體外生命支持技術(shù)在氣管外科中的應(yīng)用
——單中心經(jīng)驗(yàn)

王怡鳳，孫 林，周小宇，常 昕，徐凌峰，郭 震

接受危重氣管手術(shù)患者，盡管圍術(shù)期管理、麻醉和手術(shù)技術(shù)的進(jìn)步極大地改善了手術(shù)成功率，但并發(fā)癥和死亡率仍居高不下[1]。此類患者因氣道梗阻、插管困難和侵犯粘連等在麻醉誘導(dǎo)和術(shù)中存在通氣困難、視野不佳和出血等風(fēng)險(xiǎn)[2-3]。以體外循環(huán)（extracorporeal circulation, ECC）和體外膜氧合（extracorporeal membrane oxygenation,ECMO）為代表的體外生命支持（extracorporeal life support, ECLS）技術(shù)可提供充足的呼吸和循環(huán)支持，以維持手術(shù)期間氣體交換和血流動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定，保證手術(shù)安全[2,4]。ECC 作為一種傳統(tǒng)的心肺支持方法，很早便用于危重氣管手術(shù)的輔助，因顧慮其并發(fā)癥和ECMO 技術(shù)的進(jìn)展，近年來(lái)逐步轉(zhuǎn)向ECMO 輔助[4-5]。ECMO 是ECC 技術(shù)的衍生，廣泛應(yīng)用于心肺衰竭的危重患者，在氣管手術(shù)中可顯著降低凝血功能紊亂、炎癥反應(yīng)、血液破壞等并發(fā)癥。盡管越來(lái)越多的報(bào)道介紹了ECC 或ECMO 在危重氣管外科中的應(yīng)用，但多以個(gè)案和系列病例報(bào)道為主，缺乏有力的詢證學(xué)依據(jù)以指導(dǎo)ECLS 技術(shù)的應(yīng)用[6-7]。本研究回顧了2000 年至2020 年ECC、改良ECC 和ECMO 在危重氣管外科手術(shù)中應(yīng)用的適應(yīng)證、并發(fā)癥、細(xì)節(jié)管理和結(jié)果，以評(píng)價(jià)不同輔助模式的安全性和優(yōu)勢(shì)。

1 資料和方法

本回顧性研究的數(shù)據(jù)依托于年手術(shù)量超過(guò)20 000 例普胸手術(shù)，并具備20 年ECMO 臨床管理經(jīng)驗(yàn)的醫(yī)院，并得到上海交通大學(xué)附屬胸科醫(yī)院倫理委員會(huì)的批準(zhǔn)（KSY28713）。從2000 年1 月1 日至2020 年12 月31 日，所有接受ECMO或ECC 支持的氣管外科手術(shù)患者均納入本研究。通過(guò)對(duì)病歷回顧，收集術(shù)前評(píng)估、術(shù)中ECLS 輔助模式和管理、動(dòng)脈血?dú)狻⒖鼓呗?、術(shù)中和術(shù)后并發(fā)癥以及其他圍手術(shù)期數(shù)據(jù)。

1.1術(shù)前評(píng)估所有患者術(shù)前均接受了包括胸外科、心外科、麻醉科、重癥醫(yī)學(xué)科和ECC 在內(nèi)的多學(xué)科風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，以判斷麻醉誘導(dǎo)和手術(shù)的安全性、ECLS 的必要性和管理策略。所有患者均接受了X 線和CT 檢查，以評(píng)估氣道壓迫或狹窄的程度，氣道狹窄部位的直徑和長(zhǎng)度，腫瘤的粘連和侵犯范圍等。大多數(shù)患者接受了纖維支氣管鏡檢查（fiberoptic bronchoscopy, FOB），以評(píng)估氣管腫瘤侵犯程度和組織質(zhì)地，考慮到FOB 評(píng)估期間氣管損傷或腫瘤破裂的風(fēng)險(xiǎn)，在一些壓迫或梗阻嚴(yán)重的患者中，避免支氣管鏡通過(guò)瘤體。

1.2麻醉與ECLS 進(jìn)入手術(shù)室后建立生命體征監(jiān)測(cè)并在麻醉誘導(dǎo)前完成中心靜脈和橈動(dòng)脈置管。使用面罩供氧并維持自主呼吸?？紤]到麻醉誘導(dǎo)期間氣道完全梗阻的風(fēng)險(xiǎn)，誘導(dǎo)前對(duì)高危氣道梗阻患者在局麻和鎮(zhèn)靜下建立ECLS，對(duì)于可以安全插管的患者，全麻后建立ECLS，在氣管鏡引導(dǎo)下行氣管插管。

1.2.1ECLS 的建立 隨著技術(shù)的改進(jìn)和病情需求，在不同階段選用了不同的ECLS 模式（見(jiàn)圖1）。患者仰臥位由心臟外科醫(yī)生進(jìn)行腹股溝或頸部血管插管，ECLS 輔助后轉(zhuǎn)換為手術(shù)需要的體位。靜脈-靜脈（veno-venous, V-V）ECMO 在超聲引導(dǎo)下采用Seldinger 技術(shù)通過(guò)股靜脈引流和頸內(nèi)靜脈回流建立；靜脈-動(dòng)脈（veno-arterial, V-A）ECMO 和ECC 采用直視切開(kāi)方式通過(guò)股靜脈引流和股動(dòng)脈回流建立。當(dāng)術(shù)中出現(xiàn)循環(huán)衰竭或大出血時(shí)，可通過(guò)中心插管建立V-A ECMO 或ECC用于搶救性支持。ECMO 選擇Quadrox 氧合器和Rotaflow 系統(tǒng)（Getinge，Rastatt，Germany）。ECC 或改良ECC 參見(jiàn)本團(tuán)隊(duì)之前的文章描述[8]，驅(qū)動(dòng)裝置分別選擇滾軸泵（Stockert S5，Livanova，Mirandola，Italia） 和離心泵（Bio-medicus 550 Bio-console，Medtronic，Minneapolis，MN，USA；Rotaflow，Getinge，Rastatt，Germany）。三種ECLS 模式如圖1 所示。

圖1 不同體外生命支持模式示意圖

1.2.2ECLS 的管理 V-A ECMO 或ECC 設(shè)置：血流速度50 ～70 ml/kg；氣血比0.5 ～1 ∶1；吸入氧濃度50%～70%。V-V ECMO 調(diào)整血流量和通氣量以維持動(dòng)脈氧分壓（PaO2）60 ～80 mmHg，動(dòng)脈二氧化碳分壓（PaCO2）35 ～45 mmHg，常規(guī)通過(guò)右橈動(dòng)脈監(jiān)測(cè)外周血?dú)夂兔}搏血氧飽和度來(lái)防止南北綜合征。

1.2.3ECLS 的撤離 當(dāng)無(wú)菌氣管插管插入病灶遠(yuǎn)端或雙腔氣管插管插入支氣管建立安全氣道并獲得滿意的機(jī)械通氣時(shí)，僅需要呼吸支持的仰臥位患者即可選擇性撤離ECLS 支持。V-V ECMO 通過(guò)提供充分的呼吸支持可完全替代肺功能，避免臺(tái)上氣管內(nèi)插管、間歇或高頻振蕩通氣等操作，保證良好的視野和吻合。ECLS 或ECC 亦可在手術(shù)結(jié)束撤離輔助。對(duì)于高危出血或循環(huán)不穩(wěn)定的患者，輔助至手術(shù)結(jié)束或必要時(shí)帶回ICU 繼續(xù)輔助。

1.3抗凝治療ECC 模式使用普通肝素全量肝素化抗凝，維持活化凝血時(shí)間（activated clotting time, ACT） ＞ 480 s，術(shù)畢按照1 ∶1 比例魚精蛋白拮抗肝素。ECMO 與改良ECC 模式只在插管前彈丸式給予小劑量肝素（50 IU/kg 或總量 ＜ 2 500 IU）進(jìn)行插管，如輔助期間不給予額外的肝素，稱為無(wú)肝素策略，如在輔助期間給予肝素以維持ACT 180 ～220 s 稱為低肝素策略。

1.4統(tǒng)計(jì)分析正態(tài)分布的連續(xù)變量表示為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差（x±SD）表示，通過(guò)t 檢驗(yàn)比較。非正態(tài)分布的連續(xù)變量用中位數(shù)和四分位數(shù)[Q（Q1，Q3）或數(shù)值范圍表示，通過(guò)Wilcoxon 秩和檢驗(yàn)比較。分類變量以頻數(shù)百分比[n（%）]表示。統(tǒng)計(jì)分析選用SPSS 統(tǒng)計(jì)軟件（version 21.0，IBM Corp，Armonk，NY），P＜ 0.05 具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

共107 例患者接受了術(shù)中ECLS 輔助，2013年后V-V ECMO 成為首選模式，但16 例患者因基礎(chǔ)心臟疾病或血流動(dòng)力學(xué)不穩(wěn)定選擇V-A ECMO，2008 年以后共5 例患者因再次手術(shù)或粘連選擇了ECC（圖2）。男性67 例（62.6%），中位年齡為48.9 歲（14～76 歲），手術(shù)涉及氣管腫瘤67 例、氣管狹窄23 例、氣管壓迫9 例和氣管瘺8 例。術(shù)前診斷、合并癥、癥狀、臨床表現(xiàn)和狹窄程度等流行病學(xué)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 氣管手術(shù)行體外循環(huán)或體外膜氧合患者的基本資料

圖2 不同階段ECLS 模式和病例分布

在23 例（21.5%）患者中觀察到術(shù)后并發(fā)癥，常見(jiàn)并發(fā)癥依次為支氣管胸膜瘺（n= 11，10.3%）、肺不張（n= 8，7.5%）和呼吸道感染（n= 7，6.5%）、吻合口狹窄（n= 6，5.6%）。ECC 組氣管吻合口并發(fā)癥明顯較高。72 例（67.3%）在手術(shù)室拔除氣管插管，V-V ECMO 組（86.4%）比例較高。術(shù)后機(jī)械通氣時(shí)間中位數(shù)為14（4，38）h，V-V ECMO 組最短，3（1，11）h。13 例患者因肺炎或支氣管胸膜瘺需要延長(zhǎng)機(jī)械通氣時(shí)間。ECC 組的手術(shù)出血量、胸膜引流量和接受輸液的患者百分比較高，但濃縮紅細(xì)胞輸注無(wú)差異。術(shù)后死亡6 例（5.6%）。兩名患者在V-V ECMO 支持32 d 和44 d 后出現(xiàn)支氣管胸膜瘺并死于膿胸。1 例死于肺栓塞后右心衰竭，3 例死于感染和急性呼吸窘迫綜合征導(dǎo)致多器官功能障礙，其余101例患者存活出院。見(jiàn)表2。

表2 氣管手術(shù)患者行體外生命支持圍術(shù)期并發(fā)癥和轉(zhuǎn)歸

緊急使用ECLS 占18.7%，4 例急性呼吸窘迫綜合征患者和3 例血流動(dòng)力學(xué)不穩(wěn)定患者持續(xù)輔助到術(shù)后。89.7%的患者采用外周插管，10.3%的患者采用中心插管， ECMO 患者均采用外周插管。V-V ECMO 組的輔助時(shí)間最長(zhǎng)，輔助流量最高。ECMO 和改良ECC 大部分患者采用了無(wú)肝素或低劑量肝素策略。ECC 組的肝素總劑量和活化凝血時(shí)間最高。其他ECLS 數(shù)據(jù)沒(méi)有顯著差異。見(jiàn)表3。

表3 氣管手術(shù)患者術(shù)中體外生命支持管理

3 討論

涉及氣管或主支氣管的氣道手術(shù)對(duì)有效的氣道管理和術(shù)中通氣提出了特殊的要求[9]。常規(guī)的氣道管理策略包括呼吸暫停、高頻震蕩通氣和術(shù)野插入氣管插管等，這些方法在危重或復(fù)雜氣道手術(shù)、肥胖或慢性阻塞性肺病患者中可能導(dǎo)致通氣不足造成的缺氧和高碳酸血癥，干擾手術(shù)視野和外科操作。氣管術(shù)中利用ECLS 技術(shù)可以避免上述不足并提供安全有效的心肺支持，保證呼吸和循環(huán)的穩(wěn)定[4]，同時(shí)提供清晰的術(shù)野暴露和充足的氣管吻合時(shí)間，為精確的游離和氣管重建提供安全的條件，減少吻合口瘺等并發(fā)癥[10]。此外，術(shù)中通過(guò)外周ECLS 支持也有助于胸腔鏡技術(shù)完成手術(shù)，減少手術(shù)創(chuàng)傷，本研究中9 例患者在ECLS 輔助下通過(guò)胸腔鏡完成了氣管手術(shù)。

3.1患者風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、急診或預(yù)防性支持對(duì)于重度氣道梗阻患者，體位改變、麻醉誘導(dǎo)、肌松、腫瘤切除或隆突重建過(guò)程中均有可能發(fā)生窒息或通氣障礙[11]。此類患者術(shù)前常表現(xiàn)為進(jìn)行性的運(yùn)動(dòng)耐力下降、氣道刺激癥、氣喘或哮鳴、漸進(jìn)性呼吸困難，甚至窒息或猝死[12-13]。本研究中最常見(jiàn)的癥狀依次是咳嗽（50.5%）、氣短（50.5%）、進(jìn)行性呼吸困難（45.8%）。詳細(xì)的術(shù)前評(píng)估對(duì)于ESLS 的選擇非常重要，評(píng)估包括詳細(xì)的病史、物理檢查、心肺功能、影像學(xué)檢查和氣管鏡[14]。CT和氣管鏡可以準(zhǔn)確的評(píng)估氣管腫瘤的梗阻情況、病變范圍、狹窄程度、瘺口大小等。本組患者術(shù)前全部進(jìn)行了CT 和至少一次氣管鏡檢查，其中88.1%的患者氣管狹窄率超過(guò)90%。嚴(yán)重的氣道狹窄在改為平臥位或肌松時(shí)存在高危窒息風(fēng)險(xiǎn)[15]，因此，狹窄超過(guò)90%成為本中心預(yù)防性ECLS 輔助的條件之一。如果保留自主呼吸，通過(guò)柔性氣管鏡引導(dǎo)氣管插管通過(guò)瘤體則可以避免ECLS 輔助，但存在瘤體破裂風(fēng)險(xiǎn)，且對(duì)操作者要求較高。盡管保留自主呼吸，但仍存在低氧和高碳酸血癥，以及插管困難和高危的患者，建議清醒局麻下預(yù)防性實(shí)施ECLS 輔助，否則呼吸肌麻痹、胸壁和氣道塌陷或心肺交互等原因均可能造成呼吸衰竭[16]。即便是預(yù)充的“濕備”管路，緊急建立ECLS 也至少需要超過(guò)10 min 的時(shí)間，這會(huì)顯著增加通氣障礙導(dǎo)致的術(shù)后神經(jīng)系統(tǒng)并發(fā)癥[17]。本中心87 例患者（81.3%）采用了預(yù)防性使用策略，其中ECMO預(yù)防性使用將近90%，而早期的ECC 緊急使用占到42.9%。對(duì)于高危因素不明確的氣道梗阻患者，通常頸內(nèi)靜脈和股靜脈留置單腔深靜脈導(dǎo)管，以備在需要時(shí)緊急建立ECLS。根據(jù)本研究結(jié)果和之前的報(bào)道[9,18]，建議在如下情況預(yù)防性建立ECLS：誘導(dǎo)前或改變體位后動(dòng)脈氧飽和度 ＜ 80%或出現(xiàn)心動(dòng)過(guò)速、1 秒用力呼氣量百分比 ＜ 30%、氣道狹窄率 ＞ 90% 或者殘腔 ＜ 5 mm、明確的氣管支氣管軟化。病變粘連或術(shù)野通氣困難以及有氣管腫瘤破裂風(fēng)險(xiǎn)的可以預(yù)防性留置深靜脈導(dǎo)管以備緊急建立ECLS。

3.2圍術(shù)期并發(fā)癥 盡管經(jīng)驗(yàn)技術(shù)不斷積累和進(jìn)步，復(fù)雜或高危氣管手術(shù)的并發(fā)癥仍然較高，吻合口瘺和麻醉風(fēng)險(xiǎn)是最值得關(guān)注的圍術(shù)期并發(fā)癥。Bibas 等報(bào)道氣管手術(shù)總體并發(fā)癥、吻合口并發(fā)癥和非吻合口并發(fā)癥的發(fā)生率分別為44.6%、21%和23.2%[19]。盡管對(duì)并發(fā)癥的定義不同，但氣管術(shù)后包括肉芽組織增生、再狹窄和吻合口瘺等吻口并發(fā)癥并不罕見(jiàn)[14]。而本研究中，雖然ECLS支持的氣管手術(shù)均為高?；驈?fù)雜患者，但總并發(fā)癥（21.5%）和吻合口瘺（10.3%）均控制在較低水平。這與ECLS 輔助下視野清晰、無(wú)需間歇或高頻震蕩通氣、無(wú)需臺(tái)上插管、呼吸循環(huán)穩(wěn)定，保證充足的時(shí)間游離和吻合等因素密切相關(guān)。

3.3ECMO 替代傳統(tǒng)的ECC 常規(guī)ECC 早年常用于復(fù)雜胸外科手術(shù)的術(shù)中心肺支持，并可以收集術(shù)野出血和快速補(bǔ)液。但血-氣接觸促進(jìn)了凝血和炎癥的激活，顯著血液稀釋，回收血液存在腫瘤播散等風(fēng)險(xiǎn)限制了ECC 的使用[20]?？紤]到大出血的可能性，在壓迫或侵犯心臟大血管或氣管支氣管的巨大縱隔腫瘤術(shù)中，本團(tuán)隊(duì)仍然傾向于ECC 輔助。本中心2013 年后仍有3 例患者因再次手術(shù)或粘連或選擇了ECC 模式。與ECC相比，改良ECC 模式采用了閉合環(huán)路，炎癥反應(yīng)降低、血液稀釋減少、抗凝需求降低、紅細(xì)胞輸注需求減少，這些優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在術(shù)后機(jī)械通氣、ICU 和住院時(shí)間上[21]。 2008 ～2012 年本團(tuán)隊(duì)在氣管手術(shù)中采用改良ECC 技術(shù)取得了滿意的臨床結(jié)果[8]。

ECMO 是公認(rèn)的難治性心肺衰竭的輔助手段之一，V-A ECMO 可提供完全的呼吸和循環(huán)支持，而V-V ECMO 僅能提供完全的呼吸支持。ECMO采用了更小的環(huán)路和預(yù)充量，顯著減少了氣血等異物表面的接觸，更低的抗凝需求和炎癥反應(yīng)，允許更長(zhǎng)的輔助時(shí)間和更輕的血液破壞。這些優(yōu)勢(shì)對(duì)于通氣障礙或循環(huán)不穩(wěn)定的氣道手術(shù)患者可以以較低的風(fēng)險(xiǎn)提供全面的支持和心肺功能替代，但它并非沒(méi)有潛在風(fēng)險(xiǎn)[22]。

V-A ECMO 的并發(fā)癥包括穿刺部位的血管損傷和出血、血栓栓塞、急性肢體缺血和繼發(fā)于術(shù)中通氣暫停的南北綜合征[23]。南北綜合征是氣道術(shù)中V-A ECMO 輔助無(wú)法避免的問(wèn)題，無(wú)通氣肺回流的低氧血通過(guò)左心室進(jìn)入冠狀動(dòng)脈、主動(dòng)脈弓甚至降主動(dòng)脈，導(dǎo)致心肌或腦缺氧。因此，V-A ECMO 輔助術(shù)中無(wú)法實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間通氣暫停，該模式也僅僅用于疑似循環(huán)不穩(wěn)定的患者，并不是氣道手術(shù)的首選模式[24]。目前尚不確定南北綜合征是否是氣道術(shù)后神經(jīng)系統(tǒng)并發(fā)癥的獨(dú)立危險(xiǎn)因素。必要時(shí)，可以選擇V-A-V 或者中心ECMO以避免致命的心腦缺血[25]。在本中心，術(shù)中常規(guī)進(jìn)行間歇或高頻通氣、右側(cè)橈動(dòng)脈脈搏氧飽和度和近紅外光譜監(jiān)測(cè)，以識(shí)別上半身缺氧。這對(duì)V-A ECMO 或外周ECC 非常重要。

近年來(lái)，V-V ECMO 成為本中心首選的輔助模式，并呈逐年增長(zhǎng)的趨勢(shì)，它可以提供完全的肺功能替代，避免間歇或高頻通氣，提供更清晰的術(shù)野和更長(zhǎng)的無(wú)通氣時(shí)間。本中心V-V ECMO最長(zhǎng)運(yùn)行時(shí)間為198 min，最長(zhǎng)無(wú)機(jī)械通氣時(shí)間為124 min，可安全的作為氣管插管的替代策略。V-V ECMO 并發(fā)癥包括再循環(huán)、氧供不足、靜脈血栓和上腔靜脈綜合征。再循環(huán)取決于ECMO 泵流量、有效血容量、插管位置和口徑等因素，而氧供不足取決于再循環(huán)比例和泵流量與心排量的比例等[26]。

3.4抗凝全量肝素化增加出血風(fēng)險(xiǎn)是圍術(shù)期主要并發(fā)癥。相對(duì)于ECC，ECMO 或改良ECC 均為閉式環(huán)路，低抗凝、低炎癥反應(yīng)和低血液稀釋，顯著降低了出血風(fēng)險(xiǎn)。盡管一些中心選擇了較低的抗凝水平（插管前給予50 ～100 IU/kg 肝素，隨后維持ACT 在160 ～180 s），但仍有一定比例的再次手術(shù)[27]。一些中心則選擇了更保守的抗凝策略：在插管前給予3 000 ～5 000 IU 的肝素而術(shù)中采用無(wú)肝素輔助，這顯著減少出血風(fēng)險(xiǎn)，防止了術(shù)中出血和因氣管腔內(nèi)血栓引起的氣道阻塞，且無(wú)明顯血栓事件[28]。在本中心，幾乎所有ECMO 輔助均采用了無(wú)肝素策略，改良ECC 則采用低肝素策略，全部患者無(wú)嚴(yán)重血栓和出血事件。

本研究為回顧性單中心研究，沒(méi)有選擇非ECLS 患者作為對(duì)照。本研究?jī)H收集了圍術(shù)期數(shù)據(jù)，缺乏長(zhǎng)期隨訪結(jié)果。盡管本研究可能是國(guó)內(nèi)最大宗病例報(bào)道，但仍受實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和樣本量的限制，詢證學(xué)價(jià)值較低?？傊?，ECC 和不同模式ECMO有各自的優(yōu)勢(shì)，在謹(jǐn)慎的個(gè)體化選擇的患者中，可以作為高危氣道手術(shù)的一種安全有效的輔助方法，避免傳統(tǒng)氣道手術(shù)中的呼吸循環(huán)意外。