第一节　膜式氧合器

O₂ 交换总是先发生在气体与静脉血液密切靠近的部位, 因此氧合器设计中才要求膜式氧合器中血液流动需要随时改变方向以达到最佳的氧合效果, 中空纤维型膜式氧合器外走血内走气正是出于这种考虑。

由于CO₂ 在相同的条件下比O₂ 的血液溶解度大且扩散速度快, 在存在气体分压差的情况下,保证氧合器排气孔开放, CO₂ 可以很快地从血液中溢出。

血液和气体不直接接触, 通过特制的薄膜(微孔或无孔)完成气体交换的人工氧合。 绝大部分的静脉血通过重力引流进入膜肺的回流室。 小部分胸腔和心腔的血液通过吸引泵注入膜肺的回流室, 经过滤网祛除气栓、 组织碎片和其他微栓。 血泵将回流室的血液注入变温室进行热力交换, 再进入氧合室进行气体交换,血红蛋白结合O₂, 血液释放CO₂, 形成动脉氧合血, 再通过管道注入患者体内。 膜式氧合器具有以下优点:

(1)良好的气体交换能力;

(2)血液破坏轻;

(3)可以减少栓塞的发生;

(4)适合长时间循环支持;

(5)具有保护重要脏器功能的特点。

橡胶膜、 硅胶膜、 多聚化合物制成的微孔薄膜和中空纤维是膜式氧合器的主要材料。 根据膜的基本结构将膜式氧合器分为无孔型和有孔型。

1.硅胶膜的气体通过率最接近人体肺泡膜, 为无孔膜肺的首选材料。

(1)适合长时间体外循环使用, 在ECMO治疗中有长达63 天的记录。

(2)由于气体血液完全隔离, 没有微孔存在, 不会因气液相压力差而产生气栓, 发生血浆渗漏。

(3)代表产品有Sei-Med、 Jostra 膜式氧合器。

2.有孔型膜肺临床使用较多, 一般选用聚四氟乙烯、 聚丙烯为原料。

(1)直通型微孔逐渐被新型的无规则缝隙样微孔代替, 有效减少了使用中微气栓和血浆渗漏的发生。

(2)血液与微孔膜接触时立即产生血浆的轻微变化和血小板的黏附, 使薄膜微孔覆盖一层极薄的蛋白膜, 微孔膜使气体交换更加迅速, 气体不直接接触微孔膜, 减轻了血浆蛋白的变性和血小板的黏附。

(3)微孔越小越多, 交换面积越大, 且不易产生血浆渗漏。

(4)代表产品有Terumo、 Jostra、 Medtronic等膜式氧合器。

体外循环静脉回流室大部分为开放式结构。 静脉血通过引流管直接到达回流室的底部, 经过单层滤网祛除微气栓,血液储存于回流室内。 为了保证血流的畅通,静脉回流血的滤网孔径较大(60～80μm)。 心内和心外吸引的血含有大量的微栓需要经过渗透性祛泡过滤、 再通过滤网(30～40μm)形成无微栓的血液进入回流室。 因此静脉回流室除具有储存血液的功能外, 还应具有很强祛泡功能。 静脉回流室上部宽敞利于储存血液。 静脉回流室下部宽偏窄并附有精细的刻度, 以利体外循环细微流量的调节和控制。

膜式氧合器结构与设计的核心是血和气体可以在中空纤维膜表面进行气体交换。 目前最为常用的中空纤维膜为聚丙烯中空纤维, 表面带有微孔, 以单丝缠绕或帘状编织的缠绕。 多数厂家目前使用的是帘状编织的中空纤维缠绕制成膜式氧合器。 膜肺是根据仿生学原理, 气体和血液不直接接触, 对血液有形成分损坏轻。 膜肺可分别控制O₂ 和CO₂ 的交换。 其预充量少, 可减少体外循环中栓塞的发生, 改善患者的脏器功能。

早期膜肺中空纤维内走血外走气, 对血液造成较大的损伤。 现在的膜肺均为中空纤维内走气外走血, 血液承受的剪切应力大大减低,但由于血液在膜表面流动时会产生层流现象,即流速较快的血细胞在中央流动, 而血浆近于膜表面, 速度较慢, 这种现象不利于气体交换。通过中空纤维的网状编织可减少层流, 形成湍流, 增进膜肺的氧合性能。 为了保证血液充分的气体交换, 可延长血液在氧合室行走距离。

血液在变温室内行走在金属表面或中空纤维表面, 其内面走水。 通过血液和水的温差进行热能交换, 进而血液变温。 金属表面一般为不锈钢管或密集折叠的不锈钢桶。 不锈钢热传导性能好, 抗压能力强, 由于受预充量的限制, 此类的氧合器传热面积不大, 临床上表现为变温速度慢。 中空纤维表面无孔, 抗压能力强, 热传导性没有不锈钢好,但单位体积的有效热交换面积大, 变温速度较快。 新型的氧合器将气体交换的中空纤维和热交换的中空纤维交织在一起, 以达到减少预充量的目的。 不同的中空纤维内分别走水和气体, 中空纤维表面走血, 这样气体交换和变温同时进行, 使氧合器的性能大为提高。 在设计中变温部分一定在氧合室以前。 如果复温时血液产生气栓, 气栓在通过氧合室时可以排除。

血液从膜肺动脉血出口处出来经动脉端的单向阀到达多联三通后流入回流室处的入口。

方便排气用, CPB 期间处于关闭状态。

为了适应不同体重的患者, 回流室出口及静脉入口端配有适应不同管道连接的接口转换器。

某些膜式氧合器的中空纤维间夹杂着按一定规律排列的金属丝, 金属丝的直径决定了血流通道的空隙, 降低了血液流动的阻力。 金属丝还能去除血液中静电成分。

新型氧合器将动脉微栓滤器与氧合器完美整合在一起, 减少体外循环预充, 临床应用更加方便。 目前泰尔茂(Terumo)公司及MAQUET 集团均有相应产品。

1.根据术中最高血流量选择适当的膜式氧合器。

2.使用前试水, 预充前将膜式氧合器与水箱相连, 全流量或出口端加压循环5～10 分钟, 观察有无渗漏。

3.调节通气量控制二氧化碳分压, 调节氧浓度控制氧分压, 精确控制氧合器气体交换。

4.目前使用的膜肺绝大部分为泵后型,即静脉血引流到回流室后由血泵注入氧合器完成气体交换及变温, 再经动脉微栓滤器入患者体内。 有些膜肺采用泵前型, 血液依靠引流重力通过膜肺进行气体交换, 完成氧合, 再由血泵泵入体内, 以适应更多的体外循环要求, 如有效的搏动灌注和动脉瘤手术时的双泵双管。

5.膜肺出气孔的开放保证气体交换。

6.深低温停循环体外循环时应开放膜肺旁路持续使体外血液循环, 以免血细胞沉积,膜肺下部血液浓缩, 再次转流时因血液分布不均影响血液氧合。 当再次恢复循环时切勿忘记关闭旁路。

7.由于闭式氧合器的贮血袋贮血能力有限, 在灌注过程中调整静脉回流时, 可以通过改变回流室平面来控制引流。 停机后输血时贮血袋很难精确判断血液输入量, 此时可根据滚压泵的转数和泵管每转的输出量乘积来计算。婴幼儿体外循环管理期间尤其值得重视。

8.通常膜式氧合器的安全使用时限是6～8 小时。 无孔型膜肺更适用于长时间灌注, 在ECMO 治疗经常选用。 一旦发现膜肺气体交换能力下降应及时更换。

9.膜肺安装时必须分清泵前型和泵后型。泵前型依靠重力抵抗膜肺阻力, 泵后型依靠血泵动力抵抗阻力, 一旦泵后型膜肺置于泵前,当流量达到一定程度时, 膜肺中液相压力小于气相压力, 会导致大量气体进入血液循环, 造成严重后果。