定义、基本原理和潜在适应症

今天这篇和上一篇有点像，但更贴近我们的主题-ARDS，来自Intensive Care Med。同上篇一样，内容十分丰富，我们分几天学习完。

影响因子：17.679

PMID：33140180

期刊年卷：Intensive Care Med 2020 Dec;46(12) 

医学一区 危重病医学 Q1 3/33

DOI：10.1007/s00134-020-06290-1

摘要

体外生命支持（ECLS）可以支持急性呼吸窘迫综合征（ARDS）患者的气体交换。在ECLS期间，通过导管从中央静脉引流静脉血液，通过半透膜泵送，能使氧气和二氧化碳通过，并通过另一个导管返回到中央静脉。有两种相关的ECLS形式。静脉静脉体外膜氧合（ECMO）通过高血流速度使血液氧合并去除二氧化碳，可用于无法通过最佳常规机械通气和辅助疗法，包括俯卧位维持足够氧合或通气的重度ARDS患者。体外二氧化碳清除（ECCO2R）通过较低的血流速度和较小的导管提供大量CO2的清除（占总CO2产生的20-70%），尽管对氧合改善较小。在ARDS中使用ECCO2R的理论基础是通过减少机械通气机传递的潮气量、呼吸频率、平台压力、驱动压力和机械功率，促进肺保护性通气。该综述总结了与ECLS相关的生理概念，以及支持ECMO和ECCO2R治疗ARDS的理论和证据。它还回顾了ECLS治疗患者可能出现的并发症、限制和伦理困境。最后，讨论了该技术未来的关键研究问题和挑战。

关键词：急性呼吸衰竭，体外膜氧合，机械通气，结果

引言

在全球50个国家的459个重症监护病房进行的一项前瞻性国际研究中，急性呼吸窘迫综合征（ARDS）占总重症监护病房（ICU）入院的10.4％。在过去的20年中，ARDS的院内死亡率一直非常高，约为40％。尽管有强有力的实验和临床证据表明肺保护性治疗改善了ARDS的预后，但其应用仍然不足。

为了保护受损肺部并改善氧合，越来越多的重度ARDS成年患者采用了体外生命支持（ECLS）。支持性护理的进步，技术创新以及近期临床试验的见解为改善结果和对ECLS范围和应用的兴趣做出了贡献。

这篇综述总结了与ECLS相关的一些生理概念，以及支持ARDS治疗的两种主要ECLS形式（体外膜氧合（ECMO）和体外CO2清除（ECCO2R））的理论和证据。我们还强调了在治疗接受ECLS的患者中可能出现的并发症、限制和伦理困境的证据。最后，我们讨论了这项技术未来的关键研究问题和挑战。

什么是ECLS以及它如何提供气体交换？

体外生命支持

膜氧合器是设计用于替代肺部气体交换功能的人工“器官”，通过向血液供氧并去除二氧化碳（CO2）。全流量静脉静脉体外膜氧合（VV-ECMO）、双腔颈静脉VV-ECMO和ECCO2R是治疗严重ARDS的ECLS模式（图1）。在全流量VV-ECMO中，通常通过股静脉从下腔静脉抽取静脉血，并重新注入颈静脉。血液经过膜氧合器后，通过高血流速（通常为4-8 L/min）和血液与膜肺间流动的“扫气”之间的气体扩散，直接从血液中提供氧气并去除二氧化碳，从而使机械通气的强度降低。

图1：急性呼吸窘迫综合征的三种不同ECLS模式。

最初，双腔颈静脉VV-ECMO被认为是很有前景的，因为只需一个颈静脉插管。然而，由于引流的共用腔径限制了ECMO的血流速率（QECMO），它的有效性非常依赖于重新灌注口的最佳位置，以便将含氧血液定向向三尖瓣，限制了其在ARDS急性期某些患者中的使用。在最近的一份大型国际报告中，仅有7%的患者使用双腔颈静脉VV-ECMO作为主要的ECLS方法。

氧合

理解气体交换的生理决定因素对于ECMO的最佳应用至关重要。

血液中的氧含量取决于血红蛋白水平、氧分压（PO2）、氧解离曲线以及溶解氧（较小程度）。(可参考重症技术之氧代谢监测（三）-氧含量、氧输送、氧消耗、氧摄取)这对于提供完全氧合所需的最低血流量（如果需要）具有影响，通常在4L/min以上。

氧合血液的能力在很大程度上取决于膜氧合器的大小和性质、QECMO以及流入膜肺的血液PO2与输送到膜肺的气体（扫气）PO2之间的差异，通常是氧气或氧气和空气的混合物。QECMO和氧气转移之间的线性关系有利于使用较大的引流导管（23-29Fr）来提供完全氧合支持。排出的静脉血氧饱和度（即，膜氧合器前氧饱和度）是决定ECMO期间氧转移的第二个主要因素。它受到反流（即重新灌注的氧合血液）的影响。反流是在通过引流导管之前（它可以在肺部循环）通过引流导管抽取的。通过股静脉-颈静脉插管并确保导管两端之间的适当距离，或使用正确定位的颈静脉双腔导管可以将反流降至最低。

由于从膜氧合器返回到右心房的氧合良好的血液与其余的本身的静脉回流混合，当本身的肺气体交换严重受损时，心输出量在恒定的ECMO流速下增加会导致体循环动脉氧合降低。在一项对接受Vf-Vj ECMO的十名重度ARDS患者进行的生理研究中，QECMO和心输出量比为60％与足够的血液氧合和氧输送相关联。其他影响全身氧合的因素包括肺内分流、本身肺的氧分压和输送到膜肺的氧分压以及总氧消耗之间的复杂相互作用。

二氧化碳清除

在任何给定时刻，二氧化碳清除比氧合更有效。在生理水平下，给定体积的血液中二氧化碳的含量要高于氧的含量，因此，对于给定的ECMO流速，可以清除患者产生的CO2的百分比比可以提供的氧的消耗百分比要高。此外，二氧化碳比氧气更易溶解，使其能够以更高效地通过膜回路进行扩散。为了理解可用ECCO2R设备的性能，重要的是要了解CO2清除将随着CO2血液含量的增加、静脉CO2的分压（PvCO2）、人工肺表面积的增加以及扫气和血液通过膜肺的流量的增加而增加，虽然两者都有上限效应。每分钟1-3升（L/min）的血流速可能足以完全清除大多数患者的所有CO2产生，但不足以提供患者的全部氧消耗。对于给定的膜肺大小和血流速率，CO2清除将随着扫气流速的增加而增加，可达到10-12 L/min；高PCO2将增加CO2扩散出膜的梯度；人工酸化血液可以增加可供膜使用的CO2的数量。

ARDS患者中使用ECLS的基本原理和潜在适应症

历史上，ECMO只用于因难治性低氧血症而临终的患者；然而，最近它已成为经验丰富的ICU中对严重ARDS患者的标准护理方式。除了能够挽救对标准治疗无反应的严重气体交换异常的患者外，ARDS中ECMO挽救肺损伤（EOLIA）试验强烈提示ECMO的主要益处在于改善机械通气引起的肺损伤（VILI）。参加EOLIA试验的患者，主要是因为严重呼吸性酸中毒（动脉pH 7.25，PaCO2大于60 mmHg持续超过6小时），而不仅仅是因为严重低氧血症，似乎收益最大，这可能是因为由于VT、RR、Pplat、P和机械功率降低而减少了机械通气引起的肺损伤（VILI）。

ECMO具有许多有益的作用。最大限度地减少低氧血症可以减轻组织缺氧，从而可能减少器官功能障碍，包括神经认知后遗症。ECMO可以减少呼吸性酸中毒和右心室后负荷，因此增加心输出量。此外，ECMO可以通过改善血气而减少膈肌创伤，从而减少呼吸驱动。对于使用ECLS作为肺移植的桥梁的患者，保持患者行动能力已经有报道，但目前尚不清楚这种策略对ARDS患者是否有益。如果应用了这种策略，则应密切监测呼吸驱动，以防止由于患者的呼吸努力而导致额外的肺损伤。

理想情况下，在经过经典处理（包括肺保护性机械通气和俯卧位）无效后，应在符合EOLIA标准的患者中使用ECMO。较少见的情况下，当患者对俯卧位不稳定或者这是唯一一种安全转运的方式时，可能需要使用救援ECMO，此时患者所接受的不专业中心无法进行基于证据的常规操作。最后，尽量避免在严重右心衰竭或其他严重失代偿情况下使用救援性ECMO（EOLIA中称为”rescue”），因为这与更高的死亡率相关。

ARDS中ECCO2R的基本原理和潜在适应症

当ECLS以相对较低的血压（例如400-1000 mL/min）应用时，它可以提供大量的CO2排除（总CO2产量的20-70%），尽管氧合改善较小。在这些条件下，该技术被称为体外二氧化碳清除（ECCO2R）。在ARDS中使用ECCO2R的理论依据是通过允许降低VT、Pplat、RR、P和机械功率来促进肺保护性通气；肺保护的程度取决于设备能够清除的CO2体积。目前有限的证据支持将ECCO2R用于ARDS研究之外的临床实践。