人体胸廓胸外按压下的力学测试

摘要

一、研究背景和目的: 1.研究背景我国每年猝死病人约50余万，主要为心源性猝死，心脏骤停(cardiacarrest，CA)占心源性猝死患者的80％。在发达国家院外CA患者心肺复苏(cardiopulmonary resuscitation，CPR)后生存率6.5％～15％不等[1-4]，有目击者立即给予传统CPR或者单纯胸外按压则可分别达到17.7％和33.7％[2]，我国院外CA患者生还率却不到1％，。CPR是挽救CA患者最重要的手段，胸外按压(chest compressions，CC)是心肺复苏的基础和关键，对于CA患者，特别是对院外CA患者的抢救成功与否起到决定性的作用。2010年美国心脏协会(American Heart Association，AHA)发表的《2010AHA心肺复苏及心血管急救(emergency eardiovascular care，ECC)指南》（以下简称《2010指南》)对CPR基本生命支持(BLS)进行了重要修改，并强调“用力”“陕速”按压，建议按压频率和深度分别达到100次/min和5cm，强调高质量CPR。临床研究[习证实深按压(51mm)更有利于提高CA患者抢救成功率，并有利于改善预后，按压深度每增加5mm按压深度，可提高CA患者的生存率和功能恢复。但是与此同时，胸外按压相关医源性并发症（iatrogenic injuries associated with chest compressions）也有明显增多[6]，其中发生率最高的并发症是肋骨和胸骨骨折，特别对于男性患者，较女性患者更容易发生ECC相关医源性并发症。虽然现代胸外按压术发展至今已有54年，并取得了重大的进展与突破，然而临床CA患者的生存率仍不理想，怎样使CA患者抢救成功率进一步得到提高，CPR取得突破性进展的又一难题。 虽然胸外按压自发展以来，按压深度和频率都在不断升高， CA患者抢救率也得到提高，但是胸外按压质量指标的最佳值尚未确定。而且，指南建议的质量指标，对医务人员的素质要求较前更高，难以达到[7]，对此也有学者建议用机械CPR代替徒手CPR，而研制高效、安全的CPR仪器需要以胸外按压机制为基础。胸外按压机制是解决目前胸外按压技术难题的关键，得到人体胸部在胸外按压下的力学变化规律是明确胸外按压机制的基础。明确胸外按压机制的解决上述问题的关键，人体胸廓胸外按压的生物力学是阐述胸外按压理论机制的基础。人体胸廓胸外按压下的生物力学研究，主要研究方法有临床研究、动物模型研究、模拟人研究、人体尸体标本测试四种，其中临床研究方法数据来自于患者，参数最贴近真实人体参数，但受到仪器和伦理限制，限制了该研究方法的可信度和可行性;动物模型方法，相对其他方法易行，数据精确，但所得结果与人体参数差异较大;模拟人的胸廓特性与真实人体存在较大差异，研究成果的运用具有较大的局限性;人体尸体标本生物力学测试方法被作为胸部生物力学测试和损伤阈值估计的黄金标准。 2.研究目的通过人体新鲜尸体标本胸廓胸外按压下的生物力学测试，观察胸骨载荷-位移关系，达到《2010指南》推荐按压深度所需的外力大小，以及不同按压位置、不同按压频率进行加载对胸骨位移的影响，以验证目前临床按压位置是否合理和找出胸外按压最佳按压频率范围，为临床提供参考。通过对医务人员CPR培训的研究，了解医务人员按压质量是否能达到《2010指南》标准以及胸外按压质量随循环周期变化的分析，为今后CPR教学培训以及临床工作提供参考。 二、材料与方法: 1.回顾胸外按压解剖结构基础，了解胸外按压作用机制及人体胸廓胸外按压下的力学研究进展。 2.选择男、女性新鲜尸体标本各一具（男性:身高178cm，体重75kg，年龄40岁，胸廓横径28.5cm，胸廓前后径19.7cm，胸围79cm;女性:身高163cm，体重52kg，年龄55岁，胸廓横径25.6cm，胸廓前后径16.8cm，胸围73.4cm），两具标本均经物理检查和CT扫描，排除胸部骨折、畸形、包块等病变存在。男、女性标本根据胸廓的完整不同分为A、B、C、D四个组:A组——保留完整胸廓组:B组——去除胸壁软组织，胸前保留完整骨性胸廓和肋间肌、关节韧带等，膈肌完整保留，背部保留完整性;C组——去除胸前所有肌肉和软组织，保留骨性胸廓、膈肌和胸腔内脏，背部保留完整性;D组——仅保留完整骨性胸廓。加载位置选择:第3、4肋间、第4、5肋间（临床胸外按压位置）和第5、6肋间，分别记为Ⅲ、Ⅰ、Ⅱ三个点。采用BOSE动/静态材料试验机（以下简称BOSE机）在不同加载位置进行动、静态生物力学测试;静态测试组，分别对男、女性标本4个组，依次以已知载荷0～400牛顿（newton，N），依次在不同加载位置以每50N为一个级别进行逐级加载，BOSE机配置配置电脑同步记录载荷、位移数据;动态测试，采用80次/min、100次/min、120次/min、140次/min的加载频率，以相同的外力分别对A、B、C、D组在三个不同位置进行测试，同样BOSE机配置电脑同步记录载荷和位移。 3.2011年10月～2013年10月期间，采用复苏反馈系统对以《2010指南》为标准，并结合胸部力学传导特性进行培训，对135名医务人员胸外按压质量和CPR不同循环周期按压质量的变化情况进行分析。参加培训人员进行BLS—CPR基本知识考核后，按照《2010指南》的标准进行单人徒手CPR培训，培训过程中连接反馈系统可以实时反馈和记录每一次按压的质量信息，包括按压频率和按压深度，提醒并帮助医务人员找到合适的按压频率与按压深度。培训后进行理论和操作考核，操作考核要求每人按C-A-B的流程连续操完成5个循环周期的胸外按压，考核过程中关闭复苏反馈系统提醒功能，只进行数据采集。设定有效按压深度为4～6cm，有效按压频率为80～120次/min; CPR有效率定义为每次按压深度和频率都在上述范围内的按压次数占总按压次数的百分比。 三、结果: 1.人体胸廓具有一定的弹性和活动性。心脏位于胸腔前纵隔偏左，与胸骨最接近的位置与临床胸外按压位置几乎相同。胸外按压时外力作用于胸部，传递能量到皮下组织，导致组织解剖性拉紧，胸廓受力发生变形，引起胸部前后径改变，胸腔容积减小，胸内压增大和（或者）心脏受压，起到维持重要器官血供的作用，这就是“心泵机制”和“胸泵机制”的解剖基础。 2.人体胸廓胸外按压生物力学测试发现:(1)完整人体尸体标本胸廓，在静态加载的下，胸骨载荷和位移具有较好的相关关系，胸骨位移随着载荷的增加而增加，二者关系式符合三次元模型。男性载荷-位移关系式为:F=6.715+7.976-0.054-0.005(F:载荷，单位N，:位移，单位mm)，女性标本得出载荷-位移关系式为:F=7.678+2.135+0.029+0.003;模拟临床胸外按压的情况下，载荷0～120N间，载荷-位移关系式符合二次元模型，二者呈正相关关系;达到相同的胸骨位移，男性所需外力大于女性，在静态加载下，达到50mm的胸骨位移男、女性分别需要646N和562N的外力;达到相同的胸骨位移，动态加载比静态加载需要更大的外力。(2)Ⅰ（胸骨第4、5肋间）、Ⅱ（胸骨第5、6肋间）、Ⅲ（胸骨第3、4肋间）三个加载位置所得曲线观察发现，Ⅰ、Ⅱ较Ⅲ点达到相同的位移需要更小的外力，其中Ⅱ点加载更容易得到较大位移，但与此同时该点加载发生两次骨折。(3)采用相同外力不同频率进行加载时，频率80次/min～140次/min，随着频率的增加，胸廓实际所承受的载荷逐渐减小;频率80次/min～120次/min，相同外力作用下胸骨位移相应的有所增加，但在140次/min时胸骨位移有所降低。(4)随着胸廓完整性的破坏，在相同外力作用下胸骨位移逐渐增大，这种变化趋势在女性较男性明显，胸骨位移变化在B、C组间差异最小。 3.培训前、后医务人员CPR基本知识各质量指标比较均有P＞0.05。平均按压深度4.84±0.64cm，男、女性组按压深度分别为5.20±0.52cm和4.59±0.58cm，差异具有统计学意义(P=0.00＜0.05);平均按压频率122.63±13.64次/min，男、女性医务人员平均按压频率分别是122.37±14.5次/min和122.8±12.71次/min，差异无统计学意义(P＞0.05);完成5个循环时间100.79±7.36s，总体有效率为66.51±34.68％，二者在男、女性医务人员比较均无统计学意义(P＞0.05)。按压进行到第5循环周期，胸外按压平均按压深度和平均按压频率降低具有显著统计学意义（P＜0.05和P＜0.05）;平均按压有效率随着循环周期的进行不断下降，但差异无显著统计学意义(P＞0.05)。 四、结论: 2.人体胸廓胸外按压下的载荷-位移关系式符合三次元模型，二者具有较好的相关关系，胸骨位移随载荷的增加而增大。胸外按压时按压位置不同，得到的胸骨位移不同，目前的临床胸外按压位置（胸骨第4、5肋间）合理。胸外按压的质量和并发症的发生与胸部刚性息息相关，男性胸廓刚性大子女性，在临床CPR中应给与关注。胸外按压应具有最佳按压频率范围，最佳频率范围的上限应该在120次/min～140次/min。骨性胸廓是人体胸部的支架，使胸廓保持一定刚性的基础，是胸部力学基础。胸廓的完整性的改变对胸廓力学特性具有重要的影响作用，肌肉的发达程度和完整性是最大的影响因素，同时，膈肌、内脏以及胸腔的完整性对胸廓力学特性的影响不可忽视。 3.CPR培训后，医务人员胸外按压质量指标基本能达到指南标准，男性医务人员胸外按压质量优于女性医务人员，女性医务人员按压深度达不到指南要求;《2010指南》所推荐的每5个循环周期进行交替按压基本合理，在有条件的情况下，特别对于女性医务人员可以每4个循环周期进行交替按压。

目录

摘要

前言

第一章 胸外按压概述

1．1 心脏骤停

1．2 胸外按压解剖学基础

1．3 胸外按压的发展及理论机制

1．4 胸廓胸外按压下的生物力学研究进展

第二章 人体胸廓胸外按压的生物力学实验室测试

2．1 材料与方法

2．2 研究结果

2．3 讨论

2．4 本章小结

第三章 临床CPR培训中胸外按压质量指标观察

3．1 一般资料

3．2 方法

3．3 结果

3．4 讨论

全文总结

参考文献

课题综述 胸外按压研究新进展

英文缩略词对照表

攻读学位期问成果

致谢

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