兒童體外膜肺氧合出血和血栓并發(fā)癥管理的新進(jìn)展

項(xiàng) 龍, 任 宏

體外膜肺氧合(extracorporeal membrane oxygenation,ECMO)是救治兒童心肺衰竭的重要手段[1]。據(jù)2022年體外生命支持組織(Extracorporeal Life Support Organization,ELSO)數(shù)據(jù)顯示,557家ECMO中心登記196 108例ECMO,新生兒和兒童分別占ECMO運(yùn)行總數(shù)的24.7%和18.3%[2]。兒童是特殊群體,與成人患者病理生理差異導(dǎo)致更易在接受ECMO支持期間出現(xiàn)不同程度的出血和血栓并發(fā)癥。2022年ELSO數(shù)據(jù)顯示,兒童ECMO最常見(jiàn)的出血部位依次是顱內(nèi)出血(37.7%)、導(dǎo)管出血(37.4%)、手術(shù)區(qū)域出血(15.7%)和肺出血(14.7%);新生兒ECMO最常見(jiàn)的出血部位依次是顱內(nèi)出血(57.6%)、導(dǎo)管出血(35.9%)、手術(shù)區(qū)域出血(20.7%)和肺出血(19.6%)。兒童ECMO最常見(jiàn)的血栓生成部位依次是ECMO管路(14.8%)、ECMO濾器(4.6%)、腦血管栓塞(4.5%)和肢體栓塞(7.1%);新生兒ECMO最常見(jiàn)的血栓生成部位依次是ECMO管路(23.4%)、腦血管栓塞(8.6%)、ECMO濾器(7.7%)和肢體栓塞(1.3%)[3]。兒童ECMO中出血和血栓并發(fā)癥與病死率上升密切相關(guān)[4-5]。導(dǎo)致兒童ECMO時(shí)出血和血栓并發(fā)癥的因素很多,如ECMO指征、管路、轉(zhuǎn)流時(shí)間、感染、手術(shù)、潛在疾病、抗凝和輸血管理等。本文就近年來(lái)兒童ECMO出血和血栓并發(fā)癥管理的新進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 與ECMO管路相關(guān)的出血和血栓發(fā)生機(jī)制

ECMO管路使得循環(huán)血液與血管內(nèi)皮接觸轉(zhuǎn)為與生物材料面接觸,導(dǎo)致凝血系統(tǒng)被激活。人工管路表面被血漿蛋白、白蛋白和纖維蛋白原(fibrinogen,Fib)包裹,糖蛋白和血管性血友病因子(von Willebrand factor,vWF)成為血小板附著的錨點(diǎn),隨后血小板激活組織因子(tissue factor,TF)介導(dǎo)的凝血途徑被激活。最新的研究聚焦于三種與ECMO管路相關(guān)的特有機(jī)制,促進(jìn)血液高凝狀態(tài):(1)管路激活接觸系統(tǒng);(2)血液通過(guò)管路時(shí)的高剪切應(yīng)力;(3)管路激活補(bǔ)體系統(tǒng)。

1.1接觸系統(tǒng)激活 接觸因子包括FⅪ、FⅫ、高分子量激肽原(high molecular weight kininogen,HMWK)和前激肽釋放酶(prekallikrein,PK)。當(dāng)接觸人工管路后,FⅫ轉(zhuǎn)變成兩個(gè)蛋白酶:FⅫa和FⅫf。FⅫa將HMWK轉(zhuǎn)化為緩激肽,將PK轉(zhuǎn)化為激肽酶,在緩激肽和激肽酶的作用下。FⅫa促進(jìn)FⅪ轉(zhuǎn)化為FⅪa,激活凝血途徑。僅ECMO啟動(dòng)后10 min,FⅫa的活性即可迅速達(dá)到最高水平[6-8]。

1.2高剪切應(yīng)力 血液接觸非人工內(nèi)皮的管路,相對(duì)內(nèi)皮粗糙和不均勻,產(chǎn)生高剪切應(yīng)力導(dǎo)致血液湍流,加劇血小板活化、脫顆粒,釋放促炎和促凝介質(zhì),促進(jìn)血栓形成[9-10]。同時(shí),高剪切應(yīng)力還可剪切血小板表面受體,使其失活[11],而當(dāng)血小板、Fib和凝血因子功能失活后,將增加出血風(fēng)險(xiǎn)。高剪切應(yīng)力和非層流在激活vWF、增強(qiáng)血小板活化后,也可切割vWF,導(dǎo)致vWF被耗竭,增加出血風(fēng)險(xiǎn)[12]。

1.3補(bǔ)體系統(tǒng)激活 當(dāng)ECMO啟動(dòng)時(shí),補(bǔ)體系統(tǒng)是機(jī)體首個(gè)被激活的宿主防御系統(tǒng)[7],血液接觸人工管路而觸發(fā)補(bǔ)體激活替代途徑(alternative pathway,AP),是ECMO過(guò)程中的主要途徑[13]。AP導(dǎo)致C5被裂解形成C5a和C5b。C5a是一種強(qiáng)效的促炎介質(zhì),可增加白細(xì)胞募集、血管通透性和刺激炎癥介質(zhì)釋放。C5a還可促進(jìn)單核細(xì)胞表達(dá)TF和內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)纖溶酶原激活物抑制物-1來(lái)調(diào)控凝血;另一方面,C5b經(jīng)過(guò)幾個(gè)步驟產(chǎn)生膜攻擊復(fù)合物C5b-9,C5b-9在細(xì)胞膜上形成細(xì)胞溶解孔,誘導(dǎo)細(xì)菌溶解或細(xì)胞死亡,激活血小板,誘導(dǎo)單核細(xì)胞表達(dá)TF和釋放微粒而調(diào)控凝血[14]。

基于上述發(fā)生機(jī)制,相關(guān)兒童研究報(bào)道了ECMO管路因素與出血和血栓風(fēng)險(xiǎn)的相關(guān)性[15-16]。因此,實(shí)施兒童ECMO時(shí)可采用生物活性涂層管路,盡量減少非內(nèi)皮化管路導(dǎo)致的炎癥和凝血反應(yīng)。新研發(fā)的涂層管路包括普通肝素(unfractionated heparin,UFH)、直接凝血酶抑制劑(direct thrombin inhibitors,DTIs)、抗血小板物質(zhì)、一氧化氮等涂層管路[17-19]。

2 兒童自身相關(guān)危險(xiǎn)因素

兒童自身相關(guān)危險(xiǎn)因素包括年齡、胎齡、性別、種族、體型、出生體重、疾病狀況等。其中最重要的是年齡、體型和當(dāng)前疾病狀況。

2.1年齡因素 小嬰兒較年長(zhǎng)兒凝血系統(tǒng)不成熟,具有發(fā)育性止血規(guī)律[20-21],如在新生兒期抗凝血酶(antithrombin,AT)水平低于成人水平的50%[22],而大多數(shù)凝血因子在6月齡時(shí)達(dá)到成人水平。另外,ECMO期間血液稀釋效應(yīng)在兒童中要高于成人,導(dǎo)致血小板計(jì)數(shù)和凝血因子水平降低[23]。

2.2體型因素 兒童機(jī)體與管路的血容量比較低,增加血液稀釋風(fēng)險(xiǎn)和血制品預(yù)充管路需求,以及導(dǎo)致與管路表面相互作用的血液量增加。兒童血管直徑相對(duì)小,需更細(xì)的導(dǎo)管和血泵,增加湍流和剪切應(yīng)力。此外,小嬰兒對(duì)少量失血的耐受能力低于年長(zhǎng)兒和成人。

2.3疾病狀況 危重病本身即可導(dǎo)致凝血功能障礙,醫(yī)療干預(yù)、遺傳易感性、環(huán)境、藥物類型和劑量、正在進(jìn)行的治療以及ECMO支持時(shí)間均可影響凝血狀態(tài)。

3 凝血功能的監(jiān)測(cè)

由于凝血功能障礙、血液稀釋、手術(shù)等因素,以及抗凝治療的安全窗較窄,因此在兒童實(shí)施ECMO支持期間密切監(jiān)測(cè)凝血功能狀態(tài)至關(guān)重要。常用的監(jiān)測(cè)包括活化凝血時(shí)間(activated clotting time,ACT)、活化部分凝血酶原時(shí)間(activated partial thromboplastin time,APTT)、抗Ⅹa因子活性和粘彈性止血分析實(shí)驗(yàn)(viscoelastic hemostatic assay,VHA)。

3.1ACT ACT是指全血在加入白陶土-腦磷脂混懸液后,形成血凝塊的時(shí)間,是整體凝血功能檢測(cè),不僅反映抗凝治療的效應(yīng),還包括血小板數(shù)量和功能、Fib水平、凝血因子水平、體溫、血液稀釋等因素。目前ELSO指南沒(méi)有指定具體數(shù)值[24],建議在ECMO支持期間ACT的范圍為180～220 s[25]。在兒童中,生理性AT水平低于成人導(dǎo)致對(duì)肝素抗凝的反應(yīng)受損,因此僅使用ACT來(lái)指導(dǎo)肝素劑量會(huì)導(dǎo)致抗凝效應(yīng)不足。此外,ACT結(jié)果受不同檢測(cè)設(shè)備的影響。

3.2APTT APTT實(shí)驗(yàn)是將測(cè)量鈣添加到富于磷脂和接觸激活劑的血漿中,檢測(cè)從FⅫ激活至血凝塊形成的時(shí)間。ECMO期間APTT的治療范圍是患兒治療前基線的1.5～2.5倍。使用APTT監(jiān)測(cè)UFH使用劑量是基于以下假設(shè):患者血樣品的基線APTT與正常對(duì)照相當(dāng),且UFH劑量與APTT之間存在線性關(guān)系,常規(guī)目標(biāo)范圍是60～80 s。由于發(fā)育性止血規(guī)律[20-21],患兒的基線APTT通常與正常對(duì)照不同,且因AT的年齡差別,UFH劑量與APTT之間呈非線性關(guān)系,這些因素均影響APTT監(jiān)測(cè)UFH抗凝效應(yīng)的準(zhǔn)確性。此外,非特異性急性期反應(yīng)蛋白,如FⅧ和Fib在危重病中升高,可縮短APTT,掩蓋UFH抗凝的真實(shí)效應(yīng)。因此,許多實(shí)驗(yàn)室和臨床醫(yī)師采用抗Ⅹa因子活性作為UFH抗凝效應(yīng)的監(jiān)測(cè)方法。

3.3抗Ⅹa因子活性 該檢測(cè)基于UFH催化AT抑制FⅩa的能力來(lái)測(cè)量UFH抗凝效應(yīng),常規(guī)目標(biāo)范圍是0.3～0.7 U/ml,但因其僅評(píng)估UFH-AT復(fù)合物,不檢測(cè)凝血酶的抑制作用,故不可用于DTIs抗凝效應(yīng)的檢測(cè)。Liveris等[26]報(bào)道UFH劑量與抗Ⅹa因子活性之間呈中至強(qiáng)相關(guān)性。O′Meara等[27]報(bào)道每6 h監(jiān)測(cè)抗Ⅹa因子活性與ECMO期間較少的UFH調(diào)整頻率和減少采血相關(guān)。Irby等[28]報(bào)道顯示,與ACT相比,使用抗Ⅹa因子活性檢測(cè)與更好的管路壽命相關(guān)。Northrop等[29]報(bào)道顯示,聯(lián)合抗Ⅹa因子活性與血栓彈力圖(thromboelastography,TEG)、AT檢測(cè)可減少血制品輸注和出血并發(fā)癥。抗Ⅹa因子活性檢測(cè)的局限性為不同實(shí)驗(yàn)室在檢測(cè)時(shí)是否需添加外源性AT方面存在差異,而新生兒和兒童內(nèi)源性AT低,添加外源性AT的檢測(cè)不能準(zhǔn)確反映體內(nèi)肝素狀態(tài)。高膽紅素、高甘油三酯、高游離血紅蛋白水平可導(dǎo)致低估UFH效應(yīng)[30]。因此,在抗Ⅹa因子活性水平不準(zhǔn)確的情況下,應(yīng)聯(lián)合其他評(píng)估抗凝效果的方法。

3.4VHA VHA是用于測(cè)量血塊粘彈性特性的全血凝血試驗(yàn),可以全面評(píng)估血塊起始(凝血因子因素)、血塊強(qiáng)度或幅度(Fib和血小板因素)和血塊穩(wěn)定性(纖溶因素)的狀況。目前兩種設(shè)備已用于臨床:旋轉(zhuǎn)血栓彈性檢測(cè)(rotational thromboelastometry,ROTEM)和TEG。VHA可在ECMO床旁檢測(cè)全血從凝血因子啟動(dòng)到血小板-纖維蛋白相互作用的止血功能的總體凝血狀況。此外,VHA還可以通過(guò)肝素酶杯檢測(cè)評(píng)價(jià)UFH的抗凝效應(yīng)。在兒童ECMO中,使用VHA還需要考慮以下因素:(1)兒童和新生兒VHA參數(shù)的界值尚未確定;(2)VHA無(wú)法檢測(cè)由vWF低下或者缺乏導(dǎo)致的凝血功能障礙;(3)僅VHA的結(jié)果無(wú)法反映患兒臨床狀況的動(dòng)態(tài)變化;(4)還需要考慮設(shè)備維護(hù)、質(zhì)控和熟練處理血液樣本等技術(shù)因素。因此,VHA結(jié)果需要由了解VHA檢測(cè)原理和熟悉影響凝血系統(tǒng)變量的醫(yī)師解讀[31]。

4 出血和血栓并發(fā)癥的管理

4.1出血的管理 ELSO將兒童ECMO時(shí)出血性并發(fā)癥定義為需要輸注濃縮紅細(xì)胞或全血[新生兒和兒童>20 ml/(kg·d)或>3 U/d]或需手術(shù)、內(nèi)鏡等措施止血。多種ECMO并發(fā)癥導(dǎo)致出血,包括獲得性血管性血友病綜合征(acquired von Willebrand syndrome,aVWS)、血小板減少癥、血小板功能障礙、高纖溶和凝血功能障礙等[32]。兒童在ECMO后第1天即可出現(xiàn)aVWS,與管路內(nèi)高剪切應(yīng)力損傷及vWF有關(guān)[33]。ECMO支持期間應(yīng)每周檢測(cè)vWF,包括vWF活性、vWF抗原、vWF活性/抗原比。輸注外源性vWF可能增加ECMO管路凝血和患兒血栓形成的風(fēng)險(xiǎn)。在撤離ECMO后,aVWS可迅速恢復(fù)[34]。

4.1.1 紅細(xì)胞輸注 不同醫(yī)療機(jī)構(gòu)之間在兒童ECMO輸血閾值方面存在很大差異[35-37]。第5版ELSO紅寶書(ELSO Red Book)建議維持血紅蛋白140～150 g/L或紅細(xì)胞壓積>40%[38]。兒童ECMO輸注紅細(xì)胞的閾值,除血紅蛋白外,還應(yīng)考慮全身和局部氧輸送指標(biāo),如混合靜脈血氧飽和度、乳酸、腦氧飽和度等[39]。

4.1.2 血小板及抗凝成分輸注 第5版ELSO紅寶書建議輸血小板至計(jì)數(shù)中位數(shù)為100×109/L,在兒童中應(yīng)注意血小板輸注與體液過(guò)負(fù)荷相關(guān)。此外,頻繁地輸注血小板,增加了血小板因子4(platelet factor 4,PF4)與肝素結(jié)合,降低肝素生物利用度并減弱其抗凝效應(yīng)。對(duì)于<35 kg的患兒,輸注單采血小板的劑量為5～10 ml/kg;對(duì)于≥35 kg的患兒,劑量為1 U。Fib目標(biāo)是維持>2 g/L。輸注冷沉淀劑量為1～2 U/10 kg,應(yīng)避免頻繁輸注冷沉淀。

4.1.3 抗纖溶藥物 Hensch等[40]報(bào)道ε-氨基己酸和氨甲環(huán)酸在兒童ECMO中應(yīng)用的病例,可減少手術(shù)部位出血。ε-氨基己酸在圍手術(shù)期劑量為100 mg/kg,而后持續(xù)輸注30 mg/(kg·h)。氨甲環(huán)酸的劑量為4 mg/kg,而后持續(xù)輸注1 mg/(kg·h)。

4.2抗凝管理 由于缺乏抗凝藥物的藥代動(dòng)力學(xué)和藥效學(xué)特征的數(shù)據(jù)和研究,兒童抗凝的大多數(shù)建議來(lái)自前瞻性兒童隊(duì)列和觀察性研究,或者來(lái)自成人研究的推斷,以及個(gè)別中心的案例報(bào)道,其證據(jù)并不充分。除了發(fā)育性止血規(guī)律外,其他因素也會(huì)影響成人抗凝方案推廣到兒童。例如,抗凝藥物在不同年齡的兒童中的分布、結(jié)合和清除率不同,血栓形成病因不同,血管通路限制,以及缺乏特定的兒童抗凝藥物配方,這些都表明兒童抗凝方案存在不足。

4.2.1 UFH 目前UFH是兒童和成人ECMO中最常用的抗凝藥物[36]。UFH是一種糖胺聚糖,與AT結(jié)合后,使AT對(duì)凝血酶、FⅩa、FⅫa和FⅨa的抑制作用增加1 000倍。UFH還與內(nèi)源性血漿蛋白、PF4和vWF結(jié)合,統(tǒng)稱為肝素結(jié)合蛋白(heparin binding protein,HBP),是一種急性期反應(yīng)蛋白,可降低UFH的抗凝活性。在ECMO插管時(shí),給予UFH 50～100 U/kg負(fù)荷劑量,隨后UFH維持在10～40 U/(kg·h)的范圍內(nèi),根據(jù)監(jiān)測(cè)抗凝效應(yīng)滴定劑量。2021年ELSO兒童ECMO抗凝指南中指出,如果出現(xiàn)大出血,特別是在心臟術(shù)后患兒,應(yīng)暫停UFH 4～6 h;在出血難以控制的情況下,可暫停UFH 12 h或更長(zhǎng)時(shí)間,直到出血控制。有出血高風(fēng)險(xiǎn)的創(chuàng)傷患兒可運(yùn)行無(wú)肝素ECMO。如需重新進(jìn)行抗凝治療,建議評(píng)估重新開(kāi)始抗凝治療的必要性和管路血栓風(fēng)險(xiǎn),因?yàn)楣苈费ㄐ纬煽赡軐?dǎo)致災(zāi)難性并發(fā)癥或死亡[24]。兒童UFH藥代動(dòng)力學(xué)有別于成人[41],具有年齡依賴性。兒童UFH分布容積較大、清除率較高,成人UFH的半衰期為1～2 h,而新生兒為35 min。同時(shí),兒童AT濃度較成人低,也有顯著個(gè)體差異。由于缺乏相關(guān)研究,在兒童ECMO期間UFH抗凝的合適劑量、治療范圍和監(jiān)測(cè)方案仍不清楚。盡管存在這些問(wèn)題,但UFH仍然是新生兒和兒童ECMO的首選抗凝藥物,只有在高出血風(fēng)險(xiǎn)、低AT水平引起的肝素抵抗以及肝素誘導(dǎo)的血小板減少癥和血栓形成(heparin-induced thrombocytopenia and thrombosis,HITT)時(shí),才考慮其他抗凝替代方案。

4.2.2 DTIs DTIs正越來(lái)越多地用于兒童和成人ECMO的抗凝治療。DTIs是直接抑制凝血酶的短效抗凝劑,理論上無(wú)需AT,也不與其他血漿蛋白結(jié)合。ECMO中最常用的兩種DTIs是比伐蘆定和阿加曲班。比伐蘆定是水蛭素20個(gè)氨基酸的衍生物,結(jié)合凝血酶的底物和催化位點(diǎn),并通過(guò)阻止凝血酶介導(dǎo)的血小板活化而起作用,可逆地抑制循環(huán)凝血酶和血凝塊結(jié)合凝血酶,半衰期為30 min,主要被血漿肽酶清除,只有20%被腎臟清除,因此可用于輕至中度腎功能不全患兒。Ranucci等[42]報(bào)道在ECMO中使用比伐蘆定可減少總失血量和輸血需求,降低ECMO費(fèi)用。Rivosecchi等[43]報(bào)道在UFH轉(zhuǎn)為比伐蘆定抗凝后,降低管路相關(guān)血栓事件(32.7% vs 17.3%,P=0.003)。Hamzah等[44]報(bào)道在兒童ECMO中,對(duì)于肌酐清除率>60 ml/min的患兒,開(kāi)始輸注速率為0.3 mg/(kg·h),對(duì)于腎功能不全的患兒,開(kāi)始輸注速率為0.15 mg/(kg·h)。隨著時(shí)間的推移,比伐蘆定的需要量增加,可能的原因是ECMO后腎功能改善、凝血酶升高、血凝塊增加、Fib升高導(dǎo)致凝血酶結(jié)合競(jìng)爭(zhēng)加劇。阿加曲班可逆地結(jié)合循環(huán)凝血酶和凝血酶的活性位點(diǎn),阻止凝血形成以及血小板活化和聚集。阿加曲班在肝臟代謝為無(wú)活性代謝產(chǎn)物,其在健康成人中半衰期約為45 min,停藥后2～4 h失去抗凝作用。阿加曲班是兒童中最常用的DTIs[45],尤其是腎損傷的患兒。Madabushi等[46]報(bào)道阿加曲班預(yù)防或治療兒童血栓形成的推薦劑量為初始0.75 μg/(kg·h),而后在APTT的監(jiān)測(cè)下,以0.25 μg/(kg·h)遞增,直到達(dá)到APTT抗凝治療目標(biāo)。Young等[47]報(bào)道阿加曲班在兒童體外生命支持(extracorporeal life support,ECLS)中的方案,初始劑量為2 μg/(kg·h)。Latham等[48]報(bào)道兒童ECLS從肝素轉(zhuǎn)為阿加曲班0.5～7.5 μg/(kg·h)的滴注才能達(dá)到APTT>60 s的抗凝目標(biāo)。在數(shù)量有限的兒童機(jī)械循環(huán)支持的報(bào)告中,阿加曲班的輸注劑量范圍為0.1～24 μg/(kg·h)[49]。DTIs的缺點(diǎn)是缺乏實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)方法來(lái)準(zhǔn)確評(píng)估抗凝效果。DTIs可導(dǎo)致凝血酶原時(shí)間、國(guó)際化標(biāo)準(zhǔn)比、APTT、ACT均延長(zhǎng)。針對(duì)DTIs的檢測(cè),如血漿稀釋凝血酶時(shí)間或TEG,在ECMO中的有效性尚未確定。總體來(lái)說(shuō),DTIs是兒童ECMO抗凝的良好候選藥。正在進(jìn)行的ECMO期間DTIs藥代動(dòng)力學(xué)的單中心研究以及DTIs與UFH的比較研究將為評(píng)價(jià)DTIs在兒童ECMO抗凝的有效性和安全性,以及是否可以將其視為兒童ECMO中的一線抗凝劑提供循證依據(jù)[50]。

5 小結(jié)

綜上所述,兒童ECMO期間的出血和血栓并發(fā)癥管理應(yīng)根據(jù)患兒和ECMO支持情況個(gè)體化定制。目前缺乏關(guān)于兒童ECMO期間抗凝、出血和監(jiān)測(cè)管理的具體指南和建議,每個(gè)中心根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和不同監(jiān)測(cè)技術(shù)制定兒童ECMO出血和血栓并發(fā)癥管理策略。在處理復(fù)雜的出血或血栓并發(fā)癥或抗凝遇到困難時(shí),應(yīng)多學(xué)科咨詢血液學(xué)、重癥醫(yī)學(xué)和ECMO專家。未來(lái)的多中心研究對(duì)于管理兒童ECMO出血和血栓并發(fā)癥及改善預(yù)后至關(guān)重要。