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硅胶膜型膜肺相容性好,少有血浆渗漏,血液成分破坏小,适合长时间辅助。
例如支持心肺功能等待移植、感染所致呼吸功能衰竭。
其缺点是排气困难,价格昂贵。
中空纤维型膜肺易排气,2-3日可见血浆渗漏,血液成分破坏相对大,但由于安装简便仍首选为急救套包。
如需要,稳定病情后可于一至两日内更换合适的氧合器。
动力泵(人工心脏) 作用是形成动力驱使血液向管道的一方流动,类似心脏的功能。
临床上主要有两种类型的动力泵:
滚轴泵、离心泵。
由于滚轴泵不易移动,管理困难。
在急救专业首选离心泵作为动力泵。
其优势是安装移动方便,管理方便,血液破坏小;
在合理的负压范围内有抽吸作用,可解决某些原因造成的低流量问题;
新一代的离心泵对小儿低流量也易操控。
肝素涂抹表面(HCS)技术 在管路内壁结合肝素,肝素保留抗凝活性,这就是肝素涂抹表面(HCS)技术。
目前常用的有Carmeda涂抹。
HCS技术的成功对ECMO技术有强大的促进作用。
使用HCS技术可以使血液在低ACT水平不在管路产生血栓;
HCS技术可减少肝素用量、减少炎症反应、保护血小板及凝血因子。
因此HCS可减少ECMO并发症延长支持时间。
ECMO同传统的体外循环的区别
ECMO区别于传统的体外循环有以下几点:
ECMO是密闭性管路无体外循环过程中的储血瓶装置,体外循环则有储血瓶作为排气装置,是开放式管路;
ECMO由于是由肝素涂层材质,并且是密闭系统管路无相对静止的血液。
激活全血凝固时间(ACT)120—180s,体外循环则要求ACT》480s;
ECMO维持时间1-2周,有超过100天的报导,体外循环一般不超过8小时;
体外循环需要开胸手术,需要时间长,要求条件高,很难实施。
ECMO多数无需开胸手术,相对操作简便快速。
以上特点使ECMO可以走出心脏手术室成为生命支持技术。
低的ACT水平(120—180s)大大地减少了出血的并发症,尤其对有出血倾向的病人有重要意义。
例如肺挫伤导致的呼吸功能衰竭,高的ACT水平可加重原发症甚至导致严重的肺出血。
较低的ACT水平可在不加重原发病的基础上支持肺功能,等待肺功能恢复的时机。
长时间的生命支持向受损器官提供了足够的恢复时间,提高治愈率。
简便快速的操作方法可在简陋的条件下以极快的速度建立循环,熟练的团队可将时间缩短到10分钟以内,这使ECMO可广泛应用于临床急救。
ECMO主要分为两种方式:
V-V转流与V-A转流
V-V转流 经静脉将静脉血引出经氧合器氧合并排除二氧化碳后泵入另一静脉。
通常选择股静脉引出,颈内静脉泵入,也可根据病人情况选择双侧股静脉。
原理是将静脉血在流经肺之前已部分气体交换,弥补肺功能的不足。
V-V转流适合单纯肺功能受损,无心脏停跳危险的病例。
可在支持下降低呼吸机参数至氧浓度《60%、气道压《40cmH2O,从而阻断为维持氧合而进行的伤害性治疗。
需要强调V-V转流是只可部分代替肺功能,因为只有一部分血液被提前氧合,并且管道存在重复循环现象。
重复循环现象是指部分血液经过ECMO管路泵入静脉后又被吸入ECMO管路,重复氧合。
V-A转流 经静脉将静脉血引出经氧合器氧合并排除二氧化碳后泵入动脉。
成人通常选择股动静脉;
新生儿及幼儿由于股动静脉偏细选择颈动静脉;
也可开胸手术动静脉置管。
V-A转流是可同时支持心肺功能的连接方式。
V-A转流适合心功能衰竭、肺功能严重衰竭并有心脏停跳可能的病例。
由于V-A转流ECMO管路是与心肺并联的管路,运转过程会增加心脏后负荷,同时流经肺的血量减少。
长时间运行可出现肺水肿甚至粉红泡沫痰。
这也许就是ECMO技术早期对心脏支持效果不如肺支持效果的原因。
当心脏完全停止跳动,V-A模式下心肺血液滞留,容易产生血栓而导致不可逆损害。
如果超声诊断下心脏完全停止跳动>
3小时则应立即开胸手术置管转换成A-A-A模式。
两条插管分别从左、右心房引出经氧合器氧合并排除二氧化碳后泵入动脉。
这样可防止心肺内血栓形成并防止肺水肿发生。
ECMO方式的选择是要参照病因、病情,灵活选择。
总体来说V-V转流方法为肺替代的方式,V-A转流方法为心肺联合替代的方式。
心脏功能衰竭及心肺衰竭病例选V-A;
肺功能衰竭选用V-V转流方法;
长时间心跳停止选A-A-A模式。
而在病情的变化过程中还可能不断更改转流方式。
例如在心肺功能衰竭急救过程中选择了V-A转流方法,经过治疗心功能恢复而肺还需要时间恢复。
为了肺功能的快速恢复,转为V-V模式。
不合理的模式选择则可能促进原发症的进展,降低成功率;
正确的模式选择可对原发症起积极作用,提高成功率。
ECMO急救适应症
ECMO适应症因其强大的心肺替代功能并且操作简单而非常广泛。
由于ECMO的出现使许多危重症的抢救成功率明显上升,如ARDS。
更令人振奋的是使许多令医生束手无策的难题有了新的有效解决方法,如心跳呼吸骤停。
1、各种原因引起的心跳呼吸骤停。
我们认为在有ECMO条件的医院,心跳呼吸骤停的抢救首选传统急救同时实施V-AECMO。
此方案的优点:
①最短的时间支持呼吸循环,保护重要脏器;
②防止反复出现心跳呼吸骤停;
③在安全的状态下寻找并治疗原发病。
经过训练的团队可以将ECMO的启动时间控制在8-15分钟。
在有效的心肺复苏支持下,团队密切合作尽快启动循环,是可以保护重要脏器不发生不可逆损害。
在实施ECMO后一般心跳会很快恢复,若长时间未恢复则可转A-A-A模式。
实施ECMO支持下寻找原发症并积极治疗。
无原发症的患者可在去处刺激因素后迅速脱离ECMO系统,如电击、高血钾等导致的心跳呼吸骤停。
某些原发症经过支持可以逐渐恢复,待恢复后可脱离ECMO系统例如重症爆发性心肌炎。
若有严重的原发症且非自限性,如不治疗心功能难以恢复,应迅速进一步治疗如急性心肌梗塞。
在ECMO支持下多科协作治疗,尽快实施冠状动脉脉搭桥手术或冠状动脉脉支架植入术是可迅速恢复心功能的。
此治疗路径的关键是:
①确认排除脑损伤引起的心跳骤停;
②迅速有效的心肺复苏,迅速的ECMO启动,保护重要脏器功能;
③及时的后续治疗。
由于脑功能的丧失使一切治疗失去意义,在这一临床路径中脑功能的确定丧失,是终止ECMO的重要指征之一。
2、急性严重心功能衰竭。
严重的心功能衰竭不但会减少组织器官血供,更严重的是随时会有心跳骤停的可能。
ECMO可改善其他器官及心脏本身的氧合血供,控制了心跳骤停的风险。
常见于重症爆发性心肌炎、心脏外科手术后、急性心肌梗塞。
需要进一步治疗,必要时进行手术治疗。
在ECMO实施同时可实施主动脉内球囊反搏(IABP)可减轻心脏后负荷,改善冠脉循环,改善微循环,减轻肺水肿,促进心功能恢复。
同时主动脉内球囊反搏(IABP)可作为脱离ECMO系统的过渡措施。
在支持期间要密切关注心脏活动情况,超声诊断下心脏完全停止跳动>
如若治疗无效果可考虑心脏移植。
这类病例多数无其他脏器损害,器官移植的效果也很好。
3、急性严重呼吸功能衰竭。
呼吸功能衰竭是ECMO支持实施最早成功率很高的病种。
常见有感染、火灾气体吸入、刺激性气体吸入、肺挫伤。
大多数不用类似于抢救呼吸骤停那样十万火急,但仍要争分夺秒。
因为大多数严重呼吸功能衰竭病例随时有心跳骤停的可能。
一旦出现心跳骤停或其他器官损害则势必影响愈后。
治疗原则还是尽快建立稳定的生命支持,缩短器官缺氧时间。
呼吸功能衰竭需要支持时间长,一般选择V-V转流,氧合器首选硅胶膜式氧合器。
对于肺挫伤首选V-A转流方法,可减少肺血流,同时可应对可能发生的肺出血。
呼吸机治疗的参数可在ECMO支持下,调至氧浓度《60%、气道压《40cmH2O的安全范围内。
有学者提出用低气道压将肺膨胀供氧,排除二氧化碳由人工膜肺完成。
4、各种严重威胁呼吸循环功能的疾患、酸碱电解质重度失衡、重症哮喘、溺水、冻伤、外伤、感染。
这些是常见的ECMO治疗适应症。
有的虽然心肺功能尚好,但心肺功能随时可受原发病影响。
可导致功能下降甚至丧失。
出于保障可预见性地实施ECMO支持,或准备随时实施。
对于一些心肺功能没有恢复可能的病例,仍能通过日益强大的移植技术来脱离ECMO达到康复。
这就使一些被认为是禁忌症的疾患仍可延伸使用ECMO技术,并与移植技术结合形成一个理想的救治过程,甚至促进了移植技术的发展。
这也很容易理解并形成了一个趋势——人工脏器在移植技术中的重要地位。
目前已有一些医疗中心在作这方面的探索,并取得了一定成绩。
而这一切工作的基础就是其他器官的保护,避免多个器官损害是成功的关键。
体外膜肺氧合(ECMO)起源于体外循环技术(CPB),最初是通过体外血液气体交换来治疗可逆性的呼吸衰竭,继而成为手术室外各种原因引起的心肺功能衰竭的暂时性替代措施,并取得了一定的治疗效果。
本文结合文献就ECMO的发展历史、临床应用及存在的问题作一综述。
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,但并发症较多,应用时间仅数小时。
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。
多项研究表明ECMO可显著降低新生儿急性肺损伤及小儿急性呼衰的死亡率[2,3],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。
2
ECMO的原理和简要操作
ECMO基本回路跟CPB类似,一路导管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[4]。
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。
3
ECMO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6h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[5]。
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%[6]。
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。
另外,ECMO需肝素化,要求被治疗患者无严重出血性疾病和凝血功能紊乱。
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。
由于血液充分氧合后有利于心肌供氧和降低肺血管阻力,有助于心功能的恢复,故近年来有人研究用VV方式来提供心脏支持。
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[7]。
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[8]。
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[9]。
4
ECMO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。
(1)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。
(2)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。
除了颅内出血外,还可发生伤口、置管处、胸腹腔等部位的出血。
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。
(3)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,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。
(4)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
5.1
AV-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。
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[10],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[11]。
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[12],正在投入临床试验。
【参考文献】
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2PetrouS,EdwardsL.CosteffectivenessanalysisofneonatalextracorporealmembraneoxygenationbasedonfouryearresultsfromtheUKcollaborativeECMOTrial.ArchDisChildFetalNeonatalEd,2004,89:
263~268.
3GreenTP,TimmonsOD,FacklerJC,MolerFW,ThompsonAE,SweeneyMF.Theimpactofextracorporealmembraneoxygenationonsurvivalinpediatricpatientswithacuterespiratoryfailure.PediatricCriticalCareStudyGroup.CritCareMed,1996,24:
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4ZwischenbergerJB,SteinhornRHandBartlettRH.ECMO:
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5DouglasR,HansellRRT.Extracorporealmembraneoxygenationforperinatalandpediatricpatients.RespiratoryCare,2003,48:
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69~7
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