深低温停循环技术

介绍

深低温停循环技术（deep hypothermic circulatory arrest，DHCA）是一种用来辅助完成复杂心脏大血管手术的技术。完全的心肺循环停止用于术中无法行体外循环的大血管手术，这种大血管手术通常会导致远端血流中断以及手术野的严重出血。低体温能够抑制代谢率和细胞代谢，在缺血时保护中枢神经系统。低体温定义为浅低温为32-35℃，中度低温为28-32℃，深低温低于28℃。

中枢神经系统（central nervous system ，CNS）氧耗约占全身氧耗的1/5，其中60%用于维持细胞的完整性而另外40%用于神经传导。体温从37℃每降低1℃，脑氧代谢率（cerebral metabolic rate for oxygen ，CMRO2）会降低7%，体温低于20℃时，CMRO2加速下降。脑血流量（cerebral blood flow ，CBF）下降和CMRO2下降与体温呈线性相关，但在体温降至22℃时CBF和CMRO2下降程度不再一致。当体温在18℃时，60%的患者会出现等电位脑电图，而体温降到12.5℃时，出现等电位脑电图患者比率增加到99%，表明低体温能抑制大脑代谢活动从而起到神经保护作用。低体温停循环技术的使用受到停循环时间的限制，需要做到安全且避免神经及多系统副作用发生。

DHCA适应症

DHCA最常用于择期复杂的主动脉弓手术，这种手术不能利用体外循环（cardio pulmonary bypass，CPB）提供大脑血流灌注。DHCA也常用于修复A型主动脉夹层的急诊手术。其他的适应症见表1.

表1 深低温停循环技术的其他适应症

DHCA实施

每一个心内直视手术都要进行术前评估以及术前用药。在实施DHCA之前，进行基线神经病学测试以获得基线资料非常重要，尤其是对那些术后出现神经功能缺失的病人。此外，一些中心使用神经认知测试来检测术后更加细微的变化。由手术本身特点来决定是否放置有创动脉监测以及对监测结果的解释，决定旁路导管的位置以及是否需要使用辅助灌注，以及是否需要放置双上肢导管或右上肢和下肢联合导管。在DHCA时最重要的是体温监测，通常采用鼻咽部联合食道或者鼻咽部联合膀胱两个位置监测体温。肺动脉漂浮导管以及体外循环引流管温度是获取体温信息的其他途径。肝素化和CPB是标准化DHCA的开始，但通常是外科手术的复杂程度决定了降温的时间及程度。

降温和停跳

一旦CPB建立且在全流速的情况下，降温开始。静脉流入和动脉输出血液之间的温度梯度保持在10℃以内。一些中心把患者头部放入冰中或者使用头部降温设备来预防被动复温。如果临床医生选择使用药物进行神经保护，需要在停循环之前使用。神经保护药物在本指南中会进一步讨论。

如果使用静脉麻醉药，可以采用滴定法给药，一旦患者的体温低于28℃，在CPB之前可以重复给予肌松剂。一旦体温降低到预期的温度，病人的血液会部分引流至CPB回路中，CPB停止。在DHCA时，肝素化的血液处于停滞状态，此时既不能给药，也不能采集血样。

最佳温度和DHCA持续时间

最佳的目标温度仍然需要进一步研究。不同的研究方法以及大量不同的临床实践使得很难获得一致公认的最佳体温。大多数的医疗中心实施DHCA体温维持在18-20℃。对于猪的研究表明即使核心体温为8℃，CMRO2基础仍维持在8-11%。目前的结论是：在DHCA过程中，即使大脑处于等电位脑电图仍然有氧耗。

研究表明DHCA持续40分钟是安全的，超过这一时间之后脑卒中以及神经功能缺失的发生率开始显著上升，因此DHCA的持续时间需要尽可能的短。

血糖和血容量管理

心脏手术中高血糖与术后不良反应相关。在DHCA中高血糖很常见。CPB诱导的炎症介质介导了胰岛素抵抗，同时低体温导致胰岛素释放减少。此外，在DHCA开始之前使用神经保护作用的糖皮质激素会加剧血糖变化。高血糖会导致细胞内酸中毒，因为乳酸是糖的代谢产物，从而促进兴奋性中毒。应该每30分钟监测一次血糖，控制血糖在10mmol/L以下。

深低温使得血液粘滞度增高，红细胞脆性增加，导致微循环受损和潜在的缺血。此外，氧合血红蛋白解离曲线左移损害氧气释放。以降低携氧能力为代价，血液稀释可提高微循环血流。但是在深度低体温时，由于氧耗的大幅下降，携氧能力下降将不太重要。有限的证据表明维持红细胞比容在22%左右或者血红蛋白7.5g/dL是一个不错的选择，最近的研究表明在DHCA过程中血红蛋白大于8g/dL或者大于10g/dL病人不会额外获益。

DHCA过程中的神经监测

可以采取2种形式

1. 电活动——脑电图（EEG）或者体感诱发电位（SSEPs）
2. 血氧——颈静脉球血氧饱和度（SjO2）和近红外光谱

在一些医疗中心，会进行麻醉深度监测（例如BIS监测），然而在DHCA中如何解释这些数据是不清楚的。表2列出了不同方法的优点和局限。

表2 DHCA过程中不同神经功能监测形式的优点及局限

DHCA过程中其它的神经保护策略

药物神经保护

药物通常用于提高深低温的神经保护作用。在DHCA过程中不能向病人血液中追加药物，因此药物必须在循环停止之前使用。一项近期世界范围内的涉及105个中心的调查表明临床使用方法各不相同。与非欧洲国家相比较（17.7%），欧洲国家（61.5%）更喜欢使用硫喷妥钠，而与欧洲国家（28.4%）相比，非欧洲国家（66.1%）更喜欢使用丙泊酚。皮质类固醇在所有的中心均常规使用（欧洲国家约为70%，非欧洲国家约为95%，最常用的药物是甲基强的松龙）。

硫喷妥钠和丙泊酚都能降低CMRO2和CBF。硫喷妥钠在大剂量时可以表现出最大的神经保护作用，但同时会导致心肌抑制，此外，也有可能会引起苏醒和拔管延迟，而丙泊酚却不会出现。但基本上没有证据表明DHCA过程中有任何药物 可以增强神经功能。皮质类固醇降低CPB产生的系统性炎症反应（SIRS）以及炎症因子的水平，但是会使得维持正常血糖更加困难，可能会增加脓毒症的风险，这些矛盾结果使得使用皮质激素可能难以获得明确的获益。

在一些医疗单位，通过CPB回路给予挥发性全麻药来维持麻醉，以利用挥发性全麻药抑制代谢、抑制谷氨酸盐释放以减轻兴奋性神经毒性从而达到脑保护作用。挥发性麻醉药预处理在动物模型中能够提高对缺血的耐受，但是仍然没有足够的证据表明在DHCA中吸入挥发性全麻药是如何转化成神经保护作用的。此外，对其它药物的大量研究，无论是在动物模型中还是仅在CPB下心脏手术的研究，也都没有证据表明在DHCA时有确切提高神经功能的证据。

酸碱平衡管理

血液温度下降会导致水离子化程度降低，增加气体在血液中的溶解度（表3）。这将会导致低体温生理性碱中毒，然而，血气分析仪将血液加温到37℃后分析忽略了病人的实际体温，因此动脉血气分析结果将会显示正常的pH以及二氧化碳分压数值。为了纠正上述偏差，体温需要人工输入，机器通过罗森泰校正系数计算该体温所对应的数值（体温改变1℃，PH改变0.015个单位）。例如，对一个体温为20℃的患者进行动脉血气分析（ABG）将会显示pH为7.65，二氧化碳分压为2.4kPa(18mmHg)，但是要记住血液中总二氧化碳的容量保持相同。

有两种方法帮助解释低体温患者的动脉血气：

1. PH稳态。动脉血气分析根据患者的体温来校正，结果的理解与37℃时的正常值（pH7.4,二氧化碳分压5.3kpa，40mmHg）不同。如上所述案例患者的体温降至20℃，将会出现碱中毒和低碳酸血症。灌注师需要纠正这些数值到“正常”，例如pH7.4,二氧化碳分压5.3kpa，40mmHg，不考虑患者的实际体温。可以通过添加二氧化碳到体位循环回路中来实现。患者的血液现在将变成酸性的以及高碳酸血症，总二氧化碳容量会增加。
2. α稳态。动脉血气分析分析的结果不经过体温校正，认为37℃的结果为“正常值”，目的通过这些参数允许生理性低体温碱中毒，以维持细胞内PH。

Table 3. Outlining the blood gas changes seen with each 1°C deviation from 37°C

动脉二氧化碳分压是调节大脑血流的主要影响因素。pH稳态提高了动脉二氧化碳分压及自我调节能力丧失，导致大脑血流增加以及体温下降时提高氧气交换，但是有增加栓塞的风险，同时在复温时可能会导致大脑水肿。猪的模型提示当在降温的过程中使用pH稳态能够提高神经功能，即使有发生微循环血栓的担心。此外，在新生儿和婴幼儿中，pH稳态可能增加死亡率。使用α稳态，保存了大脑自我调节能力，降低大脑水肿以及血栓的风险，但是在有潜在的脑血管疾病的患者中会导致血流的不均衡分配。然而，大脑的酶活性会更好的保存。一些研究表明α稳态在成人中能产生更好的神经认知结局，然而，也有研究并没有发现差别。

相矛盾的证据使得很难去支持某一种酸碱平衡管理方法，有关比较这两种策略的大多数研究也仅仅只关注CPB病人，所以被推测认为是DHCA独特的生理现象。Svyatets等人建议使用两种方法联合，在降温时使用pH稳态，在停跳和复温时转为α稳态管理。

复温

在完成需要DHCA的手术操作后，CPB需要重新建立。初始的深低温将维持约10分钟，其目的是使中枢神经系统再灌注冷的血液以减轻缺血再灌注损伤。此外，维持动-静脉温度梯度小于10℃。复温必须很慢，通常每分钟小于0.5℃。复温的时间需要长达90分钟。核心温度不能超过36.5℃，因为体温过高会加剧神经损伤。在复温过程中，需要积极的管理低体温循环障碍。在复温的过程中，静脉麻醉药物需要进行滴定使用。

辅助灌注策略

有两种辅助灌注策略可以改善DHCA预后。联合治疗性低体温和术中维持大脑灌注。这与体外循环中冷冷晶体停跳液相似，被称为“脑保护液”。医院之间以及专家之间使用的方法都有所不同。深入的解释超出该指南的范畴，但是有两种大概的方法：图1和2提供了对两种方法简化的图解。

1. 选择性顺行脑灌注（SACP；图1）：脑血管通过术中导管选择性地灌注一个半球或双半球，这是独立于CPB的、依赖完整Willis环来灌注整个大脑。许多中心采用平均压力50-70mmhg的10-20mls.kg-1流量灌注，因为这被认为是符合生理状态。这种技术的优点是，它允许一个较小范围的低温（23-25℃），从而降低低体温并发症、缩短降温/复温时间，甚至减少CPB总时间。此外，还负责整个手术过程中不断向大脑输送含氧血液。此外，可以设定为运输冷的（10-12℃）血液到大脑而允许较高的身体核心温度（25℃-29℃）。当主动脉手术完成时，这项技术仍然需要将低位身体进行DHCA。
2. 逆行脑灌注（RCP；图2）：冷的含氧血液通过奇静脉进入上腔静脉逆行灌注大脑。血液回到主动脉弓。它是基于脑静脉系统无瓣膜的前提，然而静脉瓣已被证明存在于人类。通常使用的灌注压力25mmhg。RCP的优点是延长DHCA长达60分钟的安全时间，对于RCP有效脑灌注以及在DHCA下维持颅内低温的能力受到许多研究的质疑。相比SACP，它也不太可能导致远端栓塞。

图 1: 选择性顺兴脑灌注 Original illustration by Ying Wang, Student at Brighton University

图 2:逆行脑灌注

近几年关于辅助灌注的类型选择似乎是SACP更受欢迎，然而最近的研究表明相当多的临床证据来标准化DHCA。SACP明显增加了手术的复杂性，但允许较小程度的低温。RCP的复杂性较小，有利于急诊手术的进行。并且很多学者建议采用经颅多普勒评估逆行脑血流量，而不是任意一个灌注压。这两种技术都不能取代DHCA，而是应当作为延伸和改善DHCA的手段，从而使脑功能得到最大化保护。

总结

• DHCA是心脏手术和麻醉的一项重要技术。
• 停循环的目的在于帮助主动脉弓手术顺利进行，同时低体温是为了避免缺血性损伤。
• 许多中心使用神经监测和神经保护药物可以进一步降低神经损伤的风险。
• 顺行和逆行灌注方法越来越多地被用来延长DHCA时限。