体外膜肺氧合与脑损伤

体外膜肺氧合与脑损伤

【关键词】体外膜肺氧合;脑自动调节能力;脑血管活性;脑氧代谢

脑损伤是体外膜肺氧合(extracorporeal membrane oxygenation, ECMO)的严重并发症，许多研究表明，接受ECMO治疗的患者发生神经系统并发症的几率比未接受者高[1-2]。Lequier等人研究了5岁以下的儿童接受ECMO支持治疗后发生神经系统相关并发症的情况，发现12.5%的患儿发生脑瘫，62.5%的患儿经心理学家诊断有行为异常[2]。Risnes等报道了成人ECMO后，41%的患者有神经心理障碍，52%的患者发现神经影像学异常，41%的患者检测到病理性脑电波[1]。目前，关于ECMO相关脑损伤产生机制的研究普遍支持多方面因素综合作用的观点，涉及脑血流动力学、脑血管活性、脑组织氧代谢等多种机理。

1 ECMO对脑的影响

1.1 脑自动调节能力(cerebral autoregulation，CA)和脑血流量(cerebral blood flow，CBF) CA对于维持脑部血流和代谢的稳定十分重要。缺氧、高碳酸血症等情况下，CA范围缩小，脑组织对抗机体的各种病理生理变化(如低血压)的能力降低，脑组织更易受到损伤。

许多研究表明，ECMO对CA产生影响。Tweed和Short等分别发现在长时间严重缺氧后，CA下降[3-4]，此时，用ECMO进行治疗进一步使CA丧失[4]。1993年，Short等用新生小羊研究发现，静脉-动脉ECMO(vein-artery ECMO，VA ECMO)支持使得CA范围缩小：脑灌

注压<40mmHg时CBF减少(对照组在脑灌注压<25mmHg时CBF仍无变化)[5];1996年，他们用同样的动物模型进行了静脉-静脉ECMO(vein-vein ECMO，VV ECMO)支持对CA影响的研究，结果显示当脑灌注压<25 mmHg时，ECMO组动物CBF显著下降，而对照组CBF 没有改变;同时，ECMO组动物的脑氧运输和代谢速率都比对照组低，提示ECMO组动物CA障碍[6]。ECMO过程中泵的流量也与CBF相关，当泵流量为150 ml/(kg·min)时，VA ECMO对CBF、氧代谢率和脑组织对氧的摄取能力不变，而泵流量减低(如100 ml/(kg·min))，CBF 下降明显[7]。

然而， VA ECMO和VV ECMO对脑组织血流动力学影响不同。ECMO流量为100 ml/(kg·min)时，VA ECMO使大脑皮层血流量在2 min 内降低25%，并伴随脑血管阻力升高;相同泵流量下，VV ECMO不会改变CBF和脑血管阻力。两种模式对脑的不同影响，可能由于VA ECMO 基本为平流灌注，而VV ECMO有部分心脏搏动供血。此外，两种模式下血中血管活性物质的成分不同和血管反应性的差异也是可能原因[8]。

1.2 脑血管活性(cerebrolvascular activity，CVA) ECMO 过程中，CA下降和CBF降低伴随着脑血管阻力升高[8]，这意味着CVA 的改变。早期研究发现VA ECMO能够改变脑血管反应性，使得CA障碍[5]，这种改变在VV ECMO中没有发生，可能是因为VA ECMO的平流灌注所致[6，9]，这种血管活性改变的机制尚不明确。有人发现在VA ECMO 中，脑血管对N硝基左旋精氨酸反应性降低(血管收缩程度比对照组

弱)，提示该变化可能与血管腔内NO生成减少有关[10]。正常的血管肌源性反应是维持血管张力、自动调节能力和毛细血管静水压力的基础。血管肌源性反应与内皮细胞功能密切相关[9]，其调节机制涉及机电耦联、转换运输酶、第二信使、细胞骨架结构和细胞外基质等方面[11]。Ingyinn等研究了VA ECMO支持后，在血钙、血镁、温度、PCO2、PaO2相同的情况下，血管对乙酰胆碱(内皮依赖性血管舒张剂)、3-吗啉-悉尼酮亚胺(SIN-1)(非内皮依赖性血管舒张剂)的反应，发现乙酰胆碱作用后，VA ECMO组动物血管不但不舒张，反而收缩了;当加入SIN-1(外源性NO生成剂)后，两组血管管径无显著差异[9]，提示VA ECMO中血管活性的改变与内皮细胞受损、NO不能正常生成有关。还有研究表明，血流量与压力会影响血管的活性。这种压力的作用机制可能与平滑肌细胞胞膜上的离子通道和酶类引起第二信使和蛋白激酶的激活，引起胞内钙离子浓度改变，从而引起收缩蛋白的作用变化有关[11]。Thorin-Trescases和Bevan研究了血流与压力对正常小兔脑动脉反应性的影响，发现在血管腔内流量和压力较低时，血管舒张功能依赖于内皮的作用;而在腔内压力较高(40～80 mmHg)时，血管收缩与腔内高压直接相关，与内皮功能无关[12];Ingyinn等[9]用新生小羊研究发现，在VA ECMO支持后，无论是低腔内压还是中高腔内压(20～70 mmHg)下，脑血管的肌源性收缩功能都异常，提示内皮功能受损。因此，VA ECMO对CVA的影响涉及血管腔内压力和血流，血管内皮功能改变等方面，其机制可能是NO生成通路的异常。VV ECMO与VA ECMO 对CVA作用的差异可能与两种模式不同的血流途径和是否搏动灌注