14G血液透析导管与8Fr动脉插管在3kg小型犬体外循环模拟回路中的水力学性能比较

《PLOS One》：Hydraulic performance of 14-G hemodialysis catheters versus an 8-Fr arterial cannula in a mock 3-kg small-dog cardiopulmonary bypass circuit

　　

中文摘要翻译： 小型犬体外循环（cardiopulmonary bypass, CPB）中的动脉插管具有挑战性，因为小血管直径可能妨碍使用尺寸合适的儿科动脉插管。尽管已有关于超说明书使用14号（14-gauge, 14-G）血液透析导管的报道，但其在小型犬体外循环条件下的压力-流量特性仍不明确。本研究为体外实验，在模拟3kg小型犬的闭路循环回路中，评估了1根8Fr儿科动脉插管和6个14G血液透析导管样本——分别在25、32和38mm有效长度下设置独立侧孔样本和封闭样本。采用34%（w/w）甘油-水溶液（28°C时黏度2.8 cP）作为近似的牛顿血液模拟液。Stockert S5泵流量设置从50 mL/min递增至350 mL/min；预设50–300 mL/min为主要分析范围，350 mL/min为探索性条件。所报告的出口压力（outlet pressure）在测试装置上游1000 mm处记录，而入口压力（inlet pressure）在装置下游300 mm处监测并调节至60 mmHg；每种条件下使用相同物理装置和回路设置进行6次技术重复。在主要分析范围内，300 mL/min时出口压力约为136–137 mmHg；14G样本与8Fr插管相比的平均差异为+0.33至+0.67 mmHg，95%置信区间为?1.33至+2.15 mmHg。在350 mL/min时，所有三个带侧孔的14G样本的出口压力均高于8Fr插管。在300 mL/min时，所有导管长度下，带侧孔样本的出口压力比封闭样本低约2–3 mmHg。综上所述，这些发现表明，在此标准化模拟小型犬体外循环回路中，各测试装置之间的出口压力在回路层面存在较小的观测差异，但并未确立正式等效性、装置间可互换性或临床有效性。

论文解读

一、研究背景与目的

维持体外循环（cardiopulmonary bypass, CPB）期间稳定的动脉压力和流量对于充足的组织灌注以及限制溶血等血液创伤至关重要。在实践中，动脉管路压力反映了体外循环回路的净水力学阻力，该阻力受动脉通路装置和下游管路节段的强烈影响。随着兽医心脏外科和灌注管理技术的进步，CPB越来越多地应用于小型犬以矫正先天性和获得性心脏病，这些发展也与微型化、低流量灌注系统和低预充量回路概念的总体趋势相并行。在包括约3kg玩具犬在内的极小体型患者中，狭窄的动脉管径和低目标流量会放大组件级压力损失的效应，装置几何结构的微小差异也可能改变动脉管路中的局部流型和剪切相关应力。

然而，适用于小型犬CPB的合适尺寸儿科动脉插管并非总是可得。虽然6Fr动脉插管（外径2.0mm）在几何上更接近14G导管（外径2.1mm），但6Fr插管在日本无法作为新型装置采购用于标准化实验测试。相比之下，8Fr儿科动脉插管已被用作极小体型犬的动脉通路装置，因此在本研究中作为具有临床相关性的基准对照。已有关于超说明书使用14G血液透析导管作为低流量体外循环回路替代动脉通路装置的报道，但在受控CPB相关条件下，其压力-流量行为和侧孔效应的定量表征仍然有限。此外，理想化的管流计算无法完全反映实际装置性能，因为真实装置包含锥形尖端和侧孔等局部几何特征，会引入局部损失和流量再分布。因此，本研究旨在量化8Fr儿科动脉插管与14G血液透析导管在标准化测量回路节段中的出口压力特征，该回路按3kg小型犬预期血流动力学条件进行缩放，系统性地改变泵流量设置、有效长度和侧孔配置，为小型犬CPB及更广泛的微型化低流量灌注系统中的装置选择和回路设计提供工程参考数据。研究假设为：在预设主要分析范围内，三个带侧孔14G样本与8Fr儿科动脉插管之间的观测出口压力差异幅度较小。

二、研究设计与关键方法

研究人员构建了一个闭路模拟CPB回路，以重现3kg小型犬循环模型的血液动力学条件。系统包括配备滚压泵和温度传感器的体外循环机（Stockert S5；LivaNova Japan KK，东京，日本）、两个压力传感器（TruWave；Edwards Lifesciences，东京，日本）、两台生理监护仪（BSM-2300；Nihon Kohden Corporation，东京，日本）以及一个温度控制单元（HHC-51；Senko Medical Instrument Mfg. Co., Ltd.，东京，日本）。所有组件均使用内径1/4英寸的聚氯乙烯管路和管夹连接形成闭路。测试装置包括1根8Fr儿科动脉插管（一体式设计；Medtronic Japan Co., Ltd.，东京，日本）和6个14G血液透析导管（SafeTouch Cannula GA；Nipro Corporation，大阪，日本），后者修剪至25、32和38mm有效长度。对于每个有效长度，一个导管保留原始侧孔进行测试，另一个独立导管在封闭条件下测试，共产生6个14G测试样本和7个物理测试装置。每个测试装置插入动脉管路，远端约10mm延伸至管路腔内。入口压力在装置下游300mm处监测并调节至60mmHg，报告的出口压力在装置上游1000mm处记录。回路以34wt%甘油-水溶液预充，28°C时动态黏度为2.80±0.05cP（n=6），作为近似的牛顿血液模拟液。泵流量设置从50mL/min递增至350mL/min，步长50mL/min；预设50–300mL/min为主要分析范围，350mL/min为探索性条件。每种条件下进行6次技术重复。统计分析方法包括：对每个泵流量设置进行探索性单因素方差分析（ANOVA）比较四种主要配置的出口压力；显著性时使用Welch双样本t检验进行事后两两比较；采用Holm方法调整多重比较p值；报告偏eta平方（partial η_p²）和Hedges' g作为描述性效应量指标。

三、研究结果

（一）各泵流量设置下的出口压力

在预设主要分析范围50–300mL/min内，随着泵流量设置增加，平均出口压力以近似线性方式增加，且在每种泵流量设置下四种测试配置之间保持紧密聚集。在每个泵流量设置下分别进行的探索性ANOVA未检测到配置间具有统计学意义的分离（F(3, 20) ≤ 1.52，p ≥ 0.241，partial η_p² ≤ 0.19）。在探索性的350mL/min泵流量设置下，各配置间的平均出口压力分离更为明显，探索性ANOVA结果为F(3, 20) = 164.87，p < 0.001，partial η_p² = 0.96。

（二）300mL/min泵流量设置下的主要比较

在300mL/min泵流量设置下，8Fr插管的平均出口压力为136.3±1.21mmHg，而带侧孔14G 25、14G 32和14G 38样本分别为136.7±1.37、137.0±1.10和137.0±0.89mmHg。计算所得ΔP_seg范围为76.3–77.0mmHg，四种主要比较配置的表观水力学阻力（apparent hydraulic resistance, R_app）为0.25–0.26mmHg/(mL/min)。与8Fr插管相比的平均出口压力差异为+0.33至+0.67mmHg，对应95%置信区间为?1.33至+2.15mmHg。由于未预设等效性界值，这些估计仅作为观测差异和不确定性的描述性指标。

（三）300mL/min泵流量设置下侧孔与封闭配置的出口压力差异

在所有有效长度下，带侧孔导管的出口压力均低于封闭配置（14G 25：136.7±1.37 vs 139.3±1.21mmHg；14G 32：137.0±1.10 vs 139.8±1.17mmHg；14G 38：137.0±0.89 vs 139.8±0.75mmHg）。相应平均差异（侧孔值减封闭值）分别为?2.67、?2.83和?2.83mmHg，相对于封闭配置约为2%的差异。

（四）表观水力学阻力与几何指数

在完整泵流量设置范围内，四种主要比较配置的R_app呈浅U形模式，从50至150mL/min略有下降，150至250mL/min接近平台期，300至350mL/min增加。各配置间R_app差异较小，数值聚集在0.21–0.29mmHg/(mL/min)范围内。几何分析显示，14G导管内径为1.6mm，8Fr插管内径为2.0mm，对应直径比1.25，理论直径基阻力因子（D_i^-4）为2.44倍。然而，归一化长径比（L/D_i）在25–38mm有效长度范围内为0.52–0.79。尽管存在理论上的直径基指数差异，300mL/min时三种带侧孔14G样本与8Fr插管的平均出口压力差异仅为+0.33至+0.67mmHg。

四、讨论与结论

讨论部分指出，本研究在预设的50–300mL/min泵流量设置范围内，三种带侧孔14G样本与8Fr插管之间的出口压力差异较小，在300mL/min时平均差异为+0.33至+0.67mmHg。尽管14G导管具有显著更高的理论直径基阻力因子，但观测到的压力差异不超过0.67mmHg，这归因于研究设计——计算的压力差反映测试装置与两个压力测量点之间管路的综合水力学行为，且测试有效长度相对于测量回路节段较短。侧孔与封闭配置之间2.7–2.8mmHg的差异可能归因于远端开口与侧孔之间的流量再分布，但研究人员明确指出这仅为机制假说而非直接验证的机制。R_app的浅U形模式与短节段中主要为层流的行为相容。

研究结论为：这项体外实验研究提供了1根8Fr儿科动脉插管和6个14G血液透析导管样本在25、32和38mm有效长度下的回路级水力学参考数据。在预设的50–300mL/min泵流量设置范围内，三种带侧孔14G样本与8Fr插管之间的出口压力差异在现有实验条件下较小；300mL/min时与8Fr插管的平均差异为+0.33至+0.67mmHg。在所测试的14G样本中，300mL/min时带侧孔样本的出口压力比封闭样本低2.7–2.8mmHg。在探索性的350mL/min泵流量设置下，三种带侧孔14G样本的出口压力均高于8Fr插管。这些技术重复发现并未确立装置级等效性、可互换性或临床有效性。未来研究应评估多个独立物理样本和临床相关验证模型，并在以预设装置级相似性为预期结论时进行正式等效性检验。