深低温停循环经右锁骨下动脉持续脑灌注的实验研究

【摘要】： 近年来在复杂和严重的大血管病变矫治方面已有了较快的进展，深低温停循环（deep hypothermic circulatory arrest, DHCA）技术在主动脉弓部手术中得到了广泛的应用。但深低温停循环超过安全时限时，中枢神经系统(central nervous system, CNS)将发生缺血缺氧损伤。根据大脑Willis环解剖特点设计的经右锁骨下动脉持续脑灌注可以增加脑组织氧供，减轻缺氧缺血引起的脑损伤，减少术后神经系统并发症。因此，本实验建立了猫体外循环模型，在深低温停循环时经右锁骨下动脉持续脑灌注进行脑保护，从脑组织结构、脑组织能量代谢、脑组织一氧化氮合成酶活性等方面进行了研究，并与单纯深低温停循环和经上腔静脉逆行脑灌注（retrograde cerebral perfusion, RCP）两种脑保护方法进行比较，对其脑保护效果进行综合评价，以求能够为该技术在临床的应用提供客观的实验依据。 实验动物模型的建立及分组 实验共用健康杂种猫36只，体重3.0 ± 0.5kg，随机分为三组，每组12只。组Ⅰ（单纯深低温停循环组）体外循环降温至肛温20℃时停循环45min、90min。组Ⅱ（经上腔静脉逆灌组）体外循环降温至肛温20℃时停循环，经上腔静脉逆行灌注45min、90min。组Ⅲ（右锁骨下动脉持续灌注组）右锁骨下动脉、右房插管建立体外循环，降温至30℃阻断升主动脉，继续降温至肛温20℃，阻断无名动脉、左锁骨下动脉、左颈总动脉近心端，行右锁骨下动脉脑灌注45min、90min。 主要研究结果 1、 脑组织超微结构变化 采用透射电镜研究各组脑组织超微结构变化。结果显示：在单纯深低温停循环组病理变化为缺血、缺氧改变，表现为神经元肿胀、粗面内质网广泛脱颗 WP=5 粒、细胞器分散、线粒体肿胀；尤其在停循环90min组病理变化为重度缺氧改变，出现粗面内质网广泛严重脱颗粒、细胞器破碎、线粒体高度肿胀、空泡变性严重、细胞核异常改变。在上腔静脉逆灌组和右锁骨下动脉灌注组病理变化为轻度缺氧改变，表现为神经元轻度水肿、线粒体轻度肿胀、粗面内质网肿胀，但细胞结构基本完整，染色质及核仁大部正常。在上腔静脉逆灌停循环90min组可见少量细胞内的线粒体嵴断裂，偶见空泡。 2、 脑组织能量代谢指标的变化 （1） 颈静脉回流血乳酸含量的变化 颈静脉乳酸含量可以反映出脑组织无氧代谢的程度。单纯深低温停循环组在复温开始和复温至37℃时与上腔静脉逆灌组及右锁骨下动脉灌注组相比乳酸含量明显增高，而后两者之间无显著差别。说明上腔静脉逆灌组和右锁骨下动脉灌注组可以持续灌注氧合血以维持脑的氧需求，能量代谢为有氧代谢，无氧代谢产物乳酸没有显著增加。 （2） 脑组织三磷酸腺苷含量的变化 脑组织三磷酸腺苷（ATP）的含量可以反映出脑组织能量储备的情况。实验结果显示：停循环45min后复温至37℃时上腔静脉逆灌组和右锁骨下动脉灌注组脑组织ATP的含量较单纯深低温停循环组明显增高，表明上腔静脉逆灌组和右锁骨下动脉灌注组在DHCA期间为脑组织提供了较充分的血供，为ATP的生成提供了一定的物质基础。停循环90min后复温至37℃时，右锁骨下动脉灌注组ATP含量较上腔静脉逆灌组增高，说明长时间经上腔静脉逆灌对脑组织能量的供给仍然是不充分的。 3、 脑细胞一氧化氮合成酶活性的变化 在脑缺血时，组织细胞中产生大量的一氧化氮(NO)可能加重脑缺血损伤。本实验结果显示：上腔静脉逆灌组和右锁骨下动脉灌注组脑组织一氧化氮合成酶（NOS）活性较单纯深低温停循环组明显下降。反映DHCA期间经右锁骨下动脉灌注或上腔静脉逆灌氧合血可以较充分地满足低温状态下脑组织的代谢需要，提高了大脑皮层组织ATP的含量，并可携带走各种代谢产物，抑制大脑皮层组织一氧化氮合成酶活性，从而防止一氧化氮过量合成而引起的细胞毒性作用。 WP=6 结论： 1、通过动物模型的建立，经右锁骨下动脉持续脑灌注方法既简化了操作上的复杂性，又使脑得到充分灌注，同上腔静脉逆灌和单纯深低温停循环技术相比操作简便、损伤较小、符合生理，适合作为主动脉弓部手术时的一种脑保护方法。 2、脑形态学方面研究显示，经右锁骨下动脉持续脑灌注能够保证脑部有较充分的血供，减轻脑组织的病理改变，维持细胞的正常形态，避免脑细胞超微结构的不可逆性病理损伤。 3、从脑组织乳酸代谢、ATP含量和NOS活性等角度评价脑保护，右锁骨下动脉持续脑灌注和经上腔静脉逆灌在这些方面明显优于单纯深低温停循环，而右锁骨下动脉持续选择性脑灌注对脑组织能量的供给方面较经上腔静脉逆灌充分，是一种有效的脑保护方法。