不同脑灌注方法在主动脉弓部手术中的应用

【关键词】  选择性脑灌注

    关键词：体外循环；深低温停循环；选择性脑灌注
                                                   
　　1954年Gibbon［1］首次报道临床应用体外循环，为心脏外科手术提供了更广阔的空间。二十世纪九十年代以后，随着体外循环、心肌保护技术的日臻完善，心脏手术技术的发展，心脏外科相关材料的改进，手术死亡率及并发症发生率明显降低。但是主动脉手术, 尤其是累及主动脉弓部的手术，术后出现的神经系统损伤严重阻碍该学科的发展。

　　主动脉手术中为保持术野清晰， 势必要阻断主动脉血流。为防止远端脏器(尤其是大脑)的缺血损伤，世界各国的心脏外科医生采取多种脑保护的措施。目前在主动脉弓部手术中常用的脑保护方法包括：深低温停循环（Deep hypothermic circulatory arrest, DHCA）; 低温停循环合并逆行性脑灌注(Retrograde cerebral perfusion, RCP)；顺行性选择性脑灌注（Antegrade selective cerebral perfusion, SCP, 简称选择性脑灌注）。

　　1 DHCA

　　DHCA最早在1974年由Pierangeli［2 ，3］等提出。此方法的提出使主动脉弓部手术成为可能。它的生基础是全身降低体温后，各脏器代谢率相应降低，从而提高缺血的耐受能力。研究表明，当体温降至18℃时，脑的代谢率（cerebral metabolic rate）降至正常体温的40%,  脑代谢率的降低与体温降低呈正相关，即体温越低代谢率亦越低［4］。但此方法也有许多缺点。首先，全身各个脏器对缺血的耐受时间（即停循环时间）有限（18℃时<40min）。Svensson和同事用Logistic回归分析656例采用DHCA脑保护的主动脉手术发现，既往脑血管病史、主动脉病变累及左锁骨下动脉和体外循环时间是脑卒中发病的影响因素。如果停循环时间超过40min，脑卒中的发生率将明显升高；超过65min术后死亡率显著增加［5］。Ergin应用DHCA行主动脉手术发现，术后暂时性神经系统功能障碍与病人的年龄（odds ratio 1.07/year, P<0.001）和停循环的时间（odds ratio 1.06/min, P<0.001）显著相关［6］。其次，降低体温可延长停循环时间，同时可因体温过低导致副作用，如凝血功能障碍、肺功能损伤和微血栓栓塞等，这些并发症对于已经遭受手术打击的病人来说都是致命性的［7］。

　　2  RCP

　　RCP与DHCA合并应用可适当延长停循环时间。1980年Mills［8］等人首次应用此方法体外循环中动脉内空气栓塞。1990年Ueda［9］等在深低温停循环(DHCA)的胸主动脉手术中，持续逆行性脑灌注（RCP）脑保护。

　　2.1 RCP脑保护方法                                 

　　逆行性脑灌注的具体方法，各学者意见并不统一。 一般常用方法与低温停循环相结合，先根据手术需要常规插管，之后逐渐地在20~30min内将鼻咽温降至10~20℃。当脑代谢停止时（脑电图呈直线、颈静脉血氧饱和度大于95%，如没有条件可根据时间）全身停循环。逆行性脑灌注在停循环后可持续进行，也可间断进行。氧合后的动脉血经上腔静脉逆行灌注脑组织。根据颈静脉压力（大多数单位在15~25mmHg），经颅多普勒超声监测大脑中动脉流量或近红外光谱仪（near-infrared spectroscopy）调节灌注流量［10 ,11］。

　　2.2 RCP脑保护病理生理学机制                                 

　　(1)支持脑代谢，排除脑代谢产物［12］；(2)清除脑血管中的粥样斑块和气体栓子，避免血管栓塞及脑供血不足；(3)保持整个脑组织处于低温，减低脑组织代谢［13 ］。

　　2.3 RCP的优缺点                                 

　　目前对于逆行性脑灌注的优、缺点及其效果仍有很大的争议。人体解剖学研究发现，部分人的颈静脉系统存在静脉瓣，可能影响逆行性脑灌注的效果［14 ］。脑组织氧代谢研究表明RCP时的脑氧消耗量是术前的3.3%，而SCP为32%［15］，故RCP可支持脑代谢防止脑损伤的结论还有待进一步证实。由于各个研究中心患者的一般情况、病因及术中操作方法不同RCP的临床效果也不尽相同。所以目前RCP缺乏基础研究的有力支持，临床效果仍有争议，因此广泛应用受到限制。目前随着经验技术的积累，选择性脑灌注（Antegrade selective cerebral perfusion）以其生理性灌注，以及良好的临床结果在全世界逐渐得到广泛应用。

　　3 SCP

　　顺行性选择性脑灌注就是指按照生理状态，将氧合动脉血经所选择的动脉系统，如无名动脉、右腋动脉或左颈总动脉，持续的灌注大脑。早在1986年SCP应用于主动脉弓部手术。早期由于SCP致脑栓塞发生率较高其发展缓慢，应用受限，随着经验和技术的不断积累，近年来由于在手术方法上进行改进，因此效果上取得了明显进步，以下对SCP时的流量、方法及结果做简要叙述。

　　3.1 灌注流量的选择                                 

　　成人脑重占体重的7%，耗氧、耗糖量分别占全身供给量的20%及25%。脑组织没有葡萄糖及氧的储存，脑缺血2min脑活动停止，5min即可出现不可逆损伤。脑血管自身可通过小动脉的收缩与舒张维持有效灌注压力（Bayliss效应）。这种效应限在平均动脉压60-160mmHg。研究表明在α稳态管理血气的情况下体温降至20℃时，脑灌注压力维持在30-100mmHg的范围内，即可避免脑缺血和缺氧发生［16，17］。Hisashi Tanaka等人动物研究发现中低温体外循环（25℃）时，顺行性脑灌注流量保持在生理的50%，并将颈总动脉压力维持在30mmHg以上对于脑是安全的［18］。不同的血气管理方法对脑血管的影响不尽相同。pH稳态管理时，体液环境偏酸使得脑血管扩张血流速度加快，超过脑代谢需求，称之为：“奢侈灌注”（luxury perfusion）［19］，所以目前多数单位应用α稳态进行体外循环管理。Katsushi Yamashita及同事应用双通道近红外光谱仪（NIRS）和颈静脉氧分压监测研究选择性脑灌注与普通心脏外科手术对于人脑的影响差异，发现在降温至22℃后以10ml/（kg・min）脑灌注与对照组比较在脑氧合血红蛋白浓度（Oxyhemoglobin）、组织氧合指数(Tissue Oxygenation Index)和颈静脉氧分压无显著性差异［20］, 说明选择性脑灌注对于脑的氧供与普通体外循环心外科手术的安全性是相同的。基于动物实验，目前临床常用α稳态管理，灌注流量是10ml/（kg・min），颈总动脉压力在40~60mmHg。

　　3.2 选择性脑灌注的操作方法                                 

　　不同中心所使用的灌注方法不尽相同。较常用的灌注方法是Teruhisa Kazui等人首先提出的切开主动脉弓部直接灌注法。具体的操作方法是：先经右房、股动脉插管建立体外循环并降温至22℃，全身停循环后切开主动脉弓部，于无名动脉和左颈总动脉未被夹层或动脉粥样斑块累及的部位插入动脉管。灌注流量一般为10ml/（kg・min）。选择性脑灌注期间，左锁骨下动脉可用导尿管闭塞。将主动脉弓部的头臂血管起始部分修剪呈“岛状”与人工血管吻合，或用分叉的人工血管分别与头臂血管吻合。完成人工血管替换后，充分排气逐渐复温［21-23］。

　　3.3 选择性脑灌注的优缺点                                 

　　此方法的优点是：(1）在全身停循环的过程中，双侧大脑半球均得到生理性灌注。（2）切开主动脉弓部直视下插动脉管，可以避免在动脉粥样斑块累及的部位操作，减少斑块脱落致脑栓塞发生的可能。Ergin和同事认为术中斑块脱落是主动脉弓部瘤手术发生脑卒中的主要因素之一［24］。(3)应用分叉人工血管完成主动脉弓部手术可以缩短停循环时间，切除受夹层或动脉粥样斑块累及的头臂血管根部，不仅避免病变复发及斑块脱落，同时便于各个吻合口的止血。(4)阻断左锁骨下动脉可防止“窃血现象”发生，并有利于经椎动脉对脊髓的供血。此方法的缺点是：(1)插灌注管时脑部供血有暂停。(2)切开主动脉弓部插灌注管时，气体或血栓可能进入头臂血管导致栓塞发生。如果技术熟练，并采取头低位（Trendelenburg position）可避免前两点不足。(3)经股动脉插动脉管建立体外循环可能致股动脉的粥样斑块脱落，并有动脉管插入夹层的假腔及影响下肢远端血供的危险。

　　4 手术效果与经验和病例组成有关

　　不同作者应用SCP的手术效果报道不尽相同，主要与手术经验、病例组成有关。Teruhisa Kazui和同事采用此方法在1986年至2001年行330例弓部替换术, 术后永久性、暂时性神经系统并发症发生率分别为2.4%、4.2%，住院死亡率11.2%。SCP时间与住院死亡率和神经系统并发症发生率无显著性关系［25］。Marco Di Eusanio和同事于1995年到2001年行413例选择性脑灌注的胸主动脉瘤手术，住院死亡率为9.4%，暂时及永久性神经系统并发症发生率为5.1%和3.7%［26］。Yutaka Okita和同事将1997年6月至1999年4月连续60例主动脉弓部手术患者交替分为两组，分别于术中应用深低温停循环＋逆行性脑灌注（DHCA+RCP组）或选择性脑灌注（SCP组）进行脑保护［27］。DHCA＋RCP组当鼻咽温降至18℃以下时开始深低温停循环，同时逆行性脑灌注进行脑保护，颈内静脉压力维持在15~20mmHg。SCP组鼻咽温降至20~25℃，经右腋动脉或无名动脉及左颈总动脉双侧顺行性脑灌注，流量在300~500ml/min。结果发现两组间住院死亡率和脑卒中发生率无显著性差异，RCP组术后短暂性脑功能障碍发生率明显高于SCP组（P＜0.05）。

　　与经典的选择性脑灌注方法不同，Og￠uz Tasdemir和同事提出经右腋下切口右腋动脉插管，建立体外循环并进行选择性脑灌注［28］。他们的理论依据是由于大脑Wills环的存在，使得经右腋动脉灌注的动脉血，经右椎动脉、右颈总动脉通过侧支循环（大脑前、后支）灌注双侧大脑半球。大脑Wills环由大脑前交通支、两侧大脑前动脉起始段、两侧颈内动脉末端、两侧后交通支和两侧大脑后动脉起始段组成。经右腋动脉的单侧选择性脑灌注，只有在大脑前交通支及左侧后交通支同时缺如或闭塞时，才可能影响大脑左半球的额叶和颞叶的血液供应。具体方法是经右腋窝沿肱二头肌和肱三头肌交界长轴的皮肤切口逐层游离出右腋动脉， 以16~18F的静脉引流管（California Medical Laboratories, Irvine, CA）为动脉管，与右房建立体外循环。并行循环降温至26℃，阻断无名动脉、左颈总动脉和左锁骨下动脉，全身停循环行选择性脑灌注，灌注流量为8~10ml/(kg・min)。在完成人工血管与远端主动脉及头臂血管的吻合后恢复循环并逐渐复温。他们采用此方法从1996年至2001年完成104例主动脉弓部手术，平均全身停循环、选择性脑灌注时间为19~80(39±22)min，住院死亡率为7.6%(8例)，其中因神经系统并发症死亡仅为1例。作者认为由于颅底前后交通支的存在，在中度低温的状态下，经单侧腋动脉灌注可以满足双侧大脑半球的氧供需求。经右腋动脉的选择性脑灌注具有多项优点，首先建立体外循环方法简便，腋动脉插管可完成体外循环和选择性脑灌注两项工作；腋动脉插管不干扰胸部手术视野；术中不中断脑部供血，减少神经系统并发症发生；缩短手术及体外循环时间；避免动脉栓塞、深低温停循环和股动脉插管相关的并发症发生。所有病例中有24例脑灌注时间长于60min，而无一例神经系统并发症发生。此方法的缺点是腋下皮肤切口术后护理困难，且患者可因切口疼痛致右上肢活动受限。

　　孙立忠和同事从1994年开始采用经右锁骨下方皮肤切口腋动脉插管的方法进行选择性脑灌注［29］。具体方法为右锁骨下方约2cm处作一个长3～5cm与锁骨长轴平行的切口，切开皮肤、皮下组织和胸大肌筋膜。钝性分离胸大肌游离显露腋动脉，小动脉分支可结扎或用丝线阻断。肝素化后依次阻断腋动脉远端和近心端，中间作一横切口，长度约为血管周长的1/2～2/3。选用20～24F动脉插管，管口斜面朝下插入腋动脉，松开近心端阻断钳插管进入右锁骨下动脉，插管进入血管内长度约3cm，到位后旋转180°，使管口斜面朝上，近心端线绳打结并固定在插管上以防其脱落。转机降温至28℃时，阻断升主动脉，灌注心脏停搏液。继续降温的同时，可完成心内畸形矫治、近心端人工血管的吻合或冠状动脉移植等操作；当鼻温降至18～22℃时，置患者头低位15～30°，动脉灌注流量减低至5~10ml/(kg・min)，将无名动脉、左颈总和左锁骨下动脉近端阻断，同时开放升主动脉阻断钳，完成主动脉弓部和弓降部手术操作。此时经右锁骨下动脉行选择性脑灌注，其它部位为深低温停循环。他们用此方法行主动脉弓部的手术70例，体外循环时间52～328(129.18土 46.78)min；心肌阻断时间24～140(72.18士25.78)min，脑部低流量灌注全身停循环时间最长达81(28.06士21.07)min。本组患者术后6h内全部清醒，无神经系统并发症。与经右腋下插管的方法比较，此法具有术后皮肤护理方便，疼痛较轻，且可选择管径较粗的动脉插管，从而保证体外循环流量的优点。Thomas Schachner和同事采用类似方法行22例主动脉手术，动脉插管的切口位于右锁骨下1cm，右腋动脉切口为纵行方向，选择20~22F动脉插管，平均体外循环时间为209（87~320）min，住院死亡率为13.63%，均为急性主动脉夹层患者［30］。

　　单侧经右腋动脉的选择性脑灌注具有方法简便等优点，多位作者报道采用此方法行主动脉手术的结果满意。但是单侧选择性脑灌注与双侧灌注比较是否可完全满足脑部氧供的需求？在中度低温时全身停循环有无安全时限及其长短等问题还需相关动物实验的深入研究。且目前尚缺乏单侧选择性灌注、双侧灌注及逆行性脑灌注三种脑保护方法在临床效果方面的随机双盲对照研究。所以究竟那种方法更安全有效，还与病人病变情况及手术术者经验有关。

　　综上所述，深低温停循环、逆行性脑灌注及选择性脑灌注是目前临床常用的三种主动脉弓部手术中的脑保护方法。选择性脑灌注更符合生理，不中断脑部供血，并可以满足脑组织对氧的需求。由于世界各国主动脉病人的病因不同，西方国家以动脉粥样硬化性病变为主，东方国家尤其是我国目前以主动脉夹层为主要病因，以及各个外科中心医生的经验及习惯不同，目前无法确定那种方法更优秀，更安全。三种方法各有利弊，有时根据病变程度及累及部位不同，需要多种方法的综合使用。

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