体外膜氧合ECMO与右心衰：文献综述（译文）
重症行者翻译组 梁艳 译
摘要：
右心衰竭是指由于右心本身的损伤或后负荷增加，导致在前负荷足够的情况下也无法维持足够的心输出量。右心衰竭的药物治疗包括：优化前负荷，通过应用血管升压药和强心药来增加收缩力，以及吸入肺血管扩张剂。然而，当药物治疗不奏效时，则需要机械循环支持（MCS）来维持全身和右心的灌注。目前，有关单纯右心衰MCS的数据较少，但体外膜氧合（ECMO）似乎是目前最有效和最实际的方法。对于急性低氧性呼吸衰竭所致的单纯右心衰患者，哪怕患者处于休克状态，VV-ECMO仍是一种适当的初始选择。然而，对于原发性右心损伤或右心衰并伴有左心衰时，则是应行VA-ECMO支持。这两种模式都是通过减少前负荷、降低右心室壁张力和将氧合血液输送到冠状动脉循环，为右心提供间接的支持。外周插管在VV-ECMO中也是需要的，而在VA-ECMO中最为常用，即使在紧急情况下也可以快速插管。动脉导管波形搏动的变化可以提示临床状况的变化，包括心肌功能的变化、前负荷不足、右心衰的恶化、以及过度的VA-ECMO支持等导致左心后负荷增加。心肌功能可以通过滴定强心药或血管扩张剂来改善，也可以利用Impella、主动脉内球囊反搏、或通过调节VA-ECMO的支持来改善。
关键词：ECMO，右心，右心室，机械循环支持，心输出量
背景
体外膜氧合（ECMO），又称体外生命支持，最早是在20世纪50年代发展起来的，当时的目的是用于需要体外循环的长时间手术过程中对血液进行氧合。最近在结构和技术上的改进，使得ECMO和其它类形的机械循环支持（MCS）在成人患者中的使用广泛增加，特别是在呼吸衰竭或心力衰竭的急性期的患者。同样，人们在右心衰的识别和治疗方面的进展也为右心衰患者的治疗增加了选择。虽然使用ECMO治疗右心衰的临床经验一直在不断积累，但目前相关文献还很少。鉴于右心和左心在病理生理学上的差异，以及现有的不同支持方案，左心衰的管理原则不一定适用于右心衰。本综述涉及了急性右心衰竭的管理策略和右心衰竭中MCS的问题，重点是ECMO。
右心衰的病理生理学
右心衰是指右心在足够的前负荷下，无法保持足够的右心输出量。原发性右心衰可由右心自身的损伤引起，如：右心缺血或梗死、心肌炎、心肌病或心脏手术后。继发性右心衰的发生，主要是由于肺血管阻力（PVR）的增加，如：肺栓塞、肺动脉高压或严重低氧引起的肺血管收缩。右心室具有薄壁的结构特点，对容积的重大变化有较强的耐受性，但对压力的变化极其敏感。由于肺血管的基础生理特点是低阻力和低压，PVR的升高对右心有着显著的影响。如果PVR是突然持续的升高，右心室可能无法有效地对抗后负荷的增加，导致快速出现心衰。如果PVR是逐渐、慢性的升高，右心则可以逐步适应，但仍处于脆弱的状态，即使是相对较小的生理变化也会导致其失代偿。值得注意的是，由于低氧性肺血管收缩引起的PVR增加，导致多达25%的ARDS患者出现右心衰，并且与需要VV-ECMO支持的患者生存率下降具有相关性。
在右心衰的早期，右心房和右心室的舒张末期压力就较基线值升高。随着右心室射血的减少，右心室容积显著增加，导致室间隔向左室偏移，从而使左室充盈障碍和心输出量减少。随着肺动脉压力的增加，右心室无法维持足够的每搏输出量。若双心室都衰竭，则导致心输出量减少，右心室壁张力增加，冠状动脉灌注压力降低，反过来使得心肌灌注不足、随后出现心肌缺血。
急性右心衰的管理治疗应从优化患者的容量状态开始。既往心脏健康的患者，在急性、原发性右心衰竭时，是具有前负荷依赖性的，并对血管内容量的不足有较高的敏感性。而对于已经受损的或慢性受损的心脏，则恰恰相反，容量过载可以进一步增加右心室壁张力，继而导致心输出量下降。然而，ECMO的启动可会引起细胞因子的释放、产生血管麻痹、以及出血而造成容量丢失。因此，在大多数情况下，一旦决定启动ECMO，利尿治疗就应该推迟。
衰竭的右心室对前负荷的增加非常敏感，特别是在继发性右心衰的时时候。肺泡氧分压低于60m和肺过度充气，如：机械通气，特别是应用高水平PEEP时，也可以增加PVR。因此，低氧血症和高碳酸血症，以及正压通气治疗，都会导致右心衰竭的恶化。尽管给予了最大程度的药物治疗和优化了前负荷、心肌收缩性和后负荷，一些患者仍进展为难治性右心衰竭。对于这些患者，则可能需要MCS。
机械循环支持中的血流动力学监测
持续的血流动力学监测在右心衰竭时至关重要，特别是患者的病情严重到足以证明MCS非常有必要时。通过动脉波形进行评估，临床医生可以从中发现以心肌收缩力的变化，这可能会提示我们超声心动图检查的必要性。虽然许多危重患者并没有常规放置肺动脉导管，但在右心衰竭或难治性心源性休克的患者中，推荐放置肺动脉导管（PACs）。肺动脉导管可以提供关于左心、右心充盈压和心输出量的有价值的信息，提供全面的监测以及曲线变化趋势，还可以评估患者对治疗干预的反应。
传统上，混合静脉饱和度（SVO2）是通过PACs来获取评估心源性休克的。当从导管的远端肺动脉开口处获取血标本时，SVO2对于VA-ECMO患者来说是不可靠的。大多数VA-ECMO都是经外周插管，从下腔静脉引出血液，这样就只有上腔静脉的血液可能通过心脏循环。因此，在VA-ECMO时，从肺动脉导管获得的SVO2标本不再是全身循环的混合静脉血，虽然它确实提供了通过上腔静脉回流的重要器官（如：大脑和心脏）的相关数据。因此，为了更准确地评估氧输送，SVO2的血标本应从ECMO体外回路膜前侧获取，或从ECMO体外回路膜前侧的饱和度探头监测来评估。
乳酸已被证明与ECMO患者的预后相关。一项回顾性研究，纳入了139例心源性休克患者，发现24小时ECMO支持后乳酸水平持续升高与死亡率增加相关。在难治性ARDS中，启动ECMO前就存在的高乳酸血症与较高的死亡风险独立相关，并与超声心动图显示的右心衰竭相关。与其他危重患者一样，根据血乳酸水平的监测情况，可以有助于对接受ECMO支持的右心衰患者进行评估，以及危险分层，尽管乳酸变化情况对个别患者的预后价值有限。
右心衰竭的ECMO支持
随着ECMO应用于右心衰的支持治疗，临床医师应该考虑其支持治疗的目标。在大多数情况下，支持的目标是让心脏休息并恢复，同时也为其它器官提供支持。有时候，如严重肺栓塞引起的急性右心衰，VA-ECMO可以支持患者，直到可以进行切开取栓术。还有其它一些情况，当心脏功能恢复被认为是不可能时，MCS则是为走向其它更确切的治疗手段过渡，比如：植入永久的心室辅助装置（VAD），还有心脏移植等。然而，在紧急ECMO时，其最终目标可能是不确定的，ECMO可以作为赢得时间进行下一步决策的桥梁。
ECMO并不对右心进行直接的支持。然而，通过给右心减压，以及向冠状动脉提供充分氧合的血液脉，ECMO为衰竭的右心提供了较大力度的间接支持。旨在评估右心衰时ECMO支持的研究仍然很少。一项对111例心脏手术后接受ECMO患者的研究发现，术前右心的功能状态是死亡率的最强预测因子，引起了人们对ECMO支持原发性右心衰的可能结果的担忧。
VV-ECMO
ECMO的主要模式有两种。VV-ECMO通过引出低氧的静脉血，再将充分氧合的血液回输到静脉系统来提供呼吸支持。它的体循环动力依赖于患者的自身心输出量。而VA-ECMO则是从静脉系统引流血液，再将充分氧合的血液回输到动脉系统，以提供呼吸和循环支持。
在没有左心衰的患者中，当右心衰纯粹是ARDS或其它严重缺氧性疾病引起的结果时，VV-ECMO则是一种有效的支持策略。VV-ECMO已被证明可以降低肺动脉的压力，提升心脏指数，降低中心静脉压（CVP），而不依赖于改变呼吸机设置、血管升压药物的治疗、或肺血管扩张剂的使用。启动VV-ECMO可以快速改善肺毛细血管前的氧合，使得缺氧介导的肺血管收缩减少，改善PaCo2和pH值，增强心脏收缩力。根据置管的情况，VV-ECMO比VA-ECMO具有解剖学上的优势，即肢体缺血或动脉空气栓塞的风险最小，因为VV-ECMO并没有经过动脉系统。此外，VV-ECMO的出血风险也较低。因此，VV-ECMO被推荐作为由于单纯低氧性呼吸衰竭而引起的右心衰竭患者的初始策略，即使在休克的情况下也是如此（表1）。
VV-ECMO的主要缺点除了不提供直接的循环支持外，还有血液再循环的风险。再循环发生时，氧合的血液立即被重新引流到ECMO回路中，而不是被分配到患者的身体各器官部位。静脉内引流血液管路的位置和患者的血管内容量是两大关键因素，因为引流口太靠近回流口或全身血容量太少，都会导致ECMO有更多的血液再循环。此外，如果ECMO回路内的血流量设置太高，或者如果病人的自身心脏的输出量太低，都会使得有更多的血液重新引流进入ECMO回路中。再循环在右心衰中的临床意义可能是多样的，但当大量再循环时，会导致患者全身缺氧和临床状况恶化。
VA-ECMO
在因心肌损伤引起的原发性右心衰竭、或右心衰竭合并左心衰竭时，VA-ECMO是MCS的首选模式。在右心衰时，VA-ECMO比VV-ECMO好处更多，因为VA-ECMO可以给衰竭的右心减压，降低肺动脉压，并为终末器官的灌注恢复足够的心输出量。多器官系统衰竭是ECMO启动不成功病例的主要死亡原因，从而使得选择时机和策略对于降低不可逆的终末器官损伤风险至关重要。
尽管为重要生命器官提供了灌注，但VA-ECMO的启动可进一步降低患者自身心脏的左心输出量。从ECMO回路回输到降主动脉进行逆行灌注的高动脉压，可导致左心后负荷迅速、大幅度增加。左心室后负荷的增加会导致血流的搏动性降低，动脉曲线变平，左心室容量和压力过载。然后，左心的这种压力过载可以通过肺血管传递，造成肺水肿和右心后负荷增加，进一步加重右心功能障碍。在这种情况下，临床医生必须平衡增加的后负荷对RV的不利影响及高ECMO流量需求之间的关系。有时，逐渐减少ECMO流量可以改善患者自身心脏的心输出量，减轻肺水肿。
三重插管ECMO策略
VV-ECMO或VA-ECMO可以转换为一种杂合模式，在这种模式下，静脉血从静脉系统引出后，经过充分氧合，同时回输到动脉和静脉系统，确切的构架随患者的生理变化而不同。VV-ECMO可以改善氧合，降低PaCO2，但它将全部充分氧合的血液都回输到右心而进行循环。因此，在启动了VV-ECMO后，还持续存在心源性休克的患者，或在适当支持下右心功能仍然进行性下降的患者，应该在ECMO系统中增加另一根套管，以便进行VAV-ECMO将部分氧合的血液输送到动脉循环中，以提供直接的循环支持。通过动脉管把部份ECMO回路中的氧合的血液回输到动脉系统，而不是将其全部回输到右心，VAV-ECMO有助于为右心卸载，并降低右心室壁张力（图1）。
图1. A. VV-ECMO，简化的原理图，示意从下腔静脉引流血液，再通过右颈内静脉将氧合的血液回输到右心。VV-ECMO也适合从右颈内静脉置入一根双腔导管来进行（无图）。B. VA-ECMO，简化的原理图，示意从下腔静脉引流血液，再把氧合的血液经股动脉逆患者自身循环回输到主动脉。请注意，这只是一个例子；实际情况中插管位置可能会有所不同。C. VAV-ECMO，VAV-ECMO通过增加第三个插管位置，插入第三根导管，以解决VV-或VA-ECMO没有充分解决问题。从下腔静脉引流血液，再分别回输到动脉系统提供心脏支持和静脉系统提供更大的呼吸支持。D.VVA-ECMO，在罕见的情况下，一根静脉导管可能不能充分给静脉系统减负，或提供的血流量不够。可添加第二根静脉导管来改善静脉血流。
尽管在给右心卸载方面VA-ECMO优于VV-ECMO，但对于肺功能明显受损的患者，VA-ECMO往往不能提供足够的氧合支持。在心功能相对保留的患者，或为了给左心室卸载联合应用了左室机械支持装置的患者中，逆流的VA-ECMO血流量可能无法与自身心脏左心室输出的血流相对抗。这就导致患者身体出现差异性缺氧，也称为Harlequin综合征或南北综合征，其中ECMO回流血液与自身心脏搏出血液之间的交汇处以远的血液是供应冠状动脉和颈动脉的血管系统的。这种情况会导致最重要的器官出现选择性缺血，而身体的其他部位则接受充分的氧输送。我们可以从右上肢对差异性缺氧的表现进行监测，在永久性损害发生之前就可以识别和管理。
差异性缺氧的初始管理有：优化肺功能以改善左心射出血液的氧含量。另一种干预措施是通过减少任何额外或联合应用的左心支持来降低患者的自身心脏的左室射血分数，例如：减少强心药物的剂量，或减少Impella（Abiomed, Danvers, Massachusetts）的血流量。
差异性缺氧的最终治疗方法是将氧合的血液输回静脉系统，再经由左心射出，这可以通过把VA-ECMO改成VAV-ECMO，或VA-肺动脉-ECMO来实现。为了实现这种血流方式，需要经右颈内静脉额外插入一根静脉回流导管，到达右颈内静脉或把导管插入到肺动脉。
与VAV-ECMO不同的是，VVA-ECMO是指在系统中添加一根额外的静脉引流导管，以更好地为右心卸载。在存在心内分流和肺动脉高压的情况下，增强右心的卸载可以帮助逆转分流和减少持续性低氧血症。此外，在VA-ECMO时，左心室出现膨胀则可以考虑VVA-ECMO。当静脉导管直径较小时，或如果因高流量发生溶血时，VVA-ECMO也是有帮助的。一个典型的VVA-ECMO构架是通过一个Y形接头同时从颈内静脉和股静脉引流血液。
右心衰时启动ECMO支持时的插管位置选择
任何患者在准备启动上ECMO时，插管部位都是一个要重点考虑的因素。因为每个部位都有特殊的优势，插管部位的选择应该理解患者特定的病理生理学之后来确定。最近的一项Meta分析比较了经外周插管和中心插管进行VA-ECMO的构架，发现二者院内死亡率相似，但外周插管的出血和输血风险明显低于中心插管。外周插管，几乎适用于所有的VV-ECMO，是通过经皮穿刺或切开法插管，颈内静脉和股静脉是最常见的选择部位。单管VV-ECMO，是应用一根双腔导管插入颈内静脉，它的好处就只需要一个插管部位，而不是使用两根独立的导管。然而，双腔导管外径都很大，通常达31F，这些较大的导管与颅内出血的风险增加有关，很可能是由于脑静脉回流障碍所致。决定使用2根单腔导管还是1根双腔导管，这也会对临床上显著的血液再循环风险存在影响，需要仔细斟酌定位。
外周插管也是VA-ECMO最常用的方法。而股动脉是最常用的外周动脉通路，但腋动脉也可选用，它有利于患者活动。紧急插管，如在心肺复苏过程中启动ECMO，可以通过使用外周插管技术快速有效地进行。中心插管需要胸骨切开术或开胸手术下进行，静脉导管插入右心房引流血液，动脉导管插到升主动脉位置回输氧合血液，通常用于心脏直视术后心源性休克患者。在手术室，术后不能脱离体外循环的患者可以把他们体外循环导管直接连接到VA-ECMO回路上，这是轻而易举的事。中心插管使用的是更粗大的导管，且可提供更高的血流量，它比外周插管提供了许多血流动力学优势。中心插管的静脉引流更加充足，更好地降低右心室壁张力，中心插管通路还可显著降低差异性缺氧的风险。
左心室后负荷和血流搏动
对VA-ECMO患者的管理需要平衡氧输送及血流这二者的关系，既要满足全身对充分氧合血的需求，同时也要减少不必要的高ECMO流量来最大程度地降低左心室的后负荷。适当的ECMO支持流量通常是心输出量正常预测值的60%至80%，保留20%至40%通过心脏和肺循环。左右心室的射血量取决于心脏本身的收缩力。左心衰竭的严重程度与每搏输出量的减少有关，因此，动脉压曲线波形上的搏动可以作为患者自身心脏心输出量和功能的常规指标。
在心肌收缩力极差的状态下，受抑制的动脉波形可能提示心脏无法克服逆行的ECMO流量所增加的后负荷。后负荷的增加可以使心脏射血减少，导致血液滞留于左室，特别是在自身动脉搏动已经很弱的情况下。左室中的瘀血使左室发生扩张，左心舒张末期压力上升，使心输出量进一步减少，并可能损害冠状动脉灌注。逆向血流和左心室瘀血的其他并发症有：增加血栓栓塞的风险，因左室压力上升反向传递到肺血管而引起肺水肿。左心室压力通过逆向传递，经肺静脉进入肺动脉，从而使得左心后负荷的增加也可导致右心后负荷的增加。对于血流搏动的减少的管理，可以通过减少VA-ECMO的支持流量来实现，也可通过滴定强心药物或血管扩张剂的剂量来实现，也可通放置Impella、或主动脉内球囊反搏（IABP）支持装置来实现。
值得注意的是，有肺动脉导管在位的情况下，可以通过评估对肺动脉导管压力曲线和肺动脉脉压来评估右心的搏动收缩情况。影响左心搏动收缩的病因也同样可以影响右心。在评估之后（一般使用超声心动图检查），对右心搏动收缩减弱的管理与左心的管理是相似的。在评估了前负荷足够与否之后，对左心进行减压是有助于改善右心的搏动收缩的。
根据右心衰竭的情况，不能忽略了心包填塞的发生发展，它也可能是导致血流动力学失代偿的病因之一。对于接受ECMO的患者，由于有效地减少了前负荷，因填塞引起的右心充盈压升高可能无法发现。
用于右心支持的其它机械支持装置
主动脉内球囊反搏（IABP）
主动脉内球囊反搏是一种广泛应用于左心衰患者的机械装置。由于右心本身的形状结构的原因，其收缩和舒张功能均依赖于左心功能，右心室的收缩压和心输出量，大约有20%至40%取决于左心的收缩做功。在严重右心衰时，室间隔向左心室偏移，导致左心充盈压下降，继而促进了右心衰进一步恶化。使用IABP改善左心功能之后，可以使得左心、右心功能都得到改善，其机理是通过减少容量和压力过载对左心的影响，从而减少右心的后负荷。
虽然主动脉内球囊反搏的主要指征是用于左心衰，但已发现它也是可以用于急性右心衰治疗的，因为它的使用随之而来的是全心功能和血流动力学立即改善。虽然还没有研究证实在启动ECMO对右心进行支持的患者中，其预后与主动内球囊的使用有相关性，或归因于主动脉内球囊反搏的应用，但一项全国性的数据库研究发现，在VA-ECMO患者中主动脉内球囊反搏的应用与死亡率的降低是相关的。因此，在左室搏动性差，伴右心衰竭的情况下，IABP可能是左室减压的合理治疗手段。
Impella
Impella（Abiomed）装置是一种小型、经皮植入的轴向马达心室辅助装置，它可以为经外周插管进行VA-ECMO的患者左室减压。通过排空左心室和降低上游肺动脉的压力，Impellag也可以用于右心支持（图2）。已经证实，Impella2.5和Impella CP在联合VA-ECMO时，可以降低右心房压、减少左室容积和缓解肺水肿。一项小型研究发现，引进Impella CP减少了右心的后负荷，增加了右心的输出量，并改善肺血流，增加了气体交换。与其它仅用VA-ECMO的患者相比，联用了Impella的患者住院死亡率有明显的降低（47% vs 80%,p＜0.001）。因此，为了使左心、右心都获益，应考虑在VA-ECMO中联用Impella装置。
图2. Impella和VA-ECMO。图中示意从股动脉和股静脉插入VA-ECMO导管，同时使用Impella排空左心室。
对于右心的直接支持，Impella RP是一种新型的右心支持装置，旨在解决原发性急性右心衰竭所引起的心源性休克。与主动脉内球囊反搏治疗相似，该装置以相对容易的方式经皮插入，并且可以从右心引出4升/分或更多的血流。Impella RP在增加心输出量的同时也降低了CVP。
虽然一些作者报告了良好的结局，但Impella RPs的数据是混合的。一个病例系列显示，在放置Impella RP后，患者的30天总生存率为73.3%，所有出院的患者都存活了180天。一项回顾性研究纳入了20例双侧心室衰竭接受了双侧Impellas的患者，其死亡率为50%。在这项回顾性研究中，存活者似乎都是在同一次操作中同时植入左心和右心装置（BiPella），在使用BiPella之前肺动脉压力和每搏做功指数均较低，而非存活者的肺血管阻力均较高。相反，食品和药物管理局（FDA）最近的一封报告提到，最近对获批的研究进行中期分析，发现存活率仅为17%。这些结果可能反映了Impella RP更适合典型的临床患者使用，而不是高度选择的预先批准的研究对象。根据这些发现，在可预见的未来，Impella RP不太可能成为VA-ECMO治疗原发性严重右心衰竭的可行替代方案。
右心室辅助装置（RVAD）
持续性右心衰竭患者可在中期接受右心室辅助装置（RVADs）支持治疗。CentriMag (Abbott Laboratories, Abbott Park, Illinois)是另一个常见的RVAD，提供高达10L/min的流量，转速相对较低。CentriMag具有低凝血率、低溶血率的优点，但需要胸骨切开术来进行。Protek Duo (TandemLife, Pittsburgh,Pennsylvania)是一种临时的经皮穿刺的RVAD，通过右颈内静脉放置，从右心房引流血液，并将其回输到肺动脉。
该装置已应用于各种病因的右心衰竭患者当中，包括以下病因：左心室辅助装置植入术后，以及继续性哮喘状态。该装置避免胸骨切开，同时也防止了血液再循环，因为这是在三尖瓣和肺动脉瓣之间进行的血液引流和回输。与VA-ECMO相比，这些设备可以允许患者活动，并稳定性好，但它们仍要求病人留在医院治疗。目前还没有FDA批准的可长期植入的设备来提供右心支持。一篇对EUROMACS数据库进行的综述于2015年发表，涉及到8例单纯右心辅助装置植入的患者。有4例只存活了30天，2例接受移植，1例在第44天死亡，1例右心功能得到恢复。因此，目前单纯右心衰竭的长期MCS选择仍是有限的。对于持续性的右心衰竭，在大多数情况下唯一的选择是心脏移植或心-肺联合移植。
结论
ECMO对右心的直接支持作用很小，但可以通过减轻右心压力、以及向冠状动脉输送充分氧合的血液来给右心提供充分的间接支持。此外，ECMO对全身氧合和循环均有支持作用，为患者从急性右心损伤中恢复提供时间。低氧性呼吸衰竭引起的右心衰患者是启用VV-ECMO支持的指征，而VA-ECMO则是原发性右心衰竭合并心肌损伤、或右心衰竭合并左心室衰竭时的首选模式。若有需要，VV-或VA-ECMO均可以转换为杂合性VAV模式，以更好地支持循环或氧合。
启动ECMO时，外周插管具有快速、方便和高效的优势，而中心插管通常只能在心脏手术后即刻进行。对于外周插管的患者，在需要更大流量支持时，则可能考虑转换成中心插管。患者自身心脏功能下降、前负荷不足、以及过度的VA-ECMO支持致后负荷升高，均有可能引起动脉导管波形搏动的变化。左心室后负荷过高，可以传递到肺循环，从而增加右心的后负荷。通过减少VA-ECMO支持、调节强心药物或血管扩张剂的剂量、放置Impella或IABP支持装置，均可以改善心肌的功能。