体外膜肺氧合（ECMO）：一项挽救生命的技术

体外膜肺氧合（ECMO）：一项挽救生命的技术

摘要在过去的20年中，体外膜肺氧合（ECMO）技术的适应症和应用有了惊人的进展；它已成为常规治疗方法无效时，挽救成人和儿童严重心肺功能障碍的必要工具。本文中我们将对ECMO的开发、临床适应症、患者管理、插管选择和技术、并发症、预后以及ECMO支持时适当的器官功能管理策略进行综述。前言近几年ECMO取得了显著的发展，它已成为常规治疗方法无效时，挽救成人和儿童严重心肺功能障碍的重要工具[1,2]。随着设备的改进、治疗经验的增加，患者的预后得到改善，ECMO技术在如今变得更加可靠。其适应症扩展到在重症监护病房（ICU）里更长时间的使用，心脏和肺移植前过渡期的支持，以及肺叶切除术中不稳定患者的支持。根据体外生命支持组织（ExtracorporealLifeSupportOrganization，ESLO）的注册数据，2014年ECMO的数量超过5000例，如此巨大的ECMO治疗人数增长和适应症的扩大引出的以下伦理学问题：我们应该如何选择ECMO治疗病例，以及何时应该停止ECMO支持治疗。无论在ECMO的人工循环建立、维持还是撤机，均应由训练有素富有经验的临床医务人员来完成。从本质上来说，ECMO是一种支持性治疗，而非改变疾病本身的手段；如果我们选择合适的病人、正确的ECMO类型和恰当的ECMO配置参数（插管部位、管理和并发症的预先判断），我们就能获得良好的预后。随后我们将讨论ECMO的指征、病人选择、技术、并发症和ECMO对临床预后的影响。ECMO的演变1944年，Kolff和Berk注意到血液流经人工肾脏的玻璃纸腔室时能被氧合。1953年，Gibbon应用这一概念进行人工氧合和灌注支持，第一次成功完成开放心脏手术。1965年，Rashkindand和同事首次使用气泡氧合器对一个呼吸衰竭的婴儿进行支持治疗。1969年，Dorsonet等报道使用膜式氧合器在婴儿中进行体外循环。1970年，Baffes等报道了在先天性心脏缺陷婴儿的心脏手术中，成功使用体外膜肺氧合进行支持。长时间的ECMO支持治疗用于严重呼吸衰竭的首次成功报道于1972年，一位创伤后严重呼吸衰竭的病人接受了ECMO支持治疗并获得治愈。Kolobow发明了一种新型膜肺更适用于二氧化碳（CO2）的清除，可适用于慢性阻塞性肺疾病患者的治疗。1975年，Bartlett等首次报道ECMO成功救治一例严重呼吸窘迫的新生儿。然而，二十世纪九十年代初，Morris等的随机对照研究表明，在成人急性呼吸窘迫综合征（adultrespiratorydistresssyndrome，ARDS）患者中，ECMO支持治疗与常规机械通气支持相比并没有显著改善预后，随之，对ECMO的热度也显著降温。尽管缺少证据支持，欧洲和美国的一些中心坚持在特定的病人中进行标准的机械通气的同时，采用V-VECMO支持治疗作为最后手段，并获得了令人鼓舞的结果。CESAR研究发表后，ECMO的使用迎来了新的春天，该研究明确地显示，严重呼吸衰竭患者被随机进入治疗经验丰富的ECMO中心或无ECMO专业人员的普通医院，前者治疗的病例相比后者，6个月后的死亡率和重度残疾情况均获得改善。从那时开始，ECMO的应用出现井喷式增长和持续的发展。ECMO的临床适应症和禁忌症ECMO是一种心肺生命支持，从血管将血液引出，通过机械泵在体外循环，然后再输回循环系统中。当血液引出体外时，血红蛋白被氧合，二氧化碳被清除。氧合情况由血流量决定，二氧化碳清除通过调节流经氧合器逆流回路中的气体流量来控制。ECMO适应症根据支持的器官：心脏、肺或者心肺联合支持，可分为三类。截止至2015年1月，ELSO的年度报告数据显示，超过65171名患者接受了体外生命支持（extracorporeallifesupport，ECLS）。其中主要是新生儿，占53%，儿童占25%，成人为23%。ECLS包括超过41300例（63%）呼吸支持，超过18700例（29%）心脏支持和超过5100例（8%）体外心肺复苏（extracorporealcardiopulmonaryresuscitation，ECPR）。ECMO心脏支持的适应症标准心脏支持适应症包括：在血管内容量充足、使用大剂量的正性肌力药物和主动脉球囊反搏时，仍出现的难治性低心输出量（心脏指数<2Lmin/m2）和低血压（收缩压<90mmHg）。表1.心脏支持治疗适应症ECMO呼吸支持治疗适应症VVECMO和VAECMO都可用于急性呼吸衰竭的救治，以争取时间和维持生命等待基础疾病的改善。在受损肺恢复过程中，ECMO能够完成氧合、清除二氧化碳，或者二者兼有；在终末期肺疾病时，ECMO用于移植过渡期等待供体。表2.肺支持治疗适应症ECMO的禁忌证表3.ECMO禁忌证技术开展VVECMO实施中，患者必须有稳定的血流动力学状态。当使用单根静脉插管时，血液由腔静脉或右心房引流出来，体外循环后输回到右心房（图1）。通常采用Seldinger技术经皮放置右颈内静脉插管。如果采用双静脉插管，通常放置股静脉插管用于引流，右颈内静脉或股静脉用于回输（图2）。图1.单管插管静脉-静脉ECMO：单管双腔法图2.静脉-静脉ECMO：双管法VAECMO同时提供呼吸和循环支持治疗；此时ECMO环路与心肺并联，而VVECMO环路则与心肺串联。VAECMO使用中，血液将绕开心脏和肺。血液由右房或腔静脉引出（引流），通过股动脉、腋动脉或颈动脉等周围插管（回输）输回到动脉系统（图3）或者通过中心插管输回到升主动脉，尤其是在心脏术后ECMO支持治疗中，术中体外循环插管可以由人工心肺机直接转移到ECMO环路上使用。血液从右房引出并回输到升主动脉（图4）。图3.外周静脉-动脉插管法图4.中心静脉-动脉ECMO插管法表4.VA和VVECMO的比较当ECMO作为右室辅助的特殊模式时，氧合好的血液输送至肺动脉，这样血液仅绕开了右心系统（图5）。图5.ECMO设置成右心辅助装置因为插管便捷，并且损伤相对较小，在紧急或心源性休克情况下，VAECMO优先采用股血管通路，能更快地开始ECMO支持治疗。ECMO插管同时，通过放置股动脉远端灌注管，可以减少同侧下肢缺血的概率详见图（3d）。如果患者在心导管室或ICU中，并且病情危重不能到手术室行人工血管端侧吻合置管术，通过胫后动脉插管对下肢进行逆行灌注也是一种选择。股血管有时并不适用于VAECMO插管（例如：患者伴有严重的周围动脉闭塞性疾病或者既往行股动脉重建术）。在这种情况下右颈总动脉可作为插管选择，但这项技术能使大面积分水岭脑梗塞的风险增高5-10%。其替代方法是选用腋动脉插管，而且利于ECMO支持治疗患者的活动[33,34]。适应症比较人工膜肺提供的氧气总量与血流量直接相关。VVECMO时为了获得合适动脉氧合，血流量通常需要3-6L/min。动脉氧合部分依赖于患者的心脏输出量（因为环路与心脏串联）、血红蛋白浓度和血氧饱和度。VAECMO是指引流静脉血液，氧合后由动脉插管输回动脉系统。与VVECMO相比，此项技术能更好的改善全身氧和。因为人工氧合的血液与动脉血混合后，直接灌注远端器官。这种插管方式时，氧合器是与肺平行工作，VV与VAECMO比较见上表4。并发症ECMO并发症非常常见，并且与死亡率的增高显著相关。这些并发症可能与需要ECMO支持治疗的基础疾病有关或与ECMO使用本身相关（外科插管、循环管路、抗凝等）。一般来说，ECMO用于肺支持治疗比心脏支持并发症要少。当ECMO用于ECPR时，预后报道最差。VVECMO比VAECMO并发症少；除了神经系统并发症外，儿童比成人并发症要少。ECMO最常见的并发症是出血，介于10-30%间[36,37]。Auberon等报道高达34%的VAECMO和17%的VVECMO需要外科止血，出血可能发生在外科手术部位、插管部位或先前有创操作部位、胸腔内、腹部或者腹膜后出血。出血增多的原因包括全身肝素化、血小板功能障碍和凝血因子的稀释。输注活化VII因子的疗效并不明确，仅在其它治疗无效且威胁生命的出血时才考虑使用。肺出血在ECMO患者中很常见。除了以上止血方法外，还需要定时使用纤维支气管镜清理气道。近10-15%接受ECMO支持治疗的ARDS患者发生脑出血或梗塞。43%ECMO死亡患者与脑出血有关。正常的ECMO使用不会造成溶血，除非循环管路或者患者自身出现问题。应每日检查血浆游离血红蛋白浓度，如果变化超过10mg/%需要进一步的明确原因并予以纠正。全身血栓栓塞性疾病是由于体外循环中血栓形成所致，虽然是罕见并发症，但会造成灾难性后果。其后果VAECMO比VVECMO严重，因为前者血液直接回输到体循环系统中。肝素持续输注以达到目标活化凝血时间（activatedcoagulationtime，ACT），严密地观察循环管路中血栓形成的情况，可以在绝大多数患者中预防血栓栓塞事件的发生。有文献报道见心脏内血栓形成（图6）。图6.19岁特发性心肌病患者LV血栓形成：LVEF10%，中心插管VAECMO后血栓形成肝素诱导的血小板减少症（heparin-inducedthrombocytopenia，HIT)可发生在ECMO支持治疗的患者中。当HIT被确诊，需采用非肝素抗凝替代肝素持续输注。即使肝素抗凝不伴有HIT，当预期需要长时间使用ECMO支持治疗时，我们喜欢使用比伐卢定。一些作者更倾向使用阿加曲班，因为其半衰期短，并且在相似的ACT目标范围内同样有效。根据ESLO的登记信息，神经系统并发症率差异很大，低则4%，高则达37%[41,43]。据ESLO报道，新生儿心脏病患者中严重神经系统并发症