体外循环中的心肌保护.ppt

体外循环中的心肌保护,李景文,心肌的正常代谢,心肌能量来源主要是氧化途径 通过分解脂肪、糖及蛋白质而产生能量 能量一半用于产热消耗，一半储存于高能磷酸键 高能磷酸键储能用于肌肉细胞作功及各种合成过程如糖原、脂类、蛋白及酶的合成,心肌的正常代谢,心肌活动所需能量23来自脂肪酸和酮体，13由糖氧化供应。 正常情况下，心肌中的糖以有氧氧化为主；心肌缺氧时， 则酵解作用加强；在缺氧严重而致心肌坏死时，利用糖的磷酸戊糖通路也可以加强,冠脉循环的流量调节,心肌摄取血中氧的能力很强，可摄取动脉血氧含量的3/4。冠状动静脉血氧含量差为（1214）ml, CBFPR （P为冠脉灌注压，R为冠脉总阻力 ） 冠脉总阻力R可以分成3 种成分: 基本粘滞阻力，与血液粘滞度有关；自动调节阻力，由小动脉壁平滑肌紧张力调节；心肌压迫阻力，主要在收缩期。,冠脉循环的神经调节,冠脉有相对丰富的植物神经支配 光镜下可见分布到平滑肌中层的外侧 冠脉上有1、2、1、2等肾上腺素能受体、组胺和毒蕈硷能受体的存在 有人报告冠脉上也有触突后的2受体存在。,冠脉循环的激素调节,儿茶酚胺类：肾上腺素主要作用于受体，同时也作用于受体；去甲肾上腺素作用于受体；异丙肾上腺素作用于受体。肾上腺素对冠脉的收缩作用弱于对周围动脉的收缩作用，因而可以引起有利于冠脉循环的血液重新分配 加压素与血管紧张素：具有强烈的缩血管作用，可以加重心肌缺血 甲状腺素：使心肌代谢水平升高，冠脉血流量增加，冠脉阻力下降，每搏氧耗量也增高,冠脉循环的局部调节,缺氧：氧分压低于40mmHg，使冠脉扩张 腺苷：潘生丁就是由于心肌细胞摄取腺苷或抑制腺苷脱氢酶，从而增加血中腺苷含量而具有冠脉扩张作用 前列腺素、缓激肽等在缺氧条件下，都有扩张冠状动脉的作用,冠脉血流量与心肌氧耗,心肌摄氧率高：心肌的氧耗约为每100g心肌815ml/min，约占全身氧耗的12 心肌氧耗分配 心电：约占心肌氧耗的0.05 基础代谢：心脏停搏时维持细胞生存的代谢，约占19 心肌张力：是心肌氧耗的主要决定因素之一 心率：心率加倍时，氧耗也加倍，甚至更多， 心肌收缩性：一般用心肌收缩速度来表示，在应力性药物或a2+增高的作用下，氧耗也相应增加,心肌缺血再灌注损伤原因 能量耗竭,缺血后ATP及CP的产生迅速下降 心肌细胞仍需利用ATP维持电机械及基础代谢活动 缺血时间过长则可引起严重的心肌挛缩，形成不可逆的变化 主要是心肌过分消耗掉高能磷酸盐,心肌缺血再灌注损伤原因 细胞内钙超载,心肌在长期的缺血缺氧后心肌细胞内聚集了大量的H + 再灌注时引起H+Na +交换，Na +大量进入细胞内 细胞内Na +的增加激活了细胞质膜上的Na + Ca 2+ 交换蛋白使Ca 2+ 大量内流，比缺血时增加了612倍 正常情况下肌浆网释放出Ca 2+ ，在Ca 2+ 的作用下使肌凝蛋白与肌动蛋白耦联而产生收缩，当Ca 2+被泵回肌浆网使其脱耦联时便产生舒张 当ATP衰竭时无力将过量的Ca 2+ 泵回肌浆网及泵出细胞外，耦联不能脱开而心肌产生挛缩，临床的表现即为“石头心”,心肌缺血再灌注损伤原因 自由基损伤,缺血引起了Ca 2+ 的重分布，胞浆内增高的Ca 2+ 激活黄嘌呤去氢酶转变为黄嘌呤氧化酶。 后者使次黄嘌呤与再灌注时血内丰富的氧作用产生O 2- 在缺血后再灌注时，大量自由基涌入，内生性自由根基清除物则不敷所需而产生细胞损害,心肌缺血再灌注损伤原因 机械因素,缺血、缺氧所致不可逆损伤，细胞的脆性增加 不能耐受再灌注或供氧时产生的物理应力 心肌挛缩，细胞肿胀造成细胞膜的破坏 提示机械因素在不可逆心肌损伤和细胞死亡之间可能起着重要的作用,心肌缺血再灌注损伤 心肌顿抑,心肌顿抑是指短时间缺血后，心肌尚未发生坏死，但结构、代谢的改变，尤其是收缩功能的障碍在再灌注后数小时、数天或数周才恢复的现象。 心肌顿抑的诊断有两个条件： 1、心肌收缩功能的障碍是可逆的， 2、功能障碍的心肌已恢复或基本恢复 了正常血流,心肌保护的对象,心脏传导系统 血管内皮 心肌工作细胞,体外循环前的心肌保护,疾病因素 营养及激素情况 药物作用 麻醉及手术操作,疾病因素,先心病伴有肺高压术前心电图有心肌缺血或心肌劳损，心肌状态较差，心肌对缺血的耐受力低下 心原性恶病质患者的心肌细胞中糖原储备量很少，心肌缺血的耐受力极为低下 冠心病患者心肌状态很差，直接影响术中心肌缺血的耐受能力 术前存在轻度缺血，反复遭受低氧可以对心肌起“训练”作用，一定程度上会增加对手术中严重低氧的抵抗力,营养及激素情况,严重营养不良者，其心肌细胞耐受严重缺血的能力明显降低 术前给于能量疗法可提高心肌中三磷酸腺苷、磷酸肌酸、糖原等的储存 极化液在心肌保护中有较好效果 ，增加糖原储备，利于钾离子转移到细胞内，避免细胞内低钾 极化液还可稳定细胞膜，抑制细胞内溶酶体活性，从而减轻了对缺血后的影响。,药物作用,应用利尿剂并限制水钠的摄入 ，可减轻水、钠潴留，从而降低心脏负荷 强心剂的应用：充血性心力衰竭、心功能明显减退者、心脏扩大应使用洋地黄 心律失常的治疗： 纠正电解质紊乱：风湿性心脏病、充血性心力衰竭患者，术前纠治低钾是十分重要,麻醉及手术操作,良好的麻醉前镇静，顺利的麻醉诱导，麻醉应力求平稳，并且保持适当深度的麻醉，维持平稳的动脉压力和保正充分的供氧 手术操作应作到最大限度地降低对心肌的创伤，心脏局部低温应避免冰屑直接接触心肌，并且还要注意手术室灯光的复温作用，,术 前 评 估,血流梗阻梗阻固定（冠心病、MS、AS） MS左心室前负荷不足，左室小 AS或F4心室向心性肥厚 梗阻可变（F4、肥厚性心肌病） 血液返流MI、AI心脏肥大及肺血管病变 MI、AI心室前负荷增加，离心性肥厚 血液分流ASD、VSD、PDA肺高压及右心的改变 VSD左心前负荷增加，左室大 ASD右心前负荷增加，左室发育小,危险因素评估,危险因素 左心功能不全（安静时EF18mmHg) 不稳定性心绞痛或近期内（手术6周内）有心梗 心衰表现 老年人（大于65岁 二次手术 急诊（24小时紧急手术者） 肥胖 其它（糖尿病、COPD、高血压、严重心律失常、肾功不全等） 危险分类 正常无危险因素 危险增加1种因素 高度危险2种或以上,术 前 准 备,减轻或消除危险因素 增加心功能储备 氧、能量的供需平衡,术 中 控 制,麻醉 诱导平稳（HR、BP等） 控制应激反应 充足的氧供 血液动力学 1、AS或F4，心室肥厚使充盈受损，应给予足够容量提高 前负荷, AS病人要保持窦性心律，利于心室充盈 2、MI及AI应降低外周血管阻力，增加前向血流，减少反流。 HR应保持8090次/分；但AS病人应保持甚至增加全身血管阻 力，以提供足够冠脉流量。 3、肺高压患者，应避免高碳酸血症、代酸、低氧和浅麻醉。,体外循环中的心肌保护,缩短体外循环及阻断时间 创造有利于心脏复苏的条件 预防再灌注损伤 复苏, 复律, 复力 辅助循环 防止心脏过胀及空瘪,体外循环后的心肌保护,增加氧供, 减少氧耗 改善心肌代谢 维持血气电解质正常 防止鱼精蛋白中和时的过敏反应 传导功能紊乱者安装临时起搏导线 术后血流动力学稳定:心率和前后负荷的调整,体外循环中心肌保护的具体措施,常温,室颤, 冠状动脉持续灌注 全身低温, 间断阻断冠脉循环, 缺氧停搏 冠脉血液持续灌注 全身中低温, 心脏局部深低温, 缺氧停搏 心脏局部低温, 间断灌注冷停搏液 温-冷-温灌注含血停搏液 常温持续灌注含血停搏液 常温, 不阻断 心脏空跳,心脏停搏液的要求,迅速停跳 低温 供氧及能量底物 适宜的缓冲系统 膜稳定剂 高渗性 经实验研究证实,心脏停搏液的基本成分,电解质 钾: 15-40mmol/L 钠: 80-120mmol/L 钙: 0.5-1.2mmol/L 镁: 4-16mmol/L,停搏液的渗透压,适度高渗的停搏液以平衡细胞内因代谢产物蓄积而引起的高渗状态 可减轻随着缺血的损害及低温的影响，Na+K+泵功能受到抑制而造成细胞水肿 目前认为渗透压在300380mosm/kgH2O最为适宜,停搏液离子浓度- K+,当膜电位降至50mV时则Na+通道停止工作，Na+被阻在细胞外，结果不能产生及传播动作电位。维持膜电位在此水平可使心脏处于舒张期停搏 晶体停搏液为1520mmol/l，在血液停搏液时为2530mmol/l，Na+通道停止工作而Ca2+通道又不开放,停搏液离子浓度- Ca2+,停搏液中加适当浓度的Ca2+是为了维持心肌细胞膜的完整性和膜上钙通道功能的稳定性，以避免无钙液灌注后出现“钙反常” 无钙停搏液可增加再罐注时心肌损伤 成人停搏液中离子钙应该降低以减少钙进入细胞, 而相反在儿童病人则高钙停搏液可以得到好的结果,停搏液离子浓度- Mg2+,阻滞Ca2+经慢通道的内流，抑制肌浆网Ca2+的释放，通过激活Ca2+ATP酶促进肌浆网摄取Ca2+，抑制肌纤维在任一Ca2+浓度时的收缩反应 Mg2+尚能拮抗Ca2+引起的冠状动脉血管阻力升高 多数结果表明Mg2+浓度16mM时心肌保护效果最佳，这与细胞内的Mg2+浓度相吻合,停搏液离子浓度-Na+,细胞外Na+浓度过高则内流增多会引起水肿如细胞外Na+过低则在高K+形成的细胞膜去极化情况下会影响Na+Ca2+的交换机制 目前大家认为Na+的浓度以100120mmol/l为宜,心脏停搏液的添加成分,能量物质 糖类 氨基酸和白蛋白 高能磷酸盐 辅酶Q 膜稳定剂 钙通道阻滞剂和自由基清除剂 缓冲剂及高渗物质 其他,心脏停搏液的种类,晶体停搏液 仿细胞外液停搏液 仿细胞内液停搏液 含血停搏液 氟碳化物停搏液 超极化停搏液,含血停搏液与晶体停搏液比较,使用粘稠度较高的含血停搏液，在等速灌注时，主动脉内压力较高，而这种高压，有利于停搏液灌注梗阻动脉远端的心肌 粘稠度较低的晶体停搏液，大部分流向正常的冠脉血管床，而远离梗阻之血管 含血停搏液似乎对冠心病患者来说更为有利。但在低温下 含血停搏液的因素。如温度过低时（15），则血红蛋白曲线左移，影响心肌细胞的摄氧，低温使血液产生冷凝集素，红细胞滞留及血小板聚集现象而影响心肌的微循环灌注 现多数学者认为，冷血停搏液温度不宜过低，一般宜在20左右使用,停搏液的驱动方法,重力驱动法 加压驱动法 滚压泵驱动法,停搏液的灌注途径-1,升主动脉根部灌注 压力70mmHg 剂量:首次15ml/kg,隔30分钟重复灌注首剂半量 冠状动脉直接灌注 适应症:AI 压力 剂量,升主动脉根部灌注不良的原因,主动脉钳闭不严 右房插管位置不适当，使主动脉瓣扭曲，关闭不全 静脉引流管引流不充分，使静脉血逆流到左心，稀释了停搏液 停搏液内没有足够的钾,升主动脉根部灌注注意事项,灌注针宜短而粗，针头斜面不应过长，有利于灌注而不易于损伤主动脉后壁 停搏液温度应保持在04为宜 灌注前将管道内气体排尽，防止冠状血管气栓 在灌注停搏液时，应防心脏过胀，损害心肌 从冠状静脉窦引流出的停搏液最好吸出丢弃，以免血液过度稀释，血钾过高 如有轻度主动脉瓣关闭不全时，术者应轻轻挤压左室流出道，协助将停搏液送入冠状动脉内 在开放主动脉前，可利用灌注停搏液通道，排出心脏内气体,冠状动脉直接灌注注意事项,动作要轻柔，避免损伤冠状动脉口，造成术后冠状动脉口狭窄 冠状动脉分支开口靠近冠状动脉口，应避免插管过深，妨碍分支血管的灌注； 如右侧冠状动脉口显露不佳，灌注困难时，可单独行左冠状动脉灌注。 灌注量应适当增加，可灌注600ml。 但应注意保持右室低温来加强右心的保护作用。 如为右优势型心脏，则应尽量行右冠状动脉口灌注，或辅以冠状静脉窦逆行灌注,停搏液的灌注途径-2,冠状静脉窦逆行灌注 解剖学基础 压力:40 mmHg 方法:间断或持续 经右房灌注 桥灌 联合灌注,冠状静脉窦逆行灌注解剖学基础,冠状静脉系统是无瓣膜管道，冠状静脉通过毛细血管和心肌窦状间隙与心肌细胞相通 粥样硬化病变不累及冠状静脉系统。在严重多支冠状动脉硬化的病例中，可通过冠状静脉系统进行心脏停搏液的灌注。 经逆行灌注的冷停搏液，一部分可经毛细血管床，由冠状动脉窦口流出，另一部分可通过心肌窦状隙血管系统直接引流至心腔。 大部分室间隔和右室壁的血液，不经冠状静脉窦，而经心前静脉和心肌窦状隙直接引流入右房或右室，因此逆灌对右室的灌注效果较差,冠状静脉窦逆行灌注注意事项,由于经静脉系统灌注，灌注压不宜太高，一般不应超过50mmHg。以免发生静脉壁损伤，心肌水肿或出血； 冠状静脉窦插管不宜过深，一般0.51cm即可。过深则易堵塞在开口处汇集的静脉分支，影响灌注效果； 逆灌对右室灌注较差，要注意右室降温 主动脉根部穿刺针引流一定要通畅，以免影响灌注效果。 有些作者指出，经冠状静脉窦灌注有损伤心脏传导系统之虑。,心肌灌注时限,间断和持续灌注 持续灌注 (1)心肌代谢产物不断排走，降低pH (2)灌注液通过潜在吻合支灌注阻塞区远侧的心肌 (3)通过非冠状循环提供的通道使心肌均匀降温 (4)减少心肌再灌注过程氧自由基的产生。,心肌保护的温度处理,低温对心肌保护所起的作用有 降低代谢，减少氧耗量 促进电机械活动终止，维持心肌有效停搏 延缓缺血性损害的发生,低温对机体的影响,改变细胞生化反应的平衡 离子浓度的调节 蛋白质的代谢与酶的功能 抑制酶的活性 改变膜的通透性与稳定性，影响膜的功能 心脏停搏前的低温对心肌是有害的，冷挛缩现象,间断低温含血停搏液,适宜温度范围：4，10，12，20 优点 缺血期间供氧及能量底物 适宜的胶渗压和缓冲系统 自由基清除作用 缺点 低温时粘滞度增加,红细胞和血小板聚集 氧离曲线左移,供氧有限,温血停搏液,温度范围：3637含血停跳液 满足心肌有氧代谢的基本条件： (1)足够的氧含量，HCT不低于0.24； (2)足够的灌注流量 (3)停灌仅限偶尔使用 (4)心肌停搏液在心肌均匀分布,温血停搏液,优点 克服低温不利因素 连续灌注避免心肌缺血 缺点 术野不清 血钾高 周围脏器保护欠佳,冷血保护存在的问题,心肌的冷保护方法的有效性已得以肯定，温度的选择是影响保护效果的重要因素 降温减低心肌代谢时，应避免低温相关的不利因素，其中膜损伤及跨膜离子梯度的影响是低温心肌保护需进一步研究的主要内容,温血保护存在的问题,无意识缺血 (1) 心室肥厚加大灌注流量仍不能满足心肌代谢的需要 (2) 逆灌时室间隔后部及右室的灌注不足 (3) 心肌停搏液在心肌分布不均。 有意识缺血 (1) 间断停灌具有预处理(preconditioning)作用 (2) 停灌累计达停搏时间的46%时即有酸中毒和缺血性坏死 CWBC与常温体外循坏(NCBP) (1) 粒细胞及补体激活、组胺释放增加、中枢神经系统的损害 (2) 血液破坏增加，致术后凝血机制紊乱及肾功能损害。 (3) 一旦出现与体外循环相关的意外情况,处理则极为棘手。,冷、温保护的适应范围,CWBC心肌保护的报道基本以后天性心脏病(瓣膜、冠脉搭桥等)居多，这些手术的大部分操作可以在CWBC的条件下完成。 多数复杂先心病及婴幼儿手术，丰富的侧支血流影响术野暴露及心内操作，甚至需深低温低流量或停循环来完成，此时再选用CWBC保护心肌则有不适之处。,温血诱导停搏,方法 优点 温血诱导停搏再转流降温可以避免冷挛缩。 温血诱导停搏是在有氧状态下停搏，心肌颜色红润； 而冷晶体停搏液诱导停搏容易造成心外膜下出血，心脏颜色苍白,终末温血灌注,效果 方法 理论基础 偿还氧债，重建钠-钾泵和钙泵功能 使心肌温度上升更接近生理状况下开放主动脉，可缩短主动脉开放到恢复窦性心律时间 冲洗酸性产物，可作为主动脉开放前预处理,含血停搏液的白细胞滤除,装置: 白细胞滤器 机理: 机械滤过和直接间接吸附 作用 减少沉淀于冠脉血管床的白细胞 减轻心肌炎性反应 减轻再灌注自由基损伤 有利于微循环灌注,心肌缺血预处理,方法 特点:作用明确,启动迅速,持续时间短 可能机制 内源性保护因子参与 代谢改善和线粒体ATP酶的抑制 心肌顿抑 提高抗氧化储备,高钾去极化心肌停搏的作用机制,机制 缺点 细胞内异常离子聚积,加剧对心肌细胞生理上的干扰 细胞膜持续去极化可引起自发性Na+内流，产生Na+“窗口电流”(window current)； 细胞外Ca2+和细胞内Na+交换以及Ca2+窗口电流和内质网Ca2+的漏出均可导致细胞内Ca2+堆积； 离子的流动逆化学梯度进行，需要耗能，增加心肌细胞代谢负担。 以上总的结果是心肌细胞内Ca2+超负荷(overload)，从而导致心脏手术后缺血/再灌注损伤和心肌顿抑,超极化心肌停搏的作用机制,机制 通过选择性地开放ATP依赖的K+(KATP)通道使K+外流导致细胞膜超极化 优点 提供心肌代谢更理想的条件 避免去极化时产生损伤性离子流动 术中无电机械活动的静止期长 能对左室收缩功能提供明显的保护。 常用的钾通道开放剂有：nicorandil、pinacidil、aprikalim、cromakalim。,超极化与去化心肌停搏作用比较,超极化心肌停搏 术中心肌电机械活动静止期延长， 再灌注时心脏收缩压恢复好、舒张压不高， 减轻心肌的缺血和再灌注损伤。 再灌注后的冠脉流量比高钾去极化组要高 可以防止心肌水肿的形成,先心病心肌保护,形态结构特点：心肌细胞较小，肌原纤维少，肌浆网稀疏，T管密度低，心肌细胞含水量较高，糖原颗粒丰富，心肌内非收缩物质（质膜、胞浆、核等）所占的比重高 生化和能量代谢：高能磷酸盐含量高，糖原分解和无氧酵解能力强，其能量来源主要依靠葡萄糖或糖原的有氧分解和无氧酵解 心功能：成熟心肌的收缩力弱，顺应性差，功能储备较少 神经传导：较差,心肌发育成熟的时限,人心肌细胞的缝隙连接和粘合膜连接在6岁时变得紧密，与成熟心肌细胞一致。 小儿心脏的神经结构自5岁开始具有成人的特征，到10岁时已完全成熟。 人类心脏生长发育的速度与生长发育时期并不一致，乳儿期及青春期发育最旺盛，性成熟后心脏的发育趋向稳定。,先心病术前状态,缺氧 异常冠脉连接及体肺侧枝 容量超负荷 压力超负荷,先心病术中心肌保护,术前调整 灌注压力、方法 心脏前后负荷调整 术后药物使用,未成熟心肌的特点 -生化和能量代谢,肌原纤维ATP酶活性低 心肌糖原含量较高，糖酵解能力较强 心肌高能磷酸盐的含量较高 抗氧化能力强 对细胞外Ca2+依赖性强,未成熟心肌的特点-心功能,收缩力较弱 室壁张力较高，顺应性较差 心肌的应激能力较差，易出现泵功能衰竭 兴奋时所需的Ca2+主要靠细胞外Ca2+内流提供 细胞内游离Ca2+浓度的调节主要是通过Na+/Ca2+交换来完成,先心病患儿术前状态-缺氧,肺动脉闭锁、三尖瓣闭锁、大动脉转位、法乐氏四联症 程度取决于肺血流的多少和动静脉血的混合程度 无氧酵解阈值下降，心肌储备功能降低，左室壁运动不协调，以及肾上腺素受体下调 缺氧的代偿机制之一是降低了抗氧化储备能力，使得机体对缺氧复氧更加敏感,异常的冠状动脉连接和体肺侧支,降低了循环的舒张压，减少了冠脉血流,心脏压力负荷的增加,心室血流出梗阻如主动脉缩窄、肺动脉缩窄、法乐氏四联症 肥厚心肌心内膜下血流减少，高能磷酸盐浓度较低，增加心肌对缺血的敏感性,容量负荷增加,左向右分流、瓣膜关闭不全 心脏处于高舒张容量状态，舒张能力的储备有限 舒张末压的升高，减少冠脉灌注压，增加了心肌缺血的危险性,瓣膜病心肌保护,术前状态调整 术中心肌保护：灌注方法的选择 主动脉瓣患者复苏困难情况 术后药物应用,冠心病心肌保护,术前状态调整 停搏液灌注方法 降低氧耗增加氧供：心率、HCT等 药物使用,心肌保护效果评价指标,形态结构 生理功能：血流动力学，术后恢复情况，药物使用等 生化代谢：心肌酶，SOD，MDA，ATP,离体心脏灌注模型在心肌保护研究中的应用,Langendorff模型 工作心(Working Heart)模型,离体心脏灌注模型的发展趋势,(1)灌注流量可范围大，以适应大小不同的心脏 (2)应具备流量和压力测定装置； (3)有独立的停搏液通道和给药通道 (4)可调节心脏前、后负荷 (5)能方便地连接各种记录仪器 (6)尽可能形成密闭环路。,谢谢大家,