。常用硅油作為消泡劑??蓪⒐栌团c乙醚混勻后,均勻地噴灑在消泡物上。消泡材料 是聚氨酯泡沫海綿,不銹鋼絲或尼龍絲網(wǎng)等,常用的為聚氨酯泡沫海綿。消泡中需注意幾 方面的問題,消泡場(chǎng)所必須有充分的能力對(duì)付其氧合過的泡沫血的血流速度,因此要求有一定面積的消泡材料,并且帆能較均勻地分散通過消泡區(qū)。消泡材料尤其是聚氨酯泡沫海綿 的孔徑對(duì)血流阻力有一定影響,特別是當(dāng)孔徑過小且去泡劑涂層厚或不均勻時(shí),易使血液貯留在氧合室內(nèi)。去泡劑涂抹過多,因血流沖擊易脫落,形成微油滴,當(dāng)無良好的過濾系統(tǒng)時(shí),有產(chǎn)生栓塞的危險(xiǎn),當(dāng)消泡部分與貯血室連接不嚴(yán)密時(shí),易使氣泡進(jìn)入貯血室尤其是微氣泡 易隨血液泵人到患耆的體內(nèi),有形成氣栓的危險(xiǎn),消泡的性能隨其氣流增大和時(shí)間的延遲而 降低。
(3)過濾:在氧合器收集的血液再泵人體內(nèi)時(shí)進(jìn)行過濾,是防止機(jī)體微栓塞的重要環(huán)節(jié) 之一。微栓有三種,微氣栓,可來自心臟和肺靜脈、氧合器本身;外源物質(zhì),可來自氧臺(tái)器、泵循環(huán)、手術(shù)環(huán)境、庫m的應(yīng)用;內(nèi)源物質(zhì),可來自紅細(xì)胞、血小板、白細(xì)胞和組織創(chuàng)傷后釋放產(chǎn) 物引起的聚集體、纖維蛋白、鈣和動(dòng)脈硬化等組織碎屑、變性蛋白、脂肪滴。 氧臺(tái)器內(nèi)過濾網(wǎng)目前國內(nèi)常采用錦綸篩網(wǎng),40-60μm。也有用尼龍或滌綸織物等。過濾網(wǎng)應(yīng)用包裹在去泡海綿之外,并保證有一定的過濾面積,低阻力,能使重力引流保持通暢, 司時(shí)叉能盡陜地濾過以保證灌注流量。濾過可減少腦、神經(jīng)系統(tǒng)、肺等重要臟器栓塞的并發(fā)害,也可進(jìn)一步增加消泡功能,延遲微氣泡通過時(shí)間??傊硐氲倪^濾應(yīng)當(dāng)即能有效地濾至血液中的微氣泡和其他顆粒物質(zhì).又對(duì)血液成分無損害。
(4)貯血:鼓泡式氧合器的后部分均為貯血室,用以儲(chǔ)存去泡后的血液。在動(dòng)脈貯血庫內(nèi)儲(chǔ)存一定的血液對(duì)體外循環(huán)灌注是一安全保障。在灌注中,如引流突然中斷,應(yīng)有立即處理的反應(yīng)時(shí)間,一般至少10秒左右,至于儲(chǔ)存多少血液為合適量.應(yīng)根據(jù)不同的氧合器貯 血室的設(shè)計(jì)而定。貯血室應(yīng)符合以下要求,進(jìn)入貯血室內(nèi)較大的氣泡能在輸出前浮出。通 過貯血室的血流應(yīng)平穩(wěn),盡城減少湍流,以防止將氣泡帶進(jìn)動(dòng)脈系統(tǒng)。灌注流量較高時(shí),存貯血室內(nèi)的血液也應(yīng)較多,因?yàn)樵谳^高流量時(shí)血液向下流動(dòng)的力較大,微氣泡不易浮上來, 所以,根據(jù)流量的高低設(shè)計(jì)制造出大小不同的貯血室。
(5)變溫:變溫是對(duì)體外循環(huán)中血液進(jìn)行降復(fù)溫的部分。因?yàn)榻档蜏囟瓤梢越档徒M織 代謝,彌補(bǔ)因灌注不足可能帶來的損害,所以低溫幾乎是心臟外利體外循環(huán)的常規(guī)。由此對(duì)變溫裝置的性能和要求也就愈來愈高。 變溫器類型較多,與氧臺(tái)器合為一體的多為直的多管型或螺旋盤繞的波紋管型等。目前,較為先進(jìn)的氧合器變溫部分都與其他部分組合為一體,這樣既可達(dá)到變溫日的又不增加預(yù)充血量。變溫裝置大多均置于氧合器的靜脈端或在氧合過程中.這樣在萬一變溫過快或 溫差較大時(shí),血液內(nèi)溢出的微氣泡不至于被直接泵入患者體內(nèi)。變溫材料多為不銹鋼或環(huán)氧樹脂涂層的鋁管。
總之,良好的鼓泡式氧臺(tái)器除具有這五種功能外,尚應(yīng)具備盡量減少氧氣與血液的直接接觸所造成的血紅蛋白變性,血液接觸面要十分光滑,任何粗糙面均能造成血液有形成分的破壞.釋放凝血因子,形成血栓。所用材料應(yīng)具有高度的穩(wěn)定性和良好的血液相容性,具有良好的氧和二氧化碳的交換性能,在較長(zhǎng)時(shí)間轉(zhuǎn)流時(shí),氣體交換率和消泡牢不下降,過濾阻力增加較少,合理的構(gòu)型,盡可能為一次性使用以避免清洗不凈所致的反應(yīng),安裝、操作和控 制簡(jiǎn)便,且易消毒滅菌。
2.膜式氧合器是當(dāng)今接近人體生理狀況的一種氧合器。此種氧臺(tái)器的氣體交換 是通過一層坷透氣的高分子膜進(jìn)行的。其特點(diǎn)是氣帆不直接接觸,氣體通過很薄的膜向血巾彌散.這層膜就像肺內(nèi)的血?dú)馄琳?,只能讓氣體自由通過而不允許液體滲透。由于它的仿生性較好,目前存臨床得到越來越廣泛的應(yīng)用。 膜的材料應(yīng)具備生理毒性小,啞液相容性好,氧傳送陜,二氧化碳彌散好,抗張力,不易 滲透或破裂等特點(diǎn)。膜的材料有聚丙烯、聚四氟乙烯、甲基硅酬等,常川的為聚丙烯。聚丙烯膜是一種相當(dāng)穩(wěn)定的高分子化合物.不需要加任何化學(xué)溶劑僅用物理加工,因而毒性 小,血液相容性好,機(jī)械強(qiáng)度高,透氣性好.價(jià)格低,世界上大多采用聚丙烯作為膜材料。
聚四氟乙烯膜加工困難且價(jià)格昂貴,現(xiàn)已被淘汰。硅橡膠透氣性能好,機(jī)械強(qiáng)度高。 膜式氧合器根據(jù)基本結(jié)構(gòu)分為無孔膜型和微孔膜型。無孔膜型的材料主要為硅橡膠拉 制成非常薄的膜精制而成.由于硅橡膠透氣陛極好茸無孔,適宜較長(zhǎng)時(shí)間的轉(zhuǎn)流。微孔膜上 的孔是一個(gè)非常小的孔,其孔徑小到僅允許氣體能自由滲透而不允許血液成分通過,一般為0 l-5μm。根據(jù)不同的設(shè)計(jì)構(gòu)型又可分為中空纖維膜式和折疊膜式,后者利用可充氣裝置降低或增加血膜的厚薄用以調(diào)節(jié)氧合效能。在血膜問附有突起的內(nèi)網(wǎng),造成渦流,分散邊緣 層以增加氧合能力。 中空纖維膜式,絕大多數(shù)膜式氧合器為此種類型。氣體交換主要部分南許多根中空纖維組成.有七萬根左右,每種氧合器的纖維數(shù)量和長(zhǎng)短則根據(jù)其膜的透氣率所能達(dá)到的氧合面積來決定其不同。根據(jù)血流路徑不同又分為血流中空纖維內(nèi)、外兩種,后者較前者阻力和跨膜壓差小,氣體交換性能好。
(三)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
體外循環(huán)心內(nèi)直視手術(shù)是一個(gè)非常復(fù)雜的過程,一方面由于其病變器官本身就是維持 生命的重要器官,另一方面要對(duì)這類重要器官進(jìn)行手術(shù)時(shí),又必須用很復(fù)雜的手段,即體外循環(huán)來達(dá)到目的。而體外循環(huán)過程并非處于生理狀態(tài),是一種控制性休克,為了保證患者在麻醉和手術(shù)期間,特別是在體外循環(huán)期間,各生命器官和細(xì)胞代謝處于正常或接近正常狀 態(tài),以維持血流動(dòng)力穩(wěn)定,滿足各重要器官的札液灌注和氧供應(yīng),對(duì)體外循環(huán)前、中、后各生命體征的監(jiān)測(cè)就十分必要。隨著醫(yī)療儀器的不斷發(fā)展,監(jiān)測(cè)項(xiàng)目愈來愈多。
常見的檢測(cè)項(xiàng)目有:心電圖、動(dòng)脈壓、中心靜脈壓、左房壓、體溫、尿量、血?dú)饧?a href="http://alemdaconsulta.com/product/keywords/1253.html" title="電解質(zhì)" target="_blank" class="hl-keyword">電解質(zhì)、激活全血凝固時(shí)間。 全血活化凝同時(shí)間作為肝素用量監(jiān)測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)。體外循環(huán)心內(nèi)直視手術(shù)依賴于肝素的抗凝,而體外循環(huán)終止后,又需用魚精蛋白中和肝素。肝素或魚精蛋白用量既要充分又不能過量。肝素用量不充分易形成血管內(nèi)凝血,血栓形成和消化道凝血病等。而肝索用量過大除加重術(shù)中、術(shù)后出血外,有造成顱內(nèi)出血的危險(xiǎn)。
然而肝索用量個(gè)體差異很大,可相差三倍,在體內(nèi)消失的速度可相差四倍之多。因此肝素的用量必須個(gè)體化,必須進(jìn)行臟測(cè)。 全血凝固時(shí)間( ACT)昀監(jiān)測(cè)方法有兩種,一是有恒溫水箱進(jìn)行測(cè)定,另一種是使用ACT測(cè)試儀,目前常用的是美國HemochyonACT測(cè)試儀。方法是由術(shù)者從右心耳抽血2ml,排氣后注入測(cè)試管中,并反復(fù)顛倒使血液與硅藻土充分混勻后插入檢測(cè)器中同時(shí)按下 計(jì)時(shí)表,至出血凝的時(shí)間即為激活全血凝固時(shí)間,正常值為60-130秒。肝素化后10分鐘, 用上述方法再測(cè)試,心肺轉(zhuǎn)流時(shí),應(yīng)將控制在400-600秒。若低于400秒,可根據(jù)肝素劑時(shí) 反應(yīng)曲線計(jì)算出不足的肝素量并予以追加至體外循環(huán)終止,魚精蛋白中和肝索10分鐘后,再重復(fù)測(cè)試ACT值,如ACT較生理值長(zhǎng),則需追加魚精蛋白,使之達(dá)到生理值水平。
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,人工心肺機(jī)的性能越來越先進(jìn),進(jìn)行監(jiān)測(cè)的附加裝置也越來越多。
1.血液平面報(bào)警器體外循環(huán)中發(fā)生動(dòng)脈管內(nèi)大量進(jìn)氣而產(chǎn)生氣栓雖然比較少見,但 是,一旦發(fā)生就會(huì)造成嚴(yán)重后果。能夠引起氣栓的原因很多,但以氧合器內(nèi)血液泵空而使大 量空氣進(jìn)入體內(nèi)所造成的危害大,因此,對(duì)氧合器內(nèi)血液平面實(shí)施監(jiān)測(cè)就顯得非常重要。 血液平面監(jiān)測(cè)有以下幾種類型,即容量系統(tǒng)、重量系統(tǒng)和光學(xué)系統(tǒng)。容量系統(tǒng)有一條金屬帶放在氧合器一側(cè)的適當(dāng)平面,即灌注醫(yī)師希望報(bào)警的平可,這僅是一種聲音報(bào)警但不會(huì)停泵。重量報(bào)警實(shí)際上是稱出支架、氧合器及氧合器內(nèi)容物的重量,當(dāng)氧合器內(nèi)容量增加使 重量上升,動(dòng)脈泵頭轉(zhuǎn)動(dòng)增快,以便維持住預(yù)置的平面。光學(xué)報(bào)警器是一種裝于氧合器支架上按灌注醫(yī)師要求報(bào)警的液面在氧合器的側(cè)方向上移動(dòng)的裝置,是目前較為常用的一種液面報(bào)警方法。
光學(xué)報(bào)警系統(tǒng)可進(jìn)行高低血平面的報(bào)警,但其在體外循環(huán)中的主要功能還是低位血平 面的報(bào)警。體外循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)前,灌注醫(yī)師將監(jiān)測(cè)傳感器貼附于氧合器外殼預(yù)先選定的報(bào)警液面處,只要光源前面有帆液,光線即返回到傳感器,當(dāng)液面低于預(yù)設(shè)的報(bào)警液面時(shí),傳感器未 感知到反射光就會(huì)發(fā)出報(bào)警聲。報(bào)警器可調(diào)置在自動(dòng)位,報(bào)警器在發(fā)出報(bào)警聲的同時(shí)自動(dòng)辱泵,待血平面恢復(fù)以后,血泵白動(dòng)恢復(fù)正常工作。
該系統(tǒng)主要的缺點(diǎn)是,如果光源前面 有血塊形成,則傳感器內(nèi)即有反射光。 目前該類裝置中,國外產(chǎn)品較好的是美國Sarns血液平面監(jiān)測(cè)器。該裝置可監(jiān)測(cè)到在 斫需監(jiān)測(cè)液面上下正負(fù)2內(nèi),但只能用于硬殼儲(chǔ)血氧合器。國內(nèi)生產(chǎn)的液面,氣泡泵壓檢測(cè) 儀除具有自動(dòng)功能外,還沒有手動(dòng)開關(guān),當(dāng)檢測(cè)儀處于手動(dòng)狀態(tài)時(shí),只報(bào)警而不停泵,消除了漠報(bào)警可能造成的危害。本裝置的探頭均不與血液接觸,無須消毒。
2.氣泡探測(cè)器氣泡探測(cè)器是一種利用光源和探測(cè)器探測(cè)泵頭遠(yuǎn)側(cè)動(dòng)脈管內(nèi)氣泡的裝置,該裝置連接較容易,在體外循環(huán)轉(zhuǎn)流前將監(jiān)洲探頭卡干動(dòng)脈管道上,探測(cè)器在探測(cè)到氣泡后,在發(fā)出報(bào)管聲的同時(shí),使血泵停止運(yùn)轉(zhuǎn)。 Sarns氣泡探測(cè)器是目前臨床應(yīng)用中較為有效的裝置,1/4空氣探測(cè)傳感器在紅細(xì)胞面積為15%-40%,大流量為3L/min時(shí)可檢測(cè)到5以至更大的氣泡,3/8空氣探測(cè)傳感器 為15%-40%,大流量為6L/min時(shí)可檢測(cè)到1ml或史大的氣泡,但改裝置在消泡液體或 血細(xì)胞比容( Hct)低予15%及強(qiáng)電信號(hào)時(shí)會(huì)發(fā)生誤報(bào)警現(xiàn)象。
3.泵壓監(jiān)測(cè)器在體外循環(huán)轉(zhuǎn)流過程中,體外循環(huán)機(jī)將血泵人動(dòng)脈酬,會(huì)產(chǎn)生一定的壓力即泵壓,正常情況下,泵壓小于26 7kPa。如果動(dòng)脈管扭曲,體外循環(huán)機(jī)開動(dòng)時(shí)鉗夾未 能及時(shí)去除以及升主動(dòng)脈阻斷時(shí)誤夾住動(dòng)脈捕管等原岡,會(huì)造成管內(nèi)壓力急劇上升。由于 泵壓過高而造成動(dòng)脈接頭崩脫、泵管破裂、管道進(jìn)氣等一系列嚴(yán)重事故。為此,對(duì)體外循環(huán) 轉(zhuǎn)流中的泵壓實(shí)施連續(xù)監(jiān)測(cè),一旦發(fā)現(xiàn)阻力過大,立即檢查管道系統(tǒng),可有效地防止上述事 故的發(fā)生。 目前,測(cè)量泵壓的傳統(tǒng)方法是在動(dòng)脈過濾器上端連接一只彈簧m門;表,這樣可以觀察整 個(gè)過程中動(dòng)脈管上的雎力變化趨勢(shì)。此種方法簡(jiǎn)單易行,比較可靠,但此監(jiān)測(cè)法需要灌注醫(yī)師經(jīng)常查看表頭,在泵壓超過一定值時(shí)會(huì)發(fā)出報(bào)警聲以提醒灌注醫(yī)師注意。日前,國內(nèi)有單位生產(chǎn)波面、氣泡、泵壓檢測(cè)儀,除自動(dòng)功能外,j丕設(shè)有手動(dòng)開關(guān),當(dāng)處于手動(dòng)狀態(tài)時(shí),只報(bào)警不停泵,探頭不與血液接觸,無須消毒。
4.應(yīng)急電源體外循環(huán)機(jī)在轉(zhuǎn)流過程中值不允許斷電。突然斷電使循環(huán)停止會(huì) 造成嚴(yán)重的后果。但電源突然中斷的情況有時(shí)會(huì)發(fā)生,為了保證體外循環(huán)機(jī)在突然斷電的情況下不中斷轉(zhuǎn)流,體外循環(huán)機(jī)都應(yīng)該備有雙重電源,外接交流電源與電池電源。日前,許 多體外循環(huán)機(jī)的應(yīng)急電源是與血泵一起組裝在心肺機(jī)的底座上,在交流電源斷開時(shí)自動(dòng)切換成電池電源。
5.動(dòng)脈儲(chǔ)血庫安全活瓣陵裝置連接于動(dòng)脈儲(chǔ)呲庫與泵管之間,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)為一空心圓球。在正常體外循環(huán)轉(zhuǎn)流中,氧合器內(nèi)充滿血液,陵裝置也充滿眥液,其內(nèi)部空心嘲瞇由 于浮力作用而漂浮在上部,球瓣保持開放狀態(tài),不阻礙血液的運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)血庫內(nèi)血液被泵空,空氣進(jìn)入球瓣室時(shí),球體下落,球瓣立即阻塞泵管入口,使氣體不能進(jìn)入動(dòng)脈管或體內(nèi)。這個(gè) 裝置的大好處是完全機(jī)械化而不需要任何電路。但此裝罡的可靠性并非,在血液 泵空時(shí)仍有一些小氣泡被吸人動(dòng)脈泵管內(nèi)。雖然該裝置能減少儲(chǔ)血庫泵空后氣體進(jìn)入動(dòng)脈管道,但目前對(duì)該裝置的效能仍有一些爭(zhēng)論。動(dòng)脈儲(chǔ)血庫安全活瓣如圖5-7。
6.靜脈引流控制器在體外循環(huán)轉(zhuǎn)流過程中,為了維持一定的血容量,常需要將靜脈引流量加以控制。常用的方法是州管道鉗側(cè)夾靜脈引管或在腔靜脈引流管上加一螺旋夾.根據(jù)需要加以調(diào)節(jié)(圖5-8),但此種方法調(diào)節(jié)起來不大方便,且調(diào)節(jié)的量不準(zhǔn)確,應(yīng)州靜脈 引流控制器可以準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)靜脈回流量。 Shiley靜脈回流控制器設(shè)有粗、微調(diào)節(jié),控制夾在任何調(diào)整位均能鎖定。目前為先進(jìn) 的是Sarns900型人工心肺機(jī)的靜脈引流控制器,改裝置由電脯智能化控制,數(shù)字顯示出控制量,且能隨意調(diào)節(jié)靜脈回流量的百分比。調(diào)節(jié)范同為0-99%,其精確度為正負(fù)12%。但該控制器所顯不的數(shù)字僅僅是直徑為10mm管子的大流量的百分比,對(duì)于直徑為6.4mm的管子,顯不的數(shù)字僅供參考。
7.濾水器進(jìn)行體外循環(huán)心內(nèi)直視手術(shù)時(shí)均進(jìn)行m液稀釋,其稀釋程度隨不同方法及病種而異。血液稀釋到血細(xì)胞比容為20%-30%.是目前體外循環(huán)巾較常見的,深低溫或停循環(huán)手術(shù)者其稀釋度更大。但隨著心內(nèi)手術(shù)的完成及血溫的上升,血紅蛋白濃度 應(yīng)相應(yīng)地升高,如僅靠利尿、換血等措施經(jīng)常得不到理想效果,換血還可能帶來酸中毒、 微栓等嚴(yán)重并發(fā)癥。應(yīng)用濾水器進(jìn)行血液濾過,既節(jié)約用血又避免了困大量輸血而帶來 的危害,可有計(jì)劃、有目的地濾出灌注中體內(nèi)過多的水分,使血紅蛋白濃度濃縮以達(dá)到所需要的水平。
濾水器原理是模擬人體腎清除溶質(zhì)的方式而制成的,它依靠濾過膜兩側(cè)的壓力差將水 中小分子物質(zhì)從I札液側(cè)濾過到對(duì)側(cè),以達(dá)到清除血液中過世水和溶質(zhì)的目的。 濾水器是由聚酰胺中空纖維膜組成的高效濾過裝置,其跨膜壓差為40-80kPa,血液阻力一般在2-2. 66kPa,有效膜面積隨各家產(chǎn)品而異,Harvey濾水器有效膜面積為1.8 mm2, Bently濾水器為1.36mm2,寧波生產(chǎn)的濾水器膜面積為1.2mm2。濾水器去除分子量2000-20 000D的物質(zhì)比較容易,液體清除率依賴于通過濾水器的血流速度、跨膜壓差、血細(xì)胞比容及溫度等。通過加大膜血液側(cè)流量即對(duì)膜血液側(cè)加壓或?qū)V液加負(fù)壓可提高濾過率。高效 濾水器,其超濾速度高可達(dá)血流的40%,雖然液體清除速度較映,但患者應(yīng)用超濾后,其血流動(dòng)力學(xué)較穩(wěn)定。
體外循環(huán)中濾水器多用于心功能較差的重癥患者及嬰幼兒深低溫體外循環(huán)手術(shù),應(yīng)用 濾水器可排出體內(nèi)過多的水分,減輕組織和臟器水腫程度,利于術(shù)后心功能的恢復(fù)。 應(yīng)用濾水器應(yīng)注意以下幾點(diǎn): 濾水器在濾出水分的同時(shí)會(huì)丟失各種電解質(zhì)及葡萄糖等中小分子物質(zhì),應(yīng)當(dāng)根據(jù)濾出 液量加以補(bǔ)充,否則會(huì)引起電解質(zhì)紊亂及低血糖。 肝索分子量為6000-22 000D,體外循環(huán)中應(yīng)用超濾時(shí)至少有一定比例的肝索分子會(huì) 被超濾出來。因此,在超濾過程中應(yīng)嚴(yán)密監(jiān)測(cè)ACT值的變化,并適時(shí)追加肝索。 通過濾水器的血流量應(yīng)當(dāng)進(jìn)行測(cè)定,一方面它決定清除速率,另一方面它還影響有效灌 注量。所以在應(yīng)用濾水器時(shí),應(yīng)相應(yīng)地增加灌注流量,以防因有效灌注量不足而致組織缺 氧.大多數(shù)裝置要求流量為200-300ml/min。 由于超濾多用于液體負(fù)荷的控制,因此,應(yīng)用于體外循環(huán)的后期。由于超濾會(huì)除去部分凝血圖子,故有些人不主張用于兒童。