腹腔镜手术的充气系统（图文演示）

腹腔镜手术的充气系统（图文演示）

THE   INSUFFLATOR   IN   LAPAROSCOPY

Authors
A Garcia, D Mutter, I Jourdan

Abstract
The description of the insufflator in laparoscopy covers all aspects of this piece of equipment.
The technical key steps of the chapter are presented in a step by step way: background, operating principles, prerequisite for laparoscopy, available features, advantages and disadvantages, use and settings, pathophysiological effects, surgical complications, alternatives, criteria for purchase.


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1. 简介
充气仪是腹腔镜手术的要素. 它帮助形成一个适当的手术空间以方便手术进行. 手术的安全性取决于充气仪的质量. 外科医师一定要对充气仪的基本原则有充分的了解, 这样才能大大增加之后的使用率.

2. 背景
• 充气仪器

充气仪器必要用来:
- 创造腹腔积气;
- 手术中维持腹部积气;
- 控制腹腔积气内的气体压力;
- 定期更换气体;

• 腹腔积气

腹腔积气可以用来创造一个腹腔镜手术的手术空间.

• 背景
▶
腹腔镜手术已改变了已建立的手术视野概念 第一次的动物实验是在1901年由George Kelling 所进行的而人体实验在1910年由Hans Christian Jacobaeus所完成. 在二氧化碳开始使用之前, 空气,氧气和笑气(N2O)都有被使用过. 二氧化碳很容易扩散, 高溶解度和容易藉由呼吸排出. 这种高溶解度可以降低气体栓塞的风险. 氦气不会造成类似二氧化碳气体所导致的代谢问题, 用在内分泌手术是非常有效的, 尤其用在嗜铬细胞瘤处理. 疝气可以提供好的心脏稳定效果.

3. 手术原则
• 原则

为了创造一个在器官和腹壁之间的手术操作空间, 必须要创造腹腔积气. 气体是由充气仪器把气体灌入腹腔以使腹壁膨胀. 充气仪的作用是使用闭合式压力控制电路. 气体提供方法可以是由含50-200bars压力的瓶子或靠墙组合柜所提供的中央供应系统来提供 (3.5-5 bars). 一般使用的腹内压力是12mmHg. 因为1bar相当于760mmHg, 很明显地为了安全考虑, 充气仪气其中一项功能是作为压力降低瓣膜以安全地输出气体维持压力在50至80mmHg之间. 流速控制瓣膜调整气体的输送同时监测电路中的压力. 当压力太低时, 瓣膜打开,气体进入电路系统. 如果在电路内的压力是我们所需的, 瓣膜就维持闭着. 虽然不同牌子配备有一点点差异, 仪器的作用机转是相当地简单. 新的充气器可提供不同的充气速度. 使用充气针(Veress needle)来灌气时所使用的充气速度是最低的(1L/min).

• 监测

腹腔内压力的监测:

只有当气体流速最小时(此时充气仪器和腹腔内的压达到平衡)充气器才有办法正确地测量腹腔内压力. 就是这个原因, 充气器是以快速循环模式进行腹腔积气:
充气- 停止充气, 测量腹腔压力 - 充气 - 停止充气, 测量腹腔压力-etc.

气体流速的定义: 在某一期间内所传送气体的最大流速. 然而因为充气器每一循环时会稍停片刻以测量压力. 所以真正的每分钟流速会比充气仪所呈现的瞬间流速低.

• 其它量法

充气仪器可以提供其它测量功能:
也可以测量灌入患者体内气体的容积. 如果出现严重的漏气, 这个值会呈现陡峭的上升, 表示气体瓶很快被排空. 如果瓶子内还存有液态二氧化碳则瓶子内的压力会持续维持在50bars以上. 当二氧化碳储存量下降到低于20%时, 瓶内容物将变成气体同时压力会下降.

4. 腹腔镜手术的必要条件
充气器可以用来调压力所以可以维持稳定的腹腔内积气. 在1988年之前只有妇科医师常规使用腹腔镜手术. 所使用的腹腔积气压力为30mmHg左右. 这种压力有时可能造成气体栓塞. 目前较建议维持低于15mmHg压力和6mmHg压力在小儿外科手术. 大多数的充气仪器有安全装置系统可以预防突然发生腹腔内积气压力增加超过15mmHg. 很多外科医师设定压力最大值为12mmHg因为大于12mmHg时, 心脏的排出容积会明显的减少. 除了可以增加腹壁坚硬度以增加手术活动的精确性, 腹腔积气也可以帮助静脉微血管止血因为静脉内的压力低于腹腔内的压力.

合理的充气仪器:
- 使用无形, 无味, 惰性气体, 易溶于血液, 易由呼吸排除及价格上较便宜;
- 允许高流速率(真正>16 L/min相对于瞬间);
- 使气体潮湿;
- 呈现流速, 容积, 压力及气体成份在监视屏幕上, 同时备有压力警示器;
- 压力太大时会自动排气

5. 其它选择
• 选择1

从屏幕上读出电路压:
有一些充气仪器是连接在摄影机和摄影屏幕之间. 它可以在手术影像上外加呈现目前的电路压力. 这样手术者就可以监视腹腔积气的压力. 这种系统的缺点是增加充气仪器和屏幕的连接会恶化手术影像的呈现.

• 选择2

自动排气:

腹腔镜手术最严重的并发症就是气体栓塞. 这可能是因为腹腔内气体压力过大所导致的. 可以以排气功能来自动限制这种压力过高以避免意外的发生. 如果系统内产生过高的压力, 这种配备会自动排出部分气体以降低气体栓塞发生的风险. 这种安全机转应该是充气仪器必备的功能.

• 选择3

温化气体:
腹腔镜可能会导致患者有明显的体温丧失. 体温丧失的程度和手术时间的长短成正比, 另外也受到气体温度和潮湿度所影响. 厂商已建议使用可以把气体温化到41度左右的配备. 监视的方法可以视气体从充气仪器出来那一刻的温度或者是用温度感应器来监测充气管末端的温度. 不幸的是没有一个系统可以预防患者中心体温的下降. 其实真正有效预防体温丧失的方法为充入潮湿过的气体. 合理的充气仪器应该可以在无菌情况下先让气体潮湿化

• 选择4

气体更换:
腹腔积气的气体成份随着时间会有不同变化. 二氧化碳的渗透能力因而被血液吸收后再被呼出, 近而慢慢被排除掉.
同一时间, 二氧化碳气体的排出会被麻醉药气体,笑气(N2O)的腹腔内渗透所取代. 这种混合气体成份的改变会导致气体栓塞的风险增加, 因为N2O缺乏溶解能力. 另外因为腹腔内高浓度的N2O,发生爆炸的风险也会增加. 连续, 自动腹腔二氧化碳积气的更换可以预防发生这种可能的并发症.

• 选择5

烟雾排出:
有一些厂商研发一种系统能够把手术视野的气体吸出后, 再把已吸掉的气体用外来气体补偿, 排出多少容积以相同容积注入. 这种系统特别适用于直肠内手术因为空间减少, 同时电烧所产生的雾气很快就会混淆手术视野.
这种系统会持续的把气体吸走后再由第二个通道代偿性的注入新的气体.

6. 优点和缺点
• 优点/缺点

不同气体的优点和缺点:
- 空气:
曾经被建议使用空气,但是最主要的缺点是微弱的血液扩散能力, 引发气体栓塞的危险性. 另外因为较慢从腹腔排除掉造成术后疼痛.

-氧气:
氧气不可用来当作腹腔积气气体因为它具有爆炸性. 不可能使用电烧, 所以已也被禁用.

-氧化亚氮, 笑气
这种气体已广泛的使用在麻醉, 也被建议用在诊断性腹腔镜. 它具有爆炸的特性, 已被发现很久所以没有继续用来当作腹腔镜积气气体. 虽然不用来建立腹腔内积气,它也会慢慢地从循环中渗入腹腔, 所以需要被排出.(看第5章关于气体替换).

-氦气:
这是一种不易燃, 无毒性及生物惰性的气体. 它在治疗嗜铬细胞瘤方面的好处是可以限制儿茶酚胺的释放. 然而, 因为它的弱渗透特性, 在气体栓塞方面的考虑,它会造成血管阻塞导致神经功能缺损.在腹腔镜手术方面它不是标准的气体.

-其它较少用的气体:
氙气和氩气只有一些优点. 氙气除了血液动力学的稳定性, 可以用于严重心肌病变的腹腔镜手术j外它们较少被使用.

• 危险
加压过多气体和液体的危险:
就如同之前所讨论的,当腹腔内压力大于12mmHg时, 会明显地降低心脏指数. 然而突然压力增加很多也可能减少换气和导致肺栓塞.
在腹腔镜手术中会有不同器械使用高压气体或液体. 这包括雷射凝血, 氩气喷射止血或喷雾状的组织黏着剂。在一分钟内它们可以灌入好几公升的气体入手术空间内. 高流速的充水器械也可以增加注入腹腔内的容积. 如果腹腔内的高压没有被修正, 会造成持续性的伤害. 控制压力和提供自动排气功能的系统可以增加患者的安全性.
会增加压力的事物:
- 雷射: 每分钟1-5公升气体;
- 氩气(电烧): 每分钟0.5-3公升;
- 组织黏着剂: 每分钟3-10公升;
- 冲洗: 每分钟0.5-5公升;

7. 应用和设定
• 安全系统
• 范例 1

建议最高压力设定在小于15mmHg. 一般限制在12mmHg. 在小儿外科手术, 压力设定在6mmHg范围内.
在市场上的充气器都可预先调整手术压力在0-15mmHg. 因为压力太高所存在的危险, 压力不可以意外的增加. 已发现两种安全系统:可以是一个安全锁可以锁住调整盘或者需要同时压两个预设定钮来重新调整压力设定值.

• 范例 2


• 其它参数

新世代的充气器可以允许选择两种或三种充气流速. 腹腔充气使用最低的充气速率(每分钟1公升).这样可以避免发生突发性的静脉回流减少同时也可让心脏血管系统先适应.
在开始使用任何充气仪器之前, 有一些参数一定要先检查过同时做必要的调整, 就如飞机师在飞行升空前所核对的清单.
- 气体容量;
- 瓶内有足够的容量;
- 存有储备瓶;
- 连接到中央气体分配系统(比较恰当).

这是非常重要的, 因为大部分的充气仪器有几公升的气体储存,足够提供一开始的腹腔积气. 气体流动失败的问题常常在之后才发生, 导致手术停顿,一直等到问题解决后才有办法继续进行.
- 核对在充气器出口处是否有可抛弃式的新过滤器;
- 确定最高充气压的设定是否正确(成人最高压力为12-15mmHg, 小孩一般最高压力为6mmHg);
- 设定最低的气体流速来进行腹腔积气.当腹腔积气已正确的建立后才可以增加流速到最高值.
要小心注意腹腔内充气所呈现的腹腔压力. 正常情况,最开始时的压力是零或甚至是负值. 肚子慢慢膨胀时, 压力才会慢慢增加. 肝脏叩诊声要很快的消失接着是整个腹部膨胀. 如果一开始时腹腔内的压力很高, 要马上停止灌气, 先检查确定问题出在哪里(瓣膜闭合, 灌气入腹壁内,,).如果压力增加很快没有伴随腹腔体积增加, 一定要找出问题点(套管盖锁住, 灌气入组织内,患者没有充分的放松..).气体灌入的容量也可被监测到, 但是这个参数在不适用于监测腹腔积气,因为会漏气或者在手术进行时会有意地排出.

8. 病理生理效应
• 心血管系统


腹腔积气会降低静脉回流(前负荷)和心脏输出量; 增加脉搏速率, 动脉平均压, 全身性的血管阻力(后负荷)和肺血管阻力. 这种血液流动和心血管的变化主要是因为腹压增加和神经性及内分泌性的血管收缩系统刺激所引起的(血管加压素和肾活素-醛类脂醇-血管紧缩素系统vasopressin and the renin-aldosterone-angiotensin system ). 这种变化和所使用气体种类无关. 在健康的患者, 只要腹内压不超过15mmHg 都可以容忍. 这种血液流动的变化在头高姿势时更明显, 因为可以诱导下肢静脉滞留同时增加深部静脉血栓形成的风险. 血液动力的最大改变是在一开始诱发腹腔积时. 所以尽可能的慢慢充气让心血管系统慢慢适应. 当腹腔内压力已达到衡压时, 可以让患者姿势改为头低脚高姿势. 足够的术前容量填充可以帮助代偿这些干扰.
腹腔内积气排出时会出现所谓的过度排泄期( hyperdynamic period).

• 肺脏系统
▶
肺脏系统和气体交换:
使用二氧化碳来当作腹腔内充气会导致血碳酸过多症及呼吸性酸中毒症. 主要原因是因为腹腔内的二氧化碳气体会从腹腔内被吸到全身的循环系统(如果使用其它气体PaCO2就不会增加). 腹腔积气所引发的腹腔内压力增加会导致胸腔内的压力增加, 降低胸肺的顺应性及增加气道的阻力(局限性症候群). 因为麻醉诱发横隔膜放松及腹腔内压力的增加而导致肺积底部的压迫. 这样会减少肺容积和肺顺应性,增加生理性的死腔进而创造所谓换气灌流不协调(ventilation-perfusion mismatch). 头低脚高姿势更加重这种效应.
腹腔镜手术中的气体交换可以介着选择麻醉技巧及使用呼气末端正压(PEEP)来改善. 在做二氧化碳气体灌入时, 在还没达到高平面时(腹腔充气15-20分钟后), PaCO2会增加8-10mmHg.连同pH值的减少. 在一位健康的患者大部分都会对腹腔二氧化碳灌气所导致的肺部变化有所代偿.

• 器官灌注
内脏器官血流灌注:
. 肾脏血流灌注:
腹腔积气会降低肾脏血流灌注和肾小球过滤速率而反映在尿液排出量减少. 腹腔压力的增加导致肾实质,肾动脉及静脉的直接压迫. 肾脏功能的下降和腹压增加成正比. 腹腔积气也会活化肾活素-血管紧缩素系统而导致肾脏血管收缩. 对于肾脏功能正常的患者, 腹压维持在低于15mmHg不会有什么后遗症.

. 门静脉灌注
腹压增加会使得肝门静脉系统的血液循环减少. 腹腔镜手术时间过长或腹压过高会导致肝酵素指数上升.

. 内脏血流灌注
腹压的增加会机械性的压迫肠系膜血管和微血管, 减少内脏微循环及中断内脏器官的氧气扩散.健康的患者对这种灌流的下降会有代偿作用.

• 免疫系统
压力反应和免疫系统:
腹腔内积气对免疫系统及对压力反应的影响程度不是非常清楚. 很多研究都是实验性且只测量非直接的参数(细胞毒cytokines, 细胞分解残留物.)而不是免疫细胞的内部活性(浓度,活性).
研究报告结果针对一些参数(压力和气体种类)所导致的影响是非常矛盾的. 以被发现, 和二氧化碳相比较, 氦气比较不会压抑细胞免疫系统, 限制细菌移动同时减少压力性的反应. 然而这项结论没有被临床实验所证实.
腹腔手术开始的时候, 在套管伤口处的癌细胞转移的案例也有被报告过. 如果有采取一些安全措施,这些并发症应该都可以避免, 例如每次搬运最少的癌细胞组织, 套管固定好以防脱落, 用碘酒冲洗伤口, 同时在做标本取出时尽量保护腹壁. 目前为止, 腹腔手术所引发的腹壁癌细胞转移的案例不会多过传统的开腹手术.

9. 手术并发症 I
• 受伤/腹腔积气
• 概论

腹腔充气时所引发的伤害:
有20-40%的腹腔镜手术并发症发生在腹腔充气时. 虽然少见(<1%的所有腹腔镜手术) 这种并发症常常是非常严重的.
腹腔充气有两种技术: 使用Veress针(1936)的封闭技术及Hasson's 的切开技术(1971). 切开技术比较被接受因为这种做法可以减少并发症. 然而使用两种技术都会有相同的并发症.

&#8226; 血管损伤

血管损伤 (0.04-0.05%)比内脏损伤少见, 但是比较危险(死亡率:8-17%). 上腹部血管是最常被影响到的再来是大网膜的血管. 然而在放置Veress针或套管时, 任何血管都可能被伤害到. 大血管受伤(主动脉, 腔静脉, 门静脉或肠骨血管)除非有特殊情况, 死亡率两个当中就有一个.(书上的报告是44%).

&#8226; 内脏损伤

小肠是最常被侵犯到的, 再来是大肠和肝脏. 所产生的并发症主要是因为没有辨识到已发生的损伤.如果24小时内没有处理的话会引发严重的败血症(发生率:0.06-0.14%; 如果无法辨识出受伤点, 死亡率可以到达20%)

&#8226; 气体栓塞
&#8226; 机转



此为较少见的并发症(<0.6%), 但是高致死率. 肺栓塞是最常见的; 冠状动脉和脑血管动脉栓塞案例也有被报告过.
气体栓塞的3种机转:
a. 最常见情况是发生在建立腹腔积气时, Veress针或第一支套管的血管直接穿刺. 放置套管时使用安全技术及使用低流速灌气(<1 l/min)来建立腹腔积气是非常重要的.
b. 手术中伤害到实质器官的血管(肝脏)会导致大量的气体直接跑到循环里.
c. 较少见的情况是气体栓塞发生在腹腔压力过高(>20mmHg)尤其使用低溶解度的氦气.

因为二氧化碳有高溶解力所以很容易被排出因此发生气体栓塞的机率很低. 其实, 相等值的2mLl/kg/min的二氧化碳气体注射到动物的静脉内才会引发心脏致死性的问题. 如果腹腔内积的气体没有规律性的替换, 它的成分会改变而含有从麻醉剂所释放笑气浓度的增加. 这种笑气含有爆炸性的风险, 比二氧化碳低的溶解力低所以会引发气体栓塞. 氦气是低溶解度, 所以发生气体栓塞时身体无法忍受而且只要0.1ml/kg/min就会导致心脏的并发症.

&#8226; 处理


为了避免气体栓塞的风险, 一定要做的事:
- 放置套管时要使用完全的技术;.
- 避免腹内压力过高;
- 使用高溶解度的气体.
经食道都卜勒超音波检查是侦测气体栓塞敏感度最高的方法, 但是它不是常规的使用在腹腔镜手术.临床上怀疑气体栓塞主要是依据末端二氧化碳潮流(end-tidal CO2)下降主要原因是因为心输出量减少和死腔增加所导致的. 如果同时合并有PaO2的下降更加深怀疑肺部栓塞. 如果是大的栓塞,头部的ECG变化也会看的到.
如果怀疑气体栓塞要马上停止灌气,把腹腔积气排出. 患者以头低脚高姿势同时合并左侧卧以限制气体从右心室跑到肺部循环. 停止给于笑气(N2O)而用100%氧气换气以修正缺氧状态. 以过度换气方式来抵抗死腔的增加同时也可增加二氧化碳从肺部排出. 如果这种简单措施还是不够, 这时就要考虑放置中心静脉导管到肺动脉把气体抽出.
一般二氧化碳的高溶解度使得气体栓塞所导致的临床症状很快就回复而不需要任何治疗. 因为缺乏二氧化碳所行成陡峭的肺泡和血管浓度差这样可以帮助二氧化碳的排出

&#8226; 渗透
&#8226; 皮下气肿

在做腹腔镜手术时, 受压的二氧化碳可以慢慢渗透, 拨开腹膜外组织, 同时导致皮下气肿. 这种效果可能是突发性的或无可避免的(腹膜外手术). 这种并发症所导致的后遗症是二氧化碳的吸收量增加而导致PaCO2的吸收量增加, 这种情况有时是无法控制的. PaCO2的增加和气肿的严重性成正比.开始腹腔积气后的头20分钟内的PaCO2增加一定要怀疑产生皮下气肿. 一般增加每分钟的换气量可以稳定这种情况. 如果还是无法改善, 偶尔中断灌气, 这样才有办法将二氧化碳排出.

&#8226; 气胸

腹腔内压力的增加会打开腹膜肋膜管道的胚胎遗迹而诱发自发性气管. 实际上, 这种情况主要是发生在一些靠近横膈膜的手术, 例如下食道的剥离手术(胃底折迭术). 这样会导致气道压力和PaCO2增加, 合并PaO2和动脉中氧气泡合度下降. 从血液动力学点来看, 气胸会增加肺动脉阻力及降低心输出量, 这种情况可以介着增加心跳速率来部分代偿.
治疗方法包括使用PEEP(5cmH2O). 这样就已足够使肺部再膨胀及把二氧化碳气体从胸腔排出, 以避免放置胸腔引流管同时也可以改善血液动力方面的问题.
其它外加有用的方法包括: 停止给于N2O, 增加片刻的氧气吸入量及降低腹压. 如果手术结束后X光照片显示持续性气胸, 一般都没有什么症状. 一般不需要做胸腔穿刺术, 因为在30分钟内, 二氧化碳会被吸收掉, 同时气胸也会慢慢消失.
区别出二氧化碳所导致的气胸和腹腔镜手术使用的正压换气所导致肺泡气肿破裂, 是非常重要的. 像这种情况PEEP会减少心输出量而加重情况. 在气胸内的气体不会像二氧化碳能够自动排出, 所以需要放置胸腔引流管.

&#8226; 纵膈腔气胸

它的原理类似气胸. 气体可以接着后腹腔或者靠近横膈的食道剥离手术而扩散. 现在的问题是有可能造成脸部和颈部的皮下气肿, 尤其是在头高的姿势. 腹腔停止充气时这个问题就会自动消失而且不需要任何治疗.

&#8226; 心包积气

这种少见的并发症主要是因为腹膜心包的胚胎残留通道从新打通或者是因为心包的穿刺所引起的.如果腹腔内压力过高时就会导致血液流动的问题. 压力小于15mmHg 时一般是没有任何症状.

&#8226; 压力过高
&#8226; 压力过高1

腹腔内压力过高:
腹腔内压力过高会导致循环, 心脏及肺部的变化. 压力过高加重这些变化同时也增加气体从腹腔往外扩散的风险(气体栓塞, 皮下气肿等等). 耐受力因人而异, 主要是根据患者的身体状态. 对于一位健康的成年人压力<12mmHg是算正常的(儿童<7mmHg).
术前增加容量(灌水)可以部分地代偿这些变化. 一般建议使用最低, 足以暴露手术视野的腹腔内压力.

&#8226; 压力过高2

腹腔压力过高最常见的原因是患者没有完全瘫痪和麻醉麻的不够深. 强迫性的腹壁肌肉收缩会明显地增加腹腔压力超过20mmHg. 快速的灌入液体(冲洗液)或另一种气体(凝固的氩气)也可能导致压力上升过高. 在少见的情况下, 充气仪器失去功能而这种是最难被发现到的.
特别注意这种情况是必要的. 如果有怀疑时,手术要停顿片刻, 把套管打开以排出腹腔积气. 使用可以自动排气的充气仪器是一种可增加安全性的做法.

&#8226; 其它并发症
&#8226; 细菌污染

患者细菌污染:
腹腔镜手术使用非无菌的气体会增加患者受污染的可能性. 镶入一个过滤器在充气仪出口和患者侧的无菌管子之间可以预防这种污染.

&#8226; 细胞扩散

细胞扩散至周围:
理论上人为因素或器械污染会导致感染细胞或癌细胞往外围扩散. 虽然连接到套管瓣膜的过滤器目的是为了预防作用, 但是雾化细胞播种和生长的能力还没有被报告过.