體外膜氧合器對心肺衰竭患者的監測研究進展

趙云鵬，陳琨

體外膜氧合器對心肺衰竭患者的監測研究進展

趙云鵬1，陳琨2

1.紹興文理學院醫學院，浙江紹興 312000；2.金華市中心醫院重癥醫學科，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。近年來，ECMO逐步應用于常規生命支持無效的各種急性循環和（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）呼吸系統功能的恢復提供時間。統計數據顯示，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，發揮氣體交換和（或）血液循環功能[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）循環支持[3]。隨著ECMO應用的逐漸增多，ECMO的監測越來越受到學者關注，其對支持程度的滴定、并發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對患者的監測研究進展進行綜述。

1 VV-ECMO的監測

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靜脈和股靜脈，將低氧血液引流到體外，結合氧氣并排出二氧化碳后回輸到靜脈系統內，經與體循環回流的靜脈血相混合，共同回流至右心系統。因VV-ECMO的引血端與回血端均位于靜脈系統，相當于在患肺前串聯人工肺臟，達到“肺休息”的目的。

1.1 血氣及氧飽和度監測

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。呼吸衰竭患者內環境紊亂，且常伴有嚴重酸中毒，呈現高乳酸、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環境及酸堿平衡并糾正水電解質失衡，結合氧氣并清除二氧化碳，在VV-ECMO上機后缺氧及內環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 凝血功能監測

血液與ECMO管路相接觸會發生凝血反應，同時使得血液流動和凝血功能產生劇烈波動，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癥，故維持適當的抗凝狀態十分重要。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勢。Protti等[6]研究發現，97%的體外循環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。活化凝血時間（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測指標。正常人ACT為80～120s，APTT為35～45s，ECMO持續期間建議維持ACT在180～220s、APTT在60～80s之間；同時，應根據患者病情、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。為避免發生嚴重出血并發癥，《成人體外膜氧合循環輔助專家共識》[8]建議應保持患者的血小板計數≥50×109/L，若低于該數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、血管內容量等，具有便捷、無創、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構。VV-ECMO可將缺氧血轉變為富含氧氣的動脈血。盡管VV-ECMO并不會直接對患者的血流動力學產生影響，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中，故而首先影響右心系統，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域血氧飽和度的無創監測手段，可反映局部組織血流的變化情況，是逐漸興起的一種無創監測手段。NIRS下降預示有效灌注的下降。如對腦血流的監測可提示顱內供血不足，提示臨床醫生需增加心輸出量、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揮指導性作用[11]。但NIRS暫沒有統一的參考范圍，不同患者甚至同一患者不同部位的氧飽和度不同，更加需要關注的不是單一數值而是其在整個治療過程中的變化趨勢。目前，建議超過基礎值的25%作為氧供異常的界限值，若出現明顯波動需及時處理。

2 VA-ECMO的監測

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。患者常同時合并腎、腦、胃、腸等全身器官灌注不足。靜脈–動脈模式是從靜脈系統將血液引出后，從動脈系統內回輸，膜肺氧合氧氣并清除二氧化碳，血泵提供的血流速轉化為血壓，提供呼吸和（或）循環支持，相當于串聯“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。回輸血液在主動脈內逆行向上，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。流經冠狀動脈及腦循環內的是左心室射出的血液，這部分血液并未經過VA-ECMO氧合而是經過自身肺循環的低氧血液。VA-ECMO回輸的血液沿股動脈逆行向上，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先供給靠近升主動脈弓近端分支的冠狀動脈及腦循環，而ECMO提供的富氧血優先供給分水嶺遠端，出現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攜氧量，或經靜脈端增加一個回輸管路變為靜脈–動脈–靜脈模式，從而使部分經ECMO氧合過的血液回流右心并經肺循環供應左心系統。血乳酸對ECMO有重要意義。在缺血、缺氧狀態下，細胞無氧代謝產生大量乳酸。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下仍會有大量乳酸產生，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并不能使乳酸出現明顯下降，提示有可能存在微循環障礙。

2.2 出血及血栓栓塞

VA-ECMO與VV-ECMO在凝血功能的監測上有相似之處。對絕大多數患者來說，首選普通肝素抗凝，以ACT、APTT監測為主且目標監測范圍一致。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，特別是當VA-ECMO患者心臟主動脈瓣開啟困難時左心室內血液淤滯，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癥發生率。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，定期查看ECMO管路，若發現泵內出現血栓應及時更換膜肺及套管。心臟超聲對心臟內血栓的判斷有重要價值，如發現心腔內有血栓影像，判斷已形成心室內血栓，可嘗試將ACT在短期內臨時提高至300～400s或請外科醫生協助。凝血物質的大量消耗、同時使用肝素維持膜肺的運轉，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對左右心系統均會產生影響。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到達左心系統，這部分血液必須經過主動脈瓣射出，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評估心輸出量的敏感方法，對心功能的評定及ECMO參數的調節有重要意義[13]。在VA-ECMO運行期間，超聲可發現血流動力學不穩定的原因，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，下肢缺血并發癥發生率為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，又可減少穿刺相關的并發癥。為滿足下肢血液灌注，若周圍血管情況較差或導管外徑>血管內徑2/3時，可預防性置入遠端灌注導管后再置入回輸管[15]。NIRS分析和經皮氧分壓測定是可靠、連續、無創的監測手段，能及早發現組織灌注和局部循環的變化，對預測下肢肢體灌注的缺血缺氧有極大優勢。

2.5 微循環

心功能衰竭的患者存在明顯的大循環及微循環障礙。大循環可在宏觀上體現，故而受到更多的關注，但對微循環的關注卻不足。微循環被認為是大循環與細胞之間的聯系通道，雖大部分VA-ECMO的監測重點是關注大循環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流量，微循環與大循環之間并不存在一致性，大循環的改善不代表組織代謝的改善[16]。血泵產生的血流為平流血流，與心臟收縮產生的搏動血流相比，其對主動脈和頸動脈竇的刺激作用更強、內源性兒茶酚胺的釋放增多，對微循環的不良影響更大。NIRS、旁流暗視野成像等無創微循環監測手段發現，初期的微循環改變，如微血管流量指數、灌注血管密度、灌注血管比例，相比于乳酸、左室射血分數等傳統指標來說更加可靠[17]。

3 小結與展望

ECMO在危重患者的救治過程中可發揮重要作用，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測對評估患者的病情變化、調整治療方案具有重要意義，特別是將各項指標相結合進行綜合評估，如果使用得當，這些監測工具對臨床醫生來說是無價的。

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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