體外循環(huán)與腦保護(hù)

關(guān)于體外循環(huán)與腦保護(hù)一、腦功能紊亂的病生理基礎(chǔ)（一）缺氧引起的中樞變化1、腦耐受缺氧的病生理特點(diǎn)人腦占體重的2.2%，腦血流占心輸出量的15%，腦氧耗量占全身氧耗的23%；腦所需能量的85～95%來(lái)自葡萄糖的氧化，腦內(nèi)的氧、糖原、ATP的儲(chǔ)備很少，腦循環(huán)中斷10秒鐘后，儲(chǔ)備的氧便耗盡，中斷2分鐘內(nèi)糖便耗盡；體溫37℃時(shí)停循環(huán)3分鐘、30℃停循環(huán)8分鐘可產(chǎn)生腦損害，大腦皮質(zhì)缺氧的耐受性差。第2頁(yè),共40頁(yè)，2024年2月25日，星期天2、缺氧導(dǎo)致的腦損傷類(lèi)型

1）局限性損傷損傷范圍限于局部的神經(jīng)元細(xì)胞，而不影響膠質(zhì)細(xì)胞和血管。2）廣泛性損傷神經(jīng)元的損傷更為廣泛和嚴(yán)重，呈片狀壞死，并涉及膠質(zhì)細(xì)胞和血管。缺氧的時(shí)間長(zhǎng)短決定了腦損害的程度和術(shù)后神經(jīng)系統(tǒng)并發(fā)癥的輕重。第3頁(yè),共40頁(yè)，2024年2月25日，星期天3）腦水腫（1）血管性腦水腫主要見(jiàn)于腦栓塞、腦出血，發(fā)病機(jī)制在于腦內(nèi)毛細(xì)血管的通透性增高，液體進(jìn)入細(xì)胞間隙增多。（2）細(xì)胞毒性腦水腫特點(diǎn)是所有腦細(xì)胞和毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞的細(xì)胞內(nèi)液含量都增多，從而引起細(xì)胞腫脹，主要原因是腦缺氧時(shí)腦組織的ATP形成減少，細(xì)胞膜鈉泵功能受損，細(xì)胞內(nèi)滲透壓上升，細(xì)胞外液水分進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)引起水腫。（3）由于腦腫脹而顱腔又不能擴(kuò)張，臨床上常有顱內(nèi)壓增高綜合征，患者可有劇烈頭痛、嘔吐、血壓升高、視神經(jīng)乳頭水腫等表現(xiàn)，甚至可有昏迷和腦疝引起的癥狀，如呼吸心跳驟停。第4頁(yè),共40頁(yè)，2024年2月25日，星期天3、缺氧引起腦損傷的機(jī)制1）能量代謝機(jī)制缺血缺氧時(shí)，隨著腦的能量?jī)?chǔ)備耗竭，ATP含量減少，細(xì)胞的線粒體呼吸功能受損，丙酮酸分解代謝受阻，腦的合成代謝受抑制，導(dǎo)致腦細(xì)胞的變性、壞死。2）自由基生成機(jī)制在缺血、再灌注過(guò)程中氧自由基大量生成，自由基與細(xì)胞膜產(chǎn)生脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)，破壞細(xì)胞膜的正常結(jié)構(gòu)，造成腦的再灌注損傷。3）離子內(nèi)穩(wěn)態(tài)失衡機(jī)制由于缺氧，ATP泵衰竭，細(xì)胞膜的離子通道失活，膜的通透性增加，引起腦細(xì)胞水腫，細(xì)胞內(nèi)超鈣負(fù)荷，導(dǎo)致更嚴(yán)重的自由基反應(yīng)。第5頁(yè),共40頁(yè)，2024年2月25日，星期天4）酸中毒機(jī)制缺氧的早期，機(jī)體通過(guò)無(wú)氧代謝補(bǔ)充ATP的不足，產(chǎn)生大量乳酸，細(xì)胞pH下降；嚴(yán)重的酸中毒可以抑制氧化酶的活性，ATP合成進(jìn)一步減少，腦的能量更加缺乏。5）興奮毒性學(xué)說(shuō)缺氧可以引起腦內(nèi)興奮性氨基酸（EAAS）過(guò)量釋放或攝取障礙，導(dǎo)致效應(yīng)神經(jīng)元的損害。第6頁(yè),共40頁(yè)，2024年2月25日，星期天二）水、電解質(zhì)代謝紊亂引起的中樞變化1、水代謝紊亂過(guò)度的血液稀釋可引起腦間質(zhì)水腫，使顱內(nèi)壓增高。2、電解質(zhì)代謝紊亂

1）鉀離子代謝紊亂腦神經(jīng)細(xì)胞的能量主要靠葡萄糖供應(yīng)，適量的鉀離子可增強(qiáng)葡萄糖的代謝；在ATP的合成過(guò)程中，鉀離子為激活丙酮酸激酶所必需；缺鉀時(shí)，由于糖代謝障礙和能量生成減少，腦神經(jīng)細(xì)胞的機(jī)能活動(dòng)可以發(fā)生障礙。第7頁(yè),共40頁(yè)，2024年2月25日，星期天2）鎂離子代謝紊亂鎂離子影響神經(jīng)肌肉的興奮性，同時(shí)是許多酶的輔因子；低鎂血癥時(shí)神經(jīng)系統(tǒng)興奮性增高，往往伴隨低鉀、低鈣血癥，應(yīng)給予重視。第8頁(yè),共40頁(yè)，2024年2月25日，星期天（三）酸堿平衡紊亂引起的中樞變化1、酸中毒代謝性酸中毒時(shí)，神經(jīng)系統(tǒng)功能障礙主要表現(xiàn)為抑制，主要是由于抑制性的γ－氨基丁酸增多和生物氧化酶活性降低；呼吸性酸中毒時(shí)，高濃度的CO2可使腦血管擴(kuò)張，引起顱內(nèi)壓和腦脊液壓升高。2、堿中毒代謝性堿中毒時(shí)可引起中樞神經(jīng)系統(tǒng)的興奮，主要是由于抑制性的γ－氨基丁酸減少所致；低碳酸血癥可引起腦血管的收縮。第9頁(yè),共40頁(yè)，2024年2月25日，星期天（四）播散性血管內(nèi)凝血（DIC）引起的中樞變化DIC可造成中樞神經(jīng)系統(tǒng)廣泛的栓塞、出血，微循環(huán)血流的障礙可引起實(shí)質(zhì)性臟器的壞死、功能衰竭。第10頁(yè),共40頁(yè)，2024年2月25日，星期天（五）體溫改變引起的中樞變化隨著體溫的下降，腦的代謝率也隨著下降，一般認(rèn)為深低溫時(shí)腦血流明顯下降，腦的自主調(diào)節(jié)功能喪失；高熱時(shí)，可出現(xiàn)大腦皮質(zhì)抑制，而皮質(zhì)下中樞的興奮性可能增強(qiáng)。第11頁(yè),共40頁(yè)，2024年2月25日，星期天二、體外循環(huán)腦部并發(fā)癥的發(fā)生率腦部并發(fā)癥發(fā)生率報(bào)道各異，主要與獲取神經(jīng)精神功能紊亂的資料比較困難、難以統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)。目前體外循環(huán)腦部并發(fā)癥發(fā)生率較低，約2％左右，60％患者只是表現(xiàn)為一過(guò)性的腦神經(jīng)精神紊亂。第12頁(yè),共40頁(yè)，2024年2月25日，星期天三、體外循環(huán)腦損傷的原因和表現(xiàn)（一）腦缺血缺氧性損傷1、原因

1）長(zhǎng)時(shí)間低流量灌注腦血流依賴體外循環(huán)灌注流量，長(zhǎng)時(shí)間的低流量灌注會(huì)造成腦血流供應(yīng)不足；但在低溫體外循環(huán)中，由于腦的氧代謝率（CMRO2）降低，較低的灌注流量可以維持腦的供氧。2）轉(zhuǎn)流時(shí)間過(guò)長(zhǎng)體外循環(huán)炎性介質(zhì)對(duì)腦細(xì)胞直接損傷；另一方面使血液破壞增加、血中微凝物質(zhì)增加，灌注中空氣和微粒栓塞的可能性加大。第13頁(yè),共40頁(yè)，2024年2月25日，星期天3）人工心肺機(jī)故障和操作失誤由于機(jī)器或人為因素，如電源中斷、泵管破裂、接頭脫落，造成體外循環(huán)中斷、氣栓進(jìn)入動(dòng)脈系統(tǒng)，導(dǎo)致不同程度的腦缺氧。4）轉(zhuǎn)流技術(shù)問(wèn)題如血液過(guò)度稀釋、膠體滲透壓下降；上腔靜脈引流不暢，中心靜脈壓（CVP）過(guò)高；主動(dòng)脈插管位置或方向不當(dāng)；合并左上腔靜脈時(shí)，術(shù)中將左上腔靜脈結(jié)扎造成腦血流回流受阻。第14頁(yè),共40頁(yè)，2024年2月25日，星期天2、表現(xiàn)

1）神經(jīng)精神癥狀可在術(shù)后立即出現(xiàn)，亦可在術(shù)后數(shù)小時(shí)或數(shù)天內(nèi)發(fā)生。輕者可有蘇醒延遲，暫時(shí)的萎靡、譫妄、幻覺(jué)、記憶喪失、意識(shí)損害、四肢乏力、單癱、抽搐、行為異常，重者可致永久性的運(yùn)動(dòng)、感覺(jué)、智力等功能障礙。2）腦水腫的癥狀主要表現(xiàn)為煩燥、呆滯、嗜睡、昏迷、抽搐，瞳孔不等大或瞳孔散大，可有癲癇發(fā)作，眼底檢查有視神經(jīng)乳頭水腫。第15頁(yè),共40頁(yè)，2024年2月25日，星期天（二）腦栓塞1、原因

1）氣栓由于體外循環(huán)機(jī)故障或操作失誤，致使氣栓進(jìn)入動(dòng)脈系統(tǒng)；復(fù)溫時(shí)水溫與血溫差>12℃，可能形成大量微氣栓；氧合器不消泡；2）血栓來(lái)源主要有抗凝不全形成或來(lái)自心內(nèi)的陳舊血栓；血小板、白細(xì)胞聚集物形成的微栓；3）其它栓子，如來(lái)自手術(shù)野中的脂肪栓、鈣質(zhì)、纖維素、去泡劑、石臘碎屑、粘液瘤殘屑等。第16頁(yè),共40頁(yè)，2024年2月25日，星期天2、表現(xiàn)神經(jīng)精神異?？蔀橐贿^(guò)性，也可突發(fā)偏癱、單肢癱瘓，可有抽搐、不可逆的昏迷乃至猝死。第17頁(yè),共40頁(yè)，2024年2月25日，星期天（三）顱內(nèi)出血1、原因

1）術(shù)前有腦部外傷史。2）有出血傾向、術(shù)后抗凝者。3）體外循環(huán)中腦灌注壓過(guò)高，造成腦過(guò)度灌注，導(dǎo)致腦的小血管破裂出血。4）上腔靜脈引流不暢，中心靜脈壓過(guò)高，導(dǎo)致毛細(xì)血管破裂出血和腦水腫。5）應(yīng)用大量高滲液體、利尿劑，使腦大量脫水和收縮，腦血管撕裂出血。第18頁(yè),共40頁(yè)，2024年2月25日，星期天2、表現(xiàn)典型的臨床表現(xiàn)是術(shù)后昏迷，或多時(shí)不清醒，或意識(shí)恢復(fù)后又出現(xiàn)意識(shí)障礙，出現(xiàn)偏癱、單癱，并有顱內(nèi)高壓癥狀。第19頁(yè),共40頁(yè)，2024年2月25日，星期天四、體外循環(huán)對(duì)腦的影響因素（一）灌注流量1、體外循環(huán)中腦血流量受多種因素的影響，如低溫、灌注流量、PaCO2、藥物、非搏動(dòng)灌注等，腦血流量不完全依賴體外循環(huán)灌注流量和壓力，在腦的自主調(diào)節(jié)機(jī)制存在的條件下，腦血流量可以保持恒定。2、一般認(rèn)為深低溫或高濃度CO2時(shí)腦的自主調(diào)節(jié)機(jī)制喪失，此時(shí)腦血流量依賴體外循環(huán)灌注流量。3、長(zhǎng)時(shí)間的低流量灌注會(huì)造成腦的供能不足。第20頁(yè),共40頁(yè)，2024年2月25日，星期天二）平均動(dòng)脈壓1、腦具備自主調(diào)節(jié)功能，在正常人，血壓波動(dòng)于6.7~20.0kpa(50～150mmHg)時(shí)，腦血流可保持恒定。2、體外循環(huán)中由于低溫、PaCO2、非搏動(dòng)灌注等因素的存在，腦的自主調(diào)節(jié)范圍可能下移或喪失。3、高血壓、冠心病、糖尿病、高齡患者體外循環(huán)中灌注壓應(yīng)保持較高。第21頁(yè),共40頁(yè)，2024年2月25日，星期天（三）酸堿平衡紊亂體外循環(huán)中代謝性酸中毒多為乳酸酸中毒，原因可能為灌注流量偏低、血液氧合不良、血液過(guò)度稀釋、微循環(huán)功能障礙，酸中毒對(duì)中樞神經(jīng)產(chǎn)生抑制作用，并進(jìn)一步加重腦的缺氧。第22頁(yè),共40頁(yè)，2024年2月25日，星期天（四）PaCO21、采用溫度較正的PaCO2，即pH穩(wěn)態(tài)，使血中CO2含量增多，可以顯著地?cái)U(kuò)張血管，增加腦血流，但破壞了腦血流的自主調(diào)節(jié)機(jī)制，使腦血流與腦氧耗量失匹配；腦血流直接受平均動(dòng)脈壓、灌注流量的調(diào)節(jié)，易產(chǎn)生腦組織的奢侈灌注，增加顱內(nèi)高壓和腦血管微栓形成的機(jī)會(huì)，損傷腦血管內(nèi)皮；部分腦血管病患者會(huì)產(chǎn)生“竊血”現(xiàn)象。2、采用非溫度較正的PaCO2，即α穩(wěn)態(tài)，可維持更生理的腦血流灌注，使腦血流和腦代謝率的相匹配。上述方法還需進(jìn)一步觀察。第23頁(yè),共40頁(yè)，2024年2月25日，星期天（五）非搏動(dòng)灌注理論和實(shí)驗(yàn)表明非搏動(dòng)灌注可能造成腦血流在腦中的異常分配，使腦血流量和腦氧耗下降。搏動(dòng)灌注可以增進(jìn)微循環(huán)，使毛細(xì)血管床開(kāi)放，增加淋巴液、組織間質(zhì)的血流，促進(jìn)組織對(duì)氧的利用，有助于恢復(fù)由于循環(huán)中止或低流量灌注造成的酸中毒和高碳酸血癥。由于表達(dá)效果影響因素很多，臨床效果不明顯，開(kāi)展不普遍。第24頁(yè),共40頁(yè)，2024年2月25日，星期天（六）血液稀釋體外循環(huán)適度的血液稀釋、血液沾滯度的下降有益于維持腦血流，改善微循環(huán)的灌注；血液過(guò)度稀釋，血球壓積下降至15%時(shí)，可能會(huì)遺留貧血癥狀，如注意力不集中、近期記憶力消失，但較少引起意識(shí)喪失。第25頁(yè),共40頁(yè)，2024年2月25日，星期天（七）低溫1、低溫降低腦的代謝率，降溫初期腦氧耗呈指數(shù)曲線下降，而非直線下降，可使腦能量?jī)?chǔ)備（ATP、磷酸肌酸）成倍地增加，增加神經(jīng)細(xì)胞缺血耐受性；體溫降至20℃，腦氧耗為常溫時(shí)的25%，降至17℃，腦氧耗不足常溫時(shí)的17%。2、一般低溫對(duì)腦的自主調(diào)節(jié)功能的影響尚小，深低溫時(shí)腦的自主調(diào)節(jié)機(jī)制喪失，低溫18℃以下神經(jīng)細(xì)胞膜的完整性受損。第26頁(yè),共40頁(yè)，2024年2月25日，星期天（八）藥物體外循環(huán)中常用的藥物，除麻醉藥外，主要有抗凝藥、血管活性藥、利尿藥等，應(yīng)注意其對(duì)腦功能的影響；有報(bào)道，硝普鈉對(duì)腦組織灌注和代謝影響不明顯，但較大劑量應(yīng)用時(shí)，可使靜脈血氧飽和度增高，提示組織攝氧受抑制。第27頁(yè),共40頁(yè)，2024年2月25日，星期天五、腦功能紊亂的主要危險(xiǎn)因素（一）年齡高齡是體外循環(huán)后產(chǎn)生神經(jīng)精神損傷的危險(xiǎn)因素之一，可能的原因有術(shù)前伴腦血管病變、腦自主調(diào)節(jié)功能不良。（二）糖尿病、高血壓該類(lèi)患者一般均存在腦動(dòng)脈硬化，腦的自主調(diào)節(jié)功能不良，腦血流需要更多地依賴灌注流量；長(zhǎng)期血壓未加控制的高血壓患者，其腦的自主調(diào)節(jié)曲線可以右移，因此需要更高的灌注壓才能維持足夠的腦血流。第28頁(yè),共40頁(yè)，2024年2月25日，星期天（三）高碳酸血癥慢性肺部疾患的患者往往存在慢性呼吸性酸中毒和代償性的代謝性堿中毒，長(zhǎng)期的高碳酸血癥使腦血管處于擴(kuò)張狀態(tài)，若體外循環(huán)中仍維持正常的PaCO2，可能會(huì)影響腦的供血。（四）主動(dòng)脈、瓣膜鈣化該類(lèi)患者在主動(dòng)脈插管、處理鈣化物時(shí)，鈣化物脫落，有可能進(jìn)入動(dòng)脈系統(tǒng)形成栓塞。第29頁(yè),共40頁(yè)，2024年2月25日，星期天六、深低溫停循環(huán)與腦保護(hù)（一）深低溫停循環(huán)體外循環(huán)的腦功能狀態(tài)1、深低溫時(shí)由于腦代謝率降低，腦血流量降低。2、深低溫時(shí)腦的壓力－流量自主調(diào)節(jié)機(jī)制喪失，復(fù)溫時(shí)可以得到恢復(fù)，原因可能是深低溫時(shí)存在著腦血管癱瘓，或低灌注壓超出了腦的自主調(diào)節(jié)范圍。3、停循環(huán)可造成腦的再灌注損傷。4、深低溫停循環(huán)后大多數(shù)患者效果良好，有少數(shù)病人出現(xiàn)一過(guò)性或永久性的神經(jīng)精神損害，如舞蹈病、震顫、陣發(fā)性痙攣、認(rèn)知不良等。第30頁(yè),共40頁(yè)，2024年2月25日，星期天（二）深低溫停循環(huán)中的腦保護(hù)措施1、采用低溫保護(hù)，體外循環(huán)降溫達(dá)鼻咽溫±15℃（鼻咽溫只能近似反映大腦基底環(huán)的血溫，鼓膜溫可以更準(zhǔn)確地反映腦組織的溫度）、肛溫±20℃；2、盡量縮短停循環(huán)時(shí)間應(yīng)，控制停循環(huán)時(shí)間不超過(guò)60分鐘；3、應(yīng)用激素，麻醉后靜脈注射甲基強(qiáng)的松龍15mg/kg，復(fù)溫后機(jī)器內(nèi)加入甲基強(qiáng)的松龍15mg/kg，氟美松可引起ACT的縮短；4、采用脫水治療，恢復(fù)循環(huán)時(shí)機(jī)器內(nèi)加20%甘露醇0.5g/kg；5、停循環(huán)中有必要采取頭低位，防止氣栓進(jìn)入體內(nèi)；6、恢復(fù)循環(huán)后，不要急于復(fù)溫，待靜脈氧飽和度高于70％，償還氧債后再?gòu)?fù)溫，可減輕腦缺血性損傷。第31頁(yè),共40頁(yè)，2024年2月25日，星期天七、腦保護(hù)措施（一）體外循環(huán)中腦并發(fā)癥的預(yù)防手段1、使用動(dòng)脈微栓濾器，防止各種栓子進(jìn)入機(jī)體。2、以膜肺代替鼓泡肺，可改善體外循環(huán)生物相容性，減少氣栓的產(chǎn)生。3、正確使用肝素確保抗凝。5、保持一定灌注流量、灌注壓力，盡量用深低溫低流量灌注代替深低溫停循環(huán)。6、保持腔靜脈引流通暢，避免腦水腫。7、盡量縮短體外循環(huán)時(shí)間，控制停循環(huán)時(shí)限。第32頁(yè),共40頁(yè)，2024年2月25日，星期天（二）腦保護(hù)措施1、全身血液降溫、頭部局部降溫，提高腦組織對(duì)缺氧的耐受能力。2、采用脫水治療，減輕腦水腫。第33頁(yè),共40頁(yè)，2024年2月25日，星期天3、應(yīng)用腦保護(hù)藥物1）類(lèi)固醇類(lèi)藥物激素可以降低毛細(xì)血管通透性，穩(wěn)定膜結(jié)構(gòu)，減少炎性滲出，如甲基強(qiáng)的松龍，它藥效強(qiáng)、起效快、持效時(shí)間中等，也可用氟美松，其藥效強(qiáng)于強(qiáng)的松。2）巴比妥類(lèi)藥物具有抑制代謝、改善局部腦血流及膜穩(wěn)定作用，如硫苯妥鈉，可降低腦氧耗，顯著地抑制低溫腦組織殘存的電活動(dòng)；使非缺血部位的血管收縮，增加受損部位血流；減少鈣離子的內(nèi)流，抑制自由基的形成