微创体外循环系统分型及研究现状

哈尔滨医科大学附属第二医院麻醉科 150000

【综述】

CPB是心外科手术的常用辅助手段，其导致患者术后心律失常、肺感染、肾功能异常、脑损伤和胃溃疡等并发症发生率高达15.3% 。已有许多研究寻求多途径减少CPB相关并发症 。20世纪90年代末提出了微创体外循环（minimal invasive extracorporeal circulation, MiECC）的概念 。

MiECC的基本部件是生物惰性材料制成的管道、离心泵和膜式氧合器。为提高安全性，并使其能更广泛的应用，MiECC不断加入新部件。近年，随着国际微创体外循环技术学会成立，MiECC的分型和组成部件有了标准的区分 。目前公认的组成部件有：生物惰性血液接触面并减少预充量的密闭CPB系统、离心泵、膜式氧合器、热交换器、心脏停搏系统、静脉气泡排除装置和血液回收管理系统。此系统的特点是：① 血液不与空气接触；② 血液接触的异物表面经过特殊处理；③ 使用离心泵而非挤压泵；④ 回收血液经洗涤后再回输；⑤ 预充量减小 。从MiECC的系统组成来看，MiECC技术理论上可从不同方面降低CPB对机体的影响，带来多种益处。

MiECC共分四型（图1） 。Ⅰ型主要由离心泵和膜式氧合器组成，血液从右心房引出后经过离心泵和膜式氧合器后直接回到动脉系统。其缺点是没有静脉气泡排除装置和血液收集装置，只能用于冠状动脉旁路移植术（coronary artery bypass graft, CABG）。Ⅱ型加入静脉排气装置，适用于瓣膜手术，但由于大量出血时循环内血容量不足极易引起泵排血量不足，依然存在较大风险。Ⅲ型又增加密闭血液回收装置，回收术区失血后，经洗涤再依据患者需求回输，保证术中泵排血量的同时可以有效减少失血和异体输血量。Ⅳ型是近年来新提出的一种MiECC设备，由两部分组成：一是标准循环部分，即之前所述的公认组成部件；二是备用循环部分，即在血液由右心房引出至排气装置时增加开放循环系统。手术时如果遇到如大量气体无法有效排出或出血过多等突发情况时，可及时转为常规CPB模式，为患者的安全增加保障 。Ⅳ型MiECC已经基本可以安全应用于所有心脏手术 。Anastasiadis等 将Ⅳ型MiECC技术成功用于50例心脏外科手术，包括主动脉夹层、二次手术、急诊CABG等，成功率100%。

3.1　MiECC对CABG患者的影响

各型MiECC均广泛应用于CABG，与常规CPB相比，其器官保护和改善预后的优势已被广泛认可。Ried等 将行择期CABG的3 139例男性患者数据汇总分析发现，MiECC组患者术后30 d病死率明显低于常规CPB组，而两组在脑、肾和血液的并发症比较时差异无统计学意义。一篇关于22 778例CABG患者的Meta分析显示，MiECC组患者术后病死率比常规CPB组降低54%，脑卒中发生率降低60%，术后肾功能异常发生率降低50%，同时新发心房颤动的患者例数也显著降低 。Lisy等 在对156例CABG患者进行回顾性分析时发现，MiECC组患者手术时长、CPB时长和再灌注时长比常规CPB组短，肝素和鱼精蛋白用量也更少。而在术后，MiECC组患者出血量和输入红细胞量明显低于常规CPB组，新鲜冰冻血浆输入量也比常规CPB组低。由于2016年才出现系统的MiECC分型，这些对CABG术后患者的并发症发生率和病死率的研究均未以型号将患者分组，这可能导致不同的研究结果出现偏差和矛盾。Anastasiadis等 将这种对患者多器官的保护作用归为MiECC系统密闭性好、血液稀释程度轻和微循环有效灌注比例高。

近年来，相关研究主要是将MiECC与非CPB的CABG（OPCABG）对比。OPCABG避开了CPB过程，患者长期生存率高 。但是心脏不停跳，术野出血较多，易影响手术操作，这对外科医师的技术是一大挑战，限制其广泛应用 。MiECC则避开了常规CPB和OPCABG两者的缺点，大量临床相关研究证实其有一定优势。Meta分析显示，MiECC和OPCABG患者术后并发症发生率和病死率差异并无统计学意义 。在炎症反应方面，Formica等 用IL‑6、TNF‑α、E‑选择素和单核细胞趋化蛋白‑1来衡量MiECC和OPCABG两组患者炎症反应强度，结果显示这4种生物标志物在不同手术中水平不同，但在两组患者间差异没有统计学意义，术后并发症发生率差异也没有统计学意义。Permanyer等 则得出了相反的结果，为避免生物标志物选择不当影响实验结果对炎症反应程度的衡量，他们将40例患者随机分为MiECC组和OPCABG组后，选取了19种炎性介质于术中和术后检测。排除了10种在术中无法检测或没有变化的炎性介质后，他们发现OPCABG组有9种炎性介质高于MiECC组，其中IL‑6和单核细胞趋化蛋白‑1的升高差异有统计学意义，而代表抗炎的炎性介质IL‑10在MiECC组低于OPCABG组。提示OPCABG手术可能比MiECC更易引起患者炎性介质的释放。有专家针对Permanyer等 的研究结论提出质疑，认为该研究样本量过小，需要在更大的队列和高风险患者中进行研究才能得到更确切的结论，并且该研究没有排除两种手术操作对炎症的影响，也未详细记录术中血液回收和术中输液等情况，尚未评估其对研究结果的影响情况 。目前为止，多数研究认为MiECC和OPCABG在低风险患者中所产生的短期临床效果相近，但对高风险患者是否发挥保护作用仍需深入研究。

3.2　MiECC对瓣膜手术患者的影响

在瓣膜手术中仅可采用Ⅱ型、Ⅲ型和Ⅳ型MiECC，原因是术区开放使得密闭的循环内进入气体，进而导致空气栓塞。而且大量出血时循环血容量不足，泵的运转失常，导致循环不稳定 。目前，MiECC常与微创手术切口联合用于主动脉瓣和二尖瓣的手术，以达到创伤最小化。杨婷等 将90例行二尖瓣置换术的患者分为MiECC组与常规CPB组，MiECC组采用右胸前外侧小切口，常规CPB组采用胸骨正中切口。结果显示，MiECC组患者术中的出血量和输血量，术后机械通气时间、胸腔引流量及住院时长均低于常规CPB组。Gygax等 在通过胸骨正中切口行单纯主动脉瓣置换术的患者中发现，虽然MiECC组术中输血率低，但两组术后并发症发生率和各种炎性介质水平（如IL‑6、TNF‑α、sCD40配体）差异无统计学意义。这两组结果提示，切口所造成的创伤可能影响心外科手术患者的炎症反应。Ⅳ型MiECC用于微创主动脉瓣置换术时，MiECC组患者82.4%都可实现自体血预充，而常规CPB组自体血预充比例为0。MiECC组术中最低Hb浓度和Hct水平高于CPB组，且输血患者比例较低。术后MiECC组除心房颤动发生率较低外，其他并发症发生率、ICU住院时长和1年后病死率与常规CPB组差异无统计学意义 。

MiECC在这些行主动脉瓣或二尖瓣手术的患者中，最大的优势为可以减少输血率，维持Hb水平，部分患者可以减少心房颤动发生。与其在CABG中的突出表现相比，保护多种器官、减少炎症反应和提高临床预后的效果相对减弱。但是不能否认，在MiECC与其他多种微创技术联合之下，其优势仍高于常规CPB。

3.3　Ⅳ型MiECC拓展应用范围

Ⅳ型MiECC可用于二次心脏瓣膜手术、CABG合并瓣膜手术、主动脉夹层等复杂情况。对Ⅳ型MiECC的研究主要是关注该系统的安全性和开放循环的转化率。Anastasiadis等 将Ⅳ型MiECC系统运用于50例包含CABG合并射频消融、主动脉瓣置换或房间隔缺损、A型急性主动脉夹层等复杂情况的患者，结果需要用到备用循环的仅占所有患者数的4%，术后病死率4%。这些患者中使用到备用循环的一例为65岁有二尖瓣手术史和右心功能不全的患者，行三尖瓣手术，术中因气体处理装置无法移除大量气体，为了安全选择开放循环；另一例为A型急性主动脉夹层患者，行主动脉根部置换术，术中因失血过多，为保证MiECC系统的离心泵有足够排血量而应用备用循环。

搏动灌注在CPB中的应用长期以来存在争议，但有诸多研究表明其对肝、肾与神经系统等存在保护作用 。研究发现搏动灌注下机体微循环的反应性、血流量和组织氧合优于非搏动灌注，这可能是它保护器官功能的原因 。近些年，为了将MiECC的器官保护功能进一步提高，研发了可以实现搏动灌注的微创人工心肺机。Graßler等 采用多种神经、肾、纤溶相关标志物以检测搏动微创CPB对相关系统的影响，然而并未发现显著的保护作用。但是搏动组术后出血量明显低于对照组，且尿量也相对增多。目前搏动灌注应用于微创CPB仍处于起步期，相关研究证据不足，但是搏动灌注与MiECC的融合可将其各组件进一步拓展，更好地实现器官保护功能。

MiECC经历4种型号的改良和发展，安全性不断提高，并可明显提高患者的生活质量 。然而，循环中气泡和容量管理的难度大等因素限制了其广泛应用。近些年，随着Ⅳ型MiECC的面世和研究，此技术已适用于所有的心脏手术并可保障心脏手术的安全进行 。但是Ⅳ型MiECC安全性的研究仍旧不足，且越来越复杂的系统需要的已经不单是麻醉医师一方的关注，更需要外科医师参与协作，共同制定灌注策略，将MiECC的优势发挥到最大 。

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