ECMO 在危重病人抢救中应用范文

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1.ECMO的发展历史

鼓泡式氧合器于1953年成功应用于体外循环心脏直视手术,但鼓泡式氧合器并发症较多,其应用时间仅限数小时。1956年,Clowes等研发了气体交换膜,随着交换膜材料的不断改进,仿生呼吸的膜式氧合器(膜肺)逐渐在临床普及使用,膜肺的气体交换能力强、生物相容性好、血液破坏少、气栓发生率低,尤其是纤维膜肺的研制,其良好的稳定性和安全性为长时间体外氧合应用提供了可能【1】。

20世纪60年代末,有人尝试用体外心肺支持技术治疗呼吸功能衰竭,并提出ECMO的概念。Hill等于1972年采用ECMO技术成功治愈了一位24岁合并呼吸衰竭的复合伤患者【2】。四年之后,Bartlett等报道了首例新生儿急性肺损伤应用ECMO技术治疗并存活。此后ECMO的应用逐渐增多,多项研究表明ECMO可显着降低新生儿急性肺损伤及小儿急性呼衰的死亡率【3-5】,这是吸入NO、高频振荡通气、肺泡表面活性物质替代等治疗措施都无法实现的,因而ECMO已经成为了新生儿急性肺损伤的标准治疗手段。1989年以来,登记在体外生命支持组织(ELSO)临床应用ECMO的例数超过24,000例,多数为新生儿。ECMO对成人肺损伤的疗效尚存在争议,但普遍认为此技术是一项安全有效的维持生命的临时救治手段。

2ECMO的原理和简要操作

简单地说,ECMO治疗时先将体内血液引流至储血罐,然后由机械泵将血泵入氧合器,经膜肺将血液氧合、排出CO2并加温后再通过另一路管道回输患者体内。引流体外和泵入体内的管道之间有一备用的短路,其作用是一旦回路或机械故障时可迅速将机体与ECMO系统脱离,从而确保临床使用安全【6】。

ECMO的管道回路模式分二种,即静脉-动脉体外氧合(VA-ECMO模式)和静脉-静脉体外氧合(VV-ECMO模式)。VA-ECMO模式经静脉置管到达右心房引流静脉血,通过动脉置管到主动脉弓处将排除了CO2的氧合血回输动脉系统。新生儿一般选择右侧颈内静脉和颈总动脉置管,而成人可选择股动静脉。VA方式的优点是可同时提供心肺支持。其缺点是干扰了正常循环的血液分配和搏动方式,可造成脑、肺、心肌的损害,气栓的发生率较高;此外动脉置管结扎后尤其在小儿容易发生血管重构畸形。VV-ECMO模式是将血液在右心房水平进行氧合并去除CO2,一般认为其只提供肺功能的支持,其缺点是血液重复转流,效率低于VA模式,因而不适用于心功能不能及时纠正的心衰患者。VV模式的优点是对血液和机体的影响较小,避免了动脉插管及其相关的栓塞等严重并发症。体外二氧化碳清除(ECCO2R)的实际上也是VV-ECMO的一种方式,膜肺在此的作用主要是清除多余的CO2,结合低频正压通气(LFPPV:f=3~5/min)用于治疗成人ARDS【7】。

3ECMO的临床应用

3.1新生儿肺疾病适应ECMO治疗的新生儿肺疾病包括胎粪吸入综合征、先天性隔疝、肺部感染等,因最终都导致肺损伤、低氧血症甚至持续性肺动脉高压。一般认为,新生儿氧合指数(OI)≥40时为ECMO启用标准(氧合指数=平均气道压力×吸入氧浓度×100÷动脉氧分压)。ECMO的目标是维持机体正常气体交换,通常VA方式应维持回路中静脉血氧饱和度高于75%,而VV方式时脉搏氧饱和度监测应在85%以上。一旦转流稳定,肺内机械通气一般调整为低呼吸频率(5~10次/min)、低气道压(<25cmH2O)和一定的PEEP(4~10cmH2O),FiO2在21~40%。因新生儿很少有慢性肺疾病基础,应用ECMO支持后生存率相对最高。胎粪是一种无菌异物,ECMO的过渡治疗为新生儿清除胎粪赢得时机,使治疗成功率大为提高。先天性隔疝若在出生后6小时内表现出相应症状者绝大多数不能存活,ECMO替代治疗可使此类患儿的死亡率降至50%以下。新生儿严重感染时,ECMO是一种挽救生命的手段,但此时感染导致的生理功能紊乱增加了ECMO治疗的难度和维持时间【8】。此外,对药物和常规呼吸支持治疗无效的持续性肺高压患儿,采用ECMO治疗,在保证充分氧供的同时,避免了常规机械通气对肺的进一步损伤,并可降低肺血管阻力,为患儿重新建立正常体肺循环和存活创造了条件。

3.2急性呼吸衰竭、ARDS和急性肺损伤用于急性呼吸功能衰竭的替代治疗是研制ECMO的初衷。一般认为,误吸、创伤、严重肺部感染、脓毒血症等直接或间接造成肺损伤,继而引起的呼吸衰竭和ARDS是ECMO的适应症,特别适用于小儿或成人的急性肺损伤。但作为一种操作复杂、管理繁琐、费用昂贵的治疗手段,临床上通常在常规呼吸支持和辅助治疗无效后才考虑使用ECMO。临床病例报道显示采用传统呼吸支持治疗为主的综合治疗,呼吸衰竭患者的生存率约为18%~44%,但同期相同严重程度的呼衰患者经ECMO和保护性机械通气等治疗措施,生存率可达66%【9】。因此,在传统方法治疗过程如病情继续进展或伴心血管功能不稳定的呼衰患者,为保持良好的气体交换、避免通气过度和气道高压,ECMO也不失为一种临时挽救生命的手段。目前对何时该启用ECMO尚无统一标准,成人ARDS的一个入选指标是吸入纯氧2小时PaO2<50mmHg。但上述指标的合理性和严谨性仍需进一步评估和统一。由于ECMO只是暂时的替代措施,因此不适用于不可逆的心肺脑疾病和预后不良的患者。相对禁忌症则包括老年、免疫抑制、脑外伤、左心衰、肝素诱导血小板减少症等。

3.3心脏手术由于VA-ECMO的血流灌注可达心输出量的75%,因此有人将ECMO尝试用于CPB脱机困难的心脏手术病人。治疗期间必须保证正常肺通气以防肺不张,并注意维持正常的血CO2和O2分压。至于在先天性心脏病新生儿心脏手术前使用ECMO,尚存在争议【10】。

3.4肺梗塞或气道梗阻对急性肺梗塞和气道梗阻的患者,快速建立ECMO是一种有效的抢救措施。

3.5心肺移植手术ECMO不仅可为晚期心肺功能衰竭而等待移植手术的患者争取足够的时间,也可改善全身状况,对预后有利。ECMO还为顺利度过手术和术后恢复期保驾护航。肺移植术后的再灌注水肿和呼吸衰竭是临床治疗的难点,因此有人在肺移植术中建立ECMO代替CPB,并将ECMO支持时间延长到术后,这对危重病人的管理和肺功能的恢复非常有利,尤其是肺动脉高压行单肺移植者【11】。在心脏移植术后,心肌顿抑常导致顽固性的心功能衰竭,而ECMO支持则为心肌顿抑的恢复创造条件。虽然主动脉内球囊反搏更常用于临床,但它只针对左心系统,不能对严重心衰病人提供足够的循环支持,且在股动脉较细的小儿患者使用受限。在这些情况下,ECMO能代替球囊反搏或两者联合治疗。

3.6其他ECMO在临床难于处理的代谢性酸中毒、心肌炎、顽固性休克、无心跳供体的脏器保护等方面也能发挥其特殊的治疗价值。并发或并存急性肾功能衰竭、肝功能衰竭时,需要血液透析治疗,可将血透机或其他支持装置连接在ECMO回路上,用于支持多脏器功能【12】。

4ECMO治疗的并发症

ECMO的并发症主要包括机械原因和生理原因两大类。前者如回路血栓堵塞或脱落、氧合器功能不良、机械泵或加热器故障、置管和拔管相关并发症等。一旦发生上述并发症,应迅速让机体从ECMO上脱离,并恢复治疗前的机械通气,同时处理相应的回路问题。生理原因主要跟ECMO扰乱了凝血功能和动脉搏动灌注方式有关,主要包括以下几方面。

一、中枢神经系统ECMO无脉搏转流和右颈动脉的结扎改变了正常的血液循环方式,有可能导致右脑损伤和听力损害,ECMO期间保持正常的头位以利于良好的颅内血供对预防中枢神经系统并发症十分重要。为避免右颈内静脉血液淤滞,有人建议经颈内静脉向脑端置管,充分引流颅内血液从而减轻脑淤血。此外,镇静剂的应用可减少ECMO期间躁动和癫痫的发生。

二、血液系统主要是出血倾向,颅内出血尤其是新生儿脑室出血发生率在14%左右。在不足35周的新生儿应用ECMO,几乎100%发生脑室出血,因此ECMO禁用于不足36周的新生儿。ECMO转流期间血小板易粘附于硅胶膜和管道表面,导致血小板的持续破坏和消耗,因而ECMO对血液系统损害最大的是血小板。故ECMO治疗期间一般需每天补充浓缩血小板。红细胞破坏和溶血也容易发生,因而成人有时需补充浓缩红细胞。肝素化回路可减少血细胞的破坏,降低出血的发生率,但价格较昂贵。

三、心血管系统ECMO期间有时出现心搏出压和搏出量极度降低的现象,即所谓的心脏晕厥现象【13】,一般持续时间较短暂,具体机理不明,但与死亡率有关。此外,高血压也是ECMO期间一种危险的并发症,可增加颅内出血的危险,甚至诱发心包填塞。栓塞也是常见并发症,气栓或者血栓可引起神经系统和外周组织梗塞的相应症状。

四、其他少尿在ECMO早期常见,另外还有感染、水电解质紊乱、酸碱平衡失调等。

5新型ECMO的研发与应用

5.1AV-ECMO

一种新的ECMO方式,血液从动脉经过专门用于AV方式的低阻力体外膜肺【14】回流到静脉,血流直接依靠动静脉之间的压力差推动,因而无需血泵装置。数学模型分析表明,10~15%心搏量经过气流量5L/min的AV-ECMO可满足CO2的清除,而对O2交换意义较小。血流量主要取决于管道直径和平均动脉压。AV-ECMO临床应用的可行性和安全性已得到证实【15,16】,它可使高碳酸血症患者的PaCO2明显下降。AV方式的最大优点在于避免了与机械泵有关的并发症,减少了血液破坏和简化临床管理;其缺点动脉置管并发症增多,心脏负荷增加。AV-ECMO适用于急性呼吸衰竭、高碳酸血症、需行保护性肺通气又要避免高CO2分压的ARDS合并脑损伤患者【17】。

其禁忌症包括心衰、休克和外周动脉阻塞性疾病。当然,对于这种新的AV-ECMO方式,尚需更多的研究和临床实践,才能对其作出正确的评价。

5.2小型膜肺及微型可植入型膜肺

整合血泵动力和氧合,甚至加热的小型微型人工肺正被开发研制【18】,这将大大减少血液的破坏和提高效率,更有利于临床操作和应用。另一个简易化设计是能置入腔静脉内的微型氧合器,但由于较低压力的静脉血经过氧合器时流速缓慢,氧合效率很低,无法满足ARDS患者的氧合需求。于是人们设想研制一种将较小阻力氧合器和微轴血泵相结合的血管内肺膜【19】。还有一种设想是通过右心房的压力作为泵动力,利用可植入性氧合器获得长期气体交换辅助,这一设计思路已在动物(绵羊)试验中获得成功【20】,正在投入临床试验。

6小结

1.ECMO的临床应用给体外循环带来新的理念和定位,是心肺辅助循环的一种拓展,众多实验和临床资料证实ECMO对改善机体氧合、排除多余CO2、维持血流动力学的稳定、促进心肺功能的恢复十分有效。而正确掌握适应症和选择转流方式,尽可能降低和减少相关并发症,才能更好地提高ECMO对危重病人治疗的成功率。我们有理由相信,随着科技的不断进步和发展,ECMO(或ECLS)一定会在临床危重病人的治疗中发挥越来越重要的作用。