CPR和ECMO:下一个前沿（下）

ECMO，左心室容积，左心室减压

ECMO对中央动脉和左心室(LV)力学有深远的影响。由于VA-ECMO将血液从中心静脉转移到动脉系统，患者的容量状况和内在的心室功能是影响左室容量的重要因素。例如，如果患者的前负荷降低(右心房压降低)，那么随着ECMO启动，左心室的前负荷将减少，左心室容量相对减少。然而，由于VA-ECMO常用于伴有充血的心源性休克，对动脉系统的额外加压将增加全身血压。如果左室原有功能被保留，左室收缩压将增加以克服左室后负荷，血液通过主动脉瓣喷出。此外，如果左室收缩能力足够，流量和左室收缩压的增加不会以牺牲左室舒张压为代价。然而，如果左室自身功能受损，左室收缩和舒张压将增加，同时每搏量减少，因为ECMO逆向血流和增高的动脉压造成的左心室后负荷增加，而受损的左室不能有效地泵血。左室后负荷的增加使左室和左房壁应力、心肌耗氧量增加，可能加重肺充血、急性肺损伤、肺出血，从而使心肺功能恶化，开始机械驱动损伤的恶性循环。矛盾的是，由于左室扩张，高后负荷可能导致冠状动脉血流减少，进而增加冠状动脉阻力。

为了减轻增加的左室舒张压和左室容积，有几种被提出的方法被称为左室减压，以在ECMO运行期间帮助受损的左室。这些策略包括正性肌力药物、房间隔造口、中央或外周手术减压、经房间隔置管、IABP、Impella。最近的一项系统综述发现，左心室减压，尤其是在早期(ECMO启动后12小时)，似乎与提高撤机成功率和降低短期死亡率有关。

左心室容积也取决于ECMO血流水平。在一个先前验证过的压力-容积环和Starling曲线的心血管系统模型中，VA-ECMO的增加并不影响左心室收缩功能，但在心脏衰竭的情况下，会增加后负荷。后负荷的增加与全身血管阻力的增加有相似的血流动力学后果。此外，在全身血管固定和左室收缩的情况下，左室扩张是基于Starling原理。因此，在左室收缩功能差的患者中，随着ECMO流量的增加，可以预期后负荷增加，固有每搏量减少，左室容量增加，导致肺楔压增加，肺充血。研究表明，当ECMO启动后，ECMO从1.4 L/min逐步增加到3.0 L/min至4.5 L/min，主要的血流动力学影响是左室后负荷增加。另一项研究表明左室扩张程度与恢复呈负相关。因此，ECMO在应用于心源性休克时存在一个最优值，即血流需要足够高，以向缺血器官提供足够的灌注，但不能提供太多的血流，使后负荷过高，从而阻碍心肌恢复。

虽然ECMO血流经常导致左心室负荷过重，达到限制甚至阻止自身射血的程度，但这种关系还有许多未知的方面。例如，不知道哪种策略最适合减压，也不知道需要减压的左室扩张量是多少。此外，时间和容积-时间参数对自身低射血有害表现的影响尚不清楚。

后负荷、血液停滞和微血栓

了解ECMO期间的动脉和心室动力学是很重要的，因为心室负荷过重会导致射血下降，进而可能导致血液停滞和微栓子，最终可能导致终末器官损害。然而，唯一能够实时检测颅内动脉微栓塞信号的技术是多门控经颅多普勒。对接受ECMO且经颅多普勒检查的患者进行的单中心前瞻性观察研究显示，微血栓在VA-ECMO和VV-ECMO模式中均存在，但这些栓子似乎并不影响临床预后。VA-ECMO人群有更多的栓子，并且在自身心输出量极低的患者中发现更多的栓子，这表明微血栓来自ECMO回路，因为脑血流主要来自于ECMO回路而不是自身心输出量。然而，也有可能，在心功能低下的情况下，微血栓可能起源于左心。尽管如此，这项特殊的研究并没有发现神经缺陷和微栓塞信号之间的显著相关性。V-A ECMO还可能有更高的神经并发症风险，因为氧合器出口是栓子的潜在来源，并将血液直接返回到中央动脉。微血栓的其他来源包括插管和撤机过程中的动脉管路和环路内血栓形成，所有这些都可能导致脑梗塞。这些来源导致目前ECMO患者的脑血管并发症发生率约为7%。

抗凝

    出血和凝血是两种最常见的VA-ECMO并发症，大约10%的成人病例在回路或氧合器内发生明显的凝血。血栓性事件包括卒中(3.8%-6.8%)和肢体缺血(3.6%)发生率较低，而出血性并发症发生在27% -44%的患者中，其中有2.2%的颅内出血风险。尽管如此，对于VA-ECMO患者，目前还没有最佳的抗凝治疗策略。一项研究比较了两个抗凝靶点(活化凝血时间[ACT]靶点为140-160秒和180-220秒)，发现高靶点组置管部位出血、出血致死亡和重大出血事件明显增多。评估患者抗凝状态的最佳试验也不清楚。研究评估了ACT和活化部分凝血酶时间(aPTT)，它们与抗-Xa水平和肝素活性弱相关。VA-ECMO中的抗xa水平仍不清楚，而且在许多中心也无法测量这种凝血因子活性。目前的指南建议在置管时推注50-100 IU /kg的普通肝素，随后通过肝素钠滴定ACT和/或APTT的水平在正常值上限的1.5倍的水平，或抗-Xa因子活性水平为0.5 IU/ml。直接凝血酶抑制剂(阿加曲班或比伐卢定)可用于肝素诱导的血小板减少症，这是一种罕见的疾病，特征是多发性白色动脉血栓和血小板计数下降到10,000以下，而没有其他原因导致血小板减少症。

为了对心脏骤停复苏的结果产生重大影响，显然需要临床医生、工程师和科学家之间的合作，以弥补生理和医学的差距。ECMO技术的改进具有巨大的潜力，可以弥补这些差距，并进一步优化ECMO作为心脏骤停复苏的E-CPR策略。这里包括技术改进的潜在概念。

血栓和血液损伤

与其他血液浸润循环支持技术(如心室辅助装置)一样，ECMO系统天生容易出现血栓形成、溶血和经皮部位感染等并发症。因此，在血液浸润生物材料和血流动力学有利的设计方面的进展可以使有前景的ECMO管路受益。

在血液浸润装置中，限制血栓形成和提高整体血液相容性的一般策略包括最小化人工表面面积。表面积越小，凝块形成的可能性就越小。在ECMO环境中，最大的人工表面积与氧合器有关，这可能无法最小化，因为氧扩散也依赖于表面积。先前缩小ECMO氧合器的尝试在一项临床前研究中遇到了困难。然而，在另一项临床前研究中，小型化ECMO系统与标准ECMO配置显示了相似的血液相容性。而在冠状动脉旁路移植术患者中，小型化ECMO比标准ECMO获得更好的终末器官预后。

除了减少表面积外，被血浸润的表面在血栓形成中也起作用。当前ECMO管路通常使用标准PVC管。然而，表面化学修饰正在研究通过仿生、生物或内皮化的血液表面界面来改善血液相容性。这种改良已在临床前和临床研究中显示出希望，并可能减少全身抗凝，但尚未纳入常规的ECMO实践。

另一种限制血栓形成和溶血的方法是通过计算流体动力学(CFD)设计泵。计算流体动力学是一种先进的计算技术，可以对静止和移动的固体结构周围的流场特性(包括流线、停留时间、剪切应力和剪切速率)进行三维预测。使用CFD可以设计和优化连续流轴向和离心血泵，以避免导致血小板活化和溶血的停滞区、剪切应力和剪切速率剖面。轴向和离心式装置与在ECMO管路中仍然常见的滚柱泵形成对比，在这种泵中，管压缩甚至可能更显著地损害血液。虽然连续流泵在心室辅助装置设计中被证明是非常成功的，但在有限的ECMO研究中，连续流泵并没有显示出与滚柱泵相比的令人信服的优势。但是，这些比较不包括最先进的连续流量泵，因此对相应的方法提出了质疑。

管路容积

同样重要的是尽量减少启动ECMO管路所需的容积。盐水预充稀释了红细胞浓度，与较少的预充量相比，需要更高的流量来提供相同的灌注。较高的血流通过相对较高的剪切速率和剪切应力引起更多的血液损伤，从而促进血栓形成和溶血。流速方面的研究也表明，ECMO高流量可导致血管壁高剪应力和高血压，最终导致血管并发症和急性肢体缺血。

通过MRI实时监测脑血流

   另一项可能对ECMO优化非常有价值的技术是磁共振成像(MRI)，因为它能够实时评估脑血流和脑耗氧量。具体来说，可以直接测量脑血流量，通过动静脉氧含量来估算氧的提取率，进而通过血流量和氧的提取率来估算脑氧代谢率。因此，血流量可无创性地滴定到脑氧稳态。尽管如此，目前的ECMO系统配置并不与MRI兼容，尽管一项临床前研究表明可以通过适应MRI的ECMO系统评估大脑结构。

当应用于复苏目的时，ECMO通常在C-CPR之后启动，在这种情况下，这两种疗法是互补的。存在通过协同治疗优化患者预后的额外机会。这里还包括两个涉及ECMO协同的额外示例。

E-CPR和低温治疗

同时实施治疗低体温可改善心脏骤停的ECMO预后。除ECMO外，低温治疗是为数不多的提高心脏和神经功能和生存预后的治疗方式之一。然而，这需要几个小时到达目标温度，尽管只要降低几度就可以了(通常37℃到 34-36 ℃)。如果主动降温推迟了20分钟，生存获益将会丢失，提示在心肺复苏术中存在一个影响心脏骤停预后的重要治疗窗口。同样，在难治性心脏骤停患者中，更短的停搏时间可以提高生存率。因此，设计及时采用E-CPR和治疗策略的方案具有潜在的好处。

CHEER试验是针对难治性IHCA和OHCA患者的单中心前瞻性观察性研究。在本研究中，患者接受了机械CPR、E-CPR和快速静脉注射30 mL/kg的冰生理盐水以诱导心搏停止期间治疗性低体温。在该研究中，难治性IHCA患者的存活率为60%，OHCA为45%。

在一个采用ECMO的猪心室颤动停止模型中，与常温相比，E-CPR中2小时的低温治疗提供了同等的复苏成功率，但并不能保护骤停后的心脏功能，也不能减少心肌损伤的程度。一些研究评估了E-CPR和低温治疗在成人心脏骤停患者中的联合应用，和/或比较了低温治疗和无低温治疗。然而，这些研究的样本量是有限的，接受低温治疗的患者比例范围各不相同，对于接受E-CPR的心脏患者是否有低温治疗的好处，并没有得出决定性的结果。系统回顾和荟萃分析结果提示32 -34 ℃和其他温度相比（包括没有低温治疗诱导和其他目标温度范围(＜34℃, ＞36℃)，在成人心脏骤停患者接受E-CPR神经系统预后和生存率更好。虽然没有专门评估低温治疗的相对贡献，但其他一些研究报告了E-CPR与OHCA患者的主动降温相结合对神经系统的有利结果。

ECMO用于心脏骤停和移植捐赠者

   除了改善心脏骤停复苏的预后，还有可能解决移植界的器官短缺问题。来自美国的数据显示，截至2020年4月，有12万名患者等待移植，而在2019年，19253名捐赠者只完成了39719例移植，每天有15名患者在等待移植时死亡。超过一半的心脏骤停患者没有ROSC，即使使用了ECMO。此外，尽管使用了ECMO，仍然有相当数量的ROSC患者脑死亡。正在进行ECMO但没有ROSC的患者，或脑死亡的患者，代表了一大批可存活的供体，因为已有研究表明，接受ECMO但脑死亡的供体的肾脏和肝脏与未接受ECMO的供体的存活率相似。在一项包括833名接受E-CPR的患者的系统综述中，650名患者是非幸存者，其中88名是潜在的器官捐赠者，17名是器官捐赠者。在另一项对423名E-CPR患者的研究中，有321名非幸存者，23名是器官捐赠者。

         通过ECMO的研究和技术进步，以及通过CPR、ECMO和低温治疗的协同作用，未来有大量机会改善心脏骤停的预后。这些进展最终将导致ECMO在更广泛的培训提供者的临床场所更广泛地用于心脏骤停。器官移植受者也可能受益于扩大ECMO应用，包括心脏骤停。