运用近红外光谱仪对不同改良超滤方式行质控分析

沈 佳，张 蔚，唐嘉忠，姜 磊，傅惟定，朱德明

·临床研究·

运用近红外光谱仪对不同改良超滤方式行质控分析

沈 佳，张 蔚，唐嘉忠，姜 磊，傅惟定，朱德明

目的 运用近红外光谱仪（NIRS）监测超滤期间脑组织血氧参数的变化，比较不同改良超滤（MUF）方式的效率，提高婴幼儿改良超滤质量。方法 20例简单先天性心脏病患儿随机分为两组，对照组采用传统改良超滤方式（tMUF），实验组采用优化改良超滤方式（mMUF）。在体外循环术后行MUF 8～12 min。MUF期间，用近红外光谱仪（NIRS）实时、连续监测两组患儿脑组织氧合指数（TOI）、脑组织血红蛋白浓度指数（THI）、氧合血红蛋白变化量（△O2Hb）、以及有创动脉血压、中心静脉压（CVP）和血细胞比容（Hct）等指标。结果 两种MUF方式都能显著提高脑血氧参数，较开始MUF时的各项参数变化具有统计学差异。THI与脑组织的血红蛋白总浓度成正比，超滤期间，mMUF组THI变化幅度为（0.91±0.60）mM／cm，tMUF组为（0.46±0.30）mM／cm，mMUF组THI上升速度显著快于tMUF组（P＝0.033）。mMUF组△O2Hb提高（7.42±2.94）mM，且避免了tMUF组在超滤初期的低效超滤时间。两组TOI呈缓慢上升趋势。mMUF组红细胞比容（Hct）上升更显著，MUF结束，Hct达到（0.369±0.018）（P＝0.001），无需再输血。MUF期间，患儿血流动力学趋于稳定。结论 使用优化改良超滤方式，能显著提高婴幼儿体外循环术后改良超滤的效率和质量，并能够改善脑组织血氧参数，稳定术后血流动力学，达到节约用血的目的。

改良超滤；近红外光谱仪；脑组织氧合指数；脑组织血红蛋白浓度指数；红细胞比容

1991年伦敦儿童医院首先报道了改良超滤技术（Modified Ultrafiltraion，MUF）［1］，本院于1996年开始关于MUF的实验研究及临床应用，目前已积累了数万例的临床经验。但随着婴幼儿体外循环（cardiopulmonary bypass，CPB）管路的缩小，预充量减少以及节约用血技术的实施，笔者发现改良超滤后，患儿红细胞比容（Hct）提高程度有所下降。因此，本研究旨在比较两种改良超滤方式，对如何有效提高MUF的效率，尤其是迅速提高低体重小婴儿体外术后的Hct和胶体渗透压，提高超滤质量，对稳定患儿体外循环术后早期血流动力学稳定具有重要作用。

1 资料与方法

1.1 临床资料 2014年5月于上海儿童医学中心心胸外科，行全麻CPB心内直视手术的简单先天性心脏病患儿（室间隔缺损、房间隔缺损或合并动脉导管未闭）20例。随机分为两组，其中对照组10例，使用传统的改良超滤方式（tMUF组）；实验组10例，使用优化的改良超滤方式（mMUF组）。

1.2 麻醉方法及CPB管理 所有患儿均采用吸入静脉复合麻醉，给予咪达唑仑0.2 mg／kg，舒芬太尼2 μg／kg及维库溴铵0.1 mg／kg静脉麻醉诱导下行气管插管，采用定压控制通气（PCV）模式，潮气量8～10 ml／kg，术中予以常规生命体征监测，暖风毯保温。至腔静脉开放后，恢复机械通气。改良超滤期间予以适量正性肌力药物维持血压，根据呼气末二氧化碳分压（PETCO2）进行调整潮气量，维持二氧化碳分压在35～40 mm Hg。

1.3 体外循环管理 为保持实验结果的可靠性，20例患儿的氧合器均使用Dideco 901膜式氧合器和DFH－02型血液浓缩器。术中采用常温CPB方式，维持Hct在0.24左右和血浆胶体渗透压维持在15 mm Hg以上。超滤器并联在CPB管路中，进出口分别与CPB管路的动、静脉端管路相连，用晶体液充分预充排气后钳夹备用。术毕肛温升至36～36.5℃，暖风毯38℃保温。

1.4 超滤方式 术中根据患儿情况，行常规超滤、平衡超滤。术毕脱离CPB后，待患儿循环基本稳定，行改良超滤。若为tMUF组即直接开始超滤。若为mMUF组，则采用一根与静脉回流管道平行，直径2 mm的改良超滤灌注管行改良超滤。灌注管台上端经侧孔与右房内静脉插管相连，台下端经三通开关与超滤器静脉端相连。连接后，松开出水管处管钳，开始改良超滤。外科医生将下腔静脉插管拔出，并将其头端置入一盛满勃脉力－A溶液的小碗中，灌注师开放静脉回流管道的阻断钳，待静脉回流管中的血液回收至贮血瓶后再次阻断腔静脉回流管（实际管腔内已由勃脉力－A溶液填充），可回收约70 ml血液。改良超滤初期保持超滤泵流量10～15 ml／（kg·min），最高流量不超过20 ml／（kg·min），超滤负压保持在50 mm Hg左右。主动脉泵以超滤流量的20%～50%补充容量。超滤过程中应密切关注中心静脉压和动脉血压以了解血容量和心功能的变化。待贮血瓶和氧合器内血液基本上都补充到超滤管道内时，即血细胞都充分利用后停止改良超滤。整个超滤过程一般在8～12 min。

1.5 实验仪器和数据采集 采用日本Hamamatsu NIRO－200NX型无创性近红外光谱仪（near infrared spectroscopy，NIRS），将探头用弹力绷带固定于患儿前额正中，以避免外界光干扰。采样率为0.5 Hz。在整个手术过程中实时连续监测两组患儿改良超滤期间脑组织氧合指数（tissue oxygenation index，TOI）、脑组织血红蛋白浓度指数（tissue hemoglobin concentration index，THI）、氧合血红蛋白变化量（△O2Hb）、以及动脉血压、中心静脉压（CVP）和Hct等指标。

1.6 统计学方法 采用SPSS 16.0统计学软件进行统计分析。所有数据均采用均数±标准差（±s）的形式表达。计量资料的组间和组内比较采用t检验。P＜0.05为具有统计学差异，P＜0.01为具有显著统计学差异。

2 结 果

2.1 一般情况 所有患儿手术过程无意外，术中脑血氧参数变化平稳。术后恢复顺利，无死亡。两组超滤时间为7～12 min，组间无明显差异（P＞0.05），超滤液量无差异（P＞0.05）。见表1。

表1 患儿一般资料（n＝50，±s）

表1 患儿一般资料（n＝50，±s）

组别 tMUF组 mMUF组年龄（月） 3.23±1.08 3.41±1.13体重（kg） 5.45±1.81 5.63±1.92 CPB时间（min） 42.21±8.23 43.04±11.21阻断时间（min） 28.05±5.32 30.21±6.89后平行时间（min） 6.54±2.02 6.32±3.23 MUF时间（min） 9.75±2.25 10.25±1.59超滤液量（ml） 285.32±43.56 278.46±42.21

2.2 脑组织血氧参数 以每30秒为一数据采样点，绘制两组患儿TOI、THI和△O2Hb的变化趋势图。无论采用哪种超滤方式，MUF能明显提高脑血氧参数，和MUF前相比，具有统计学差异。THI与脑组织的血红蛋白总浓度成正比，因此在脑血流量相对恒定时，与患儿体内血红蛋白浓度成正比。mMUF组THI上升速度显著快于tMUF组，见图1。超滤期间，mMUF组THI变化幅度为（0.91±0.60）mM／cm，tMUF组为（0.46±0.30）mM／cm，具有显著统计学差异（P＝0.033），mMUF组超滤期间Hct上升速度更快。mMUF组△O2Hb提高（7.42±2.94）mM，tMUF组脑组织△O2Hb仅上升（3.31±2.83）mM（P＜0.01）。在两组△O2Hb变化趋势图上（见图2），tMUF组在超滤开始的早期，由于回流到右心房内血液为静脉回流管道中的低Hct、低氧血液，以及超滤泵对脑血流的分流，脑组织△O2Hb为负值，在改良超滤开始2.5 min后，才转入有效超滤阶段，之后△O2Hb呈上升趋势。而在mMUF组，脑组织△O2Hb在改良超滤开始后，迅速转为正值，且呈迅速升高状态。改良超滤期间，两组TOI呈缓慢上升趋势，见图3。mMUF组TOI为（64.99±3.46）%，tMUF组TOI为（58.20±2.47）%（P＜0.01）。

图1 MUF期间THI变化情况

图2 MUF期间脑组织△O2Hb变化情况

图3 MUF期间脑组织TOI变化情况

2.3 Hct 两组患儿MUF后，Hct与术前相比均有明显上升，且具有统计学差异，见表2。mMUF组Hct上升更显著，MUF结束，Hct达到（0.369±0.018）%，无需再输血。

表2 改良超滤对Hct的影响（n＝10，±s）

表2 改良超滤对Hct的影响（n＝10，±s）

组别 超滤前 超滤后 P值tMUF组 0.242±0.025 0.318±0.025 P＝0.005 mMUF组 0.249±0.016 0.369±0.018 P＝0.004 P值 P＝0.51 P＝0.001

2.4 血流动力学 MUF过程中，患儿血流动力学趋于稳定。tMUF组有3例下调正性肌力药物，cMUF组有1例下调。超滤过程中，患儿均有尿液排出，色清。

3 讨 论

在大多数儿童心脏中心，改良超滤技术（MUF）已成为婴幼儿 CPB手术的重要组成部分［2－3］。据2011年全球小儿CPB技术现状调查显示，约71%的中心使用MUF技术［4］，以动脉－静脉改良超滤（A－V MUF）居多。由于婴幼儿各组织、器官发育尚未成熟，肾功能较弱，对水的调节范围窄［5］。Bocsi等称婴幼儿 CPB术后组织间液蓄积发生率可高达25%［6］。停止CPB后，MUF能有效滤除体内多余水分，提高Hct、血浆蛋白，增加各类凝血因子如纤维蛋白原、凝血因子VII和X、血小板因子IV和抗凝血酶III（AT－III）［7］；因此，MUF能明显降低婴幼儿术后肺血管阻力，改善肺功能，增加左室心肌顺应性，从而稳定CPB术后血流动力学，改善心、脑、肾等重要脏器的灌注和功能［1，7］。如何有效提高MUF技术，提升MUF质量，与提高婴幼儿CPB的整体水平密切相关。

有学者提出，只有Hct达到0.30以上，血液的携氧能力才能达到最佳状态［8］。通过笔者的研究发现，相较于tMUF方式，mMUF效率更高，全身血液浓缩程度更快，能更迅速的提高Hct，缩短术后患儿体内血液达到最佳携氧能力的时间，更快更有效地偿还组织氧债，改善术后心肺功能。TOI这一指标，在MUF阶段，由于患儿血压、呼吸氧合情况的变化，容易受脑组织氧供、氧耗及动静脉血流比等多因素的影响［9］。在笔者的研究中使用的NIRS监测仪为NI⁃RO－200NX型，新增了脑组织THI这一监测指标［3］。因THI＝μs’·CtHb，由此，THI相对其测量初始值变化的百分比就等于总血红蛋白变化的百分比。在MUF开始即刻，THI归一化为1，所以在MUF流量相对稳定的情况下，THI能实时准确地反映局部脑组织中血红蛋白浓度的变化，这一变化率也反映了全身血液的浓缩率。采用mMUF时，经超滤灌注管回输入右心房的血液，均为高Hct、高胶体渗透压、高凝血因子、低炎性因子的血液，能减少MUF的时间，迅速提高全身Hct浓度，改善重要脏器的氧合，利于CPB术后各脏器的恢复。

有作者报道tMUF技术，即动脉－静脉（A－V）的超滤方式，会造成一定程度的左心射血量的分流［7］。这一“左向右”的分流，在MUF早期，可能引起CPB术后心排量低下的重症、低体重患儿的血流动力学的波动。这一盗血现象在tMUF组确有观察到，MUF初始阶段，脑组织△O2Hb为负值，直至MUF开始2.5 min后，△O2Hb才转为正值。而在mMUF组，这一分流现象，通过高Hct血液的高携氧能力得到了补偿，因此，△O2Hb从超滤初初始阶段即为正值并快速升高。mMUF技术弥补了MUF初始阶段的A－V分流现象及其对血流动力学的影响，不会对机体其它器官的血流灌注造成影响，显著提高A－V的MUF方式的超滤质量。

在本组研究中，所有患儿的静脉回流管路均为“1／4”管道，使用mMUF方法后，术毕可回收静脉管道内血液约70 ml，可使体外循环管道中更多的血液参与MUF。这一增加的血容量，相当于5 kg体重婴儿全身血容量的20%，相当可观。相较于未回收这一部分血液的tMUF组，mMUF组超滤结束后的Hct可到0.35以上，无需输血，达到节约用血的目的。相较于MUF方式，残余机血经Cell Saver离心洗涤后只能回输红细胞，丢失了大量血细胞、凝血因子、血浆蛋白等物质，因此，不适用于低体重小婴儿的术后恢复，同时也加重了经济负担［10］。

通过运用近红外光谱仪对不同改良超滤方式的质量控制研究，笔者发现，mMUF，在不增加患儿经济负担的基础上，婴幼儿CPB术后的血液质量得到明显改善。mMUF可显著提高婴幼儿CPB术后改良超滤的效率，改善脑组织血氧参数，稳定术后血流动力学，达到节约用血的目的。

［1］ Naik SK，Knight A，Elliott M，et al.A prospective randomized study of a modified technique of ultrafiltration during pediatric open heart surgery［J］.Circulation，1991，84（5 Supp1）：422－431.

［2］ Ricci Z，Polito A，Netto R，et al.Assessment of modified ultrafil⁃tration hemodynamic impact by pressure recording analytical meth⁃od during pediatric cardiac surgery［J］.Pediatr Crit Care Med，2013，14（4）：390－395.

［3］ Teng Y，Ding H，Gong Q，et al.Monitoring cerebral oxygen satu⁃ration during cardiopulmonary bypass using near－infrared spectros⁃copy：the relationships with body temperature and perfusion rate［J］.J Biomed Opt，2006，11（2）：16－24.

［4］ Harvey B，Shann KG，Fitzgerald D，et al.International pediatric perfusion practice：2011 survey results［J］.J Extra Corpor Techn⁃ol，2012，44（4）：186－193.

［5］ 付志达，李兵，刘立群，等.改良超滤技术在婴幼儿心脏直视手术中的应用［J］.潍坊医学院学报，2013，35（2），117－119.

［6］ Bocsi J，Hambsch J，Osmancik P，et al.Preoperative prediction of pediatric patients with effusions and edema following cardiopul⁃monary bypass surgery by serological and routine laboratory data［J］.Crit Care，2002，6（3）：226－233.

［7］ 钟慧，梁雪村，陈张根，等.婴幼儿心脏手术后两种改良超滤方法对血流动力学的影响［J］.中华胸心血管外科杂志，2011，27（07）：412－415.

［8］ 刘建华，刘海霞，孙建全，等.改良的改良超滤在婴幼儿体外循环中应用［J］.中国体外循环杂志，2008，6（2）：94－96.

［9］ Soro M，Gallego L，Silva V，et al.Cardioprotective effect of sevoflurane and propofol during anaesthesia and the postoperative period in coronary bypass graft surgery：a double－blind random⁃ised study［J］.Eur J Anaesthesiol，2012，29（12）：561－569.

［10］ Boodhwani M，Williams K，Babaev A，el al.Ultrafiltration re⁃duces blood transfusions following cardiac surgery：a meta－analysis［J］.Eur J Cardiothorac Surg，2006，30（6）：892－897.

Quality control analysis of different modified ultrafiltration methods by near in⁃frared spectroscopy

Shen Jia，Zhang Wei，Tang Jia－zhong，Jiang Lei，Fu Wei－Ding，Zhu De－Ming
Department of Cardiothoracic Surgery，Shanghai Children’s Medical Center，Shanghai Jiao Tong University，School of Medicine，Shanghai 200127，China

Zhu De－Ming，Email：scmccpb1＠aliyun.com

Objective To compare the efficiency of different modified ultrafiltration（MUF）methods and to improve the quali⁃ty of MUF in infants，we surveyed the cerebral oxygenation parameters by near infrared spectroscopy（NIRS）during MUF period.Methods Twenty simple congenital heart disease patients were randomly assigned to one of the following groups：the traditional MUF（tMUF）group（contrast group，10 cases）and the modified MUF（mMUF）group（experimental group，10 cases）.The duration of MUF was 8 to 12 minutes.During MUF period，tissue oxygenation index（TOI），tissue hemoglobin concentration index（THI），and quantitative changes in cerebral concentration of oxygenated hemoglobin（△O2Hb）were detected by near infrared spectroscopy（NIRS）in real time.Arterial blood pressure（ABP），central venous pressure（CVP），and haematocrit（Hct）were also recorded.Re⁃sults The cerebral oxygenation parameters after MUF period were improved statistically significantly in both two groups.THI was pro⁃portional to the cerebral total hemoglobin concentration during MUF period.The average rangeability of THI in tMUF group and mMUF group was（0.46±0.30）mM／cm and（0.91±0.60）mM／cm respectively，and the ascending velocity of THI in mMUF group was faster than that in the tMUF group（P＝0.033）.The△O2Hb in mMUF group was improved by（7.42±2.94）mM，and no period of low effi⁃cient MUF was observed in mMUF group.TOI was slowly rising in two groups.At the end point of MUF，the Hct of mMUF group，which reached to（36.86±1.79）%without extra blood transfusion，was statistically higher than that of tMUF group.The hemodynamic statuses of both group patients were tended to be stable.Conclusion Modified MUF could significantly enhance the efficiency and the quality of modified ultrafiltration after cardiopulmonary bypass in infants.The cerebral oxygenation parameters and the postoperative he⁃modynamic status were improved.The purpose of blood save was also achieved.

Modified ultrafiltration；Near infrared spectroscopy；Cerebral concentration of oxygenated hemoglobin；Tissue hemoglobin concentration index；Haematocrit

2014⁃07⁃14）

2014⁃07⁃18）

10.13498／j.cnki.chin.j.ecc.2014.03.07

200127上海交通大学医学院附属上海儿童医学中心心胸外科体外循环科

朱德明，Email：scmccpb1＠aliyun.com