体外膜肺氧合基础
体外膜肺氧合基础
概述：
在世界范围内的ICU中，体外膜肺氧合（ECMO）的使用正变得司空见惯，用于治疗呼吸和/或心力衰竭患者。随着ECMO的使用持续增长，了解ECMO的使用和这些复杂患者的管理对于当前和未来的临床医生至关重要。
关键词：
ECMO，呼吸衰竭，心力衰竭，急性呼吸窘迫综合征，心源性休克，肺保护性通气
要点：
了解体外膜肺氧合 （ECMO）的使用以及可能从这种治疗中受益的患者。讨论ECMO的组成部分以及它如何提供呼吸和心脏支持。回顾需要ECMO支持的患者的管理策略。讨论撤机和停止 ECMO 支持。
书籍广告
· ECMO历史 ·
体外生命支持是在自身系统衰竭的情况下补充自体肺和心脏功能的能力。现代体外生命支持装置的发展始于约翰·吉本（John Gibbon）发明的体外循环（CPB）回路，该回路于1953年首次成功用于心脏手术，当时的体外支持用于修复18岁患者的房间隔缺损。
不久之后，C. Walton Lillehei, MD和Richard DeWall发明了气泡氧合器。但这些早期的气泡氧合器引起了明显的溶血，从而限制了气泡氧合器用于长时间的气体交换。1957年有机硅（一种允许有效气体交换的橡胶材料）的发展，促使了“膜氧合器”和“体外膜肺氧合”（ECMO）的出现；加上人们认识到ECMO需要持续的抗凝治疗，使长期的体外支持成为现实。
据报道，ECMO在ICU中的首次成功应用是在一名因创伤后出现ARDS且气管插管的24岁患者身上。在新生儿重症监护中，Dr Robert Bartlett率先将其用于儿科心肺衰竭，并于1985年发表了第一个将ECMO与标准护理进行比较的随机对照试验。因为ECMO在许多患者中成功用于治疗ARDS，所以ECMO在2000年代后期H1N1流感流行期间变得更加普遍，从那时起，ECMO的使用在全球范围内不断扩大，因此重症监护领域的临床医生必须对ECMO支持的适应症，禁忌症和并发症有基本的了解。
· ECMO回路的组成部分·
静脉-静脉（VV）或静脉-动脉（VA）ECMO需要从静脉系统中引流脱氧血液，将其穿过膜氧合器以去除二氧化碳（CO2），补充氧气，并根据VV或VA的使用分别将含氧血液送回患者的静脉或动脉系统。这个过程由一个简单的套管系统、一个血泵、一个微孔聚甲基戊烯氧合器和一个热交换器构成。市面上有多种品牌的泵，所有这些都是离心泵，为ECMO支持提供有效的流量。为了给患者提供氧合与通气，所有ECMO回路都有氧气供应（FiO2）与“扫描”气体流量计和电路保持一致（图1）。这种氧气流是用于膜肺气体交换的氧源；“扫描”气体流量计以有效的方式去除CO2，并允许低潮气量通气和肺休息，以使患者康复。肺保护性通气策略对肺恢复至关重要，充分利用ECMO有助于促进病患康复。（图2）
图1.例如（A）膜肺，（B）用于氧气输送和“扫描”调节的流量计，以及（C）ECMO泵装置。
图2.左图显示了RIJ中完成的双腔插管，显示了脱氧和含氧血液。右图显示了一个完整的ECMO电路，氧气和医用级空气连接到流量计，以控制FiO2和扫描气体流量。可以看到管子连接到膜氧合器。
· VV-ECMO ·
▪ 适应症和概述
静脉-静脉体外膜肺氧合（VV-ECMO）适用于常规药物治疗和机械通气难治的原发性呼吸衰竭，肺保护性通气旨在降低呼吸机引起肺损伤（VILI）相关触发因素的发生率和严重程度，如容量创伤、气压创伤、肺障碍损伤和生物创伤。目前公认的肺保护性通气策略的出现源于动物模型中对急性肺损伤、大潮气量（Vt）导致肺内皮和上皮破坏，导致炎症、肺不张、低氧血症和炎症介质释放。Brower及其同事首先建议使用较低的Vt在急性肺损伤/ARDS患者中，因为发现使用低于传统接受潮气量的10至15mL/kg治疗的患者死亡率显着降低并增加脱机天数。通过发现这些患者中炎症介质白细胞介素-6（IL-6）水平显着降低，减少了牵拉力诱发的肺损伤，这表明较低的Vt减少了肺部炎症，有助于改善其临床结果。后来的荟萃分析和Cochrane系统综述提供了进一步的支持：使用较低的Vt（∼7 mL/kg理想体重）且小于30cm H2O平台压的肺保护性通气策略，可通过避免发生VILI来降低28天死亡率和发病率。肺保护性通气策略已被证明可以改善预后，并可能防止没有预先存在的ARDS的患者进展为ARDS。通过在VV-ECMO运行期间使用肺保护性通气策略，可以最大限度地减少VILI，促进VV-ECMO患者的早期呼吸机撤机、脱机，降低多器官功能障碍的可能性并降低死亡率。
▪ 患者选择
对于考虑插管VV-ECMO或任何形式的ECLS的患者，应进行彻底检查排除禁忌症。因为VV-ECMO依赖于患者的心血管系统来维持肺和全身灌注，所以插管前应进行超声心动图检查，以排除呼吸衰竭的心脏诱因，并确保心功能接近正常。如果存在严重心功能不全，应考虑静脉动脉体外氧合（VA-ECMO）。
大约10%的原发性呼吸衰竭患者会出现继发于ARDS的低氧血症、高碳酸血症和酸中毒的右心室（RV）功能障碍。右心室功能障碍患者通常可以使用正性肌力药物、肺血管扩张剂、利尿剂和优化其酸/碱状态，以减少右心室后负荷并促进气体交换，而无需VA-ECMO。在一些插管前需要多种正性肌力药/血管活性药物的患者中，VV-ECMO可能不会导致更差的结局或并发症发生率增加，一些学者建议VA-ECMO仅用于VV-ECMO插管后难治性低血压患者。
评估可能需要VV-ECMO插管或治疗已经插管的患者的管床医生可以使用呼吸ECMO生存预测（RESP）评分来帮助预测生存率（respscore.com），鉴于VV-ECMO是一种稀缺的医疗资源，劳动密集型且昂贵的医疗系统工具，使用经过验证的预测死亡率模型可以帮助临床医生更好地分配这些资源并创建风险/收益基准。(Table1)虽然RESP评分有助于预测需要ECMO的成人呼吸衰竭患者的生存率，但它不应取代床旁临床决策或成为是否使用ECMO的唯一决定因素。
▪ 插管和导管的选择
进行ECMO需要两个导管：流入和流出导管。该导管的命名是根据与血泵的关系命名的。也就是说，从患者流向血泵的血液是通过流入的导管，而从血泵流向患者的血液是通过流出导管。应该注意的是，导管命名法也可以取决于制度。VV-ECMO插管可在多种环境下进行，包括急诊室、ICU、手术室和心导管室。大多数VV-ECMO插管是通过Seldinger或改良的Seldinger技术经皮进行的。插管前，应保护患者的气道，建立动脉通路进行血流动力学管理，并应进行中心静脉通路，优先保留右颈内静脉（RIJ），可用于流出导管放置。导管位置通常在超声心动图或影像学引导下确认。(图3）
图3.胸部和腹部的X线片显示适当的导管放置。左侧蓝色箭头为流出导管，右侧黄色箭头为流入导管。
VV-ECMO插管的解剖部位主要取决于患者的临床稳定性、要使用的ECMO模式以及治疗团队的经验。VV-ECMO的一种常见插管策略是femoral-RIJ方法，其中流入导管放置在股静脉中，其尖端低于RA-IVC连接处，流出导管放置在RIJ中，其尖端位于SVC-RA连接处。另一种插管配置是femoral-femoral，其中流入导管放置在RA-IVC交界处的远端，流出导管放置在对侧股静脉中，套管位于SVC-RA交界处。femoral-femoral策略更容易发生再循环，即返回给患者的含氧血液不会进入肺循环，而是立即通过流入导管排回ECMO回路。如果选择此配置，则应将流入套管固定在大约横膈膜的水平或更低处，以防止再循环。
或者，单次双腔插管方法与RIJ静脉插管可以适应更快的呼吸机脱机、撤机、降低腹股沟部位感染的风险。常用的双腔设备是Avalon Elite（Maquet，Germany），尺寸为16至31Fr；这种方法降低了再循环的可能性，特别是在较高的ECMO流速下。为流入和流出选择适当大小的导管对于保持足够的流量并为患者提供足够的支持至关重要。流速应设定在约60-80mL/kg，从而使VV-ECMO拥有足够的血氧饱和度。实现血流目标的决定因素包括套管大小、血红蛋白水平、管路中FiO2、ECMO流量（L/min）相较于自然心输出量、代谢需求和再循环发生的程度。仅去除CO2就需要大约20%氧合所需的流量。
▪ 维护和并发症
在VV-ECMO上护理患者需要一个由内科医生、外科医生、呼吸治疗师、护士、灌注师、药剂师、营养师和其他人员组成的团队。所有这些都在保持ECMO线路的安全性和最佳功能方面起着关键作用。VV-ECMO支持的患者应通过许多变量进行监测，包括通气设置和压力、动脉血压监测、中心静脉压，以及频繁的实验室检查（包括动脉血气），以调整扫描气体流量和ECMO流量。根据动脉血气结果，可以进行更改以纠正氧合和通气问题，并且不需要更换呼吸机，否则可能导致机械通气对肺部造成进一步的机械损伤。如果遇到高碳酸血症和由此产生的呼吸性酸中毒，可以增加扫描气体流量通过膜氧合器以消除更多的CO2。如果出现低氧血症，那么可以尝试增加ECMO的流量、给予血液或增加呼吸机上的FiO2来纠正低氧血症。
机械支持治疗期间的并发症通常是医学或机械性质的。Vaquer及其同事在对ARDS患者使用VV-ECMO研究的系统评价中发现40.2%的患者发生医疗并发症，出血是最常见的（29.3%）。10.9%的患者发生涉及机械回路的并发症，包括流入/流出套管和氧合器，12.8%的患者在治疗期间需要更换氧合器。
通过与临床工作人员的持续沟通以及对患者和ECMO管路的检查来识别不断演变的并发症至关重要。如前所述，再循环是VV-ECMO期间遇到的常见问题；其典型表现包括难治性低氧血症和高氧合器前血氧饱和度（SPO2）。尽管多种因素可影响再循环百分比，但如果采用双部位插管策略来减少再循环，则应进行更大的进流分离和流出导管尖端。如果导管的尖端不能进一步分离，则可以改用单个双腔导管或增加一个额外的静脉引流导管。
当自然心输出量超过ECMO回路的流速时，就会发生脱氧血与从ECMO回路返回的含氧血混合，可能导致全身氧合不良和SaO2降低。为了保持SpO2大于88%，建议ECMO流量至少占总体流量的60%。ECMO治疗期间心输出量增加的最常见病因是脓毒症，约13.5%的成人VV-ECMO患者发生耐药性血流感染。除器质性病变外，应避免由于镇静或镇痛不足而导致的医源性超正常心输出量。ECMO管路组件容易出现故障，包括套管，血泵，膜氧合器和其他管道。临床医生和其他医疗人员必须对其进行持续评估。流入的套管通常会振动或颤动。这是由于套管周围的静脉塌陷和管道内的振动导致流入套管中形成高负压。（视频1）其常见病因是低血容量，可通过给予胶体或晶体液来纠正。膜氧合器故障是由于供氧失败或血栓形成。在确保氧气供应无误后，提示血栓形成包括直接显示血栓，特别是在膜的预加氧器侧，以及跨膜的大压力梯度（正常梯度<50mmHg）。
出血并发症占ECMO期间发病率和死亡率的大部分。通过全身抗凝治疗保持管路通畅，同时预防血栓栓塞并发症具有挑战性。VV-ECMO的绝对抗凝策略尚不存在。全身性肝素抗凝通常在插管时开始，并通过连续活化凝血时间、活化部分凝血活酶时间、抗因子Xa测定和血栓弹力图进行监测。监测方法通常取决于医疗机构，其中活化部分凝血活酶时间是主要监测的指标。如果出现抗凝禁忌证或从插管时开始存在，VV-ECMO可在不进行抗凝治疗的情况下进行，但流量应至少为3.5L/min
▪ 脱离VV-ECMO
应在安全的情况下尽快停止ECMO支持。确定脱离的最佳时间没有很好的描述或协议化，并且通常取决于机构和使用者。一般来说，一旦自体肺功能改善到ECMO扫描气体流量可以降低到最小允许设置的程度，并且患者的Vt、呼吸频率、峰值压力和平台压力是可以接受的，就可以对患者进行拔管并予机械通气支持，直到认为适合拔管为止。
· VA-ECMO ·
▪ 适应症和概述
VA-ECMO不仅提供VV-ECMO的气体交换能力，而且还在孤立性心力衰竭或合并心肺衰竭的情况下提供与自体心脏功能并行的机械循环支持。VA-ECMO管路的组件类似于VV-ECMO。不同之处在于将流出导管放入动脉中，为患者提供循环支持。VA-ECMO插管可以是中心也可以是外周。中心静脉置管，即在右心房放置静脉流入导管，将流出导管置于升主动脉中，主要发生在尽管有高剂量正性肌力药和血管加压药支持但仍未能停用CPB患者的心切开术后。这些患者通常既往存在心力衰竭、血运重建不完全、术中心肌保护差或接受过技术困难的手术。心源性休克和心脏骤停的外周插管通常通过在股静脉或RIJ中放置静脉流入套管，并在股动脉中放置动脉流出插管或将其移植到右锁骨下动脉或腋动脉上来完成。
▪ 患者选择
Rao及其同事概述了在向患者提供VA-ECMO之前应考虑的5个注意事项：（I）适应症，（II）插管策略，（III）左心室扩张/通气策略，（IV）远端肢体缺血/灌注策略，以及（V）脱机策略。VA-ECMO的适应症列于(Box3)。VA-ECMO患者的死亡率为50%-60%，6个月生存率低至30%。因此，筛选VA-ECMO插管的患者至关重要。与VV-ECMO类似，插管前应排除不可逆的疾病过程，超声心动图检查应确保不存在由于严重左心室（LV）风险增加而导致的轻度主动脉瓣功能不全。插管前应放置大口径中心静脉通路和动脉导管，以进行血流动力学监测和补液或血制品给药。与RESP评分类似，插管前可使用静脉-动脉ECMO（SAVE）后的生存评分，以预测需要VA-ECMO治疗的难治性心源性休克的生存率。
▪ 插管
中心静脉置管主要在患者不能脱离CPB时使用。预先存在的静脉和动脉插管通常用于VA-ECMO启动，不需要额外放置导管。中央插管需要重新进入胸部进行拔管，增加患者出血和感染的风险，以及插管时无法拔管，限制了早期活动的可能性。通过锁骨下动脉、内侧动脉或腋动脉的动脉插管进行上半身外周插管，可提供中央插管的生理优势，包括降低左室扩张的可能性和降低脑低氧血症的风险，但仍允许早期拔管和活动。虽然经股动脉和静脉的外周插管是最常见的插管策略，但并非没有显著风险，包括股动脉闭塞、肢体远端缺血、骨筋膜室综合征和上半身灌注不足。全流量VA-ECMO适当的导管尺寸应适应2.2至2.5L/m2/min的等效心脏指数；静脉导管通常为19至25Fr，动脉套管为15至24Fr。
▪ 维护和并发症
VA-ECMO的特殊注意事项包括左心室扩张和肺水肿的风险、确保动脉插管腿远端充分灌注、丑角综合征和抗凝要求。识别左心室扩张对于促进心肌恢复、防止左心室血瘀和优化患者撤机至关重要。左心室扩张的床旁识别可通过多种方式完成。首先，可以通过动脉管路追踪来确保主动脉瓣打开，记住，随着ECMO流量的增加，MAP也会增加并导致脉压和每搏输出量降低。第二，放置右桡动脉置管，以便进行血流动力学监测并确保右脑半球和右臂充分氧合；由新发或恶化的左心室扩张引起的肺水肿可以通过右桡动脉线上逐渐降低的PO2值来检测。第三，左心室腔内自发回声造影可能表明血栓形成的风险增加。第四，连续的胸片可能显示肺水肿提示左室扩张；然而，如果仅使用胸片进行检查，则必须排除混浊和水肿的其他病因，例如ARDS、感染。左心室通气策略包括主动脉内球囊泵（IABP）、房间隔造口术、左心房至主动脉插管以及手术或Impella经皮通气。虽然每种通气方法的优缺点超出了本综述的范围，但应该承认，目前还没有标准的左心室通气实践。
确保动脉插管腿充分灌注至关重要，因为12%-22%的外周插管患者会出现下肢缺血，可能导致需要筋膜切开术或截肢的骨筋膜室综合征。在外周VA-ECMO插管时，许多中心在股总动脉或股浅动脉放置6-8Fr远端灌注插管，以提供动脉插管部位远端的顺行血流。肢体缺血不仅可能导致患者需要额外的手术，还可能导致VA-ECMO撤机失败，并且是院内死亡的独立危险因素。
考虑到外周插管的VA-ECMO血流是逆行的，根据相对于VA-ECMO血流的心输出量，主动脉根部和横膈膜水平之间可能会形成分水岭区域，有时称为“混合云”。分水岭区域是肺气体交换受损的直接结果，导致左室与主动脉逆行的含氧良好的ECMO血混合排出缺氧血液。较高的左心室输出水平将使分水岭区域更远，更靠近横膈膜，而较低的左心室输出水平将导致分水岭区域保持更靠近主动脉根部。分水岭地区构成的威胁是差异性低氧血症，也称为丑角综合征或南北综合征，即上半身有缺氧血流向大脑、心脏和上肢的风险，而下半身将从ECMO回路中充分灌注。该现象的识别依赖于连续的右上肢动脉血气测量和连续脑血氧饱和度趋势。在治疗丑角综合征时，应考虑治疗潜在的肺部病变，最大限度地提供呼吸机氧合支持，在有指征时对左心室进行通气，以及在动脉流出插管上放置Y型连接器，以便通过额外的静脉插管（静脉-动脉-静脉ECMO）将氧合良好的血液输送到静脉系统。
VA-ECMO自带促炎症作用，导致泵血栓形成、氧合器故障或血栓栓塞事件的风险增加。必须权衡血栓形成的风险与大出血的风险，因为高达27%的VA-ECMO患者会出现大出血事件，无论有无全身抗凝治疗。大多数机构与当前的ELSO建议一致，即使用普通肝素，目标ACT目标为180-220;然而，抗Xa测定正在成为标准治疗，评估抗凝目标的混合方法可能是最好的。
▪ 离断VA-ECMO
一旦发现心肌恢复迹象，应立即尝试停用VA-ECMO。但应优化所有器官系统，特别是一旦ECMO支持停止，肺部系统将负责气体交换。在尝试撤机前，应将正性肌力药和血管加压药逐渐调整至低剂量，并有增加的空间。血流动力学监测仪（包括右上肢动脉导管和PA导管）应保留在适当的位置，以显示灌注指数的趋势，确保心肌恢复充分以支持终末器官。虽然没有标准的脱机治疗方法，但提倡循序渐进。许多中心采用3步法，包括每日撤机研究，然后进行床旁评估以进行脱机评估，最终在TEE指导下进行正式的手术室脱机研究。Fried及其同事详细介绍了每日脱机尝试，即流量逐渐减少0.5LPM，最低为2LPM。如果患者的MAP下降不超过10-15mmHg，并且充盈压力没有显著增加，则允许患者以最低耐受速率血流，并观察血流动力学趋势8小时。每日脱机试验通常与连续TTE检查进行，因为成功脱机与主动脉VTI大于10cm、LVEF大于20-25%和外侧二尖瓣环收缩期峰值速度大于6cm/s相关，一旦耐受每日脱机试验，通常将ECMO流量降至1LPM并评估血流动力学。如果耐受性良好，可安排患者在手术室进行正式的ECMO检查，减少ECMO流量并夹住插管30分钟，最长可达4小时。如果成功，患者可以进行拔管，这通常涉及动脉切开部位的手术修复。
· 总结·
ECMO在世界各地重症监护室的使用持续增加，其使用适应症进一步扩大。目前正在进一步研究其在脓毒症等其他禁忌状态下的使用，并可能改善高危患者的预后。ECMO开始显示出对其他领域如创伤和烧伤患者的治疗潜力。随着不断发展，ECMO及其日常维护的知识对于任何在重症医学领域工作的临床医生来说都很重要。
来源于紫东重症
《药物和医疗器械临床试验300问及案例分析》第2版