【重症风采】连载10 | VA-ECMO vs 心源性休克

翻译总结：王玉康

在过去十年中，体外膜肺氧合（ECMO）越来越多地用于支持心肺衰竭病人。静脉动脉体外膜肺氧合（VA-ECMO）为顽固性心源性休克（CS）病人提供心肺支持，是心肌恢复、持久机械循环支持（MCS）或心脏移植（HT）的过渡桥梁，而静脉静脉体外膜肺氧合（VV-ECMO）主要用于孤立性肺部疾病病人。在这篇综述中，我们关注VA-ECMO，强调技术进步、病人选择、管理和撤机流程、结果、并发症和经济挑战等。

1 ECMO技术的演变

1931年2月马萨诸塞州总医院一例大面积肺栓塞病人的死亡激发了体外循环的最初使用。血泵和氧合器技术的进步、经皮插管技术、重症监护管理以及持久的MCS等各方面的整合发展，加速了ECMO成熟，并使之成为一种可行的救生模式。目前，超过87,000名病人被纳入体外生命支持组织（ELSO）登记处，其中包括12,566名VA-ECMO成人；在过去的十年中，全世界VA-ECMO中心的数量显著增加。

在VA-ECMO回路中，血泵通过大口径导管从静脉循环中抽出乏氧血液。病人可从中心插管（图1A）或外周插管（图1B）。血液经血泵进入氧合器发生气体交换，氧合血液通过另一个大口径导管返回动脉循环。

本文重点关注ECMO回路中两个关键进步。第一，氧合器中空管纤维膜的发展使阻力降低，并且使血液相容性更好。第二，新式的离心泵可减少产热及血栓形成，使得ECMO可以长时间运行。这些进步最近已与微型管路整合，使得ECMO病人的转运更为可行。

中心性插管仍然是心脏外科术后病人上ECMO的主要手段，但新型经皮置管技术使ECMO的应用更为广泛，其中包括院内/院外心脏骤停的ECMO支持（ECPR）等。远端灌注导管将一部分返回的氧合血液从ECMO回路引至远端肢体，显著减少了股动脉插管时严重肢体缺血的风险（图1C）。最近，经上肢外周插管技术更是允许一些病人的活动性进一步增加（图1D1和D2）。

图1 VA-ECMO的插管类型

混合型ECMO越来越多地用于严重肺损伤病人或那些仅靠VA-或VV-ECMO支持不足的病人。静脉-动脉静脉（V-AV）ECMO是较常用的方法之一。静脉血以通常的方式引流至氧合器，并通过动脉导管回输至股动脉，而另一根静脉套管将氧合血液回输至右心房的三尖瓣水平，提供超氧合的肺血流。这种配置可以避免上身低氧综合征（丑角综合征/南北综合征/阴阳人综合征）。当早期肺功能衰竭的病人的出现心功能恶化时，VV-ECMO也可以转换为V-AVECMO。

ECMO回路的进步要求床边管理技术同步发展，这包括了心脏外科医生、心脏内科医生、ICU医生、ECMO专职护士、灌注师和药剂师等在内的多学科ECMO团队合作。

2 设备选择

比较CS中使用的ECMO经皮设备。ECMO是唯一可用于因肺衰竭引起的低氧血症以及同时支持右心室（RV）的装置。

3 病人选择和临床结果

尽管技术一直在进步，但需VA-ECMO支持的病人的生存率仍然较低，其住院期间死亡率为50％至60％，6个月生存率低至30％。随着ECMO技术的发展，我们也应当优化病人的选择，有效分配资源，尽量避免医疗资源的浪费。表1总结了ECMO的适应症和禁忌症（见表1）。

表1 VA-ECMO的适应症、禁忌症及临床考虑

许多研究的结果都强调了病因诊断对预后判断的重要性（见表2）。具有潜在可逆性心肌损伤原因（如暴发性心肌炎或心脏移植术后早期移植物衰竭）的病人上VA-ECMO的预后优于心脏术后或急性心肌梗死致CS者。心脏骤停期间或心脏骤停后上ECMO病人的预后差。对于院外心脏骤停病人，ECPR是否优于传统CPR仍未可知。

表2 需VA-ECMO支持的病因分类及其结局

除了病因之外，与预后不良相关的独立危险因素还包括高龄、女性和高体重指数（BMI），以及疾病严重程度（包括肾脏、肝脏或中枢神经系统功能不全，上ECMO前长时间机械通气，血清乳酸水平升高及凝血酶原活性（PTA）降低等）等。已有研究将上述变量纳入危险评分系统，以帮助评估上ECMO的必要性。最近，有人利用纳入国际ELSO登记处注册的3846名成年病人的数据开发了VA-ECMO后存活率（SAVE）评分系统，根据病人评分结果分为5层，其结果与ECMO后生存率相关（见表3）。

表3 SAVE评分、分级及预测预后

终末器官功能（肝、肾和神经系统等）是决定病人临床结局的重要因素，因此ECMO启动的时间尤为关键。过早启用ECMO可能使病人承受不适当的风险和并发症，而延迟启动可能已无法改善临床结局。上ECMO的临床时机应该是在其他较小创伤治疗方案被考虑或尝试之后，且在严重终末器官功能障碍发生之前。鉴于这一点，一些中心启动了移动ECMO措施，为挽救病人生命，其团队可先至其他中心远程启动ECMO，稳定后再将病人转回本中心进行后续管理。
根本上，筛选上ECMO的指征必须考虑到原发疾病、病人特定的风险因素和预期支持时间，最重要的是要事先考虑到是否存在可行的退出策略，如病情恢复、长期MCS或HT等。鉴于ECMO并发症发生率和死亡率之高，应早期考虑向姑息治疗医生进行咨询。

4 病人管理

表4列出了ECMO支持的建议目标（见表4）。主要目标是恢复组织和终末器官灌注。 ECMO管理的细微差别，包括LV引流，重在实现心肌恢复和预防肺损伤。当心肌恢复无望时，ECMO为评估神经功能、社会障碍和其他疾病，并为后续持续LV辅助装置和（或）HT赢得时间。

表4 ECMO支持的建议目标

4.1 设置和监测VA-ECMO流量

在ECMO支持过程中通常需要监测的参数繁多，可详见原文。尽管没有足够的证据来推荐具体目标，但VA-ECMO的初始目标流量应为50-70mL/kg/min，平均动脉压>60mmHg。需要不断调整ECMO流量以维持或恢复正常的肾、肝和肺功能，并调定酸碱平衡和神经状态。
VA-ECMO支持的病人应留置有创动脉压监测，理想的部位在右上肢。在右上肢，特别是外周插管，动脉血气分析更能反映脑血流的氧含量。此外，动脉压监测可以监测脉压差（搏动性），脉压差是ECMO支持期间和撤机时心脏收缩力的反映。无动脉搏动或低动脉搏动表明LV不射血或射血量很少，这可导致血液淤滞和血栓形成风险增加。较高的动脉搏动性提示心肌恢复的可能。

4.2 气体交换管理

保持合适的氧合是ECMO管理的关键组成部分。可以通过调节ECMO回路（图2A）或机械通气参数来调节氧输送，以减少气压伤并促进肺休息。虽然长时间缺氧对身体是有害的，但超高水平的氧气（高氧）与较差的预后正相关。1项成人心脏骤停后多中心研究显示，PaO2每增加100mmHg，死亡率增加24％。VA-ECMO引起的高氧是由于新式氧合器的高效率所致，可以通过降低氧合过滤器的氧浓度（图2A）使PaO2保持在60-100mmHg来避免高氧。
应避免呼吸性酸中毒。由于VA-ECMO时跨肺血流减少，肺部清除CO2的能力受损。呼吸性酸中毒时，可通过提高膜肺的气流量与血流量比值以清除过多的CO2；呼吸性碱中毒时可反向调节。对机械通气病人，应尽量优化呼吸机的设置；为避免气压伤，应尽可能避免高潮气量和（或）超过25cmH2O的气道峰压和平台压。

图2 ECMO回路与CRRT连接

4.3 降低LV前负荷

LV减压是VA-ECMO管理的基本组成部分，可预防与肺静脉压升高相关的肺损伤，避免LV瘀滞，促进心肌恢复。

即使使用了利尿剂和正性肌力药物，启动ECMO后的肺水肿可能依然存在，这是就需要额外的LV减压，但其具体策略仍不清楚。主动脉内球囊反搏（IABP）和临时性的LVMCS装置如Impella可降低LV舒张末压。在一项研究中，ECMO联合IABP时其死亡率低于单独应用ECMO（风险比：0.74，95％置信区间：0.63〜86）。房间隔造口可将血液从左心房分流至右心房和静脉套管。LV可直接通过心尖或经室间隔排空减压。理想情况下，LV充盈压降至正常，肺动脉压和肺动脉楔压也降至正常，使肺部愈合，同时使RV的后负荷也降低。

混合型回路配置可选择性为某一心室减压，从而促进心肌的恢复。采用V-AV回路，联合的静脉回输管放置于肺动脉水平而不是三尖瓣，这样可以选择性为RV减压。而用一根LV引流管连至回血管端，可为双侧心室减压。应慎重放置回路中的额外管路，因为任何一个接入点都可能成为感染、出血或血栓的来源。

4.4 容量状态的监测和管理

ECMO容量过负荷与预后不良有关，因此，容量的优化在ECMO运行期间至关重要。一旦启动VA-ECMO，就应当立即启动容量优化策略。通过利尿或肾脏替代治疗（RRT）可以获得最佳的液体状态。ECMO支持的病人，若需要RRT，可直接将透析过滤器连至ECMO回路中。但应注意，同时这也会增加感染、血栓形成和出血等并发症的风险（图2C）。

4.5 预防南北综合征

VA-ECMO时，LV排出的血液是由RV输送的静脉血以及双侧支气管和肺血流的混合血。肺换气异常时，即使混入了来自股动脉回流管内充分氧合的血液，灌注大脑、心脏和上肢的血氧饱和度仍可能低于90％，这样就导致了上身发绀，这种状况被称为丑角（南北）综合征。此时可采取措施改善肺静脉回流的氧合（调整呼吸机设置或考虑V-AVECMO）或减少混合（减少LV射血或增加股动脉逆向血流）。中心插管也可以缓解这一风险。

4.6 抗凝管理

预防血栓栓塞并发症在VA-ECMO支持的病人管理中至关重要。可能的栓子来源包括血管内瘀滞（若LV未排空或未射血，LV和主动脉根部也可能成为栓子来源）以及ECMO回路本身。应经常检查氧合器以查找血栓形成的证据，可直接目视检查膜肺，也可间接评估溶血（乳酸脱氢酶，血浆游离血红蛋白）和气体交换效率。应监测回路管路压力（图2B），因为压力显著变化可能表明过滤器或管路阻塞，阻塞多可能来自血栓。

除非有活动性出血需要输血，建议进行全身抗凝。普通肝素是使用最广泛的抗凝剂。然而，对于肝素诱导的血小板减少症（HIT）或肝素耐药病人，直接凝血酶抑制剂如比伐卢定和阿加曲班已被证实是安全有效的替代方案。

加强对抗凝监测的认识是改善ECMO病人预后的关键。ECMO运行时通常使用活化凝血时间（ACT）、活化部分凝血活酶时间（APTT）、抗凝血酶III测定和（或）抗Xa活性监测。VA-ECMO支持时一旦发生回路故障导致血流动力学障碍，其后将会是灾难性的，所以其抗凝要求相对VV-ECMO更高。

ECMO支持的病人病情危重，通常需要留置多条血管及导管管路，可能会存在ECMO支持相关的抗凝和血小板减少症问题；若出现大出血，就需要输注各种血制品治疗。此时应停止抗凝。最近的一项研究表明，中断抗凝治疗的病人与连续抗凝相比，ECMO最低流速均可保持在3L/ min以上，而中断抗凝可能更为安全。肝素涂层回路的应用可减少微血栓的形成并减少全身肝素的用量，但其获益仍有争议。

4.7 根据药物动力学和动力学的药物调整

ECMO回路和氧合器对药物有不同程度的吸收，管道本身也使药物（尤其是脂溶性者）的分布容积增加。其中镇痛镇静剂及抗菌药受影响最大。用药时建议向临床药师咨询。

4.8 充分的营养支持和物理治疗

如有可能，应加强ECMO病人肢体运动以减少功能失调。应该尽量保持充分的营养蛋白质和热量需求。

5 撤除ECMO

ECMO撤机的关键是心肌恢复，并足以提供充分的血液和氧输送，满足终末器官的代谢需求。因此，在撤机前，终末器官功能障碍尤其是肺功能衰竭，应已纠正或通过其他方式支持（血液透析或机械通气等）。撤机前可考虑治疗性支气管镜检查以尽量减少肺泡死腔。撤机时，有创血流动力学监测和床旁超声心动图是评估血流动力学和心肌功能的有效措施。尽管可接受的药理支持剂量存在争议，但数据表明，撤机时较低水平的强心药和缩血管药物与预后改善相关。
快速和缓慢撤机策略均已有报道。尽管支持特定撤机策略的数据有限，但仍推荐流程化撤机（图3）。对临床评估可撤机病人，可在床边逐渐降低ECMO血流量以增加心脏前负荷，此时临床医生可根据血流动力学和超声心动图数据评估心脏恢复情况。当ECMO血流量逐渐减少，此时若脉压增加而不伴有LV或RV扩张，表明心脏收缩力改善。通常，在最终的撤机前，可在床边行常规撤机试验，并备用血管活性药物以优化血流动力学状态。如果结果令人满意，最终的撤机可在手术室进行，这有助于控制拔除导管过程，甚至必要时可迅速再次插管行ECMO辅助。

经过药物优化且终末器官功能已经恢复，但心脏功能难以恢复时，应考虑直接HT或持久MCS。然而，VA-ECMO支持的病人直接行HT预后差，应慎重考虑。肾功能不全（估计肾小球滤过率[eGFR]<45ml / min / 1.73 m2或血液透析）及需机械通气辅助提示预后不良。如果没有长期有效的支持措施，强行ECMO撤机将难以避免。

图3 ECMO撤机流程

6 VA-ECMO的并发症

应用VA-ECMO可能引发多种并发症，这显著影响发病率和死亡率。此外，ECMO支持的病人常常已合并器官功能损害，这使得不良事件的归因变得困难。鉴于缺乏随机对照试验（RCT）研究，ECMO相关并发症的确切发病率和发生率难以明确。但是，单中心研究、多中心登记和荟萃分析仍提供了宝贵的见解。表5总结了ECMO支持期间常见的并发症（见表5）。

表5中总结的研究是非均质的。病人年龄、ECMO插管类型（VA与VV，外周与中心）以及ECMO指征不尽相同。各种并发症的定义并未标准化，使得对ECMO相关并发症的统一和系统评价更为困难。多数ECMO研究数据来自小型单中心观察报告或行政数据，其固有选择偏倚、地区差异、粒度缺乏以及实施差异等严重限制了比较的均质性。后续仍需大量标准化流程的前瞻性研究数据。

表5 ECMO的并发症

7 ECMO经济学

开发和维护高质量ECMO项目的资源利用在多个层面上具有重大意义，包括当地医疗机构、政府和第三方支付组织等。美国全国住院病例样本记录显示从2002至2012年间ECMO利用率增加了700％（ECMO出院人数从352升至2715，在此期间，ECMO的总费用从1.09亿美元/年上升至超过7亿美元/年。

ECMO病人的住院费用差异很大。世界各国的支付模式不同，如美国是私人保险公司交付模式，而美国外的多数国家则是公共医疗支付，其成本比较尤为困难。事实上，在美国，每位ECMO支持的病人的费用都超过100,000美元，而近一半其他国际中心病人的费用更少。尽管费用高昂，但数据表明，应用包括ECMO在内的经皮循环支持设备，整体上仍可降低CS病人的死亡率和住院费用，这可能是由于避免了终末器官功能衰竭导致住院时间缩短所致。

8 结论

技术进步及对病人选择和管理的认识加深，使CS病人应用ECMO的知识和实际应用更为广泛，但其生存率和并发症发生率仍有待改善。值得一提的是，改进的无需抗凝的生物材料管路有望缓解血栓形成和出血风险。关于具体的抗凝策略和目标参数有待进一步优化。如何以及何时为LV减压仍缺乏明确定义，且撤机流程尚未标准化。回顾性分析有助于发现进一步研究的机会，但仍需更多强有力的前瞻性RCT试验来为治疗指南的制定提供更多指导。