体外循环病理生理.doc

体外循环后发生的病理生理改变A.体外循环对血液的影响（一）体外循环中血液系统变化的病因学1、血液稀释1）血液稀释重要的病理生理学改变是血液的有形成份减少，血液的粘滞度降低。红细胞减少将产生急性贫血及机体代偿性反应，晶体液稀释造成血浆蛋白减少，胶体渗透压下降而出现水潴留，以及钙镁钾钠等水盐代谢和酸碱平衡的改变。这些与稀释液的性质、稀释持续时间、稀释方法及程度有关。2）血液稀释造成的血液系统的影响（1）血液携氧能力 血球压积在30%以上时对红细胞携氧能力影响不大，但在20%以下时，携氧能力明显下降。当血球压积不低于20%时，红细胞携氧能力不受影响，微循环血流量增加，血液分布均匀，因此组织实际摄氧量增加。（2）血液凝固性 与血浆中纤维蛋白原浓度关系最大，其次与凝血因子及抗凝物质的浓度有关。血液稀释时，由于纤维蛋白原及血中凝血因子被稀释，血液凝固性降低。2、体外循环1）人工心肺及循环管路等均由人工材料组成。体外循环过程中，血液与大量的外源性异物表面接触发生反应是导致血液系统发生变化的主要原因，是诱发补体激活及血液凝集的起点。2）物理因素 包括泵的机械转动对泵管的挤压、主动脉插管太细、循环管道及接头内壁粗糙、管道打折或成角度、心内负压吸引等产生涡流和剪切应力变化，其中血液破坏最常见原因是负压吸引过多。3）化学因素 包括鼓泡式氧合器祛泡涂抹的硅油的脱落，环氧乙烷消毒剂的残留，塑料制品制作添加剂脱落等外毒素和转流过程来源于肠道的内毒素，术中通过静脉途径注入的各种药物也可能是有害于血液的。4）生物因素 体外循环中补体系统等激活血浆蛋白变性、组织碎屑、钙化斑块纤维蛋白、纱布纤维、滑石粉、库血中微凝块或心包腔中的脂肪球进入血液后，都可激发补体、凝血、纤溶及激肽等连锁反应，微栓是脑损害和多种脏器功能衰竭的重要原因。3、大量输血 大量输血可能加重患者术前存在的肝、肾疾病，特别是术前已潜在的止血功能异常，以致术后病人产生医源性出血。（二）血液系统的损害1、红细胞的损害 体外循环过程中由于表面张力改变的影响或压力的突然变化，泵转动的机械挤压作用及过高的渗透压均可导致明显的溶血。膜式氧合器、离心泵可明显改善上述不足。正常的机体可能清除约0.1mgHb/kgmin，肾脏滤过血红蛋白浓度在100mg/dl以上产生血红蛋白尿；当血红蛋白浓度高于300mg/dl以上时，肾功能可能发生损害。2、白细胞损害 通常情况下，灌注开始后外周血液白细胞计数下降，灌注后12小时升高，继之产生白细胞增多症，在无感染情况下可持续一周以上。体外循环期间，白细胞激活释放炎性介质。白细胞趋化迁移，尤其在微血管内聚集。在肺毛细血管内聚集并形成微栓，白细胞的吞噬功能下降。补体系统激活，使白细胞活化释放脂溶酶和血栓素等代谢产物，体外循环中肺功能的失调可能与白细胞在肺内隐匿及活化有关。冠状动脉旁路移植术后心肌内有白细胞沉淀，通过使用抗血小板药物双吡啶氨醇减少白细胞的沉淀，其作用途径是减少血小板活化和减少白细胞趋化因子的释放。3、血小板的损害 血小板数量减少及功能失调，其病因是多方面的，其中包括血液与人工材料异物表面的接触，气血交界面、预充液进行血液稀释及库血使用等因素。受损的血小板沉积在全身循环系统和体外循环装置表面参与微栓形成。血小板计数下降及功能失调，影响术后凝血。部分血小板滞留在肝脏、脾脏内。4、凝血因子和纤溶系统的改变 体外循环中纤维蛋白原浓度水平降低，纤维蛋白原降解产物增加，凝血因子、和减少。出血时间由于血小板功能异常而延长，与术后出血、输血量之间呈明显的正相关。5、血浆蛋白变性 体外循环过程中，由于血液与氧气泡、空气泡、微栓及人工材料异物表面的摩擦和内应力变化，使血浆蛋白分子变化。血浆蛋白中?球蛋白最容易发生变性，由此补体激活毛细血管内血细胞凝集、微栓形成。脂蛋白变性后，游离脂肪球被析出，80的术后早期死亡者可见到脑动脉脂肪栓塞；另外脂肪栓子也可能栓塞到其它重要脏器，如肺、肾等，造成器官功能的损害。低温下的血浆蛋白可发生冷沉淀，使血液粘滞度增高，不利于微循环血流。三、体外循环的血液保护（一）减少血液破坏、改善生物相容性1、血液接触的界面 理想的血液接触界面，不必用抗凝药物也能预防血栓的形成。目前使用肝素涂抹技术、内皮细胞种植技术及聚氨脂的发展已使血液接触界面明显改善，但尚未达到理想状态。2、祛泡剂 理想的祛泡剂应具有既可减低气泡表面张力，而又不会被冲刷掉的特点。3、滚压泵泵管 理想的管道不应该有脱落物质。聚氨乙烯或硅橡胶材料，易发生碎屑及脱落物，聚氨酯管道则仅有少量的碎屑脱落。（二）减少同种输血1、血液稀释和自体输血1）在麻醉期间 成人出血量在500ml以下者，只要血色素不低于10g/dL，均可用平衡液或其它血浆代用品如血代（尿联明胶）或血定安（琥珀明胶），或羟乙基淀粉或白蛋白等补充，不必使用全血。提高麻醉水平，防止麻醉偏浅或实施控制性低血压，可明显减少失血。2）体外循环预充 采用晶体液或血浆代用品，维持血色素成人在7g/dL，儿童8g/dL。3）体外循环前放血 对一些轻症患者在体外循环前按1020ml/Kg放血，用晶体、胶体液以3:1比例补充维持血容量，在体外循环结束后回输，这样既减少了体外循环对血液的破坏又减少了术后同种血输入。4）术前数日择期放血（将在下一节中讨论）2、减少血液丢失1）为了最大限度地减少血液丢失，应当做好术中和术后自体血的回收，将体外循环机器余血及纵膈胸腔引流的血，无菌严格过滤后回输给病人。回输机器余血时，每100ml余血追加鱼精蛋白35mg，并注意监测ACT。减少血液丢失采用的血液回收装置及方法在下一章讨论。2）认真做好术中止血工作仍是血液保护的前提，这就要求外科医师围术期止血认真、仔细。四、血液保护方法（一）自体血放出及回收1、术前自体血储备1）具体方法一般每周平均采集全血1个单位，最多采4个单位，储存35天，但末次献血不得迟于术前3天。采血期间应补充铁32.5mg/日，每天三次。有时可注用红细胞生成素（EPO），刺激骨髓红细胞生成。2）禁忌症（1）成人体重低（750秒以上。其它副作用包括过敏反应，诱发血栓形成、肾功能损害。2）凝血酸（1）凝血酸（TA）是一种抗纤溶药，其药效是6氨基乙酸（EACA）的10倍，CPB术后出血的可能原因之一是纤溶系统功能亢进，如果在体外循环前预防性静注TA，它能与纤溶酶原和纤溶酶形成可逆性复合物，将纤溶酶原从纤维蛋白表面置换出来，阻止有活性的纤溶酶与纤维蛋白结合，起到抗纤溶的作用，并防止结合在纤维蛋白上的组织激活物把纤溶酶原激活形成纤溶酶。（2）TA及EACA的半衰期为12小时，并以活性形式从尿中迅速排出。TA的常用量为10mg/kg，继之1mg/kg/h滴注。3）三磷酸腺苷（ATP） 鱼精蛋白拮抗后血中残留的低分子量肝素仍有低度抗凝活性，它们能与血管平滑肌的细胞受体结合，抑制血管收缩，使小血管和毛细血管出血增加。将低浓度（10-4moL/L）的ATP倒入胸腔和切口内，可阻止残余肝素与血管平滑肌细胞受体结合，清除创面上未被中和的肝素，可明显减少创面上的出血。2、保护血液成份类药物1）前列腺素 它通过刺激腺嘌呤环氧化酶增加细胞内cAMP的浓度而达到抑制血小板活化的作用，可立即、有效地、可逆地抑制血小板活性。2）醋唑酰胺（DDAVP） 是L-精氨酸加压素的合成类似物，DDAVP适用于预防治疗A型血友病和型vWF疾病的患者，在常规体外循环中不应使用它，在体外循环后出血过多需要输红血球和血小板浓缩液的患者可考虑术后使用。B、心肌缺血再灌注损伤心内直视手术中，为了获得安静无血的手术野，需要暂时阻断冠状动脉循环血流。心肌在第一次阻断冠状动脉灌注，其缺血缺氧期细胞内的生化反应及超微结构改变并不十分明显。当解除主动脉阻断重新恢复冠状动脉血流后，则可出现严重的病理性心肌细胞损害和顽固性心律失常，心肌肥厚或术前存在冠状动脉供血不足的患者更为明显。这种在缺血期心肌改变不明显，而在重新灌注后才充分表现出来的心肌损害称之为“心肌缺血再灌注损伤”。（一）心肌缺血再灌注损伤的表现1、心律失常 可能与再灌注细胞内钙超载及细胞外钾减少有关。2、细胞内钙超载：动物实验结扎冠状动脉60分钟未见细胞内钙离子含量增多，再灌注10分钟后细胞内钙离子含量增多10倍。3、超微结构的变化 血流灌注心肌细胞的突发性水肿，质膜破坏，线粒体肿胀破裂，肌纤维收缩带坏死。未灌注的缺血梗塞区只见苍白松弛的肌纤维，细胞结构仍保存。4、心肌酶漏出增加 再灌注冠状静脉窦及体静脉血中CK、LDH均增高。5、不再流现象 在再灌注区常见部分小血管内皮细胞肿胀及白细胞堵塞而呈无复流状态。6、心肌急性水肿，心肌顺应性降低。7、心功能减退 表现为心室顺应性、收缩力、血压及心排量等均下降，严重者不能支持循环。（二）心肌缺血再灌注损伤的机制1、细胞内Ca2超载 正常心功能有赖于心肌细胞内的钙稳态。心肌缺血期细胞内Na增高是再灌注时Ca2超载的基础。细胞内Na增高激活了细胞质膜上的NaCa2交换蛋白，再灌注时随着Na向细胞外移动，大量的Ca2通过NaCa2交换机制进入细胞内，造成 细胞内Ca2超载现象。细胞内Ca2超载导致细胞损伤的机理为：1）Ca2激活膜磷脂酶A2，使膜磷脂分解，细胞质膜及细胞器膜均受损。2）膜磷脂分解时产生的溶血磷脂抑制线粒体内ATP合成，而Ca2又激活ATP酶，促进ATP分解，导致能量急剧减少。3）细胞内Ca2增高使肌纤维挛缩。2、氧自由基（OFR）的大量产生 正常时线粒体内电子传递过程中可产生少量的OFR，但细胞内自由基清除剂超氧歧化酶（SOD）可将其清除，故不致造成损害。在心肌缺血时，能量消耗，ATP降解为AMP和腺苷，导致组织中次黄嘌呤堆积，在黄嘌呤氧化酶作用下生成黄嘌呤，从而为超氧化物阴离子自由基的生成创造了条件。当再灌注恢复氧供时，氧分子进入缺血组织，导致氧自由基的大量生成。与细胞质膜上的多链不饱和脂肪酸反应，发生脂质过氧化，可致细胞受损或死亡。C、体外循环与肺损伤（一）体外循环后肺损伤的病理改变体外循环后急性肺损伤在体外循环后30分钟即可出现。但转流时间少于2小时者常无明显的肺功能损害，急性呼吸衰竭综合症是术后死亡的主要原因之一，从活检或尸检标本可以观察到显著的形态学改变。1、两肺普遍肿胀，肺泡弹性减低或消失。2、肺脏广泛弥漫性充血，肺泡及间质水肿、出血。3、肺泡萎陷，肺不张。4、多个肺小动脉、静脉充血，毛细血管内白细胞聚积，多核细胞破碎及内皮细胞损伤。5、电镜观察内皮细胞肿胀，包括细胞浆、线粒体、内质网及细胞核肿胀，肺泡I型细胞肿胀，II型细胞丧失表面活性物质，线粒体肿胀。（二）肺损伤的临床表现1、肺顺应性降低 心内直视手术后肺不张很常见，发生率约70。原因是体外循环中肺脏没有灌注也无换气，常常伴有肺萎陷、肺泡表面活性物质生成减少、耗竭增加或被水肿液灭活。2、肺活量减少 主要表现为功能残气量减少，残气量上升。3、肺内分流 肺内分流主要因为肺泡萎陷和间质水肿导致小气道受压。主要表现为低氧血症、肺泡动脉氧差增加、肺动静脉间分流增加（1214），正常为58。4、肺血管阻力升高 体外循环中缺氧、酸中毒、白细胞的破坏作用、补体激活、鱼精蛋白过敏反应，均可使肺动脉压升高。5、肺水增加 体外循环后血管外肺水增加，常表现为气管及支气管内分泌物增多，气道阻力增加，肺顺应性降低。6、血气异常 表现为低氧血症和高碳酸血症。（三）肺损伤的原因1、微栓 微栓进入机体导致以下结果1）阻塞肺毛细血管床使肺血管阻力增加，肺动脉压力升高。2）肺内产生不均匀的微血管梗阻和不规则灌注。3）微栓以及受损的肺组织释放化学和血管活性物质，如组织胺、5羟色胺、缓激肽、前列腺素及纤维蛋白降解产物，直接损伤肺毛细血管内皮细胞，使毛细血管通透性增加、肺动脉压力升高。2、补体激活1）当血液与异物表面接触后，体液与非生物物质起反应，通过经典和旁路途径激活补体。2）C3及C5生成的生物活性片段C3a、C5a作用于效应细胞，如中性白细胞、肥大细胞等表面特异的受体而实现其功能。（图1）C3a及C5a都是补体过敏毒素，能刺激肥大细胞及嗜碱细胞释放组织胺收缩平滑肌，增加毛细血管通透性。诱发中性白细胞反应，包括趋化性、释放溶酶体、产生氧自由基，增加中性细胞的粘附与聚集性，导致中性粒细胞隔离于心肺或其它器官的微循环中。3、白细胞激活1）主动脉阻断时间，右房和左房血液白细胞数均增加，但主动脉开放后，肺血流恢复，右房血白细胞数增加，左房减少。中性粒细胞明显在肺毛细血管内滞留，产生脂类过氧化物酶、氧自由基。2）白细胞损伤肺的机理 可能为粒细胞表面粘附抗体，产生能激活补体的抗原抗体复合物，刺激细胞释放蛋白质水解酶，损伤毛细血管。在实验研究中，已观察到白细胞所致的肺血管闭塞、血管炎。4、血小板激活 体外循环刺激血小板释放血栓素，使血管收缩，血小板聚集，影响微循环。5、血液稀释 体外循环预充晶体液或胶体液，使血浆胶体渗透压（COP）明显降低，导致血管内的液体向血管外组织间质渗出。肺组织由于解剖生理上的特点，更易受COP下降的影响，液体向肺间质渗漏导致肺水肿。但COP的下降并不是肺损伤的主要因素。6、毛细血管静水压升高1）左房压（LAP）和肺动脉平均压（PAP）升高均可导致肺毛细血管静水压（Ppmv）的升高，从而使液体易于穿过毛细血管进入肺间质，使血管外肺水（EVLW）增加。体外循环后左房的过度充盈和肺循环的过度负荷，可能是肺损伤的重要原因。2）体外循环中导致肺循环超负荷的情况有（1）紫绀型先心病肺侧枝血管丰富，术中左心引流不充分，肺血管过度充盈。（2）肺静脉的机械梗阻，主要是瓣膜病患者。心室纤颤时的动力学梗阻，均可使肺血管因梗阻或血液倒流而发生过度充盈。6、鱼精蛋白过敏反应 轻度鱼精蛋白过敏反应属于I型过敏反应。即通过IgE抗体与肥大细胞结合，激发肥大细胞或嗜碱细胞脱颗粒并释放介质。注射鱼精蛋白后，引起外周血管扩张，动脉压暂时下降，肺动脉压持续上升，气道阻力增高，肺顺应性下降。鱼精蛋白通过经典补体激活途径生成C3a和C4a，激活的产物有特殊的生物学效能，如使肥大细胞脱颗粒和释放化学介质等。7、淋巴回流障碍 肺血管外的液体和蛋白质靠淋巴回流进入中心静脉系统。一旦回流障碍，会加重肺水肿。三、肺损伤的预防（一）在有条件情况下，特别是重症病例，首选用膜肺，这是保护肺功能的重要措施。（二）应用微栓滤器，减少肺内微栓，抑制白细胞的激活和血小板释放炎性介质，从而减轻肺血管急性炎性反应。一般动脉路应用40?m微栓滤器，消除微栓的效能好，不增加溶血，也不影响血小板数目。（三）尽量缩短体外循环时间，心肺转流时间的长短与肺超微结构改变成正相关。（四）做好左心减压，防止左房的过度充盈和肺血管床的膨胀，可通过左室、左房、肺静脉或肺动脉减压。（五）采取静态膨肺，减少肺内毛细血管血液淤滞和微小肺不张，增加表面活性物质生成。（六）鱼精蛋白过敏者或高敏者，特别是以前用过鱼精蛋白或鱼精蛋白锌胰岛素的患者，可在注入鱼精蛋白前先从静脉给予苯海拉明50mg、地塞米松10mg, 也可选用溴化已二甲胺替代鱼精蛋白。（七）药物保护1、类固醇椚缂谆康乃闪?0mg/kg）。它对细胞膜起稳定作用，包括阻止溶酶释放、抑制补体激活、抑制前列腺素代谢、抑制多核细胞释放自由基及抑制内啡肽释放，使肺血管阻力下降；抑制多核粒细胞、血小板与内皮细胞的相互作用，降低毛细血管的通透性。2、前列腺素E1（PGE1） PGE1能更有效地抑制肺血管内白细胞聚集、激活，抑制自由基的产生。作用机理是增加CAMP的形成，稳定白细胞溶酶体，改变膜的通透性。3、前列环素类 它能保持血小板数量，防止血小板颗粒释放，保护血小板亚细胞结构。4、硝苯吡啶、潘生丁、去铁酶（铁离子螯合剂） 均可减少粒细胞介导的氧自由基生成，减少白细胞的激活。5、抑肽酶 ：主要作用是抑制血清蛋白酶、丝氨酸活性基团，如纤维蛋白溶酶、激肽释放酶，抑制激肽蛋白原的激活和缓激肽的形成。体外循环时间大于60分钟时，缓激肽释放明显增加（4.618.0ng/ml），使全身外周阻力降低，毛细血管通透性增加，从而增加血管外肺水，肺通气换气功能降低。抑肽酶可抑制这一反应，起到肺保护作用。D.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8595%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?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?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6.720.0kpa(50150mmHg)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）PaCO21、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?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。E、体外循环导致ARF的病理生理（一）发病因素及分类1、肾前性在心血管外科中主要是各种因素导致的肾脏缺血缺氧性损伤，大多为可逆性改变，去除病因即可迅速恢复，常称功能性肾功能衰竭；但如果肾前性因素持续存在，将可引起肾小管坏死等病变，发展为肾性肾功能衰竭。1）体外循环中的低灌注压 可引起肾小球的有效滤过压降低，肾小球滤过率下降，尤其是长时间（90min）低血压状态和高龄患者，更易发生ARF。2）体外循环中的低血流量 主要是由于动脉泵流量不足和持续大量使用缩血管药物，有效肾血流量降低，与低灌注压所引起的改变相似。3）体外循环后低心排综合症。4）其它因素如体外循环中的微栓等。2、肾内性1）肾血流量减少 可引起肾小管上皮肿胀、变性甚而坏死，即所谓“急性肾小管坏死”，功能紊乱，肾小球血管内皮细胞亦可受到损伤，肾小球滤过率减少或通透性改变；2）血液因素 如体外循环中的游离血红蛋白和肌红蛋白大量增加、预充液中低分子右旋糖酐（D-40）、大剂量甘露醇、体外循环补体的激活、白细胞释放大量酶类等均可导致肾小管上皮损伤，管腔阻塞，肾间质水肿。3）药物因素 如氨基甙类和磺胺类抗生素、细菌毒素及一些麻醉剂等亦可引起肾小管损伤。4）术前已有的肾脏疾患 所有术前的肾脏器质性病变均使肾脏在体外循环中对缺血缺氧的耐受性降低，体外循环又可使这些病变加重，ARF的发生率和死亡率较其它患者显著增高。（二）ARF时的病理变化1、肾小管 上皮细胞肿胀、变性或坏死，基底膜断裂，管腔早期狭窄、后期扩大，内有管型形成可致管腔阻塞。2、肾间质 水肿、充血，白细胞浸润，并可与肾小管腔相通。3、肾小球 早期血管痉挛、肾小球变小，肾小囊腔增大，后期血管扩张，肾小球体积增大，肾小囊腔内充血、炎细胞浸润。三、ARF的临床表现与诊断（一）临床表现除少数严重者在体外循环过程中即出现少尿、无尿，多数ARF发生于术后24小时内，进展较非心血管手术患者快得多；临床可见短期内即发现少尿甚而无尿，强效利尿剂效果不显著，尿比重降低，尿镜检可见血细胞和大量管型，血清尿素氮和肌酐水平进行性升高（应与体外循环过程中的一过性升高相鉴别），并可出现高钾血症和代谢性酸中毒。（二）诊断ARF的常规诊断是一排除性诊断，但体外循环相关性ARF的影响因素很多且进展迅速，超早期诊断与处理对患者预后十分重要，须适当放宽诊断标准。1、尿量0.5ml/kg/小时或400ml/24小时 。2、尿比重1.016或固定在1.010左右 。3、尿镜检出现蛋白、细胞及各种类型的管型 。4、氮质血症Bun50mg/dl或持续25mg/dl、Scr5mg/dl或持续2mg/dl 。5、电解质和酸碱平衡紊乱 高钾、低钠、低钙血症、代谢性酸中毒 。6、尿糖、?微球蛋白的出现提示肾小管损伤。四、体外循环中ARF的预防在体外循环中对ARF的预防，关键措施在于肾前性病因的预防，避免有效肾血流的减少或尽量缩短肾血流减少的时间，辅助措施是通过脱水利尿等方法减少肾内性因素的不良影响。一般转流中尿量若不少于1ml/Kg/h，多不会导致明显的肾脏损害。（一）维持肾脏血流量1、提高灌注压力 虽然少数患者在平均动脉压（MAP）4.0kpa(30mmHg)时尿量仍可不减少，但对多数成人患者应维持MAP在6.7kpa(50mmHg)以上。2、提高灌注流量 目前对体外循环中的灌注流量尚无恒定标准，流量过高易致细胞破坏增多（尤其使用滚压泵时），过低则脏器灌流不足，且肾血流对灌注流量的要求有一定的个体差异，建议一般手术的灌注流量不应低于2.0L/m2/min，较长时间的手术的流量应高于2.4L/m2/min。3、扩张血管 在维持灌注压力的前提下，应适当使用扩血管药物，而尽量避免缩血管药物的使用。（二）血液稀释的应用1、现普遍采用的HCT2025的稀释度可明显降低全血粘度，改善血流动力学，增加肾血流量。2、可增加GFR，并降低肾小囊和肾小管腔内液体粘度，加快液体流速，预防管腔阻塞和肾小管萎缩坏死，增加尿量。3、可使各种毒性代谢产物浓度降低，红细胞破坏和游离血红蛋白减少，并加速其排出，减轻其对肾脏实质（主要是肾小管）的损害。（三）脱水、利尿剂的应用1、速尿1）为强效肾小管髓襻利尿剂，可抑制该处Na、K、Cl-的重吸收，并促进远曲小管处的Na-K交换，同时带动抑制水的重吸收，即使GFR下降亦可使终尿量增加；尚可降低肾血管阻力，增加肾血流量和GFR，并使肾血流重新分布，髓质血流增加。2）体外循环中的用量因人而异，若转流中尿量不少，可不用或少用，若转流中尿量不足1ml/kg/h或术前已有肾脏疾患者，应预防性一次给予1020mg，以后根据尿量和电解质检查结果追加。3）换瓣患者在术前因瓣膜机械性因素，水钠潴留，体外循环中血流动力学改善后，可自身排尿，尿量无问题。搭桥患者因稀释性利尿，尿量一般很多。二种患者速尿使用剂量一定要慎重。小儿因预充量大，肾排水功能有限，速尿使用可应积极。2、甘露醇1）为强效脱水利尿剂，通过血浆内高渗作用，使组织内水份迅速转移至血管内，并通过在肾小管腔内的高渗，减少Na、Cl-的重吸收，干扰髓质内高渗形成，从而水重吸收减少，肾小管充盈，尿量增加；其扩充血容量作用尚可使肾血管扩张、肾血流和GFR增加。2）体外循环中可常规预充0.20.5g/kg，不但可减少组织水肿、扩充血容量，尚有一定的肾脏保护作用，以后根据尿量酌情使用，术后ARF的发生率可明显降低。3）一旦发现肾功能衰竭无尿或少尿时，慎用甘露醇，以防甘露醇在肾小管内形成结晶，加重肾脏损伤。（四）维持电解质和酸碱平衡1、纠正高钙血症 血浆中Ca2+浓度升高后，可致肾小管腔内钙盐沉积、阻塞，肾小管萎缩坏死，通过低钙性稀释或利尿等方法可使血浆中Ca2+浓度下降。2、纠正代谢性酸中毒 酸性物质可使肾小管腔内产生沉淀，并加重血红蛋白和肌红蛋白对肾小管上皮细胞的毒性作用，应根据转流中血气监测结果以碳酸氢钠纠正酸中毒，以达到碱化尿液、防止肾小管损害的目的。3、对肾功能不良患者，可用人工肾。在体外循环前调节至接近生理水平，以减轻肾脏负担。（五）减少血液破坏及肾毒性物质的产生1、选用优质动脉泵（如离心泵）、氧合器（如泵前氧合的膜肺）及管道，配合使用细胞膜稳定剂，可望减少血液细胞的破坏，减少游离血红蛋白对肾脏的损害。2、术者操作轻柔和良好的心肌保护可使血液中肌红蛋白的上升减缓，减少其对肾脏的毒性作用。五、体外循环后急性ARF的治疗原则（一）纠正病因主要纠正肾前性缺血，保证肾脏的血液灌注，即维持充足的血容量和良好的心功能，尤其发生低心排综合症时须及时纠正，如确切认为低心排系由手术操作失误引起，应果断行再次手术。（二）严格限制液体入量应量出为入，以避免水钠潴留引起组织水肿。（三）控制氮质血症应以高营养支持减缓体内蛋白质的分解，以减少血浆中尿素氮和肌酐的浓度。（四）维持体内电解质和酸碱平衡尤其应纠正高钾血症和代谢性酸中毒。（五）调整药物剂量洋地黄、儿茶酚胺和一些抗生素等药物应适当减量。（六）预防和控制感染各项操作须严格无菌，有明确的感染灶时应及时处理。（七）病情严重者应尽早行透析或血液净化治疗现已发展了多项技术，各单位可根据实际情况选用。F. 体外循环对消化系统的影响体外循环中消化系统的并发症发生率为0.53%，和脑、肺等器官相比，发生率很低，但是危害很大。一旦发生，死亡率可高达9294%。一、体外循环中机体各系统的病理生理将发生很大变化。人们对体外循环中心、脑、肾等重要系统研究较多，而消化系统关注较少，原因主要有：1、消化系统有很强代偿功能，表现在消化系统对缺血缺氧耐受力较强。2、手术期间机体可动员自身糖元、脂肪和蛋白质储备，并可借用外界能量补充。3、消化道并发症往往心脑肺等重要器官并发症所掩盖；4、消化道并发症一般以腹痛为先导，而人工呼吸、麻醉剂使患者难以主述。二、消化道并发症的原因（一）消化道低血流灌注1、体外循环中是“人工休克”状态。血流重新分布，以大脑为代表的主要脏器血流基本不变，而腹腔脏器的血流骤然减少。产生这种低灌注现象不同体外循环阶段主要因素不同。2、体外循环初期腹腔脏器的低血流主要为低血压所致，主要因素有：（1）血液稀释，血液粘稠度下降；（2）缩血管物质浓度降低；（3）非搏动血流灌注；（4）大量血液体引流至体外；（5）灌注指数低于正常心指数。3、体外循环中期和后期腹腔脏器的低血流主要为血管阻力增加，微循环灌注不足所致。血管阻力增加主要和儿茶酚胺系统、血管紧张素系统、肾素血管紧张素醛固酮系统兴奋有关。（二）炎性介质炎性介质是一类参与炎症反应并具有致炎作用的物质。血液在体外循环中和异物接触释放大量的炎性物质，对产生消化道并发症有重要作用。1、体外循环中补体激活，血清C3a、C5a急剧增加，可使消化道血管通透性增加，血管内的血浆渗出到消化道，并使消化道内的毒物如内毒素进入血中。2、激活补体还可促进粒细胞释放溶酶体，从而损害消化道组织和细胞。胃酸分泌过多是上消化道溃疡重要因素之一，组织胺是胃酸分泌强大的促进因子。体外循环组织胺明显增加，将加速胃酸大量分泌。3、前列腺素（PGI2）主要抑制胃酸分泌，刺激粘液及HCO3-分泌，使血管扩张，改善血流灌注。而血栓素（TXA2）效果恰恰相反。体外循环中TXA2和PGI2增加，但TXA2增加更明显，这无疑对消化道粘膜产生不利影响。4、体外循环中缓激肽可抑制消化道的环状括约肌，引起肠道的运动障碍，严重者可造成肠梗阻。（三）栓塞普遍认为栓塞是体外循环术后神经并发症的主要原因，体外循环消化道并发症也和栓塞有一定关系，因为任何血栓都没有部位的特异性。尽管在动脉管道上安装了微栓滤器，但一些检查仍可发现血液内存在栓子。这些栓子包括气体、硅油、脂肪滴、钙化、蛋白颗粒、血小板聚合物等。瓣膜置换手术消化道并发症发生率高，推测和微栓有关。（四）其它体外循环消化系统并发症的原因不是单一的。1、长期吸烟酗酒的患者，其消化道粘膜微静脉收缩、血流淤滞粘膜缺血，体外循环后消化道并发症发生率较高。2、糖尿病患者可因长期高血糖使胃肠运动减弱。3、高血压患者在体外循环低血压期间胃肠对缺氧缺血的耐受差，易发生组织坏死。4、心功能级，左室射血分数低于40%，术后低血压或应用主动脉球囊反搏的患者因消化器官长期得不到良好的血液灌注，易发生消化道并发症。5、体外循环时间长短和消化系统的并发症发生率呈正比关系。因为体外循环为一应激状态，此时消化道血流减少，粘膜屏障功能降低。6、一些冠心病搭桥患者术前服用阿司匹林，使胃粘膜PGE合成障碍，致使胃酸分泌增多，粘液和HCO3分泌减少，加上体外循环的应激，易发生溃疡。7、老年心血管病患者消化系统并发症较多见，这可能和缺血代偿能力差有关。8、其它高危因素有换瓣手术、急诊手术、大量升压药应用、应用主动脉球囊反搏、心律失常、肝肾功能不全等。三、体外循环对消化器官的影响（一）体外循环对消化道影响1、粘膜溃疡1）体外循环是一种应激反应。体外循环应激性溃疡发生率很高，有报告严重创伤胃肠道粘膜病变发生率为75100，但引起出血只是少数。这种溃疡除因粘膜pH下降外，更重要的还是粘膜屏障的破坏。2）急性溃疡主要表现是出血。因为体外循环中应用抗凝剂肝素，凝血因子破坏，胃肠粘膜pH增高，粘液分泌减少，交感兴奋，粘膜缺血，皮质激素大量分泌使修复功能受阻。如果伴有术后心脏低排综合症将加重溃疡发展。术后的胰腺炎和胆道疾患亦是加重消化道溃疡的因素。胰腺炎症可释放大量组织溶酶，破坏消化道粘膜；胆盐可和胞浆膜上的脂类、磷脂及胆固醇结合，破坏上皮的完整性。2、肠粘膜屏障功能降低1）体外循环肠粘膜通透性增加，导致肠源性的内毒素血症。内毒素是革兰氏阴性杆菌细胞壁上的脂多糖，它是多脏器衰竭的重要始发物质。内毒素是刺激单核巨嗜细胞释放肿瘤坏死因子最强物质，而后者可损伤血管内皮细胞，促进自由基大量释放，增加血管通透性，促进血栓的形成。内毒素亦可降低血管对缩血管活性物质的反应性。内毒素进入体内可能有如下途径：（1）透过肠壁经门脉系统进入血液。