体外循环与脑保护.

朱雅萍一、脑功能紊乱的病生理基础（一）缺氧引起的中枢变化1、脑耐受缺氧的病生理特点人脑占体重的2.2%，脑血流占心输出量的15%，脑氧耗量占全身氧耗的23%；脑所需能量的85～95%来自葡萄糖的氧化，脑内的氧、糖原、ATP的储备很少，脑循环中断10秒钟后，储备的氧便耗尽，中断2分钟内糖便耗尽；体温37℃时停循环3分钟、30℃停循环8分钟可产生脑损害，大脑皮质缺氧的耐受性差。2、缺氧导致的脑损伤类型1）局限性损伤损伤范围限于局部的神经元细胞，而不影响胶质细胞和血管。2）广泛性损伤神经元的损伤更为广泛和严重，呈片状坏死，并涉及胶质细胞和血管。缺氧的时间长短决定了脑损害的程度和术后神经系统并发症的轻重。3）脑水肿（1）血管性脑水肿主要见于脑栓塞、脑出血，发病机制在于脑内毛细血管的通透性增高，液体进入细胞间隙增多。（2）细胞毒性脑水肿特点是所有脑细胞和毛细血管内皮细胞的细胞内液含量都增多，从而引起细胞肿胀，主要原因是脑缺氧时脑组织的ATP形成减少，细胞膜钠泵功能受损，细胞内渗透压上升，细胞外液水分进入细胞内引起水肿。（3）由于脑肿胀而颅腔又不能扩张，临床上常有颅内压增高综合征，患者可有剧烈头痛、呕吐、血压升高、视神经乳头水肿等表现，甚至可有昏迷和脑疝引起的症状，如呼吸心跳骤停。3、缺氧引起脑损伤的机制1）能量代谢机制缺血缺氧时，随着脑的能量储备耗竭，ATP含量减少，细胞的线粒体呼吸功能受损，丙酮酸分解代谢受阻，脑的合成代谢受抑制，导致脑细胞的变性、坏死。2）自由基生成机制在缺血、再灌注过程中氧自由基大量生成，自由基与细胞膜产生脂质过氧化反应，破坏细胞膜的正常结构，造成脑的再灌注损伤。3）离子内稳态失衡机制由于缺氧，ATP泵衰竭，细胞膜的离子通道失活，膜的通透性增加，引起脑细胞水肿，细胞内超钙负荷，导致更严重的自由基反应。4）酸中毒机制缺氧的早期，机体通过无氧代谢补充ATP的不足，产生大量乳酸，细胞pH下降；严重的酸中毒可以抑制氧化酶的活性，ATP合成进一步减少，脑的能量更加缺乏。5）兴奋毒性学说缺氧可以引起脑内兴奋性氨基酸（EAAS）过量释放或摄取障碍，导致效应神经元的损害。二）水、电解质代谢紊乱引起的中枢变化1、水代谢紊乱过度的血液稀释可引起脑间质水肿，使颅内压增高。2、电解质代谢紊乱1）钾离子代谢紊乱脑神经细胞的能量主要靠葡萄糖供应，适量的钾离子可增强葡萄糖的代谢；在ATP的合成过程中，钾离子为激活丙酮酸激酶所必需；缺钾时，由于糖代谢障碍和能量生成减少，脑神经细胞的机能活动可以发生障碍。2）镁离子代谢紊乱镁离子影响神经肌肉的兴奋性，同时是许多酶的辅因子；低镁血症时神经系统兴奋性增高，往往伴随低钾、低钙血症，应给予重视。（三）酸碱平衡紊乱引起的中枢变化1、酸中毒代谢性酸中毒时，神经系统功能障碍主要表现为抑制，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；呼吸性酸中毒时，高浓度的CO2可使脑血管扩张，引起颅内压和脑脊液压升高。2、碱中毒代谢性碱中毒时可引起中枢神经系统的兴奋，主要是由于抑制性的γ－氨基丁酸减少所致；低碳酸血症可引起脑血管的收缩。（四）播散性血管内凝血（DIC）引起的中枢变化DIC可造成中枢神经系统广泛的栓塞、出血，微循环血流的障碍可引起实质性脏器的坏死、功能衰竭。（五）体温改变引起的中枢变化随着体温的下降，脑的代谢率也随着下降，一般认为深低温时脑血流明显下降，脑的自主调节功能丧失；高热时，可出现大脑皮质抑制，而皮质下中枢的兴奋性可能增强。二、体外循环脑部并发症的发生率脑部并发症发生率报道各异，主要与获取神经精神功能紊乱的资料比较困难、难以统一标准有关。目前体外循环脑部并发症发生率较低，约2％左右，60％患者只是表现为一过性的脑神经精神紊乱。三、体外循环脑损伤的原因和表现（一）脑缺血缺氧性损伤1、原因1）长时间低流量灌注脑血流依赖体外循环灌注流量，长时间的低流量灌注会造成脑血流供应不足；但在低温体外循环中，由于脑的氧代谢率（CMRO2）降低，较低的灌注流量可以维持脑的供氧。2）转流时间过长体外循环炎性介质对脑细胞直接损伤；另一方面使血液破坏增加、血中微凝物质增加，灌注中空气和微粒栓塞的可能性加大。3）人工心肺机故障和操作失误由于机器或人为因素，如电源中断、泵管破裂、接头脱落，造成体外循环中断、气栓进入动脉系统，导致不同程度的脑缺氧。4）转流技术问题如血液过度稀释、胶体渗透压下降；上腔静脉引流不畅，中心静脉压（CVP）过高；主动脉插管位置或方向不当；合并左上腔静脉时，术中将左上腔静脉结扎造成脑血流回流受阻。2、表现1）神经精神症状可在术后立即出现，亦可在术后数小时或数天内发生。轻者可有苏醒延迟，暂时的萎靡、谵妄、幻觉、记忆丧失、意识损害、四肢乏力、单瘫、抽搐、行为异常，重者可致永久性的运动、感觉、智力等功能障碍。2）脑水肿的症状主要表现为烦燥、呆滞、嗜睡、昏迷、抽搐，瞳孔不等大或瞳孔散大，可有癫痫发作，眼底检查有视神经乳头水肿。（二）脑栓塞1、原因1）气栓由于体外循环机故障或操作失误，致使气栓进入动脉系统；复温时水温与血温差12℃，可能形成大量微气栓；氧合器不消泡；2）血栓来源主要有抗凝不全形成或来自心内的陈旧血栓；血小板、白细胞聚集物形成的微栓；3）其它栓子，如来自手术野中的脂肪栓、钙质、纤维素、去泡剂、石腊碎屑、粘液瘤残屑等。2、表现神经精神异常可为一过性，也可突发偏瘫、单肢瘫痪，可有抽搐、不可逆的昏迷乃至猝死。（三）颅内出血1、原因1）术前有脑部外伤史。2）有出血倾向、术后抗凝者。3）体外循环中脑灌注压过高，造成脑过度灌注，导致脑的小血管破裂出血。4）上腔静脉引流不畅，中心静脉压过高，导致毛细血管破裂出血和脑水肿。5）应用大量高渗液体、利尿剂，使脑大量脱水和收缩，脑血管撕裂出血。2、表现典型的临床表现是术后昏迷，或多时不清醒，或意识恢复后又出现意识障碍，出现偏瘫、单瘫，并有颅内高压症状。四、体外循环对脑的影响因素（一）灌注流量1、体外循环中脑血流量受多种因素的影响，如低温、灌注流量、PaCO2、药物、非搏动灌注等，脑血流量不完全依赖体外循环灌注流量和压力，在脑的自主调节机制存在的条件下，脑血流量可以保持恒定。2、一般认为深低温或高浓度CO2时脑的自主调节机制丧失，此时脑血流量依赖体外循环灌注流量。3、长时间的低流量灌注会造成脑的供能不足。二）平均动脉压1、脑具备自主调节功能，在正常人，血压波动于6.7~20.0kpa(50～150mmHg)时，脑血流可保持恒定。2、体外循环中由于低温、PaCO2、非搏动灌注等因素的存在，脑的自主调节范围可能下移或丧失。3、高血压、冠心病、糖尿病、高龄患者体外循环中灌注压应保持较高。（三）酸碱平衡紊乱体外循环中代谢性酸中毒多为乳酸酸中毒，原因可能为灌注流量偏低、血液氧合不良、血液过度稀释、微循环功能障碍，酸中毒对中枢神经产生抑制作用，并进一步加重脑的缺氧。（四）PaCO21、采用温度较正的PaCO2，即pH稳态，使血中CO2含量增多，可以显著地扩张血管，增加脑血流，但破坏了脑血流的自主调节机制，使脑血流与脑氧耗量失匹配；脑血流直接受平均动脉压、灌注流量的调节，易产生脑组织的奢侈灌注，增加颅内高压和脑血管微栓形成的机会，损伤脑血管内皮；部分脑血管病患者会产生“窃血”现象。2、采用非温度较正的PaCO2，即α稳态，可维持更生理的脑血流灌注，使脑血流和脑代谢率的相匹配。上述方法还需进一步观察。（五）非搏动灌注理论和实验表明非搏动灌注可能造成脑血流在脑中的异常分配，使脑血流量和脑氧耗下降。搏动灌注可以增进微循环，使毛细血管床开放，增加淋巴液、组织间质的血流，促进组织对氧的利用，有助于恢复由于循环中止或低流量灌注造成的酸中毒和高碳酸血症。由于表达效果影响因素很多，临床效果不明显，开展不普遍。（六）血液稀释体外循环适度的血液稀释、血液沾滞度的下降有益于维持脑血流，改善微循环的灌注；血液过度稀释，血球压积下降至15%时，可能会遗留贫血症状，如注意力不集中、近期记忆力消失，但较少引起意识丧失。（七）低温1、低温降低脑的代谢率，降温初期脑氧耗呈指数曲线下降，而非直线下降，可使脑能量储备（ATP、磷酸肌酸）成倍地增加，增加神经细胞缺血耐受性；体温降至20℃，脑氧耗为常温时的25%，降至17℃，脑氧耗不足常温时的17%。2、一般低温对脑的自主调节功能的影响尚小，深低温时脑的自主调节机制丧失，低温18℃以下神经细胞膜的完整性受损。（八）药物体外循环中常用的药物，除麻醉药外，主要有抗凝药、血管活性药、利尿药等，应注意其对脑功能的影响；有报道，硝普钠对脑组织灌注和代谢影响不明显，但较大剂量应用时，可使静脉血氧饱和度增高，提示组织摄氧受抑制。五、脑功能紊乱的主要危险因素（一）年龄高龄是体外循环后产生神经精神损伤的危险因素之一，可能的原因有术前伴脑血管病变、脑自主调节功能不良。（二）糖尿病、高血压该类患者一般均存在脑动脉硬化，脑的自主调节功能不良，脑血流需要更多地依赖灌注流量；长期血压未加控制的高血压患者，其脑的自主调节曲线可以右移，因此需要更高的灌注压才能维持足够的脑血流。（三）高碳酸血症慢性肺部疾患的患者往往存在慢性呼吸性酸中毒和代偿性的代谢性碱中毒，长期的高碳酸血症使脑血管处于扩张状态，若体外循环中仍维持正常的PaCO2，可能会影响脑的供血。（四）主动脉、瓣膜钙化该类患者在主动脉插管、处理钙化物时，钙化物脱落，有可能进入动脉系统形成栓塞。六、深低温停循环与脑保护（一）深低温停循环体外循环的脑功能状态1、深低温时由于脑代谢率降低，脑血流量降低。2、深低温时脑的压力－流量自主调节机制丧失，复温时可以得到恢复，原因可能是深低温时存在着脑血管瘫痪，或低灌注压超出了脑的自主调节范围。3、停循环可造成脑的再灌注损伤。4、深低温停循环后大多数患者效果良好，有少数病人出现一过性或永久性的神经精神损害，如舞蹈病、震颤、阵发性痉挛、认知不良等。（二）深低温停循环中的脑保护措施1、采用低温保护，体外循环降温达鼻咽温±15℃（鼻咽温只能近似反映大脑基底环的血温，鼓膜温可以更准确地反映脑组织的温度）、肛温±20℃；2、尽量缩短停循环时间应，控制停循环时间不超过60分钟；3、应用激素，麻醉后静脉注射甲基强的松龙15mg/kg，复温后机器内加入甲基强的松龙15mg/kg，氟美松可引起ACT的缩短；4、采用脱水治疗，恢复循环时机器内加20%甘露醇0.5g/kg；5、停循环中有必要采取头低位，防止气栓进入体内；6、恢复循环后，不要急于复温，待静脉氧饱和度高于70％，偿还氧债后再复温，可减轻脑缺血性损伤。七、脑保护措施（一）体外循环中脑并发症的预防手段1、使用动脉微栓滤器，防止各种栓子进入机体。2、以膜肺代替鼓泡肺，可改善体外循环生物相容性，减少气栓的产生。3、正确使用肝素确保抗凝。5、保持一定灌注流量、灌注压力，尽量用深低温低流量灌注代替深低温停循环。6、保持腔静脉引流通畅，避免脑水肿。7、尽量缩短体外循环时间，控制停循环时限。（二）脑保护措施1、全身血液降温、头部局部降温，提高脑组织对缺氧的耐受能力。2、采用脱水治疗，减轻脑水肿。3、应用脑保护药物1）类固醇类药物激素可以降低毛细血管通透性，稳定膜结构，减少炎性渗出，如甲基强的松龙，它药效强、起效快、持效时间中等，也可用氟美松，其药效强于强的松。2）巴比妥类药物具有抑制代谢、改善局部脑血流及膜稳定作用，如硫苯妥钠，可降低脑氧耗，显著地抑制低温脑组织残存的电活动；使非缺血部位的血管收缩，增加受损部位血流；减少钙离子的内流，抑制自由基的形成，减轻脑水肿。3）其他类药物（1）钙离子通道阻滞剂主要作用是减少钙离子内流，如尼莫地平等。（2）自由基清除剂主要作用是减轻脑的再灌注损伤，如VitE、辅酶Q10、甘露醇等。（3）铁离子螯合剂主要作用是抑