體外膜氧合器對心肺衰竭患者的監(jiān)測研究進展

趙云鵬，陳琨

體外膜氧合器對心肺衰竭患者的監(jiān)測研究進展

趙云鵬1，陳琨2

1.紹興文理學院醫(yī)學院，浙江紹興 312000；2.金華市中心醫(yī)院重癥醫(yī)學科，浙江金華 321000

體外膜氧合器（extracorporeal membrane oxygenerator，ECMO）是一種重要的生命支持體外系統(tǒng)。近年來，ECMO逐步應用于常規(guī)生命支持無效的各種急性循環(huán)和（或）呼吸衰竭患者的治療中，可彌補患者自身心肺功能的不足。ECMO包括靜脈–靜脈和靜脈–動脈兩種模式，過度支持或應用程度不足均會對患者造成不利影響。本文就靜脈–靜脈ECMO和靜脈–動脈ECMO對患者的監(jiān)測研究進展進行綜述。

靜脈–靜脈體外膜氧合器；靜脈–動脈體外膜氧合器；運行監(jiān)測

作為重要的機械輔助裝置，體外膜氧合器（extracorporeal membrane oxygenerator，ECMO）被用于可逆性心肺功能衰竭患者的救治，通過暫時提供心肺功能支持，促進重要器官功能的恢復，為心血管和（或）呼吸系統(tǒng)功能的恢復提供時間。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，ECMO支持患者出院后的平均生存率為58%[1]。ECMO主要由引流管、膜肺、離心泵和回輸管組成；引流管將靜脈血引流到體外，經(jīng)膜肺氧合并清除二氧化碳，再由血泵通過回輸管灌注回體內(nèi)，發(fā)揮氣體交換和（或）血液循環(huán)功能[2]。按照置管位置和作用的不同，ECMO分為靜脈–靜脈ECMO（veno-veno ECMO，VV-ECMO）和靜脈–動脈ECMO（veno-arterial ECMO，VA-ECMO）；VV-ECMO主要提供呼吸支持，VA-ECMO主要提供呼吸和（或）循環(huán)支持[3]。隨著ECMO應用的逐漸增多，ECMO的監(jiān)測越來越受到學者關(guān)注，其對支持程度的滴定、并發(fā)癥的識別及撤機時機的判定有重要意義。本文就VV-ECMO和VA-ECMO對患者的監(jiān)測研究進展進行綜述。

1 VV-ECMO的監(jiān)測

VV-ECMO是各種因素所致急性呼吸衰竭患者的首選治療方法，其主要適應證包括急性呼吸窘迫綜合征、肺栓塞、支氣管哮喘等。靜脈–靜脈模式常用穿刺血管為頸內(nèi)靜脈和股靜脈，將低氧血液引流到體外，結(jié)合氧氣并排出二氧化碳后回輸?shù)届o脈系統(tǒng)內(nèi)，經(jīng)與體循環(huán)回流的靜脈血相混合，共同回流至右心系統(tǒng)。因VV-ECMO的引血端與回血端均位于靜脈系統(tǒng)，相當于在患肺前串聯(lián)人工肺臟，達到“肺休息”的目的。

1.1 血氣及氧飽和度監(jiān)測

血氣可提供氧飽和度、氧分壓、二氧化碳分壓、碳酸氫根、血酸堿值、乳酸等重要指標。在臨床應用中，ECMO上機后每2～4h復測血氣，待情況穩(wěn)定后適當延長血氣分析時間，最長間隔6～8h復測。呼吸衰竭患者內(nèi)環(huán)境紊亂，且常伴有嚴重酸中毒，呈現(xiàn)高乳酸、高二氧化碳分壓，低氧分壓、低碳酸氫根。ECMO運行目的之一是維持患者正常的內(nèi)環(huán)境及酸堿平衡并糾正水電解質(zhì)失衡，結(jié)合氧氣并清除二氧化碳，在VV-ECMO上機后缺氧及內(nèi)環(huán)境紊亂會逐步得到糾正[4]。乳酸作為反映組織無氧代謝的敏感指標，其數(shù)值越高表明機體的缺氧狀況越嚴重。ECMO上機后，患者的有氧代謝增強，蓄積的代謝產(chǎn)物被清除，在充足氧供支持下乳酸水平迅速下降，乳酸下降趨勢可反映患者的預后并判定ECMO的支持程度[5]。

1.2 凝血功能監(jiān)測

血液與ECMO管路相接觸會發(fā)生凝血反應，同時使得血液流動和凝血功能產(chǎn)生劇烈波動，既促進血栓形成，又不斷消耗血小板和凝血因子增加出血的風險。ECMO運行期間，抗凝不足時血栓形成的風險增加，而抗凝過度又常導致嚴重的出血并發(fā)癥，故維持適當?shù)目鼓隣顟B(tài)十分重要。普通肝素是常用的ECMO抗凝劑，具有起效快、價格低廉、半衰期短、可被魚精蛋白中和等優(yōu)勢。Protti等[6]研究發(fā)現(xiàn)，97%的體外循環(huán)中心將普通肝素作為首選抗凝劑，其抗凝主要通過激活抗凝血酶Ⅲ?；罨獣r間（activated clotting time，ACT）、活化部分凝血活酶時間（activated partial thromboplastin time，APTT）為肝素抗凝常用的監(jiān)測指標。正常人ACT為80～120s，APTT為35～45s，ECMO持續(xù)期間建議維持ACT在180～220s、APTT在60～80s之間；同時，應根據(jù)患者病情、APTT、血栓彈力圖等綜合判斷所需的抗凝強度[7]。ECMO運行期間，患者的血小板消耗嚴重，炎癥反應、肝素的使用均會影響血小板，使出血風險增大。為避免發(fā)生嚴重出血并發(fā)癥，《成人體外膜氧合循環(huán)輔助專家共識》[8]建議應保持患者的血小板計數(shù)≥50×109/L，若低于該數(shù)值應及時補充血小板。

1.3 超聲

超聲在ECMO中的應用十分普遍，其可用于評估血管的通暢程度、插管位置、心臟功能、血管內(nèi)容量等，具有便捷、無創(chuàng)、可重復等特點。借助超聲可縮短置管時間、提高置管成功率，超聲直視下放置導管末端位置可避免損傷心臟結(jié)構(gòu)。VV-ECMO可將缺氧血轉(zhuǎn)變?yōu)楦缓鯕獾膭用}血。盡管VV-ECMO并不會直接對患者的血流動力學產(chǎn)生影響，但其可通過改善缺氧及糾正高碳酸血癥間接改善患者的血流動力學[9]。氧氣運輸取決于氧含量與心輸出量，需要借助足夠的循環(huán)血流將氧氣輸送到末梢組織，過低的血容量無法滿足組織氧供與血供需求[10]。超聲下觀察下腔靜脈的寬度及變異度是判斷血容量的敏感手段。VV-ECMO的置管管路均位于靜脈系統(tǒng)中，故而首先影響右心系統(tǒng)，間接影響左心功能。因ECMO輸出的為無搏動血流，超聲下通過三尖瓣反流預測肺動脈壓力并不準確，但可直接觀察導管末端位置及右心室的大小、左心大小、左心收縮功能等，以評估血管內(nèi)容量與心臟運動情況，指導臨床治療。

1.4 近紅外光譜學

近紅外光譜（near infrared spectrum，NIRS）是一種用于非搏動區(qū)域血氧飽和度的無創(chuàng)監(jiān)測手段，可反映局部組織血流的變化情況，是逐漸興起的一種無創(chuàng)監(jiān)測手段。NIRS下降預示有效灌注的下降。如對腦血流的監(jiān)測可提示顱內(nèi)供血不足，提示臨床醫(yī)生需增加心輸出量、平均動脈壓、血紅蛋白水平以提高組織灌注水平，對危重患者腦氧代謝發(fā)揮指導性作用[11]。但NIRS暫沒有統(tǒng)一的參考范圍，不同患者甚至同一患者不同部位的氧飽和度不同，更加需要關(guān)注的不是單一數(shù)值而是其在整個治療過程中的變化趨勢。目前，建議超過基礎(chǔ)值的25%作為氧供異常的界限值，若出現(xiàn)明顯波動需及時處理。

2 VA-ECMO的監(jiān)測

VA-ECMO常用于急性雙心室功能衰竭或合并呼吸功能衰竭的患者，主要適應證有心源性休克、呼吸心跳驟停、急性右心衰竭等?；颊叱Ｍ瑫r合并腎、腦、胃、腸等全身器官灌注不足。靜脈–動脈模式是從靜脈系統(tǒng)將血液引出后，從動脈系統(tǒng)內(nèi)回輸，膜肺氧合氧氣并清除二氧化碳，血泵提供的血流速轉(zhuǎn)化為血壓，提供呼吸和（或）循環(huán)支持，相當于串聯(lián)“人工心肺”。VA-ECMO可選擇中心靜脈插管（右房–主動脈）或外周插管（頸靜脈–頸動脈、股靜脈–股動脈）。為達到充分引流并避免對腦血流產(chǎn)生影響，常采用血管直徑更粗的股靜脈或頸靜脈作為引流管通路，將股動脈作為回輸管通路?；剌斞涸谥鲃用}內(nèi)逆行向上，與自身心輸出血流在一個平面相交，這一相交平面被稱為“分水嶺”，其位置取決于心臟和ECMO之間的相對輸出量。靜脈–動脈模式下患者的病理生理機制更加復雜。盡管可同時提供呼吸循環(huán)支持，但相比VV-ECMO而言，其對患者自身的血流動力學有不可避免的影響，故VA-ECMO的運行監(jiān)測較VV-ECMO而言更加復雜。

2.1 血氣分析

血氣分析對VA-ECMO而言亦十分重要。流經(jīng)冠狀動脈及腦循環(huán)內(nèi)的是左心室射出的血液，這部分血液并未經(jīng)過VA-ECMO氧合而是經(jīng)過自身肺循環(huán)的低氧血液。VA-ECMO回輸?shù)难貉毓蓜用}逆行向上，與心臟射血方向相反。當心功能極差或ECMO流量過高時，左心室射出的低氧血優(yōu)先供給靠近升主動脈弓近端分支的冠狀動脈及腦循環(huán)，而ECMO提供的富氧血優(yōu)先供給分水嶺遠端，出現(xiàn)上下肢肢體氧供不匹配，被稱為“南北綜合征”。正常情況下，上下肢的血氧分壓、血氧飽和度相似；若存在明顯差異則提示南北綜合征的存在。南北綜合征患者的上半身缺氧明顯，可嘗試通過肺復張、控制肺水腫等手段增加肺循環(huán)攜氧量，或經(jīng)靜脈端增加一個回輸管路變?yōu)殪o脈–動脈–靜脈模式，從而使部分經(jīng)ECMO氧合過的血液回流右心并經(jīng)肺循環(huán)供應左心系統(tǒng)。血乳酸對ECMO有重要意義。在缺血、缺氧狀態(tài)下，細胞無氧代謝產(chǎn)生大量乳酸。無論靜脈-靜脈模式還是靜脈-動脈模式下，乳酸的監(jiān)測都有重要意義。ECMO上機前，乳酸的最高峰值對患者預后有重要的預測作用。對VV-ECMO而言，乳酸下降意味著全身缺氧情況的改善；對VA-ECMO而言，南北綜合征時患者上肢缺氧狀態(tài)下仍會有大量乳酸產(chǎn)生，這時乳酸的下降趨勢可能并不明顯。另外，單純糾正低氧及大循環(huán)并不能使乳酸出現(xiàn)明顯下降，提示有可能存在微循環(huán)障礙。

2.2 出血及血栓栓塞

VA-ECMO與VV-ECMO在凝血功能的監(jiān)測上有相似之處。對絕大多數(shù)患者來說，首選普通肝素抗凝，以ACT、APTT監(jiān)測為主且目標監(jiān)測范圍一致。但危重患者合并休克、低氧血癥等情況會加重血液高凝狀態(tài)，特別是當VA-ECMO患者心臟主動脈瓣開啟困難時左心室內(nèi)血液淤滯，血栓形成風險極大[12]，血栓栓子脫落對患者會造成嚴重影響。心功能分級、心源性休克、感染、出血等因素可預測血栓并發(fā)癥發(fā)生率。為避免血栓形成，使用肝素等抗凝藥物并維持ACT、APTT等指標在目標范圍內(nèi)，定期查看ECMO管路，若發(fā)現(xiàn)泵內(nèi)出現(xiàn)血栓應及時更換膜肺及套管。心臟超聲對心臟內(nèi)血栓的判斷有重要價值，如發(fā)現(xiàn)心腔內(nèi)有血栓影像，判斷已形成心室內(nèi)血栓，可嘗試將ACT在短期內(nèi)臨時提高至300～400s或請外科醫(yī)生協(xié)助。凝血物質(zhì)的大量消耗、同時使用肝素維持膜肺的運轉(zhuǎn)，會增加出血的風險，但在ECMO使用期間抗凝須貫穿始終，終止抗凝會急劇增加管路內(nèi)血栓的形成風險。除抗凝藥物因素外，動靜脈穿刺置管、胃管、導尿管、氣管插管等有創(chuàng)操作均有可能造成患者出血，因此建議在ECMO運行期間應避免不必要的有創(chuàng)操作。當存在出血時，不同部位和不同嚴重程度的出血的止血措施有所不同，穿刺血管破裂導致的出血使用壓迫止血，胃腸道內(nèi)的出血通過輸注血漿、血小板、禁食等手段待胃腸功能恢復。若出血量較大可下調(diào)ACT至160～180s并輔助使用抗纖溶藥物、維生素K等止血藥物，仍然無效時嘗試外科干預止血。

2.3 超聲

超聲同樣可用于VA-ECMO的置管、心功能評估等，靜脈-動脈模式有特殊的作用機制。VA-ECMO引流管與回輸管分別在右心房前與左心室后，其置管位置表明VA-ECMO對左右心系統(tǒng)均會產(chǎn)生影響。在VA-ECMO上機后，全身心輸出量由ECMO流量和自身心輸出量組成。VA-ECMO運行時仍然有部分血液通過肺循環(huán)到達左心系統(tǒng)，這部分血液必須經(jīng)過主動脈瓣射出，但VA-ECMO提供的額外后負荷會阻礙這一過程。若后負荷壓力過高，超聲可觀察到主動脈瓣開啟困難、左心室過度膨脹，嚴重時出現(xiàn)左心室血栓，提示需緊急進行左心室減壓。為避免血栓形成并促進心功能恢復，建議在滿足全身氧供、血供的前提下維持最低的ECMO流量。借助超聲可直接觀察主動脈瓣的開閉情況，觀察心腔內(nèi)有無血栓形成。超聲測量左室流出道時間–速度積分是目前無創(chuàng)評估心輸出量的敏感方法，對心功能的評定及ECMO參數(shù)的調(diào)節(jié)有重要意義[13]。在VA-ECMO運行期間，超聲可發(fā)現(xiàn)血流動力學不穩(wěn)定的原因，評估新的或惡化的低氧血癥。因超聲可對心功能指標進行直接評估，有必要每日行心臟超聲評估以了解心功能變化情況。

2.4 下肢肢體灌注

VA-ECMO為滿足足夠的流量輔助需求，常選擇較大的血管進行穿刺，股動脈、股靜脈是常用血管[14]。使用下肢股動脈插管時，對動脈管路同側(cè)的下肢肢體而言，因回輸管路粗大且血流方向與下肢灌注血流方向相反，下肢有極大的缺血風險。股動脈遠端的血流減少，下肢骨筋膜室綜合征、肌肉缺血壞死、截肢等風險增加，下肢缺血并發(fā)癥發(fā)生率為11%～52%，截肢概率高達2%～10%。置管過程中使用超聲全程引導，避開血管嚴重鈣化和狹窄部位，既可提高穿刺成功率、縮短穿刺時間，又可減少穿刺相關(guān)的并發(fā)癥。為滿足下肢血液灌注，若周圍血管情況較差或?qū)Ч芡鈴?血管內(nèi)徑2/3時，可預防性置入遠端灌注導管后再置入回輸管[15]。NIRS分析和經(jīng)皮氧分壓測定是可靠、連續(xù)、無創(chuàng)的監(jiān)測手段，能及早發(fā)現(xiàn)組織灌注和局部循環(huán)的變化，對預測下肢肢體灌注的缺血缺氧有極大優(yōu)勢。

2.5 微循環(huán)

心功能衰竭的患者存在明顯的大循環(huán)及微循環(huán)障礙。大循環(huán)可在宏觀上體現(xiàn)，故而受到更多的關(guān)注，但對微循環(huán)的關(guān)注卻不足。微循環(huán)被認為是大循環(huán)與細胞之間的聯(lián)系通道，雖大部分VA-ECMO的監(jiān)測重點是關(guān)注大循環(huán)血流動力學的充分性，但組織的氧輸送依賴于維持足夠的微循環(huán)流量，微循環(huán)與大循環(huán)之間并不存在一致性，大循環(huán)的改善不代表組織代謝的改善[16]。血泵產(chǎn)生的血流為平流血流，與心臟收縮產(chǎn)生的搏動血流相比，其對主動脈和頸動脈竇的刺激作用更強、內(nèi)源性兒茶酚胺的釋放增多，對微循環(huán)的不良影響更大。NIRS、旁流暗視野成像等無創(chuàng)微循環(huán)監(jiān)測手段發(fā)現(xiàn)，初期的微循環(huán)改變，如微血管流量指數(shù)、灌注血管密度、灌注血管比例，相比于乳酸、左室射血分數(shù)等傳統(tǒng)指標來說更加可靠[17]。

3 小結(jié)與展望

ECMO在危重患者的救治過程中可發(fā)揮重要作用，甚至是挽救生命的最后手段，但患者在不同時刻所需要的ECMO輔助程度不同，不合適的支持對患者的影響同樣不可忽視。借助各項指標的運行監(jiān)測對評估患者的病情變化、調(diào)整治療方案具有重要意義，特別是將各項指標相結(jié)合進行綜合評估，如果使用得當，這些監(jiān)測工具對臨床醫(yī)生來說是無價的。

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（2022–10–17）

（2023–09–14）

R459.7

A

10.3969/j.issn.1673-9701.2023.28.031

浙江省科技計劃項目（2020C03019）

陳琨，電子信箱：13957970707@sina.com