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编号:10292925
经颅多普勒超声对羊体外膜肺灌流期间栓子监测的研究
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     作者:张晶 樊寻梅 宋国维 尹河华 甘小庄 黄伟雄

    单位:张晶(100045 首都医科大学附属北京儿童医院急救中心);樊寻梅(100045 首都医科大学附属北京儿童医院急救中心);尹河华(100045 首都医科大学附属北京儿童医院急救中心);宋国维(首都儿科研究所急救科);甘小庄(首都儿科研究所急救科);黄伟雄(首都儿科研究所急救科)

    关键词:超声检查,多普勒,经颅;脑血栓和血栓形成;体外膜氧合作用;绵羊

    中华儿科杂志000604 【摘要】 目的 探讨经颅多普勒超声(transcranial Doppler, TCD)对羊体外膜肺(extracorporeal membrane oxygenation, ECMO)期间脑血管内栓子监测的意义,及其与神经系统预后的关系。方法 应用美国Medsonics CDS TCD仪监护系统对14只羊 ECMO全过程进行连续的栓子监测,并对其中9只羊行脑形态学检查。结果 (1)13只羊在ECMO初始阶段和流量增加阶段最易监测到栓子信号,且大多数为气栓。(2)9只羊脑组织大体解剖无异常,其中4只羊光镜下除散发小片状软化灶外,双侧脑组织结构正常。(3)经统计学处理,栓子总数与病理结果无显著相关性(P>0.05),可能与例数少和气栓为主有关。结论 TCD可成功地检测到羊ECMO期间的栓子信号,TCD栓子监测对提高体外循环操作和管理水平,减少潜在有害的脑栓塞有指导意义。
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    Transcranial Doppler monitoring of microembolic signals during extracorporeal membrane oxygenation in sheep

    ZHANG Jing*, FAN Xunmei, SONG Guowei, et al.

    * Intensive Care Unit, Beijing Children's Hospital, Capital University of Medical Sciences, Beijing 100045,China

    【Abstract】 Objective To evaluate the transcranial Doppler (TCD) monitoring of microembolic signals (MES) during extracorporeal membrane oxygenation (ECMO) and to explore the relationship between the number of MES and the neurological outcome. Methods Using American Medsonics CDS TCD machine to detect MES continuously during ECMO process in 14 sheep. The cerebral morphological and pathological examinations was carried out in 9 of 14 sheep. Results (1) The MES were easily detected both at the onset of ECMO and at the pump increasing phase. The most MES was air bubble signals. (2) There was no abnormality in brains of 9 sheep by the gross observation. Under the microscopy, the bilateral cerebral tissue structures were normal except the brain malacia was discovered at some areas of brains in 4 sheep. (3) No significant correlation between the whole numbers of MES and brain malacia was found. Conclusion TCD monitoring of MES during ECMO was successful, and may help to improve the quality of the ECMO operations and to decrease the potentially harmful embolization during ECMO.
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    【Key words】 Ultrasonography, Doppler, transcranial; Cerebral embolism and thrombosis; Extracorporeal membrane oxygenation; Sheep

    经颅多普勒(transcranial Doppler, TCD)超声在世界范围内已得到广泛应用。但大多是对脑血管病诊断方面的应用研究。近年,国外开始向监护方面发展。有研究表明,术中脑血流速度和栓子的监测有助于减少神经系统并发症,改善预后[1]。国内这方面研究很少。体外膜肺(extracorporeal membrane oxygenation, ECMO)是抢救患儿严重呼吸衰竭的一种急救技术[2]。经ECMO治疗的婴儿有10%~46%发生神经系统异常[3,4],其中脑实质梗塞可能与微栓子引起局部缺血有关[5]。有报道ECMO环路中发现有附壁血栓,并常规使用系统肝素化以降低血小板聚集,减少栓子形成[2]。但ECMO时是否有栓子进入脑内?何时容易发生?国内外未见报道。本研究使用TCD在ECMO期间进行栓子连续监测,观察ECMO不同阶段栓子产生及进入脑内的情况,并结合脑形态学检查,探讨栓子与神经系统并发症的关系,以提高ECMO操作及管理水平。
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    材料和方法

    一、材料

    1岁以内的健康绵羊14只,体重(20.6±2.2) kg,雌雄不限。

    二、仪器

    美国Medsonics CDS TCD仪,除提供血流方向、速度(频谱信号、声频和数值)及其他血流动力学信息外,还可进行栓子计数。根据操作手册、预试验和文献[6],采用常规参数设置: 计数域值(threshold)为1,背景血流调节指数k1、栓子振幅调节指数 k2分别为8、10即可获得有效栓子计数。

    三、方法

    1. TCD监测栓子的方法:实验当天,麻醉后使羊左侧卧位,颈部伸展,头部固定于自制羊头固定架上,在右侧颞窗获得最佳信号后将监测探头固定。同一只羊保证TCD在同一位置、方向和深度连续监测。分别于ECMO前夹闭颈动静脉时、ECMO灌流开始时、小流量上升为大流量时、ECMO减速及停止等处理之前、即刻、1、2、3、4、5 min及达稳定状态等时刻、小流量和大流量稳定30 min时记录栓子数。
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    2. 羊脑形态学观察:ECMO后2周处死实验羊,行脑组织大体观察并称其重量,然后采用单盲法对左右脑组织切片行光镜检查。

    四、统计学处理

    栓子数量与脑病理关系分析用Fisher确切概率法进行检验。

    结果

    一、ECMO各阶段栓子监测情况

    通过TCD对ECMO全过程进行连续监测,发现ECMO初始阶段和小流量上升至大流量阶段为栓子密集出现时期。14只羊中的13只(93%)在ECMO初始阶段监测到成串的气栓信号(图1),信号强度较高,比背景信号高10分贝以上,伴血流频谱增宽,一般持续3~5 min即基本消失。另1只羊气栓极少。小流量上升至大流量时,6只羊记录到气栓和颗粒栓子的混合信号(图2)。2只羊在初始阶段大量气栓消失后,于大流量和减速阶段仍有单个出现的颗粒栓子信号,持续时间较长,且不伴血流频谱增宽(图3)。
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    二、栓子计数结果

    每只羊观察总时间和间隔时间相同,对每只羊分别进行栓子数统计。9只羊栓子计数结果见表1。

    三、羊脑形态学及病理学检查结果

    羊左右脑重量分别为(43.8±2.6) g 和(44.5±3.1) g,差异无显著性(P>0.05)。病理切片检查均未发现脑出血。根据充血、水肿、出血和神经变性坏死等指标判定两侧大脑结构基本一致,未见明显特定的病变。发现4只羊在大脑不同部位有小片状软化灶,其中右侧2只(1只在枕叶,1只在额叶和顶叶),左侧1只(顶叶),双侧1只(顶叶和枕叶)(表1)。用Fisher确切概率法统计,未发现栓子总数与脑软化有相关性(P=0.36)。

    讨论

    多普勒频谱信号包含2个重要参数—频移和振幅。频移很早被用于检测血流速度、方向和特征;振幅则反映多普勒超声反射强度,目前被用于检测栓子的流动。由于栓子与周围红细胞相比具有不同的声阻抗(acoustic impedance),较多超声波在栓子/血液界面被反射,在多普勒频谱图上即产生一个可分辨的高强度反射信号—栓子信号[6]
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    1990年Spencer等[7]首次使用TCD对196例行颈动脉内膜剥离术(carotid endarterectomy,CEA)的患者进行监护,发现有35例(38%)记录到气泡信号,24例(26%)记录到血栓信号。Gaunt等[8]对100例行CEA的患者监测时发现92%可监测到栓子信号,且不同阶段栓子信号不同。微气泡栓子信号多连续成串出现,持续时间短,单向性,信号强度较背景多普勒信号至少高3分贝并伴有频谱增宽, 为哨鸣或鸟鸣样谐音;而颗粒栓子信号一般单个出现,信号分散稀疏,连续出现者少见。信号强度较背景血流高,但通常不伴频谱增宽,表现为血流频谱包络线内的固体高强度信号,亦为鸟鸣样谐音[7,8]。此后,有学者使用TCD成功地观察了不同心脏手术体外循环(cardiopulmonary bypass,CPB)过程中各阶段微栓子数量及性质[9,10,11]。但国内外对ECMO期间微栓子发生的情况均未见报道。
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    图1 ECMO初始阶段的气栓栓子信号 箭头所示为高强度气栓栓子信号,成串、密集出现,伴血流频谱增宽

    图2 小流量上升至大流量时记录到的混合栓子信号 气栓栓子信号(),颗粒栓子信号(所指,为小团块形)

    图3 大流量稳态过程中记录到的颗粒栓子信号 颗粒栓子信号(,团块形),血流频谱无增宽

    表1 羊体外膜肺期间经颅多普勒超声检测栓子计数及
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    其脑病理改变 实验羊编号

    栓子数量(个)

    脑软化

    1

    3905

    +

    2

    228

    -

    3

    21*

    +

    4
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    198

    -

    5

    207**

    +

    6

    103

    -

    7

    206

    -

    8

    400

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    9

    181

    -

    注:*大流量和减速阶段监测到少量单个颗粒栓子信号; ** 大流量1~1.5 h记录到147个栓子信号(以颗粒栓子信号为主,也有气栓信号) 本研究首次使用TCD在ECMO灌流期间进行了栓子监测,发现灌流初始和小流量上升至大流量阶段最易监测到栓子信号。ECMO初始以气栓信号为主,气泡的产生考虑与插入的动脉导管顶端周围及管壁上附着的微小气泡,在ECMO开始灌流时随血流进入颅内脑血管有关。一般持续1~2 min,之后明显减少,3~5 min后消失。小流量升至大流量时,加速运动可能使附在ECMO管路表面由“血界面”引起的微栓脱落,随血流进入脑内,也存在因加速使附着在环路表面的微气泡脱落进入脑内的可能。2只羊在体外循环大流量稳定后和减速阶段观察到的散发颗粒栓子信号,考虑主要与附壁栓子脱落有关。实验早期TCD的监测,使我们亲眼目睹了大量栓子进入脑内,通过提高预充排气和血液灌流等环节的操作技术和熟练程度,实验后期栓子数明显减少,表明TCD是一种有价值的栓子监测工具,对减少栓子引起的潜在脑栓塞有指导意义。
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    多数研究表明,CEA时颗粒栓子与神经系统损伤关系较大[8,12],而气栓则不明确[12]。但也有研究者认为大量气栓亦可导致脑损害[10,11]。Spencer等[7]报道记录到气泡信号的57例患者仅1例出现24 h失语和左侧轻度偏瘫1周;而检测到血栓信号的24例中,10例出现脑缺血或中风。Gaunt等[8]研究发现 CEA时大多数为气体栓子,且未发现栓子总数与临床不良后果有相关性。而剥离颈动脉时记录到的颗粒栓子大于10者,与神经系统功能异常有明显相关性。最近国外学者[12]使用核磁共振对CEA治疗患者进行手术前后颅脑影像学对比研究发现,术后患者脑部出现新的微小梗塞灶,而头颅CT检查常不能发现。本实验栓子信号多为气体栓子,仅2只羊在ECMO灌流全过程监测到颗粒栓子信号。本组除4只(4/9)羊脑病理切片发现双侧有散发的小片状脑软化灶外,两侧大脑结构基本一致,未见明显特定病变。经Fisher确切概率法统计未发现栓子总数与病理结果有明显相关性,考虑与例数少和气栓为主有关;但ECMO时颗粒栓子信号存在时间较长的2只羊和栓子数量最多的1只羊,可见脑软化灶,与国外报道一致[8,12]。研究表明,ECMO灌流与体外循环(cardiopulmonary bypass, CPB)相似,以气栓为主,而对脑组织损害较大的可能是颗粒栓子而非气栓,但短时间大量的气栓亦可能损伤脑组织。ECMO期间栓子情况和神经系统预后的确切关系还有待进一步研究。本研究提示,提高ECMO各个环节操作技术和管理水平,加强监护,将有助于减少神经系统并发症。
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    志谢 感谢北京市宣武医院B超科华扬副教授对本研究的指导和帮助

    参考文献

    1,徐绍彦,华扬,主编. 经颅多普勒在神经外科的应用.北京:北京医科大学中国协和医科大学联合出版社,1993. 152,62-66,83,86.

    2,Robert HB. Extracorporeal life support for cardiopulmonary failure. Curr Probl Surg,1990, 10: 627-633, 647-648.

    3,Green TP, Timmons OD, Fackler JC, et al. The impact of extra-corporeal membrane oxygenation on survival in pediatric patients with acute respiratory failure. Crit Care Med, 1996, 24: 323-329.
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    4,Taylor GA, Catena LM, Garin DB,et al. Intracranial flow patterns in infants undergoing extracorporeal membrane oxygenation: preliminary observations with Doppler US. Radiology, 1987, 165: 671- 674.

    5,Taylor GA, Short BL,Fitz CR. Imaging of cerebrovascular injury in infants treated with extracorporeal membrane oxygenation. J Pediatr. 1989,114:635-639.

    6,Spencer MP. Detection of cerebral arterial emboli. In:Newell DW, Aaslid R,eds. Transcranial Doppler. New York: Raven Press, 1992. 35,46.
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    7,Spencer MP, Thomas GI, Nicholls SC, et al. Detection of middle cerebral artery emboli during carotid endarterectomy using transcranial Doppler ultrasonography. Stroke, 1990,21:415-423.

    8,Gaunt ME, Martin PJ, Smith JL, et al. Clinical relevance of intraoperative embolization detected by transcranial Doppler ultrasonography during carotid endarterectomy:a prospective study of 100 patients. British J Surg, 1994, 81:1435-1439.

    9,Pugsley W, Klinger L, Paschalis C, et al. Microemboli and cerebral impairment during cardiac surgery. Vascular surgery, 1990, 1: 34-43.
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    10,Brakken SK, Russell D,Brucher R, et al.Cerebral microembolic signals during cardiopulmonary bypass surgery - frequency, time of occurrence, and association with patient and surgical characteristics. Stroke, 1997, 28:1988-1992.

    11,Talor RL, Booger MA, Weisel RD, et al. Cerebral microemboli during cardiopulmonary bypass: increased emboli during perfusionist interventions. Ann Thorac Surg, 1999,68: 89-93.

    12,Jansen C,Ramos LMP, Heesewijk JPM, et al. Impact of microembolism and hemodynamic change in the brain during carotid endarterectomy. Stroke, 1994, 25: 992-997.

    (收稿日期:1999-11-15), http://www.100md.com