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ESTS 2018 专刊《胸外科欧洲视角》 | 体外生命支持系统在普胸外科的应用原理和适应证

Karen McRae
关键词:

ESTS 2018系列报道第2篇

作者:Karen McRae1, Marc de Perrot2

译者:冷雪峰

审校者:汪灏

1Department of Anesthesia and Pain Management, 2Division of Thoracic Surgery, Toronto General Hospital, University Health Network, Toronto,Canada

Contributions: (I) Conception and design: All authors; (II) Administrative support: M de Perrot; (III) Provision of study materials or patients: All authors; (IV) Collection and assembly of data: All authors; (V) Data analysis and interpretation: All authors; (VI) Manuscript writing: All authors; (VII) Final approval of manuscript: All authors.

Correspondence to: Marc de Perrot, MD, MSC. Division of Thoracic Surgery, Toronto General Hospital, 9N-961, 200 Elizabeth Street, Toronto, Ontario, Canada. 

摘要:体外生命支持(ECLS)在过去15年中的作用迅速扩大,并成为现代普胸外科治疗的重要工具。术中及一部分术后患者持续性ECLS正在重新界定复杂外科治疗的范围。ECLS包含一系列机械设备来临时去除CO2,提供氧化或血流动力学支持或将这些功能组合起来。在普胸手术中最常用的ECLS包括体外膜肺氧合(ECMO),介入性肺辅助装置(iLA®Novalung®,Heilbronn,Germany)和体外二氧化碳清除技术(ECCO2R)。ECMO和Novalung®装置可根据患者情况在短期或长期支持中采用不同模式。本文对普胸外科围手术期中ECLS的应用原理和应用现状进行综述。

关键词:机械支持;呼吸衰竭;肺切除术;气管切除术;肺移植

前言

体外生命支持(ECLS)在过去15年中的作用迅速扩大,并成为现代普胸外科治疗的重要工具。术中及一部分术后患者持续性ECLS正在重新界定复杂外科治疗的范围。ECLS包含一系列机械设备来临时去除CO2,提供氧化或血流动力学支持或将这些功能组合起来。在普胸手术中最常用的ECLS包括体外膜肺氧合(ECMO),介入性肺辅助装置(iLA®Novalung®,Heilbronn,Germany)和体外二氧化碳清除技术(ECCO2R)。ECMO和Novalung®装置可根据患者情况在短期或长期支持中采用不同模式。

历史

从20世纪70年代开始,ECMO已应用于呼吸衰竭的治疗,并成为新生儿肺透明膜病的治疗选择。然而在成人中只是偶尔用于挽救性治疗,不过由于其并发症发生率和死亡率很高,因此只在不得已的情况下才考虑到使用。用于ECMO的设备是缩小改良后的经典的心肺转流机(CPB),这样就可以将其带到重症监护病房。更确切的说,这个氧合器的设计是用来工作几个小时,而不是几天的。因此,膜肺会逐渐失效从而导致气-血界面发生严重的炎症反应和其它严重并发症的发生。

早在2000年的时候,现代膜肺技术发展的巨大变化之一就是即使长时间使用也能防止血浆的渗漏。这些新型膜肺被整合入低阻力氧合器中,第一次实现了长时间使用。这种改变是结合了离心泵和肝素涂层管道的广泛应用,从而使得ECLS的实践发生了根本性转变。这样就可以更安全地使用数天或数周时间,而有效限制了炎症反应。

研究显示在使用新技术后,出血明显减少,血小板功能障碍发生率下降,即使在氧合器持续工作4周的情况下,ECMO通路故障也较少发生[1]。iLA®设备使用的最初报道是在2003-2005年期间一组接受肺移植手术的12例患者将该设备作为术后治疗的过渡[2]。新型ECLS其潜在影响力在2009年流感大爆发时对呼吸衰竭治疗预后方面表现得更加明显[3]。同时期,在英国开展的CESAR试验显示出了使用ECMO对比传统机械通气作为ARDS最佳治疗的方式,带来了6个月的生存获益[4]。最近,也已证实采用改进后的ECLS通路在转运重症患者到具备专业ECLS中心过程中的可行性。正是由于ECLS在诸多方面的成功应用,使普胸外科医生更愿意将这项技术应用于一些特定胸外科手术当中,从而来处理患者的高碳酸血症,提供充分氧合以及血流动力学的支持。

ECLS和CPB之间的差异

过去,完全体外循环支持一直是复杂胸外科手术最经典的体外机械气体交换方式。但是,CPB需要全身肝素化,潜在地增加了输血需求,并且可导致炎症反应形成肺损伤。相反,ECLS技术只需要最低限度的肝素化。另外,ECMO技术优势包括管道通路需求的小型化,从而减少了预充液体积,在封闭的环路中降低了心脏切开后吸引/储存而导致的空气/血液接触,并改善了管道通路中使用的材料生物相容性[5],使其适合长期使用(表1)。

表1. 体外循环(CPB)和体外膜肺氧合(ECMO)的区别

ECLS管道通路的组成

如前所述,这一套用于心脏或呼吸机械支持的设备由心脏外科手术的CPB组件演变而来。最初的ECLS管路源自CPB,包括一个氧合器、动力泵、加热器和没有储血器的最小体积管路。他们总是处于从静脉流入和从动脉流出的状态。虽然这些基本组件保持不变,但随着专科临床的需求,已经发展出了多种管道选择和不同管路的组件

氧合器

现代氧合器具有紧密填充的中空纤维设计,富氧空气在管内循环,而血液则在管外。这个紧凑的结构在较短的氧合通路中提供了高比例的膜面积,并且血流阻力非常低,因此将血液细胞成分的损伤降到了最低。例如,Novalung®iLA®已经将阻力降到了最低,通过它的膜可以在压力梯度15 mmHg下足以产生2.5 L/min的流量[6]

在二十世纪七十年代,当微孔膜氧合器取代了气泡氧合器时,第一个硅胶膜诞生,之后逐渐使用了聚丙烯膜。最近,中空纤维氧合器膜肺已经是由聚甲基戊烯(PMP)材料制成,它能更有效抵抗过血浆渗漏,从而导致血液/空气界面明显减少。这种膜肺技术的飞跃极大地改善了长期气体交换以及氧合器故障的发生率[1,2]。气体沿着纤维的交换速度取决于气流(量)和血流因素,从而改变氧气和二氧化碳穿过膜的分压差。氧气在血液流动中的主要功能是进行氧合,而二氧化碳的清除可以通过调节气流量来改变。

中空纤维氧合器容易形成纤维蛋白凝块,从而随时间过去降低工作效率。当氧合器上逐渐积聚血凝块和纤维时,跨膜压力梯度随之增加,动力泵需要产生更高的压力来维持血液流经管路。凝块的形成可能是由于抗凝不充分,管路中血流有停滞区域或血液流速偏低引起。这可能需要通过使用电筒每日例行检查氧合器膜肺上下端表面情况来发现问题。监测膜肺前后的氧含量也会有一定帮助,当氧合效率降低时,可能要在床旁更换氧合器。在大多数患者中,这种情况仅在数周的支持使用后才需要。如果有明显数量的凝块在下游端形成,患者则存在栓塞风险,这时则需要保证氧合器的更换。

动力泵(当应用时)

滚轴泵和离心泵都在临床上用于CPB管路。在ECLS中几乎都使用离心泵,因为它可在长期使用中降低溶血的发生。离心泵是由磁性轴承及安装在其上的圆锥组成,并通过磁力带动旋转产生离心力。由此产生的离心力在圆锥产生压力差,驱动血液流动。泵的流量取决于这个压力差,并通过非线性的方式控制前、后负荷。通过增加每分钟转数来增加心输出量可能性不大,因为转速过高可能发生磁体的解偶联。相比CPB而言,其相对低流量主要是受限于离心泵技术层面的设计。离心泵的流量依赖于前负荷和后负荷的情况。如果因为前负荷下降或流出管道阻塞引起流入量降低,离心泵则会产生负压,从而离心锥转速下降导致流量降低。临床上这种情况会出现流出管路的震颤,这时就需要恢复患者的血容量或保持管道通畅来维持所需的流量。如果后负荷突然增加,离心泵的压力差会下降并表现出流量减缓。当ECLS流量急剧减少时,支持系统会近乎停止工作,在故障找到并解决之前,可能导致呼吸受限或血流液动力学不稳定。

储血瓶、管路、连接器

CPB管路向ECLS演进的重要一步是缩短了管道长度并去除了静脉储血瓶。这就有效减少了ECLS的预充液体,并减少了血液稀释。血管通路的管道和通路现在都是肝素涂层的。去除储血瓶消除了潜在的静态血池,还有任何可能存在的空气/血液界面,使得最终对抗凝的要求显著下降(活化凝血时间相比CPB> 480秒,仅需160-200秒)[7]。由于ECLS管路是完全闭环的,意外出现进入空气的风险也大大下降。与CPB管路不同,ECLS没有专门的输液口,所以所有的药物,血液制品和血容量补充均需要通过直接静脉输入患者体内。患者术中失血不能通过ECLS立即重新回输,必须在血液回收机中预先处理后再输给患者。

ECLS的建立

ECLS建立的选择取决于临床应用的需求,根据气体交换量和血流动力学支持的不同级别而定(表2)。

表2. ECLS在胸外科的建立、适应证和应用

静脉-静脉ECMO

VV-ECMO用于难治性呼吸衰竭,只需要建立外周静脉管道。血液引流出来并重新输回中心静脉。早期建立VV-ECMO最常见的方式是通过股静脉引流静脉血液,泵入氧合器的膜肺进行氧合后,通过颈静脉导管回输给患者。含氧血液重新注入右心房(RA),由患者自己的心脏将血液泵出到肺循环,然后与去氧的静脉血混合循环。VV-ECMO对心脏功能没有直接影响,但是对心功能不全合并组织血氧及呼吸性酸中毒的患者来说会得到改善。另外,进入肺循环的含氧血液将会减少缺氧性肺血管收缩,增加肺内分流的同时可以减少右心后负荷。对于右心室功能差的患者,在建立VV-ECMO之后得到改善的不在少数。经食管超声心动图(TEE)评估导管部位是有帮助的,建议的位置是导管尖端位于RA内,并且刚好超过SVC/RA结合部,这个位置是避开房间隔和三尖瓣的安全距离[8]

双腔静脉双腔导管的出现使得输入和输出可以经过单一的经皮导管穿刺点完成,通常置管于右侧颈静脉。最佳插管的位置对于良好的氧合尤其重要,特别是管道输入口应直接朝向三尖瓣。TEE在评估导管位置和流量方面非常有用。然而,在X线透视下监测置管是最佳方式,这样可以避免导管进入IVC后错误的推进右心室并造成右室穿孔的危险(图1)。通过避免股静脉区插管,患者参与度得到提高并且可以得到更快的康复。

图1. 经颈静脉进行双腔插管的相关并发症,导管不慎推进入右心室而非下腔静脉

标注:双腔静脉插管(左上角);位于RV的导管尖端(右下角)

在VV-ECMO模式存在去碳酸和氧合的功能性分离。氧合的改变主要来源于血液流经氧合器膜肺,而CO2的清除取决于通过膜肺的气体量。因此可以在小管道低流量(约1.0L/min)下进行充分的CO2清除[9]。相反,氧合作用是随着管路中的血流到患者心脏输出量的速度而变化,因此3-6L/min的血液流量才能维持严重肺损伤患者可接受范围的氧合。对于高动力循环且没有接受机械通气的外科患者来说,其氧合需要更高的ECMO血液流量范围。VV-ECMO持动脉血氧饱和度超过90%则需要流量达到心输出量的60%[10]。在这种情况下,就需要单独对股静脉和颈静脉进行插管,因为双腔管可能无法提供充足的静脉回流。如果肺功能受损程度并不严重,而且可以接受部分机械通气,那么这种情况下的氧合就可以采用较低流量进行维持。

在VV-ECMO中,可以发生泵入血液和引出血液之间的重复循环。VV-ECMO的目的是为了将氧合血液通过三尖瓣进行回输,因此回输导管口应在RA中。如果两个导管距离太近,则会出现泵入的氧合血液部分流入泵出的管道当中。双腔导管也可能发生重复循环,尤其是位置摆放不当和当使用较高流速时,但相比用两个导管时更少见。使用彩色多普勒超声心动图可以有效评估ECMO导管的位置和血流方向。IVC导管应位于肝门静脉以下,SVC导管应该在SVC-RA边缘,双腔管应该有指向三尖瓣方向的回流口。

静脉-动脉ECMO

VA-ECMO用于有或没有呼吸衰竭的血流动力学支持。血液从静脉侧引出并重新输入动脉系统。如果术中需要VA-ECMO,可以在中心血管进行插管,如果在术前或术后需要VA-ECMO,则可以在外周血管进行插管。股血管最常用于成人外周VA-ECMO的建立。将中心和外周插管相结合,例如从RA泵出的血液通过氧合器膜肺后,再经股动脉泵入。或者,血液也可从股静脉泵出,经主动脉泵入。

VA-ECMO的生理效应包括了降低右心室和肺血管的负荷;当ECMO血液流量很高时,患者的静脉回流大部分会绕过肺循环。当器官灌注压力改善时,随着ECMO管路的血液在动脉压力下重新输注,左心室后负荷随之增加。由于股动脉插管需要较大的管道,如果术前或术后需要延长外周VA-ECMO支持,远端肢体灌注可能会受到影响,这时常规要放置远端动脉灌注导管。VA-ECMO的缺点主要是包括动脉插管的风险:如动脉损伤,出血和栓塞,远端肢体缺血和维持心脏流量较低时出现心内血栓形成。另一个缺点就是,如果肺功能严重受损,则从左心室射出的缺氧血液会和VA-ECMO形成对抗。这可能会造成“harlequin综合征”,由缺氧血液灌注冠状动脉和右头臂动脉区域引起,这与心脏损伤或中风的风险相关。因此,通过股骨血管建立外周VA-ECMO时,右手臂的氧气监测至关重要。可以通过增加VA-ECMO的流量从而减少通过肺脏的血流来缓解“harlequin综合征”。用纯血管加压药物替代强心药物也可起到作用。其他替代方法包括在右侧腋动脉(除股动脉插管外)增加一个新的动脉插管,以便将氧合血液灌注给右头臂动脉供血区域,或在颈静脉中增加新的静脉插管(除股静脉插管),以便建立起静脉-静脉-动脉ECMO系统,从而将返回到颈静脉的氧合血液灌注到肺部。TEE可用于评估导管位置,理想的位置是在RA的下部,这样可以减轻右心压力,同时改善整体心脏功能。

直接位于RA和升主动脉的中心插管可以建立更大的管路和更高的ECMO血流量,但这需要开胸手术安置,通常用于需要血流动力学支持的手术患者,包括肺移植手术。

使用VV-ECMO治疗呼吸衰竭的患者随后出现血流动力学不稳定的,可以增加动脉插管形成静脉-静脉-动脉ECMO的混合配置来进一步支持。两个静脉导管用于血液引流到ECMO管路中,通过第三根动脉导管再次回输。

AV ECMO(无泵型)

Novalung®介入肺辅助装置是一种低阻抗气体交换器,其设计是由患者心输出量驱动的脉动血流。引流导管插在股动脉并从股静脉回输。两个导管连接在Novalung®较短且无泵辅助的回路上。产生的血流量依赖于心脏功能和动脉血压,范围在0.5至2.5L/min。这个系统可以完全的去碳酸,但只能进行部分氧合,因此这种方式对于治疗高碳酸血症性呼吸衰竭特别有用[9]。无泵型的配置具有简单,便携性更强和启动预充液体积低的优点。它们适用于医院间的运输[11]。然而,这种设备正在被创伤更小的ECCO2R技术逐渐取代,该技术具有相似的适应证,但只需要一个小静脉插管并且更方便移动。

PA-LA Novalung®(无泵型)

另一种无泵型设备仅适用于肺动脉高压和即将发生的右心衰竭的患者。Novalung®通过一个短管路连接在直接插在主PA的引流导管和通过右上肺静脉插入左心房的再灌注导管之间(图2)。右侧的高压力驱动血流通过低阻力的Novalung®。在功能上,这产生了右向左分流的氧合,其具有降低右心室负荷,减轻室间隔偏移,允许左心室更好的充盈和冠状动脉灌注,并改善右心室的功能。这种方式需要通过胸骨正中切开术安置中心插管;当患者清醒但血流动力学不稳定的情况下,则需要使用股血管插管建立外周VA-ECMO,以便能安全地耐受全身麻醉的诱导,并在植入PA-LA Novalung®减轻右心压力后撤除VA-ECMO。TEE在术中不能直接引导置管定位,但对于评估右心室负荷的降低的准确度和左心室功能状态至关重要。验证左心室耐受容量增加而不出现衰竭方面TEE也是必不可少。在发生左心室失代偿时,需要建立VA-ECMO。手术结束时,PA和LA管道通过上腹部皮肤穿出,然后关胸(图3)。作为移植手术的过渡,许多患者可以拔除气管插管并开始随后的活动[12,13]

图2. 使用Pacifco导管经右上肺静脉插入左心房建立无泵型PA-LA novalung

图3. 合并肺动脉高压的失代偿性右心衰患者使用无泵型PA-LA novalung降低右心室负荷并给予血液氧合

胸外科手术中的应用

目前ECLS在胸外科手术中的大多数实践应用都是在个案报道、小样本病例报道和综述中描述。在那些肺移植由普胸外科医生完成的中心,在该患者群体中才有较大数量的病例记录和长期随访数据。

气道手术

ECMO可用于支持严重呼吸道阻塞的患者。喉部以上的病变可以通过清醒下纤维支气管镜引导气管插管或在局麻下行气管切开术进行治疗。当喉部以下存在严重阻塞时,插管通过声带可能并不困难,但要做到气道通气可能是不行的。虽然一些病变可以通过硬支气管镜处理,还可以在间歇性通气的情况下进行清创;然而广泛的气管阻塞,需要长时间的清创,造成明显出血并流入气道将问题严重化。以往完全CPB支持是通过局麻下股动、静脉插管进行的[14]。最近,报道了VV-ECMO用于气管内肿瘤切除[15,16],支架取出[15,17],异物清除[18],控制咯血[19],乳头状瘤清除术[20],以及成人外压性病变松解术[15,21,22]的支持。现已报道了多种插管策略:如股血管和右侧颈静脉单腔导管插管[15,18,20]以及右侧颈静脉的双腔静脉双腔导管插管[16,22]。有报道咯血患者手术治疗后可能因ECMO支持过程中抗凝加重病情而导致术后死亡[15]。在小儿气道阻塞治疗中VV和VA ECMO已经发挥了相应作用[23]

有报道急诊应用VA和VV ECMO支持因呼吸道阻塞导致心跳呼吸骤停后复苏的患者[16,17]。虽然VV支持在缺氧患者中的血流动力学稳定性恢复取得成功,但如果存在心肌功能不全的心跳骤停,VA ECMO是更好的选择。在这两个报道中,当气道恢复开放转换为常规机械通气期间,ECMO作为其维持治疗,经过短时间观察评估神经系统后遗症,患者最终成功脱机拔管。

气管切除和重建所带来的另一个挑战是术中使用开放式气道持续供氧。远端气道管理通常涉及使用气管内插管进行交叉区域通气或使用气管插管进行喷气通气,这两者都可能影响手术区域。ECMO支持可以使复杂的重建相对简易化,如呼吸储备有限的患者就可以进行开放性气道手术[24,25]。晚期肿瘤需要扩大完整切除,这时就需要VA ECMO保证有力的心脏和大血管收缩。VV ECMO的中心和外周插管均有报道[24],更多是其适用于气管和隆突切除,包括隆突及全肺切除术[26-28]。有报道,一例成功的复杂气管食管瘘的修复病人使用了无泵型AV ECMO来清除CO2。该患者通过一个小号气管内插管放置在隆突处提供呼吸暂停性氧合,在12小时的手术时间没有进行肺通气[29]。AV ECMO也用于气管切除术[30]。当VV-ECMO在气管手术期间氧合供应不足时,也可增加插管将吹入氧气[27]。最近在一篇系统综述中描述了气道手术中ECLS的应用[31]。尽管ECLS在维持氧合的同时可以显露最佳术野,但这是以全身肝素化造成出血增加为代价的。

困难或无法耐受单肺通气(OLV)

考虑完成胸腔手术的患者可能存在有限的肺功能储备,无法在单肺通气下有效氧合。采用VV ECMO支持下可以完成全肺切除术后对侧转移病灶的楔形切除和肺段切除术[28,32],VATS肺大疱切除术[33]以及食管切除术[34]。研究指出,有时低流量VV ECMO偶尔会对严重高碳酸血症风险的患者给予足够支持。无泵型AV ECMO也能帮助全肺切除术后患者的楔形切除术和纤维板剥脱术[30]

目前没有指南确定哪些患者需要体外生命支持,哪些又可以在没有支持的情况下耐受疾病。双肺机械通气时的动脉PaO2,FEV1/FVC比值和手术侧的选择通常是单肺通气时缺氧的预测指标[35],然而,这些信息在重症患者中应用有限,它不能反应新发的肺部合并症,如脓胸或气胸漏气。例如,坏死性肺炎患者可能需要使用VV ECMO以便术中对脓胸进行创面较大的纤维板剥脱术[36]。病情较重的患者在VV ECMO下行双侧纤维板剥脱术可能是帮助ECMO脱机,以及接下来拔除气管插管的关键步骤[37]

肺气肿患者的肺大疱容易破裂且长时间漏气。因此,可以在VV-ECMO[28,38]和AV-ECMO[30]两种支持情况下进行VATS肺大疱切除。在20世纪90年代后期,有报道指出3例患严重高碳酸血症COPD的患者选择性使用ECMO支持完成了肺减容手术(LVRS),但这些患者并不符合接受该治疗选择的标准[39]。选择VA ECMO是因为患者预期的血流动力学不稳定,通常伴有正压性肺过度通气。必须认识到选择该治疗方案的争议性,因为严重的高碳酸血症是围手术期死亡的危险因素。这项技术在其他外科中心并未见相关报道。VV ECMO已被用于帮助LVRS/大范围肺大疱切除术从而将COPD患者从机械通气中解放出来[40,41]。此外,VV-ECMO还被用于帮助明显肺实质损失的患者耐受手术切除:如既往扩大肺切除术后的转移瘤切除术[28]以及结核病瘢痕形成后发生的曲霉菌球病灶切除[42]均有报道。

最后,患有进行性缺氧的肺泡蛋白沉积症患者需要用大量生理盐水对双侧肺进行全肺灌洗以去除脂蛋白沉积物。通常是通过双腔气管插管依次进行的,但是合并气体交换严重受损的患者可能无法耐受,有许多病例报道描述了这种情况下可使用VV ECMO进行支持[43,44]

纵隔肿瘤

位于前纵隔的巨大肿瘤有可能在全身麻醉诱导后引起气管、大血管和RA的压迫。在清醒的患者中,由吸气产生的负压减少了这种压迫效应,因此在疾病进展前肿瘤压迫作用都是最低限度的。但肌松剂的使用消除了上述作用,而且正压通气可以促使中央气道阻塞或带来灾难性的心输出量下降和呼吸心跳骤停。对于前纵隔巨大淋巴瘤的儿童患者来说风险尤其大。以往这种手术治疗需要CPB的支持[45,46]。最近,有报道在在儿童[47]和成人[48]维持自主呼吸的同时,提前诱导行股血管VA-ECMO的建立。VA的配置可以在潜在心血管事件发生时提供有效保障。

晚期病灶切除手术

三级转诊中心作为多模式治疗的一部分越来越多地开展晚期肺癌和食管癌的手术切除,其报道也达到了合理的生存期[49-53]。通过VA ECMO支持可以切除肺部肿瘤的同时进行上、下腔静脉、左心房、远端主动脉和隆突的重建[52],当食管癌侵犯隆突时也可进行隆突重建[5]。根据手术切除计划选择插管部位,可以选择中心或外围血管[52]。复杂胸部恶性肿瘤如侵犯肺动脉干,主动脉弓或心脏的手术切除,则需要打开心脏接受传统CPB支持[52,54-56]

胸部急诊治疗

对于大咯血的患者ECMO可作为一种挽救生命的急诊治疗方式[19,57,58]。在胸外科手术中,医源性引起的大血管损伤造成大出血的患者通常需要CPB控制,它可以提供快速输液,自体输血和使用停搏液使心脏停跳或根据需要进行深低温停循环[5]。在肺动脉(PA)损伤的情况下,通过降低肺动脉主干的流量使手术修复成为可能[5,59]。ECMO也能在气管损伤中进行无张力修复[25,60]

肺移植术后出现原发性移植功能障碍通常需要ECMO的支持,从而减轻肺组织再灌注损伤,但同时对其他围术期病变因引起的肺功能衰竭ECMO也是急诊下治疗方的选择。这些情况包括血流动力学稳定的患者突发急性重度肺动脉栓塞的患者[61],ECMO护航实施肺动脉栓塞清除术[62,63],对慢性栓塞性肺动脉高压实施肺动脉内膜剥脱术后出现再灌注损伤的支持治疗[64,65],近期已经对相关适应症和方法进行了修订[12]。ECMO对术后输血相关性急性肺损伤(TRALI)也有很好的支持作用[66,67]。最近,为了维持患者良好的预后,强调了急诊状态下详尽计划制订和有效多学科团队合作的重要性[5]。此外,ECMO已被用于胸外科手术室以外作为胸部创伤患者的复苏和手术修复[36,68,69]

在紧急情况下选择VV与VA ECMO取决于主要的氧合与相应的血液动力学支持需求。当ECMO在急诊术中使用时,静脉和动脉插管位置可由患者体位和可用血管来决定[5](表3)。

表3. 根据手术方式可能的置管部位

肺移植

越来越多的专科中心ECMO正在用作病情进展的终末期肺疾病患者与肺移植手术的过渡。在ECMO支持下过渡的患者,围术期并发症和死亡率风险均增加,但一年生存率还是确切的[70]。许多患有高碳酸血症呼吸衰竭的患者可以用无泵型AV ECMO或更合适的低流量VV ECMO支持。具有显著缺氧的患者需要全流量VV或在血流动力学不稳定的情况下建立外周VA ECMO。在严重肺动脉高压的患者中可使用VA ECMO或PA-LA Novalung®[13]

肺移植手术的特点是血流动力学和呼吸系统受到一定损害,最具挑战的是全身性低血压,肺动脉高压和低氧血症。ECMO正在取代CPB作为ECLS最受欢迎的形式来治疗患者。通常情况下,在术中最初建立ECMO时,采用中心插管的VA ECMO。在最近一项病例对照队列研究中,术中需要接受心肺支持的患者采用ECMO对比CPB得出,ECMO组的患者早期预后更好,包括机械通气时间,ICU和住院时间。在ECMO组患者中血液制品的使用也明显更少[71]

在肺移植中采用VV-ECMO的患者偶尔会在移植过程中持续使用VV并得到充分的支持。尽管许多患者需要建立混合模式ECMO给予更高的流量或增加血液动力学支持。使用颈静脉双腔导管连接的患者可通过增加动脉插管转换为静脉-静脉-动脉支持方式。静脉引流就通过双腔插管完成,氧合的血液通过管道泵入主动脉。另一种方式是采用VV ECMO维持,颈静脉导管保持不变,另外安置静脉和主动脉插管作为同时运转VA ECMO的回路。VV ECMO在手术过程中保持低流量以避免血液循环中任何血栓的形成,因此,在术后断开VA ECMO模式后,如果有需要则可立即恢复。

在完成移植后,评估移植的肺功能后可将ECMO撤机。而理想的去除患者的ECMO管道,同种异体移植器官的功能决定了能否撤除支持。合并低氧血症的患者可转为VV模式,肺动脉高压或严重心肌功能障碍的患者则需继续进行VA ECMO支持,这部分患者需要治疗后返回手术室进行管道撤除。任何形式的术后ECMO其缺点都是经历大手术后继续抗凝而增加的出血风险。而使用VA ECMO较VV ECMO具有更高的30天死亡率[72]

ECMO的脱机

VA-ECMO

在手术结束时,如果术后不计划进行ECMO支持,VA-ECMO可以通过10-20分钟降低泵流量循环辅助后再停机,这时肺组织的复张、吸气和通气在保护性潮气量下都逐渐恢复。为做好更充分的准备,麻醉医生必须确保患者有足够的补液量,合适的后负荷和心肌收缩力,并对病情恶化作出迅速反应。特别是右心存在衰竭风险,因为在ECMO使用期间没有心肌保护的应用,冠状动的脉灌注可能受到上述不同程度缺氧的威胁。外科手术可能会改变肺血管阻力,ECMO运行中相对空载的心脏则可能形成血凝块。这时应考虑在ECMO脱机前和脱机期间进行彻底的TEE评估,随着流量的减少实时监测右心室的大小和功能。一旦流量减少到1 L/min左右,将ECMO泵全部停止,然后夹闭动脉管路。停机后可能会发生低血压,此时需要补充血容量和/或给予强心药物。如果患者生命体征稳定并且动脉血气持续满意,则可以将患者的管道拔除。

VV-ECMO 

VV-ECMO停机在全流量运行的情况下就可进行,将气体流速和FiO2缓慢降低即可。通过膜肺的氧气和二氧化碳弥散量逐渐梯度降至零,以便肺组充分进行气体交换。如果需要血流辅助维持,停机过程可以非常缓慢地完成,通过连续动脉血气分析、支气管镜检查和肺脏灌洗、促进肺复张,以及增加PEEP试验完善肺组织气体的交换。如果在低流量辅助下血气分析达到指标,则可停机进行脱管。

ECLS的并发症

ECLS技术的相关并发症是非常严重的,应该通过仔细的评估和操作来尽量减少。在ECLS使用中所必需的血管插管和抗凝治疗会不可避免的引起相关并发症[73-75]。并发症的总体风险在过去的几年里不断下降,并且会随着使用经验的不断增加而不断改进。术中使用ECMO的风险低于CPB。在ECMO上可能发生的各种并发症中,神经系统相关并发症和与插管部位相关的并发症特别重要,因为它们出现既出现频繁且又可预防。

与插管有关的并发症包括出血,血管损伤和空气栓塞。这些并发症更常见于外周动脉的插管,由于其血管管径较小。外周动脉插管也引起肢体缺血,特别是身材矮小的患者[76]。如有可能,应通过超声评估动脉的大小,并选择合适的插管型号。远端肢体灌注的需要取决于ECMO需求的长度和血管的大小。根据我们的经验,需要外周VA ECMO辅助超过几个小时的患者,我们常规使用远端肢体插管来排除任何患者肢体缺血的风险。经皮穿刺技术可用于股血管插管,但偶尔也会出现穿刺困难并导致多部位穿刺[77]

致命的空气栓塞与接受气管切开患者使用双腔静脉双腔导管插管下高流量VV ECMO辅助相关[78]。术中无意损伤颈静脉使SVC的负压将空气吸入ECMO管路中。避免这种并发症的措施包括建议暂时减少ECMO的流量,在头低位给患者进行气管切开术,以及用湿敷料覆盖管道穿刺部位。根据空气栓塞风险发生的类似机制,在放置上身中心静脉管道时也可能出现。

长期使用ECMO会有诸多风险,并且在一定程度上取决于患者潜在的合并症。因此,这些风险难以预防。并发症包括了感染[79],肾功能衰竭[80],溶血和凝血功能紊乱[81,82],肝素诱导性血小板减少症[83],或胃肠道出血。在长期使用ECLS的患者中,10%至20%会出现神经系统并发症,如颅内出血,缺血性中风,脑水肿和癫痫发作[84,85]。应用ECMO患者的脑损伤病理生理学机制尚未完全阐明,且在VA和VV ECMO之间可能存在差异。增加神经系统并发症风险的因素与ECMO使用之前的并发症相关,如低血压和低氧血症,ECMO辅助移植的再灌注损伤,与管道相关的栓塞风险和使用肝素相关的凝血障碍。心脏骤停和肾功能衰竭需要血液滤过,而且高胆红素血症可增加神经损伤[84,85]。在高碳酸血症呼吸衰竭的患者中,CO2水平迅速下降可增加颅内出血风险,因此应缓慢降低PaCO2至正常[84]。此外,ECMO支持期间气体微栓塞的发生率与CPB相当,静脉注射是最常见的罪魁祸首,能导致术后潜在的神经系统并发症发生[86]。更好地了解神经系统并发症和抗凝策略的风险可能会在长期使用ECMO过程中降低神经系统并发症。

ECLS支持的胸外科择期手术

对于任何需要ECLS支持的患者,手术检查清单应包括:计划采取的ECLS模式,插管部位,插管时机(全身麻醉诱导前还是诱导后)以及停机和拔除插管的预计时机。患者的体位和计划手术切口会影响插管的位置[5]。如果患者是带着ECMO进入手术室,对采取的何种辅助模式或额外插管应该提前讨论。这有助于帮助麻醉医生优化建立静脉和动脉的监测和输液通道。

关于ECLS的导管有各种各样的设计,不同长度和直径。因此,应根据所需的ECLS支持类型,需要的流量和插管的目的血管大小来选择[87]。中心血管通常需要较大的管径,相比外周ECMO也需要更高的流量。ECLS中心插管需要在全身麻醉下完成。为了手术而建立的外周血管插管大多情况也在全身麻醉诱导后进行,为了减少患者的移动,使患者更舒适,并且有助于相关器械保持无菌。临床遇到紧急病情威胁到患者的呼吸或心血管功能,而这时开始了全身麻醉又没有进行ECLS支持的情况下,则会在清醒的患者建立ECMO。这些情况包括接近完全阻塞的中央气道,巨大前纵隔肿瘤,以及严重的右心或左心衰竭。这些外周(通常是股血管)插管面临的挑战不容低估。患者通常很痛苦,并有体位性呼吸困难无法平卧。半坐位进行导管插管不仅操作困难,而且增加了血管损伤的风险。积极的采取局麻和合理的镇静措施会有帮助,目的是在ECLS建立之前维持患者的自主呼吸。根据作者的经验,对股血管插管时的迷走神经反应会引起呼吸心跳骤停,因此只能在完全监护,抢救药品和设备触手可及的情况下才进行插管。

一旦建立ECLS,许多患者只需要很少或不需要肺通气即可达到有效的气体交换效率。潮气量和呼吸频率可以较正常水平降低很多。降低呼吸频率,低潮气量和维持一定的PEEP来达到肺脏保护性通气是合理的,特别是如果存在肺损伤的患者[88,89]。5-10mmHg的PEEP可以防止创伤性肺不张,应该维持肺泡的pO2以使剩余的肺血流进行氧合。特别开放的气道手术可能需要长时间的完全呼吸暂停。

近期专家对ECMO患者的监测进行了评述,特别强调了超声心动图对导管插管位置评估的重要性[8]。动脉最好选择右臂以便测量右侧头臂动脉远端的血压和PaO2,这与右颈动脉和冠状动脉的灌注情况最为密切相关。同样,外周血氧饱和度探头在双侧手指应间歇放置,以便监测不同程度的缺氧。中心静脉导管的定位由管道位置和手术切口决定,但应小心不要将导管尖端推进中央循环太远,以免它被吸入ECMO的管腔内。一旦ECMO开始转机,中心静脉压力读数则不再可靠。如果上半身ECMO管道已经就位,PA的导管可能难以插入,无论是导管穿过已被占据空间的SVC而言,还是随着血流进入ECMO持续引流的右心腔内都很困难。而且PA导管的球囊有可能被吸入泵出管道并将其堵塞。应该考虑使用近红外光谱来监测脑组织氧饱和度,可以作为脑缺氧参考指标[8,90]。在一项短期回顾性研究中,Wong等人发现在使用脑组织氧饱和度监测时,ECMO运转之初脑血管去氧饱和度比例达到100%,其中80%的患者随血动力学调整变化可以逆转[90]

抗凝策略和监测应根据治疗计划进行调整。长期使用ECLS患者可发生复杂的凝血功能障碍,包括血小板功能和计数下降,纤维蛋白原缺乏,维生素K依赖性凝血因子丢失和获得性血管性血友病[91]。体外生命支持组织(ELSO)对ECLS应用期间的有效抗凝以及患者出血和管道血凝块形成给出了相应推荐。这些指南可在ESLO网站上找到。术中仅使用ECLS数小时看似形成血栓并发症的风险很低。肝素涂层管道可以在使用的前6个小时内大幅降低肝素的需求。同样,接受胸腔手术的患者发生大出血也会出现血小板,纤维蛋白原和其他凝血因子的缺乏,这会在没有使用肝素的情况下延长凝血过程。有多篇报道在高出血风险的手术治疗中使用无肝素的ECLS[19,30,32,36,37]。在我们医院,通常在术中将ACT维持在160-180秒。血栓弹性成像技术,特别是ROTEMTM,以及血小板功能分析被用作ACT的辅助手段来检测导致出血的原因,如术中出血的ECLS患者凝血因子缺乏,血小板功能障碍或纤维蛋白溶解,特别是术前需要ECLS支持的例如移植手术患者。ECLS过程中凝血功能监测的作用正在积极探索中[92]

致谢

脚注

利益冲突:作者声明没有利益冲突

参考文献

译者简介

冷雪峰,主治医师,在读博士,成都大学附属医院胸外科,四川大学华西医院胸外科。现担任成都市胸外科质控中心秘书,成都市康复医学会肺康复专委会委员,AME学术沙龙委员,学术记者;国际肺癌研究协会(IASLC)会员,国际食管疾病协会(ISDE)会员,国际食管疾病协会中国分会(CSDE)会员。从事胸部疾病基础和临床研究,发表多篇国内外学术论著,参与编译专著《肺癌》、《食管癌》、《单孔胸腔镜手术》、《无管胸腔镜手术》、《微创肺切除术-国际进展与中国实践荟萃》。同时担任Video-Assisted Thoracic SurgeryAnnals of Translational Medicine杂志Section Editor;《临床与病理杂志》中青年编委及审稿专家。

审校者简介

汪灏,复旦大学附属中山医院胸外科主治医师,外科学博士。以第一/共一作者发表SCI 收录论文7篇,在美国胸心外科学会(AATS)年会、欧洲胸心外科学会(EACTS)年会、欧洲胸外科医师学会(ESTS)、日本呼吸器外科学会(JACS)年会等国际学术会议上做会议报告7次。获得ESTS 2014年度青年医师最佳大会报告奖(中等收入国家组)、AATS学会2016年度短期访学奖金、JACS 2017年会优秀报告奖。

*本译文可能存在翻译误差,欢迎纠错,详情请点击文末的“阅读原文”查看英文版。

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