嬰幼兒主動脈弓部手術中，心、腦保護是手術中備受關注的研究重點，從深低溫停循環技術的使用到近些年逐漸被很多心臟中心采用的心腦聯合灌注策略，不同的灌注方式有各自的優缺點，目前對于最佳的策略尚未達成共識，本文旨在對目前臨床使用的三種灌注方式進行逐一介紹，總結各種灌注方式的發展及研究進展。
引用本文： 童媛媛, 劉晉萍. 嬰幼兒主動脈弓部手術中心腦灌注策略的研究進展. 中國胸心血管外科臨床雜志, 2018, 25(9): 809-813. doi: 10.7507/1007-4848.201711033 復制
嬰幼兒中最常涉及主動脈弓部矯治手術的是主動脈縮窄、左心發育不良綜合征和主動脈弓中斷重建。主動脈縮窄是嬰幼兒先天性心臟病中一類較危重的類型，6%～8%的先天性心臟病患者發生縮窄，占總人口的 0.06%～0.08%[1]。主動脈弓完全失去解剖學上的連續性即為主動脈弓中斷。左心發育不良綜合征是一系列的心臟畸形，特點是左心-主動脈復合體嚴重的發育不全，由主動脈瓣和/或二尖瓣閉鎖，狹窄或發育不全，伴有明顯的左室發育不良或缺如以及升主動脈和主動脈弓發育不良等一系列合并畸形組成[2]。由于這三類畸形早期即出現危重的肺動脈高壓和心力衰竭，病死率極高，所以很多學者主張在 1 歲內甚至新生兒期即開始手術矯治。然而嬰幼兒期心臟手術中，心、腦更容易受到氧化應激的影響，與成人心臟相比，因發育和先天性心臟疾病的抗氧化物質消耗的影響，不成熟的心臟更易受到活性氧的損傷[3]，嬰幼兒期行心臟外科手術的患者有三分之一會出現神經系統發育異常[4]，存在主動脈梗阻性病變（如左心發育不良綜合征或者其他復雜的心臟畸形）的患兒腦損傷的可能性最大[5]。隨著體外循環技術的改進，體外循環過程中病理生理的認識進一步提高以及術中監測技術和管理策略的改進[6]，已經將手術的并發癥和死亡率降低在可以接受的范圍。但是，仍有很多我們需要解決的問題，涉及主動脈弓部矯治的幾個灌注方案因此被提出，灌注策略在逐步完善。本文旨在對現今臨床采用三種心腦灌注方式進行逐一介紹。
1 深低溫停循環
深低溫停循環（deep hypothermic cardiac arrest，DHCA）是指將鼻咽溫降至 20℃ 以下，以保證能實現短暫的全身停循環以便完成外科操作，最早在嬰幼兒中應用是上個世紀 70 年代用于復雜先天性心臟病矯治[7]。低溫停循環技術能夠降低組織代謝率，延長組織缺血時間，可為主動脈手術的實施提供無血視野、延長主動脈遠端吻合時間，是一種重要的器官保護技術[8]，DHCA 技術的出現極大地促進了心臟外科技術的發展，實現了主動脈復雜畸形的一期矯治。但是一期矯治就會伴隨著更長時間的深低溫以及更長時間的停循環。Pizarro 等[9]比較了在短時間 DHCA（38 min）和稍長時間 DHCA 聯合間斷灌注（55 min）兩組間近遠期神經系統發育的特點，并發現兩組差異并沒有統計學意義，所以究竟停循環多長時間對機體是安全的，應該多長時間對機體進行一次復灌，目前臨床還沒有可參照的指南。在成人胸腹主動脈夾層手術中，DHCA與非 DHCA 早期死亡率差異無統計學意義，但在排除一些術前差異后，DHCA 組有更高的術后低心排血量風險，并會有更長時間的機械通氣[10]。同樣一個對比了 DHCA 與順行性區域性灌注的隨機對照試驗發現，在 DHCA 組，術后 7 d 內磁共振成像（MRI）檢測到的腦損傷（主要是腦白質）發生率 78%，術后 24 個月的認知和運動功能，雖然兩組之間差異無統計學意義（P=0.28），然而兩組術后高發生率的腦損傷提示 DHCA 與術后腦損傷直接相關，并認為是心臟術后腦損傷的獨立危險因素[11]。綜上所述，盡管 DHCA 技術在手術時間較長的主動脈手術中應用廣泛，但是它對心腦的損傷不容忽視。
2 中低溫停循環和區域性灌注
為了降低單獨低溫停循環技術在手術中造成的中樞及內臟器官的損傷，多種腦灌注技術應用于需低溫停循環技術輔助的主動脈手術中，作為 DHCA 灌注技術的輔助或者替代手段，與此同時，對于低溫停循環期間的溫度，在過去 30 年里，許多歐洲中心采用逐漸增加區域性灌注期間體溫以減少體外循環相關并發癥[12-13]，一項對中國體外循環期間溫度的調查發現，在區域性灌注期間最低溫度已提升到 22℃～24℃[14]。
中低溫聯合區域性灌注在嬰幼兒手術中目前常見的體外循環方式是指鼻咽溫降至 32℃ 左右阻斷升主動脈，于主動脈根部灌注 Thomas 或 HTK 心肌保護液，整個手術中心臟停跳。繼續降溫到鼻咽溫 23℃～26℃、肛溫 26℃～28℃[15]左右時將主動脈插管經升主動脈插入右側無名動脈[16-18]并固定，同時用圈套阻斷左頸總動脈、左鎖骨下動脈和遠端降主動脈，然后以 15～40 ml/（kg·min）[15]的流量對單側腦及右側肢體進行灌注，在灌注期間不再繼續降溫。待主動脈糾治完畢后恢復常規心肺轉流，開始復溫，并在復溫過程中修補心內畸形。對于插管方式的選擇，目前有一個多中心隨機對照，比較無名動脈與腋動脈的研究正在進行中[19]，現在大部分在嬰幼兒手術中的報道都是無名動脈插管。在嬰幼兒主動脈手術中，順行性腦灌注由于提供持續的、近似生理的腦灌注，在腦保護中備受青睞，多年臨床應用經驗及試驗研究表明，低溫停循環技術聯合順行性腦灌注能夠在嬰幼兒主動脈群體中提供更好的腦保護[12, 20]，在停循環時間<30 min 的患者中，是否采用選擇性腦灌注對術后死亡率及神經損傷無差異，但在手術時間長的患者中推薦聯合使用單側順行性腦灌技術，在成人主動脈手術中，一項關于歐洲主動脈弓部手術中插管和神經保護策略的調查研究中得出，2/3 的心臟中心采用雙側腦灌注技術[18]，但是在嬰幼兒中多中心數據顯示，一側區域性灌注中對兩側大腦半球的血流差異無統計學意義，通過大腦 Wills 環可以實現單側插管達到大腦雙側有效灌注[21-22]。所以目前，單側順行性腦灌注聯合中度低溫或淺低溫停循環技術在嬰幼兒主動脈手術中的應用已得到廣泛開展，并獲得良好的器官保護效果[23]。
3 心腦聯合灌注
從 DHCA 到中低溫停循環以及中低溫停循環到選擇性腦灌注，盡管各種技術的實施都在一定程度上減少了心、腦等并發癥的發生，但是術后心、腦損傷的報道仍不見少，隨著現在心臟外科技術的發展，進一步的改善灌注策略勢在必行，于是近些年又有學者陸續報道了心腦聯合灌注策略在嬰幼兒主動脈手術中的應用。心腦聯合灌注有兩種主要的形式，兩種方式中心臟均不停跳，一種是在腦灌注的同時，對心臟持續灌注，此時心臟是不做功跳動；另一種是心臟的灌注依靠自身循環，心臟自主跳動維持灌注。
3.1 心臟自主跳動不做功心腦聯合灌注
心腦聯合灌注的具體操作是淺降溫至鼻咽溫 30℃～32℃ 后開始操作，在無名動脈及左頸總動脈間阻斷主動脈弓部及主動脈縮窄段遠端，不灌注停搏液，維持正常心臟跳動，在 50～80 ml/（kg·min）的流量下實現心腦聯合灌注[24]。依賴體外循環灌注的心腦聯合灌注有兩種不同的插管方式，其一心臟灌注依靠主動脈弓部的插管，常見的是 Y 型插管，一端插入無名動脈實現腦和右側上肢的區域性灌注，另一端插入主動脈的根部實現對心臟持續性灌注，在這個灌注中，心腦灌注流量的分配依靠自身調節[25]，De Rita 等[26]報道的一種新型的 Y 型插管方式，腦灌注采用動脈插管，心臟灌注采用停跳液管道。經證實，這種插管方式也同樣可行，并且可以分開控制心和腦的灌注流量和灌注壓力，對合并心內畸形的患者，臨時改成心臟停跳比 Y 型插管簡便。其二是通過單管實現心腦灌注，部分鉗夾整個橫斷主動脈弓之間的無名動脈與左頸動脈，血液流過無名動脈和冠狀動脈實現對心腦的灌注。Asou 等[27]最早在 1996 年提出來在主動脈心臟手術中實行心腦聯合灌注的技術，并指出這種灌注方案縮短了心肌缺血的時間，同時并不會影響大腦的灌注。對心腦聯合灌注方式的遠期隨訪發現，在嬰幼兒復雜主動脈畸形的一期矯治病例中，只有 1 例遠期死亡，結果患者的近遠期結果較好，說明了灌注以及手術操作方式的安全可行[28]，Turkoz 等[29]也再次證實了在 37 例主動脈縮窄的患兒中應用心腦聯合灌注技術的安全性。成人有關研究也發現，在急性主動脈夾層群體中，這項灌注策略會減少患者術后的低心排血量綜合征并且會降低由其導致的死亡率[30]。盡管這項技術會有很多的獲益，但是風險總是與獲益并存，其中最重要的一點就是這種灌注方式有導致心肌保護不充分的風險，從而可能會導致不可修復的缺血損傷，并且直接灌注也會有空氣栓塞的潛在風險，另外在很多心臟中心難以開展的原因是對外科的要求增高，操作不熟練。
3.2 心臟自主跳動心腦聯合灌注（on-pump WBH）
隨著心臟自主跳動不做功心腦聯合灌注方式的提出以及外科技術的進一步發展，又有學者陸續提出依靠患者自主的心臟跳動實現持續灌注[31-32]。On-pump WBH 技術首先應用在成人冠狀動脈旁路移植術中，由于縮短了缺血再灌注時間，改善患者的臨床預后，在對成人全弓置換術的長期隨訪也發現，WBH 能顯著降低死亡率[33]。隨后，Carlson 等[34-35]總結了在嬰幼兒主動脈弓部手術中心臟不停跳技術的安全性及可行性。動物相關研究中發現，WBH 組中心肌收縮力增加[36]，與自主跳動患者中心臟未接受缺血再灌注的打擊有很大的關系。雖然有相關研究證實了這項技術的可行性，但是在臨床上應用這項技術仍然存在限制，研究也較少，嬰幼兒群體中主要是在左心發育不良綜合征手術中的應用[37-38]，少數降主動脈的縮窄中也可以選擇性應用。技術的限制主要是由于對外科操作的要求高，并且低溫的情況下會導致心跳減慢，心室容量負荷加重，會導致 WBH 技術受限，需要更進一步的研究克服溫度的限制[39]，并且由于在對主動脈操作過程中壓迫冠狀動脈可能會誘發心室顫動等，誘發心肌保護不充分，從而導致不可修復的缺血損傷。
對三種心腦灌注方式的優缺點比較見表 1。
表1
三種心腦灌注方式的優缺點比較
4 總結
從 DHCA 到心腦聯合灌注，不同的灌注方式都有各自的優點和不足，所以盡管現在對于主動脈弓部手術灌注策略的研究層出不窮，但是仍缺乏共識性策略。并且，在中低溫甚至淺低溫手術逐漸得到大家認可的前提下，對于到底溫度可以提高到多少，在較高溫度的條件下，停循環時間又應該控制在多長時間等這些問題一直未得到解決，同時由于多數研究的重心一直是心腦等重要臟器，對于膈下臟器的關注遠遠不足。所以我們需要進一步的研究去尋找、探求嬰幼兒主動脈弓部手術中最合適的灌注策略。
嬰幼兒中最常涉及主動脈弓部矯治手術的是主動脈縮窄、左心發育不良綜合征和主動脈弓中斷重建。主動脈縮窄是嬰幼兒先天性心臟病中一類較危重的類型，6%～8%的先天性心臟病患者發生縮窄，占總人口的 0.06%～0.08%[1]。主動脈弓完全失去解剖學上的連續性即為主動脈弓中斷。左心發育不良綜合征是一系列的心臟畸形，特點是左心-主動脈復合體嚴重的發育不全，由主動脈瓣和/或二尖瓣閉鎖，狹窄或發育不全，伴有明顯的左室發育不良或缺如以及升主動脈和主動脈弓發育不良等一系列合并畸形組成[2]。由于這三類畸形早期即出現危重的肺動脈高壓和心力衰竭，病死率極高，所以很多學者主張在 1 歲內甚至新生兒期即開始手術矯治。然而嬰幼兒期心臟手術中，心、腦更容易受到氧化應激的影響，與成人心臟相比，因發育和先天性心臟疾病的抗氧化物質消耗的影響，不成熟的心臟更易受到活性氧的損傷[3]，嬰幼兒期行心臟外科手術的患者有三分之一會出現神經系統發育異常[4]，存在主動脈梗阻性病變（如左心發育不良綜合征或者其他復雜的心臟畸形）的患兒腦損傷的可能性最大[5]。隨著體外循環技術的改進，體外循環過程中病理生理的認識進一步提高以及術中監測技術和管理策略的改進[6]，已經將手術的并發癥和死亡率降低在可以接受的范圍。但是，仍有很多我們需要解決的問題，涉及主動脈弓部矯治的幾個灌注方案因此被提出，灌注策略在逐步完善。本文旨在對現今臨床采用三種心腦灌注方式進行逐一介紹。
1 深低溫停循環
深低溫停循環（deep hypothermic cardiac arrest，DHCA）是指將鼻咽溫降至 20℃ 以下，以保證能實現短暫的全身停循環以便完成外科操作，最早在嬰幼兒中應用是上個世紀 70 年代用于復雜先天性心臟病矯治[7]。低溫停循環技術能夠降低組織代謝率，延長組織缺血時間，可為主動脈手術的實施提供無血視野、延長主動脈遠端吻合時間，是一種重要的器官保護技術[8]，DHCA 技術的出現極大地促進了心臟外科技術的發展，實現了主動脈復雜畸形的一期矯治。但是一期矯治就會伴隨著更長時間的深低溫以及更長時間的停循環。Pizarro 等[9]比較了在短時間 DHCA（38 min）和稍長時間 DHCA 聯合間斷灌注（55 min）兩組間近遠期神經系統發育的特點，并發現兩組差異并沒有統計學意義，所以究竟停循環多長時間對機體是安全的，應該多長時間對機體進行一次復灌，目前臨床還沒有可參照的指南。在成人胸腹主動脈夾層手術中，DHCA與非 DHCA 早期死亡率差異無統計學意義，但在排除一些術前差異后，DHCA 組有更高的術后低心排血量風險，并會有更長時間的機械通氣[10]。同樣一個對比了 DHCA 與順行性區域性灌注的隨機對照試驗發現，在 DHCA 組，術后 7 d 內磁共振成像（MRI）檢測到的腦損傷（主要是腦白質）發生率 78%，術后 24 個月的認知和運動功能，雖然兩組之間差異無統計學意義（P=0.28），然而兩組術后高發生率的腦損傷提示 DHCA 與術后腦損傷直接相關，并認為是心臟術后腦損傷的獨立危險因素[11]。綜上所述，盡管 DHCA 技術在手術時間較長的主動脈手術中應用廣泛，但是它對心腦的損傷不容忽視。
2 中低溫停循環和區域性灌注
為了降低單獨低溫停循環技術在手術中造成的中樞及內臟器官的損傷，多種腦灌注技術應用于需低溫停循環技術輔助的主動脈手術中，作為 DHCA 灌注技術的輔助或者替代手段，與此同時，對于低溫停循環期間的溫度，在過去 30 年里，許多歐洲中心采用逐漸增加區域性灌注期間體溫以減少體外循環相關并發癥[12-13]，一項對中國體外循環期間溫度的調查發現，在區域性灌注期間最低溫度已提升到 22℃～24℃[14]。
中低溫聯合區域性灌注在嬰幼兒手術中目前常見的體外循環方式是指鼻咽溫降至 32℃ 左右阻斷升主動脈，于主動脈根部灌注 Thomas 或 HTK 心肌保護液，整個手術中心臟停跳。繼續降溫到鼻咽溫 23℃～26℃、肛溫 26℃～28℃[15]左右時將主動脈插管經升主動脈插入右側無名動脈[16-18]并固定，同時用圈套阻斷左頸總動脈、左鎖骨下動脈和遠端降主動脈，然后以 15～40 ml/（kg·min）[15]的流量對單側腦及右側肢體進行灌注，在灌注期間不再繼續降溫。待主動脈糾治完畢后恢復常規心肺轉流，開始復溫，并在復溫過程中修補心內畸形。對于插管方式的選擇，目前有一個多中心隨機對照，比較無名動脈與腋動脈的研究正在進行中[19]，現在大部分在嬰幼兒手術中的報道都是無名動脈插管。在嬰幼兒主動脈手術中，順行性腦灌注由于提供持續的、近似生理的腦灌注，在腦保護中備受青睞，多年臨床應用經驗及試驗研究表明，低溫停循環技術聯合順行性腦灌注能夠在嬰幼兒主動脈群體中提供更好的腦保護[12, 20]，在停循環時間<30 min 的患者中，是否采用選擇性腦灌注對術后死亡率及神經損傷無差異，但在手術時間長的患者中推薦聯合使用單側順行性腦灌技術，在成人主動脈手術中，一項關于歐洲主動脈弓部手術中插管和神經保護策略的調查研究中得出，2/3 的心臟中心采用雙側腦灌注技術[18]，但是在嬰幼兒中多中心數據顯示，一側區域性灌注中對兩側大腦半球的血流差異無統計學意義，通過大腦 Wills 環可以實現單側插管達到大腦雙側有效灌注[21-22]。所以目前，單側順行性腦灌注聯合中度低溫或淺低溫停循環技術在嬰幼兒主動脈手術中的應用已得到廣泛開展，并獲得良好的器官保護效果[23]。
3 心腦聯合灌注
從 DHCA 到中低溫停循環以及中低溫停循環到選擇性腦灌注，盡管各種技術的實施都在一定程度上減少了心、腦等并發癥的發生，但是術后心、腦損傷的報道仍不見少，隨著現在心臟外科技術的發展，進一步的改善灌注策略勢在必行，于是近些年又有學者陸續報道了心腦聯合灌注策略在嬰幼兒主動脈手術中的應用。心腦聯合灌注有兩種主要的形式，兩種方式中心臟均不停跳，一種是在腦灌注的同時，對心臟持續灌注，此時心臟是不做功跳動；另一種是心臟的灌注依靠自身循環，心臟自主跳動維持灌注。
3.1 心臟自主跳動不做功心腦聯合灌注
心腦聯合灌注的具體操作是淺降溫至鼻咽溫 30℃～32℃ 后開始操作，在無名動脈及左頸總動脈間阻斷主動脈弓部及主動脈縮窄段遠端，不灌注停搏液，維持正常心臟跳動，在 50～80 ml/（kg·min）的流量下實現心腦聯合灌注[24]。依賴體外循環灌注的心腦聯合灌注有兩種不同的插管方式，其一心臟灌注依靠主動脈弓部的插管，常見的是 Y 型插管，一端插入無名動脈實現腦和右側上肢的區域性灌注，另一端插入主動脈的根部實現對心臟持續性灌注，在這個灌注中，心腦灌注流量的分配依靠自身調節[25]，De Rita 等[26]報道的一種新型的 Y 型插管方式，腦灌注采用動脈插管，心臟灌注采用停跳液管道。經證實，這種插管方式也同樣可行，并且可以分開控制心和腦的灌注流量和灌注壓力，對合并心內畸形的患者，臨時改成心臟停跳比 Y 型插管簡便。其二是通過單管實現心腦灌注，部分鉗夾整個橫斷主動脈弓之間的無名動脈與左頸動脈，血液流過無名動脈和冠狀動脈實現對心腦的灌注。Asou 等[27]最早在 1996 年提出來在主動脈心臟手術中實行心腦聯合灌注的技術，并指出這種灌注方案縮短了心肌缺血的時間，同時并不會影響大腦的灌注。對心腦聯合灌注方式的遠期隨訪發現，在嬰幼兒復雜主動脈畸形的一期矯治病例中，只有 1 例遠期死亡，結果患者的近遠期結果較好，說明了灌注以及手術操作方式的安全可行[28]，Turkoz 等[29]也再次證實了在 37 例主動脈縮窄的患兒中應用心腦聯合灌注技術的安全性。成人有關研究也發現，在急性主動脈夾層群體中，這項灌注策略會減少患者術后的低心排血量綜合征并且會降低由其導致的死亡率[30]。盡管這項技術會有很多的獲益，但是風險總是與獲益并存，其中最重要的一點就是這種灌注方式有導致心肌保護不充分的風險，從而可能會導致不可修復的缺血損傷，并且直接灌注也會有空氣栓塞的潛在風險，另外在很多心臟中心難以開展的原因是對外科的要求增高，操作不熟練。
3.2 心臟自主跳動心腦聯合灌注（on-pump WBH）
隨著心臟自主跳動不做功心腦聯合灌注方式的提出以及外科技術的進一步發展，又有學者陸續提出依靠患者自主的心臟跳動實現持續灌注[31-32]。On-pump WBH 技術首先應用在成人冠狀動脈旁路移植術中，由于縮短了缺血再灌注時間，改善患者的臨床預后，在對成人全弓置換術的長期隨訪也發現，WBH 能顯著降低死亡率[33]。隨后，Carlson 等[34-35]總結了在嬰幼兒主動脈弓部手術中心臟不停跳技術的安全性及可行性。動物相關研究中發現，WBH 組中心肌收縮力增加[36]，與自主跳動患者中心臟未接受缺血再灌注的打擊有很大的關系。雖然有相關研究證實了這項技術的可行性，但是在臨床上應用這項技術仍然存在限制，研究也較少，嬰幼兒群體中主要是在左心發育不良綜合征手術中的應用[37-38]，少數降主動脈的縮窄中也可以選擇性應用。技術的限制主要是由于對外科操作的要求高，并且低溫的情況下會導致心跳減慢，心室容量負荷加重，會導致 WBH 技術受限，需要更進一步的研究克服溫度的限制[39]，并且由于在對主動脈操作過程中壓迫冠狀動脈可能會誘發心室顫動等，誘發心肌保護不充分，從而導致不可修復的缺血損傷。
對三種心腦灌注方式的優缺點比較見表 1。
表1
三種心腦灌注方式的優缺點比較
4 總結
從 DHCA 到心腦聯合灌注，不同的灌注方式都有各自的優點和不足，所以盡管現在對于主動脈弓部手術灌注策略的研究層出不窮，但是仍缺乏共識性策略。并且，在中低溫甚至淺低溫手術逐漸得到大家認可的前提下，對于到底溫度可以提高到多少，在較高溫度的條件下，停循環時間又應該控制在多長時間等這些問題一直未得到解決，同時由于多數研究的重心一直是心腦等重要臟器，對于膈下臟器的關注遠遠不足。所以我們需要進一步的研究去尋找、探求嬰幼兒主動脈弓部手術中最合適的灌注策略。
