体外循环中肝素涂层管道应用的进展.
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ECMO-ECMO定义及发展ECMO是体外膜肺氧和(extracorporeal membrane oxygenation)的英文简称,它是代表一个医院,甚至一个地区、一个国家的危重症急救水平的一门技术。
1953年Gibbon为心脏手术实施的体外循环具有划时代的意义。
这不但使心脏外科迅猛发展,同时也将为急救专科谱写新的篇章。
在心脏手术期间,体外循环可以短期完全替代心肺,而可以实施心内直视手术。
同时,在心脏手术室快速建立的体外循环后抢救成功率非常高。
学者们立即有了将此技术转化为一门支持抢救技术的想法。
但实施起来并不乐观,一系列问题难以解决。
其中主要的问题是:肝素抗凝与出血的矛盾、溶血、生物材料组织相容性差。
探索的路是漫长的,ECMO的构想从第一例体外循环就产生,但始终突破不了维持数小时的时间限制。
直到1972年,Hill报道3天的体外循环成功抢救外伤患者。
于是一些医院相继开展ECMO,但很快因低成功率而告一段落。
八十年代一些医院将ECMO用于新生儿呼吸衰竭取得成功。
1993年Zwushenberrger等对5000例ECMO治疗的呼吸衰竭患儿调查表明,其生存率为82%,而常规治疗死亡率为80%。
这又激发了人们的研究热情,并于1994年做出阶段性的总结:ECMO对新生儿的疗效优于成人,对呼吸功能衰竭疗效优于心脏功能衰竭。
随着医疗技术、材料技术、机械技术的不断发展,ECMO的支持时间不断延长,成人的疗效不断提高,从而被更广泛地用于临床危重急救。
甚至一些医疗中心将ECMO装置定为救护车基本配置,使ECMO走向院前而更好地发挥急救功能。
ECMO-ECMO的原理ECMO是走出心脏手术室的体外循环技术。
其原理是将体内的静脉血引出体外,经过特殊材质人工心肺旁路氧合后注入病人动脉或静脉系统,起到部分心肺替代作用,维持人体脏器组织氧合血供。
ECMO的基本结构:血管内插管、连接管、动力泵(人工心脏)、氧合器(人工肺)、供氧管、监测系统。
体外循环发展史一、体外循环的定义体外循环(Extracorporeal circulation, ECC)是指通过特殊装置将回心血液引流至体外,经氧合后再输回人体,从而临时完全或部分代替心、肺功能的一种专业技术,也称心肺转流(Cardiopulmonary bypass, CPB)。
体外循环技术使常规条件下难以进行的心内畸形、高难大动脉疾病纠治手术得以开展,开创了心、血管外科学的新纪元,其也成为心脏、血管疾病外科治疗的必备技术。
二、体外循环的发展简史(一)组织灌注1812年,Le Gallois死亡动物的组织器官以血灌注后出现短暂生命恢复现象。
建立体外模型,以保证器官的存活。
19世纪中叶,Brown-Sequard 以血液灌注死刑犯尸体,尸僵消失。
1929年,Brukhonenko和Tchetchuline以血灌注断头犬的头或全身,头及其它组织器官功能能维持数小时。
血液灌注的意义:向组织器官提供氧气及其他营养物质,并带走代谢废物,保持生命内环境的稳定。
研究证明:保持含氧血液的灌注能维持组织器官的功能。
(二)医疗要求呼唤体外循环技术的诞生先天性心脏畸形、大血管等疾病治疗的需要1930年10月,美国波士顿麻省总院外科,一女病人行胆囊切除术后两周出现肺大块栓塞死亡,促动其监护医师、刚毕业的Gibbon产生设想:如果将此病人的静脉血氧合变成动脉血后再输入其动脉内,也许能救活此病人。
1953年5月,Gibbon用其自制的体外循环装置为一18岁患有先天性房间隔缺损女孩cecelia bavolek 成功进行了世界首例于体外循环心内直视下房缺修补术。
(三)进行体外循环三个基本条件:①足够的血流动力(人工心或血泵)②充分的血液气体交换(人工肺)③满意的血液抗凝(四)三个基本条件的实现1.血泵:注射器、活塞泵、隔膜泵、螺旋推进泵、指压泵、单滚压泵、多滚压泵、锥面滚压泵、离心泵、涡流泵、重力皮囊滚压泵等。
目前临床体外循环中最常用的为滚压泵和离心泵,其具有足够的驱动力、精确控制流量、使用方便等特点。
体外循环技术新进展自从1953年Gibbon在世界上首次使用体外循环技术成功地完成一例心脏直视手术,至今已经近五十年了,随着国民经济的开展和医疗卫生事业的进步,我国心血管外科得到迅速开展,全国各省市直至县区能开展体外循环心脏手术的医院,从二十年前的34所增加到今天近800所,每年完成的心脏直视手术从1700例增加到30000例左右,而广东省就有近40家医院开展了体外循环心脏手术。
心脏外科与体外循环是不可分割的一个整体,心脏外科的开展无疑也促进了体外循环技术的开展。
近年来,体外循环无论从理论还是从设备的先进性、技术的革新上都取得了令人瞩目的进展,这些进步又促进了心血管外科以及其他学科的开展。
一、体外循环概念的更新体外循环从一开场就与心脏手术紧紧地联系在一起,四十多年来,随着医学科学日新月异的开展,仪器设备的更新换代,体外循环的原理不变,概念却在不断更新,其含义已远远超出了心脏手术这一固定的内涵,体外循环已不再是心脏手术的专有名词,但凡需要心肺支持、血液暂时的旁路循环,都可使用体外循环技术。
体外循环临床应用的范围已涉及许多领域。
目前,体外循环除了应用于日益增多的心内直视手术外,心、肺移植术,大血管(胸/腹主动脉瘤)手术,肾癌切除及下腔静脉癌栓摘除术,肝移植(静脉静脉转流)手术,气管手术,纤支镜下肺灌洗(肺蛋白沉着症)术等都使用了体外循环技术;在体外生命支持(extracorporeallifesupport)这一新的领域里,如心脏术后严重低心排综合征、左心/右心/全心衰的辅助循环,急性呼吸功能衰竭(ARDS)的体外膜肺支持疗法(ECMO),有机磷中毒的超滤排毒以及在紧急心肺复苏中发挥着越来越重要的作用。
同时,一些更新的领域正在不断开发,如利用高温体外循环的方法杀伤体内的艾滋病病毒;利用体外循环超滤的方法进展戒毒等。
二、体外循环设备的开展体外循环设备的开展是促进体外循环技术开展的动力。
(一)新型人工心肺机(体外循环机)体外循环机的三大主要系统是血泵、监测和变温系统。
PMAE抗凝血材料的研究进展与应用【摘要】聚甲基聚乙二醇丙烯酸酯(PMEA)类抗凝血涂层是一类重要的生物相容性材料。
因其结构中的PEG长链结构可以减少了蛋白质变性及血小板黏附,最终减缓了血栓的形成。
近年来,大量的动物实验和临床试验证明其有很好的临床效果。
而且在国外此类产品已经逐渐普及,但在国内尚很少使用。
【关键词】聚甲基聚乙二醇丙烯酸酯;抗凝血涂层;生物相容性0前言对抗凝血材料的研究可以追溯到上世纪40年代。
由于心血管手术的发展,需要大量与血液接触装置如:体外装置、血管移植物以及导管等。
但随后发现,这些高分子材料植入体内与血液接触后,会引起蛋白质分子在材料表面的吸附,进而诱发血液的凝固以致形成血栓[4、5] 。
因此,血液接触的生物医用材料表面的抗凝血处理就成为了一个研究热点。
要解决血液相容性问题首先要了解材料的凝血过程及机理。
1血液在材料表面的凝血机理当普通的生物医用材料与血液接触时,在1到2分钟内就会在材料表面产生凝血现象。
一般认为:血液的凝血分为两个过程。
[1-3]首先,血浆在几秒钟内蛋白吸附在材料表面,形成厚度大约20nm的蛋白质吸附层。
这一过程对血栓的形成起重要作用,而且与材料的表面性质密切相关。
其次,吸附在材料表面的蛋白质变性,在Ca2+存在的条件下,将引起血小板的粘附、聚集、释放反应,结果导致血小板血栓的形成。
与此同时,血液中的凝血酶原通过级联反应的方式被快速激活,生成凝血酶。
凝血酶催化可溶性的纤维蛋白原转化为不溶的纤维蛋白。
纤维蛋白自发地聚合形成纤维网,加上被吸附积淀下来的血小板,使血液的流动性下降,最后凝结成块状物即形成血栓。
在形成血栓的整个过程中,蛋白质的吸附和血小板的粘附、聚集及释放反应还有促凝酶的产生,协同作用,相互促进,不断加速血栓的形成。
因此其中最核心的过程是蛋白质吸附层的存在导致血小板粘附而出现的凝血[3-9]。
2PMEA结构与抗凝血性能的关系聚甲基聚乙二醇丙烯酸酯(PMEA)类抗凝血涂层是聚2-甲氧基丙烯酯和其他丙烯酸酯类的共聚而成的涂层,具有良好生物相容性、机械强度和加工成型性能。
体外循环中肝素涂层管道应用的进展【摘要】体外循环中肝素涂层管道是一种新型的技术,在体外循环手术中具有重要的应用价值。
本文从原理、应用情况、研究进展、优缺点分析和应用前景展望五个方面对该技术进行了详细介绍。
研究表明,肝素涂层管道可以有效减少体外循环中出现的凝血反应,降低血栓形成风险。
虽然目前相关研究并不多,但是其应用前景十分广阔。
未来的研究方向可以进一步优化技术,提高其稳定性和安全性。
体外循环中肝素涂层管道的应用效果值得期待,对未来的相关研究具有重要的指导意义。
【关键词】肝素涂层管道、体外循环、应用进展、研究意义、原理、应用情况、相关研究、优缺点分析、应用前景展望、应用效果、未来研究方向、总结。
1. 引言1.1 背景介绍体外循环是一种重要的术后生命支持技术,广泛应用于心脏手术、心脏移植等领域。
在体外循环过程中,血液通过一系列管道和设备进行循环,但由于血液接触到体外循环器械表面容易引起血栓形成和炎症反应,从而影响手术效果和患者的安全。
为了解决这一问题,研究人员提出了肝素涂层管道技术,即在体外循环器械的管道表面涂层肝素,使血液在通过管道时与肝素接触,实现抗凝血效果。
这项技术可以减少肝素的用量,降低患者出血和并发症的风险,对促进体外循环技术的发展具有重要意义。
本文将对肝素涂层管道在体外循环中的应用进行综述,探讨其原理、应用情况、研究进展、优缺点以及未来发展方向。
1.2 研究意义肝素涂层管道在体外循环中的应用一直备受关注和重视,其研究意义主要体现在以下几个方面:肝素涂层管道的应用可以有效地减少体外循环中的凝血反应和血栓形成,提高手术过程的安全性和成功率。
在体外循环中,患者的血液会与人为制造的材料(如导管、泵头等)接触,容易引发凝血反应和血栓形成,从而增加手术风险。
而肝素涂层管道能够通过释放肝素等抗凝血物质,有效地抑制血栓的形成,降低手术中的并发症风险。
肝素涂层管道的应用还可以减少患者在手术中需要接受的抗凝治疗剂量,降低对药物的依赖性和减少不良反应的发生率。
体外循环中肝素涂层管道应用的进展[关键词] 体外循环肝素涂层管道综述健康网讯:卢蓉,范慧敏(综述),刘中民(审校)(同济大学附属东方医院心胸外科,上海 200120)最好的血液相容表面莫过于血管内皮细胞。
有研究表明,微血管内皮细胞表面存在着肝素样分子和其他生物活性物质,可防止局部血栓形成。
如能把肝素结合在人工材料的表面,有可能使人工材料部分模拟人体血管内皮功能,避免血栓的形成,增加人工材料的生物相容性。
1963年Gott等[1]首次采用离子结合方式将肝素与合成材料结合,以增加人工血管的抗血栓特性。
此后人们发现肝素涂层材料可有效提高聚合材料的生物相容性,从而减轻术后全身炎症反应。
1 肝素涂层材料的原理与构造1.1 离子结合方式是利用肝素本身含有大量负电荷,用阳离子表面活性剂或含有阳离子的聚合物涂抹于材料表面,通过电荷来吸附肝素分子。
目前市场上的 Duraflo II表面(Baxter Healthcare Corp,Bentley Laboratories Divition, Irvine,Calif.)即是采用离子结合方式。
1.2 共价结合方式是通过特殊共价键使肝素分子结合于材料表面。
使用碳化二亚胺把肝素连接到水解聚甲基丙烯酸甲酯上;肝素再通过戊二醛以共价键结合在聚乙烯醇上。
共价键结合需要特殊的化学反应,把肝素结合到聚合材料表面。
对 CPB用品来说,每个部分材料的表面均需独立地进行肝素涂层。
此种方法可使肝素活性降低,随使用时间延长逐渐损耗,在某些情况下可能导致设备表面物理性损害。
其可能的原因是肝素作为一种粘多糖在共价键结合的过程中活性常发生改变。
目前市售Carmeda生物活性表面(Carmeda BioActive Surface, Carmeda, Stockhol m, Sweden,CBAS)即是采用共价结合方式。
1.3 物理结合方式是用肝素分子与聚合材料混合,在血液接触面缓慢释放肝素分子,达到抗血栓形成的作用。
1.4 结合方式的评价从现有的报道来看,共价键结合的材料性能可能更好一些。
研究发现,与Duraflo II相比,CBAS能显著降低常温CPB中组织纤溶酶原激活物,补体及白细胞激活也明显减少[2-4]。
Moen等[3]研究了两种表面对血液激活的影响。
与CBAS组相比,Duraflo II组乳铁蛋白及MPO的释放明显增加;且前者TCC形成及白细胞激活最少。
关于肝素涂层管道(heparin-coated circuits, HCC)对术后结果的影响,研究表明,Carmeda组在术后拔管时间、住院时间和节约费用方面都显著低于Duraflo II组[5]。
Ovrum等报道[6]在常规冠状动脉搭桥术中减少全身肝素用量,使用这两种类型管道,均有良好临床效果,但两者相比并无明显差异。
2 肝素涂层管道的临床应用初期临床应用中仅能在膜肺上涂抹肝素。
单纯应用肝素涂层膜肺(HCO)可减轻纤维蛋白原、凝血因子XII和高分子激肽原消耗,减少血浆补体C3a和游离血红蛋白水平,并且不影响气体交换[7]。
目前已有完全肝素涂层的CPB管道、氧合器、过滤器、插管等,使得正确评价和临床应用肝素涂层管道成为可能。
人们最初使用HCC主要是为了减少肝素用量以便于减少术后失血及需血量。
研究表明肝素本身可以引起纤溶和血小板的功能障碍[8],这些副作用是剂量依赖性的;肝素-鱼精蛋白复合物可以通过经典途径激活补体[9]。
应用肝素涂敷管道是减少肝素用量的唯一方法,从而有效地减少肝素和鱼精蛋白带来的副作用。
对于 HCC时肝素减量问题,目前尚无统一意见,然而多数作者认为使用HCC时减少全身肝素用量是安全的。
2.1 肝素用量关于采用小剂量全身肝素化的肝素涂层管道(LSH-HCC)时的肝素用量及ACT时间,各家报道不一。
肝素剂量在1~1.5mg/kg之间,ACT时间在150 ~280s之间[10-15]。
qvrum等[12]在CPB中所用标准为:(1)LSH-HCC:肝素:100IU/kg; ACT >250s;(2)全剂量全身肝素化的肝素涂层管道(FSH-HCC):肝素:400IU/kg ; ACT>480s。
Seggesser等[16,17]所用的标准为:(1)FSH-HCC:体内肝素用量为300IU/mg;预充液内为 5000IU/L;ACT>480s;(2)LSH-HCC:体内肝素用量为 100IU/mg;预充液内为1000IU/L;ACT>180s。
2.2 临床研究研究结果表明,肝素涂层管道可减少病人术后失血和库血用量[16,18],缩短拔管时间[30],在减少肝素用量时更明显[15-17]。
应用小剂量肝素化的HCC时,能抑制补体激活[11,13],使粒细胞激活减少[19],对纤维蛋白原、D-二聚体、b-TG及血小板计数等方面的影响与FSH无差异[18];并能明显减少心律失常发生率[32, 33]。
病人在ICU停留时间及住院时间缩短,住院费用减少[15]。
从而抵消了使用HCC 增加的费用。
在儿童,HCC时病人术后中心体温明显下降[29],与减少IL-6与循环中补体水平,降低炎症反应有关[34]。
也有报道肝素涂层管道可减轻冠脉搭桥对病人术后认知能力的损害,可能因为减少白细胞粘附聚集于脑血管床[37]。
Ranuci等[38]比较了鼓泡式氧合肺、常规膜肺和肝素涂沫膜肺的效果。
结果表明,肝素涂沫膜肺可以减轻肺的功能失常。
Hamad a等[43]报道冠状动脉搭桥手术中肝素管道与去白细胞滤器同时使用能减轻炎症反应和肺功能的损害。
Jansen[42]研究认为,抑肽酶预充的HCC管道明显减少病人在ICU停留时间,降低并发症的发生率,减少住院费用。
qvrum等[14]观察到LSH-HCC组的β-TG及TAT复合物在CPB结束时明显低于标准剂量组,PF1,2、纤维蛋白原、D-二聚体及血浆纤溶酶-抗纤溶酶复合体各组无差别;认为与FSH-HCC相比,LSH-HCC并不增加血栓形成的机会,小剂量全身肝素化的 HCC是安全的。
对于凝血酶来说,目前所用小剂量肝素在允许的范围内;标准剂量肝素对凝血系统没有任何有益的影响。
有学者对高危病人术中使用HCC进行评价[40]。
并以ICU停留时间、术后住院时间及是否出现严重并发症作为评价术后病人整体情况的指标。
从全组病人或MV组病人来看,HCC均明显改善了这些指标。
McCarthy[41]探讨再次心脏手术病人使用HCC能否改善临床结局。
结果表明,使用HCC没有出现任何副作用;需要大量输血的病人明显减少,再次换瓣病人在ICU需血量明显减少。
对急、重症病人,抗凝禁忌症的患者、不能脱机的病人需要长期机械性循环辅助者及使用ECMO者,可考虑使用肝素涂层管道,减少甚至不使用肝素进行转流,有望获得成功[20,25]。
也有临床效果不明显的报道[14,35,36]。
不同肝素涂层管道对临床影响并无差异[6,12]。
Steinberg[39]研究发现HCC对QS/Qt没有影响,可能的原因是预充液中加了蛋白质,后者在CPB之前可以冲刷掉大部分包被的肝素。
也有报道认为再次手术HCC时并不能改善临床进程。
并指出为使HCC更有利,需采取以下措施:减少肝素用量,避免心包积血回输[28]。
一些学者批评减少肝素用量,认为这可以增加凝血酶形成和纤维蛋白微栓的危险[26]。
Cheung等[27]报道HCC时使用1mg/kg的肝素可见心内凝块形成。
Mueh rcke 等[28]在不进行全身肝素化而使用HCC行生命支持时,也发现心内普遍有血凝块形成。
很明显需要进一步研究以确定使用HCC 的最安全措施。
2.3 LSH-HCC时应注意的事项许多的研究表明,在临床上应用小剂量肝素H CC是有效的和安全的。
然而应当注意其局限性[31]。
应当确认那些AT III缺乏和血液呈高凝状态者,术中避免血液瘀滞,避免应用那些对凝血机制的平衡有影响的药物,所有这些对避免术后出现并发症是非常重要的。
Segesser[16,17]等指出,小剂量肝素应用指征为病人在标准肝素化有危险时,此时必须有合适的外科技术和严格的灌注条件方能保证手术的安全。
小剂量肝素化的HCC时,要注意以下三种情况:⑴ 全流量:>2L/min,连续数h仍安全;⑵ 低流量:1 ~ 2L/min,短时间(数分钟)内是安全的,如果需要延长低流量时间,应同时延长ACT时间;⑶ 微流量:< 1L/min, 能维持数秒钟,尽量避免出现这种情况;停循环其间应全量肝素化。
小剂量肝素化HCC时有可能出现的问题及解决办法见下表。
Dowling等[20]认为,在无全身抗凝的情况下,使用HCC应注意以下几个方面:⑴ 术前AT III需正常;⑵ 插管后即转流;⑶ 保持CPB高流量:2.5L/min;⑷ 注意出血及引流血的抗凝回收;⑸ 不用滚压泵吸引器。
表2 小剂量肝素化HCC时有可能出现的问题及解决办法 ----------------------------------------------------------------------- - 潜在问题处理方法 ----------------------------------------------------------------------- - AT III 水平低增加ATIII或使用新鲜冰冻血浆 ACT对负荷量肝素不敏感增加ATIII或使用新鲜冰冻血浆 CPB开始插管中可能出现血凝块与静脉系统或储血池连通心外吸引储血室可能堵塞避免吸引凝血块更换储血池静脉管道空气阻塞停泵时可能出现凝血块再循环(局部回路) CPB中停泵凝块形成可能增加流量或肝素停循环凝块形成可能全肝素化 CPB结束凝块形成可能再循环(局部回路)中和后血液回收凝块形成可能红细胞冲洗装置氧合器中血回输凝块形成可能红细胞冲洗装置 ----------------------------------------------------------------------- - 不明原因问题全肝素化 ----------------------------------------------------------------------- -3 结论肝素涂层管道是提高生物相容性的有效方法之一,可减轻由于血液与异物接触引起的全身炎症反应,提高转流过程的安全性,其临床意义正在得到越来越多学者的认可。
尤其作为减少甚至不使用肝素的唯一方法,可减少应用大剂量抗凝剂带来的并发症,在某些特殊情况下,发挥了令人满意的作用。
但肝素涂管道并不能达到理想的生物相容性,仍具有一定的局限性。
随着对肝素涂层管道研究的不断深入,产品设计和制造工艺的不断提高,最终肝素涂层管道会在临床上得到广泛的应用。