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体外膜肺氧合(ECMO)在极重度呼吸衰竭救治中的应用

发布时间:2015-08-06作者:詹庆元 孙兵 夏金根 王辰

正压机械通气是呼吸衰竭最为有效的常规支持治疗手段,可满足大部分患者的通气需求。但对于病情极重的呼吸衰竭患者,如重症 ARDS、肺炎、大面积肺栓塞、支气管哮喘以及部分需要接受肺移植的终末期肺病患者,常规正压通气常常难以维持满意的通气和氧合。

而且,由于这些患者需要长时间的高气道压力和高浓度氧的支持,其发生潜在呼吸机相关并发症的风险大大地高于一般呼吸衰竭患者。对于已合并有严重机械通气并发症(如气压伤和呼吸机相关肺部感染)和合并症(如心功能不全,休克等)的患者,正压通气往往处于顾此失彼、进退两难的尴尬境地。

最终,这些患者或因难治疗性低氧和严重 CO2 潴留,或因严重机械通气并发症而死亡。因此,许多学者一直在努力寻找另一种更有效、更安全的呼吸支持手段以替代传统的正压通气,以避免上述临床困境。近年来,技术日益成熟的体外膜肺氧合(extracorporeal membrane oxygenation, ECMO)为我们在呼吸支持领域指明了另一个方向,为极重度呼吸衰竭患者带来了新的希望。

ECMO 是体外肺辅助(extracorporeal lung assist, ECLA)技术中的一种,在临床中应用已有 30 多年历程,主要用于部分或完全替代患者心肺功能,让其充分休息。体外膜氧合的主要原理是通过静脉内导管把静脉血引出体外,然后经过体外氧合器进行氧合,氧合后的血液再重新通过静脉 / 或动脉输回体内。

按照治疗目的和血液转流方式,ECMO 可分为静脉 - 静脉方式 ECMO(V-V ECMO)和静脉 - 动脉方式 ECMO(V-A ECMO)两种(如图 1 所示)。V-V ECMO 适用于仅需要呼吸支持的患者,V-A ECMO 可同时支持呼吸和循环功能,为患者提供足够的氧供和有效的循环支持。

V-V 方式比 V-A 方式的并发症和病死率都较低 ,对于呼吸衰竭患者,V-V ECMO 是最为常用的方式,可部分替代肺脏功能以维持基本的氧合和通气,让肺脏充分休息,最大限度地降低呼吸机支持水平以预防和减少呼吸机相关肺损伤的发生,为原发病的治疗争取时间。

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图 1  ECMO 的治疗模式

1972 年,Hill 等首次报道了 ECMO 在一例 22 岁 ARDS 患者中的成功应用。此后,很多学者都报道了关于此技术在成人 ARDS 患者中成功应用的病例,这促使了 1979 年第一个关于 ECMO 临床应用的随机对照研究(RCT)的产生。该研究共有 90 例重症 ARDS 患者随机接受传统通气治疗和 ECMO 治疗,但结果未显示两组间病死率的差异(90% vs 92%)。

在沉寂 15 年之后,1994 年由 Morris 等完成了第二个关于 ECMO 治疗重症 ARDS 的 RCT,但也未得出阳性结果。上述两个 RCT 研究都未能得到阳性结果,分析这可能与当时很多因素有关,如对疾病认识的不足、病例选择的不恰当、通气策略选用的不合适、ECMO 相关设备及技术的不成熟和研究中很多参与单位无丰富的 ECMO 治疗经验等。

又一个 15 年之后,2009 年,JAMA 杂志上发表的一篇关于 ECMO 治疗因甲型 H1N1 感染导致的重症 ARDS 患者的临床观察研究,约 1/3 的机械通气患者(68 例)接受了 ECMO 治疗,患者的存活率高达 79%。

几乎是同时,Peek GJ 等在 Lancet 杂志发表了第三个 ECMO 治疗 ARDS 的多中心 RCT(CESAR 研究,Conventional ventilation or ECMO for Severe Adult Respiratory failure),共有 103 家医院参与。该研究的入选标准是:年龄在 18~65 岁之间;病情可逆的严重呼吸衰竭;Murray 评分大于或等于 3 分;高碳酸血症(pH<7.2)。排除标准包括:高通气支持水平(峰压>30 cmH2O,FiO2>0.8)应用大于 7 天;颅内出血;有应用肝素的禁忌等。

入选患者随机接受 ECMO 治疗和传统通气治疗。入选 ECMO 组的患者被转诊到指定的 ECMO 治疗中心(Glenfield Hospital,Leicester,UK)接受治疗,传统通气治疗组则在当地医院接受治疗。ECMO 组采用 V-V ECMO 的治疗方式,应用滚压泵维持较高的血流量。

此外,在 ECMO 治疗中逐渐降低呼吸机支持水平让肺脏充分休息:气道峰压不超过 20 cmH2O - 25 cmH2O,呼气末正压(PEEP)设置为 10 cmH2O -15 cmH2O,呼吸频率 10 次 / 分,FiO2 为 0.3。肝素用量根据活化凝血时间(ACT)调节,维持于 ACT 于 160 秒 -220 秒。

传统通气组的治疗措施可按照当地的治疗规范实施,均建议使用小潮气量(4-8 ml/kg)通气。该研究从 2001 年 7 月到 2006 年 8 月间共入选 180 例重症 ARDS 患者,每组各 90 例。ECMO 组中 ECMO 平均使用时间为 9 天。结果发现,ECMO 组中 6 个月内存活且能生活自理者占 63%,而传统治疗组仅为 47%(P = 0.03);对于重症 ARDS 患者,ECMO 能带来更好的成本效益。

因此,从该研究可以得出 ECMO 能挽救大部分早期的重症 ARDS 患者的生命,改善其生活质量,改善整体的医疗成本效益。但应注意的是,该研究中 ECMO 的实施是在具有丰富临床 ECMO 治疗经验的单位内进行的,故该研究结果不一定具有普遍性。

ECMO 能取得上述较好的治疗效果,主要与三方面因素相关:ECMO 材料和设备技术的进步,准确把握应用指征,规范的操作。

近年来,随着硅胶(silicon rubber)和微孔(microporous)膜式氧合器使用的增加,以往血液相容性很差的鼓泡(bubble)式氧合器已被淘汰。这是 ECLA 技术从短期治疗发展到长期治疗的一个重要里程碑。特殊涂层的中空纤维膜采用了聚甲基戊烯纤维,并在膜表面使用了很薄的硅胶层密封,可大大地减少血浆渗漏,也增加了氧合器的安全使用时间,如 Quadrox D 膜肺、MEDOS 膜肺和 Novalung 膜肺等。

而生物相容性较好的或肝素化涂层的内表面,可有效减少氧合器内部血栓的形成和大量肝素的应用,从而降低了 ECMO 的出血风险。此外,离心泵(centrifugal pump)技术的应用,可显著减少滚压泵(roller pump)对血液的破坏。更小型的 ECMO 系统的研制,可减少血液与 ECMO 系统的接触面积以达到降低相关并发症发生的目的,更利于 ECMO 管理和重症患者的转运。

氧合器和驱动泵整合一体产品已上市,这进一步减少了血液与 ECMO 接触面积,并可以利用驱动泵产生的余热维持体外血液的温度。

曾经需要外科医才能完成的 ECMO 置管技术,随着经皮穿刺技术的完善,大多数情况下可由熟悉常规血管穿刺置管的 ICU 医生完成,这使得 ECMO 更适用于床旁操作而无泵动静脉 ECMO(pumpless arteriovenous ECMO)可完全避免驱动泵相关的并发症和使临床管理更为简单, 此装置很简单,包括一个动脉内置管,一个静脉内置管,两根较短的导管和一个氧合器(如图 2)。

一个超声流量传感器可以监测进入装置内的血流量。血流量越大,CO2 清除越多。但血流量的大小主要取决于平均动脉血压,心输出量和装置的阻力(如氧合器和导管等)。动脉血压的调节可以通过血管活性药物来调节;装置的阻力主要来自氧合器。目前市场中常用的、阻力较低的 Novalung 膜肺的血流量最大能达到 2.0L/min。该装置在降低体内二氧化碳方面具有很好的疗效,但对于纠正低氧血症的效果欠佳,因为进入该装置内的血液已为经过氧合的动脉血。

该装置最大的优点是避免了驱动泵相关的并发症(如对血细胞的影响)和使临床管理更为简单。主要缺点包括:不能有效控制血流量;改善低氧血症能力欠佳,除非发生了严重低氧血症;动脉内置管易致下肢缺血坏死,因此动脉内置管一般不超过 15 号(French)。由于该装置的特点和其工作原理,对于下列患者应视为禁忌:心力衰竭、休克导致的低血压(平均血压<70 mmHg)和严重的外周动脉阻塞疾病。

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图 2  无泵体外肺辅助装置(图中 FA 为股动脉,FV 为股静脉)

目前 ECMO 主要用于重症呼吸衰竭患者的补救措施。因有一定的创伤性,花费较高,应严格掌握其治疗适应症。虽然各单位治疗的适应症都有所区别,但总体上都包含有常规治疗方式难以纠正其通气和氧合的早期患者,原发病具有可逆性和常规通气方式的治疗时间较短但病情极重的患者,如早期的重症 ARDS、已合并有气压伤等严重机械通气并发症的患者。

对于 ARDS,目前大部分 ECMO 中心采用以下标准:①在吸纯氧条件下,氧合指数(PaO2/FiO2)<100,或肺泡动脉氧分压差>600 mmHg;Murray 肺损伤评分 ≥ 3.0;②pH<7.2;③年龄 <65 岁;④传统机械通气时间 <7 天;⑤无抗凝禁忌;⑥对继续的积极治疗有禁忌。此外,对于需要接受肺移植的终末期肺病患者,也可考虑应用 ECMO 进行过渡。

除仔细、谨慎选择病例外,还需注意 ECMO 的规范操作。在 ECMO 治疗过程中,若出现氧合下降,则主要调节 ECMO 的血流量和 / 或氧合器的氧气浓度;而若出现动脉血二氧化碳分压升高,则主要通过调节进入氧合器内新鲜气体的流量,此时尽量不要通过调整呼吸机参数来改善氧合和通气,除非在撤离 ECMO 阶段。

另外需重点提出的是,在 ECMO 治疗过程中,呼吸机参数的设置和调节应遵循「让肺脏充分休息」的原则:小潮气量(4-6 ml/kg),低平台压(<30 cmH2O),一定的 PEEP 水平(10-15 cmH2O),低呼吸频率(8-12 次 / 分)和低吸氧浓度(FiO2<50%);此外,还应尽量保持肺的开放状态,如使用一定水平的 PEEP、避免呼吸机的断开或使用肺复张手法(RM)等。

除 ECMO 及呼吸机参数的设置和调节外,ECMO 的更换,ECMO 的撤离,抗凝,并发症(出血、血栓、溶血、脱管、导管破裂、驱动泵的障碍等)的防治等都影响 ECMO 的最终治疗效果。事实上,ECMO 所应对的均为病情极重之呼吸衰竭患者,任何一个环节的疏漏,都可能对患者造成不可换回的损失,甚至是致命性的。因此,建立适合本单位的 ECMO 操作规程,同时培养一个分工明确、协作良好的团队,对于 ECMO 的成功运转至为重要。

相信随着 ECMO 技术的成熟和临床应用经验的日益丰富,以及我国呼吸危重症医学和国民经济水平的逐步提高,ECMO 将率先在经济发达地区和部分大型医院开展起来,并逐步推广,重症呼吸衰竭患者的治疗感面貌将因此而得到显著改观。

本文摘自:首都医科大学附属北京朝阳医院 - 北京呼吸疾病研究所


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