体外循环心脏手术后体外膜肺氧合肺支持

　　　作者：章晓华，陈萍，周成斌，罗智超，肖学钧 　广东省心血管病研究所心外科，广东 广州 510080

　　【关键词】体外膜肺氧合;呼吸支持;心外科手术

　　摘要：目的 回顾性分析体外膜肺氧合(ECMO)在冠状动脉搭桥术(CABG)后肺支持的临床经验。方法 使用股动、静脉插管和Medtronic Carmeda ECMO 系统对1例CABG术后严重呼吸功能衰竭患者进行静脉-动脉呼吸支持(V-A ECMO)。对患者术中的动脉血气分析、水电解质及酸碱平衡及X线肺部变化等方面进行了连续观察。结果 ECMO术中维持较理想的动脉血气和水电解质及酸碱平衡，ECMO19h患者恢复清醒，术中肺水肿明显改善，呼吸支持27h50mins后撤离ECMO，但术后35h死于循环衰竭。结论 V-A ECMO可提供有效的肺功能支持，并为肺部水肿的恢复和临床进一步处理创造了机会。

　　　　Veno-Arterial Extracorporeal Membrane Oxygenation for Respiratory Support in the Patient After Cardiac Surgery

　　ZHANG Xiao-hua, CHEN Ping, ZHOU Cheng-bin, LUO Zhi-chao, XIAO Xue-jun

　　(Department of Cardiac Surgery, Guangdong Institute for Cardiovascular Disease, Guangdong Guangzhou 510080 China)

　　Abstract: OBJECTIVE To retrospectively review the clinical experiences of extracorporeal membrane oxygenation (ECMO) for respiratory support in a patient after coronary artery bypass grafting. METHODS Veno-Arterial (V-A) ECMO with a Medtronic Carmeda coated system was used in a patient with severe respiratory failure after coronary artery bypass grafting (CABG). Blood gas analysis, water balance, electrolyte and acid-base state, and chest X-ray were evaluated during the procedure.RESULTS The patient was weaned from ECMO after 27 hours and 50 minutes, but died of circulatory failure 35 hours later.CONCLUSION Our experience suggests that V-A ECMO may provide efficient respiratory support in a patient with post-cardiotomy respiratory failure.

　　Key words：extracorporeal membrane oxygenation; respiratory support; cardiac surgery

　　体外膜肺氧合(extracorporeal membrane oxygenation, ECMO)是指通过胸腔外血管插管进行的长时间体外心肺支持。自1972年Hill等[1]成功使用部分静脉转流ECMO技术对一例创伤性呼吸功能衰竭导致的急性呼吸窘迫综合征进行呼吸辅助以来，随着ECMO相关设备的改善及临床对ECMO认识的不断加深，虽然到目前为止仍缺乏前瞻性的随机分组研究以明确其临床治疗效果与其他呼吸治疗措施效果的差异，但ECMO对不同年龄的患者特别是小儿临床心、肺功能的支持展现出令人鼓舞的前景[2-5]。ECMO技术不仅应用于心胸外科的心肺支持、心肺移植过渡、呼吸窘迫综合征的救治，还用于新生儿胎粪吸入、小儿气管内异物吸入、婴幼儿的室上性心动过速、重症心脏介入手术、先天性膈疝、严重心肺外伤、烧伤科患者的吸入性肺损伤、不同原因的严重肺炎及多器官功能衰竭等多种病症，并逐渐成为一个跨学科的新技术。在我国ECMO仍处在起步阶段，对有关装置的认识及使用、临床病例的选择、各种参数的控制及撤离ECMO的指征等都是目前体外循环及心外科值得探讨的问题。现结合我科进行的1例冠状动脉搭桥(CABG)术后呼吸支持病例，对有关ECMO过程中的情况进行回顾性分析。

　　1　资料与方法

　　1.1　患者临床资料

　　患者男性，74岁，体重70kg，身高174cm。因反复胸痛10年加重1个月及出现急性心、肺功能衰竭、心脏停跳及心源性休克，于2003年8月17日在主动脉内球囊反搏(IABP)辅助下行急诊体外循环CABG手术(SVG to LAD、OM1、DIA、PDA)，手术过程顺利。术后在IABP及大量正性肌力药物的帮助下血流动力学仍不能维持稳定，在机械辅助通气FiO2为100%及反复调整呼吸机参数后，气体交换功能不断恶化，动脉血氧分压(PaO2)降低至36mmHg。CABG术后患者不能清醒，双侧瞳孔持续散大。在大量利尿药的作用下12h尿量仅90mL，并出现高钾血症。患者表现出多器官功能衰竭的状态。于CABG术后21h开始进行紧急静脉-动脉体外膜肺氧合(V-A ECMO)肺支持。

　　1.2　使用装置及设备

　　患者行右侧股动、静脉插管，使用Medtronic Carmeda ECMO 系统。Medtronic Carmeda ECMO系统是一套密闭的改良体外循环系统(见图1所示)。包括离心泵头、膜式氧合器(plasma resistant fiber oxgyenator with Trillium biopassive surface)和生物涂层的管道及接头。使用Medtronic Bio-pump离心泵、StockertⅢ变温水箱、Dideco Data Master连续静脉血氧饱和度(SVO2)和PaO2及红细胞比积(Hct)监测仪、Minntech HPH400及HPH1400血液浓缩器、Hemochrone 活化凝血时间(ACT)测定仪。ECMO插管使用RMI股动、静脉专用插管，动脉18Fr，静脉20Fr。

　　图1 ECMO示意图(略)

　　1.3　ECMO过程

　　患者完全肝素化后行股动、静脉插管，将插管连接至彻底排气后的ECMO系统。系统使用林格氏乳酸钠1000mL预充及肝素20mg。患者于8月18日14:25开始ECMO，开始时因空氧混合器工作不正常使氧合不稳定，更换空氧混合器后保持良好的血液氧合及二氧化碳排除状态。辅助循环流量3.0~4.8L/min。患者体温35.1~37.3℃。在ECMO进行到15h时，氧合器出现血浆渗漏，开始时可维持正常的气体交换功能，〖JP2〗但在ECMO22h需要提高供氧浓度，至25h供氧浓度达到90%。患者于ECMO开始后19h(CABG术后44h)清醒。ECMO开始后，呼吸机FiO2降低至40%~60%，潮气量降至400~500mL/min。在开始ECMO同时使用Minntech HPH400型血液浓缩器进行血液滤过，因血浆K+浓度下降不理想而换用HPH1400型。血液滤过过程中根据患者血容量及血液稀释情况补充全血、血浆、白蛋白、生理盐水及人工肾置换液。〖JP〗ECMO过程中持续监测循环PaO2、SvO2和Hct，每小时测动脉血气和ACT。呼吸支持至8月19日18:15PM，在外科医生、ICU医生的配合及血管活性药物和IABP的帮助下顺利撤除ECMO，历时27h50mins。

　　2　结果

　　2.1　动脉血气变化

　　图2~图6显示患者ECMO过程中及术前和术后患者桡动脉血气分析有关结果的变化，以开始ECMO时间为零点。

　　图2动脉血氧和二氧化碳分压(略)

　　图3pH和BE变化(略)

　　图4Hct变化(略)

　　图5血浆K+浓度(略)

　　图6血糖水平变化(略)

　　2.2　X线胸片及临床情况变化

　　患者于ECMO开始后19h清醒。与术前相比ECMO开始后6h X线胸片显示双侧肺部水肿有所改善，ECMO后23h胸片肺水肿显著改善。ECMO过程中输入体内的液体包括：乳酸林格氏液2000ml(其中含预充1000ml)、生理盐水500ml、人工肾置换液15000ml、新鲜冰冻血浆1400ml、白蛋白150ml、浓缩红细胞1800ml和5%碳酸氢钠1200ml。使用血液浓缩器滤出液体总量25800ml，ECMO术中患者尿量208ml，未出现血红蛋白尿。ECMO历时27h50min，相关费用约40,000元。ECMO术后患者保持清醒。在较大量血管活性药物的帮助下循环基本稳定但周围循环较差。动脉血气分析显示在FiO260%~90%的条件下动脉血气较ECMO前有显著改善，直到血压明显下降。患者无尿，定时进行血液透析，可维持较好的血浆K+水平。右下肢出现明显肿胀，有淤斑及水泡形成，于终止ECMO24h行右下肢肌肉筋膜切开减压引流。在ECMO术后35h出现血压显著下降及心律减慢，使用血管活性药及其他相关处理效果不好，于ECMO术后36h患者家属要求放弃治疗。

　　图7~图9显示ECMO前、ECMO 6h、ECMO 23h X线胸片改变。(略)

　　图7ECMO前　(略)

　　图8ECMO 6h(略)

　　图9ECMO 23h(略)

　　3　讨论

　　3.1　ECMO病例及时机的选择

　　使用于对其他治疗方法无效的严重呼吸功能衰竭的患者，包括妊娠34周以上的新生儿、在5天内可能治愈或可恢复的小儿或成人肺部疾病;还可使用于一周内心脏功能衰竭可能恢复的各种年龄患者的循环支持，特别是对其他方法治疗无效的右心室或双心室功能衰竭，预计5~7天内可以恢复或进行器官移植的患者。如果患者有严重的肺纤维化或其他不可治愈的肺部疾病、坏死性肺炎、高压和高氧浓度机械通气一周以上时间则不考虑使用ECMO[6]。本例患者CABG术后的突出问题是呼吸功能衰竭，以及因此引起的全身性缺氧，并出现循环系统、中枢神经系统及泌尿系统功能不全，表现为多器官功能衰竭的状态。通过ECMO改善血液的气体交换是抑制病情恶化的唯一有效方法。临床结果也表明，ECMO遏制了病情的进一步发展，为临床治疗创造了机会。多器官功能衰竭是ECMO成功的一个重大障碍，因此ECMO的选择必须及时，尽早改善全身缺氧状态是呼吸支持成功的重要因素之一[7]。在美国波士顿儿童医院，心外科ICU常规备有一套安装好的正规ECMO系统，以争取治疗的时机，他们认为如果心肺复苏超过1h患者可能会丧失ECMO成功的机会。

　　3.2　ECMO装置的选用

　　ECMO是一种改良的体外循环技术，常规使用的设备及装置包括：可膨胀式静脉回流储血器、自动调节功能的滚压式血泵、膜式氧合器、热交换器、外周动静脉血管插管、循环管道及接头等。由于ECMO在我国仍处于起步阶段，条件设备仍有待于完善。本例患者使用的ECMO系统中的氧合器是Trillium涂层的中空纤维式膜肺，临床使用保证时间仅6~8h。尽管有使用中空纤维膜肺进行长时间ECMO的报道[8，9]，但ECMO通常需要进行数天至数周的支持。体外生命支持组织(ELSO)至1999年中期的数据库显示，在19708例各种不同年龄患者的肺、心支持平均时间范围是104.63~276.08h[6]。因此对ECMO装置有严格的要求，可胜任长时间气体交换的硅橡胶筒状膜式氧合器应该是ECMO的标准配置，紧急情况下可用普通膜式氧合器先建立ECMO，患者情况稳定后再过渡至正规ECMO系统。为解决筒状硅橡胶膜肺的耐用性和高阻力及因此引起较严重的血液破坏的矛盾，近年有人研制了硅橡胶膜中空纤维膜肺，并在动物实验中证实了其良好的性能[10、11]。本例手术过程中在辅助15h出现及随后不断加剧的血浆渗漏是终止ECMO的主要的原因。尽管离心泵具有长时间使用血液破坏较轻和不会将(大量)空气泵入体内，但使用时间也受到限制，且离心泵的更换不仅给患者带来更多的经济负担，还会影响ECMO的安全性。因此国外常规使用带有足够长泵管的滚压泵作为ECMO动力。可膨胀式静脉回流储血器及其与泵相连接的有关自动控制装置是ECMO的重要组成部分[12]，本例辅助时未能使用该装置，给ECMO过程中循环的管理带来不便。连续静脉血氧饱和度监测是呼吸支持最重要的监测方法之一，综合反映了血液气体交换、组织循环状态和氧利用情况，是ECMO效果及其稳定性的重要保障。如使用连续血液参数监测系统(Terumo CDI 500)对动脉/静脉血气、电解质等进行持续监测，对ECMO的稳定帮助更大。热交换器可以是氧合器内置式或单独接入循环管路，用于进行血液的变温，通常保持患者的体温在35℃左右。由于辅助时间较长，需要变温器有较好的生物相容性。术中未出现肉眼血色素尿或血液浓缩器滤出液呈红色，说明Carmeda ECMO系统在辅助循环过程中的血液破坏在本例手术时间以内处在可接受的范围内。

　　3.3　ECMO的气体交换

　　ECMO前PaCO2一直不高，突出的表现为血液严重氧合不良。图2显示患者动脉血氧及PaCO2的变化。与辅助前相比ECMO过程中患者血气得到明显改善。在ECMO早期，经反复调整有关装置(包括并联一个普通膜式氧合器)，ECMO输出血和患者动脉血的PaO2波动很大，更换空氧混合器后可维持正常气体交换。在动脉血气改善的同时，更重要的是临床情况的改善，患者于ECMO开始后19h(CABG术后44h)清醒;ECMO6h及23h复查X线胸片显示双侧肺部水肿逐渐改善，特别是23h胸片肺水肿显著改善。直接提示ECMO通过改善血液的氧合，在一定程度上阻止因全身性缺氧导致的多器官功能衰竭的发展，并为肺部可逆性病变的恢复提供了机会。在ECMO后期，因氧合器血浆渗漏使之氧合能力下降，到终止ECMO时FiO2升至90%。

　　3.4　ECMO时的水电解质及酸碱平衡

　　ECMO预充应尽可能减少对患者生理状态的干扰。预充成分应以库血、血浆为主。为方便ECMO系统排气，减轻血液与装置及管道接触导致的蛋白及血小板对人工材料的粘附和激活补体等一系列炎症反应，国外通常使用晶体液进行系统排气，再加入5%白蛋白200ml进行内循环数分钟，再在加入库血及血浆和血小板的同时将前面的晶体液和白蛋白排出。本例为急诊手术，对该套ECMO系统是初次使用，且准备在开始ECMO后立即使用血液浓缩器，对预充液成分没有严格要求。辅助过程中同时使用血液浓缩器超滤，超滤总量为25800ml。其目的一方面恢复血液的血红蛋白浓度，尽可能使Hct保证在0.35以上，及滤除组织内潴留的水分，帮助消除肺水肿;另一方面是降低血K+浓度，ECMO中后期使用了大剂量不含K+的血液透析用的置换液，并加快了超滤速度，但也仅仅是抑制了血浆K+上升的趋势(图5)。其主要原因可能与血液浓缩器对电解质成分的滤出不具选择性、长时间体外循环导致血细胞破坏使细胞内钾离子外溢、患者长时间处于代谢性酸中毒状态，与右下肢局部循环差及输入库血有关。而在ECMO结束后的血液透析使血K+呈波动性下降，提示如果ECMO同时进行血液透析对控制血浆K+浓度的效果可能比使用血液浓缩器好。虽然反复补充碳酸氢钠，但术中患者仍表现为顽固性代谢性酸中毒状态。可能与较大量使用缩血管药物和辅助循环的非搏动性血流导致周围循环不良及右下肢局部循环差有关。

　　3.5　ECMO的患者管理

　　尽管有实验证明可不使用肝素进行长时间的ECMO[13]，但临床上对ECMO患者仍要求连续使用肝素抗凝以防止循环中的血栓形成和栓塞。正规的作法是：预充液的ACT要求>500s，此后让其自然降到250s，再开始经微泵使用肝素维持ACT在180~200s。在使用较低的灌注流量时通常要保持较长的ACT，如流量>500ml/min时ACT180~200s;流量<100mL/min时ACT则需保持240~260s。ECMO过程中肝素的用量通常为80u/(kg?h)，每小时测一次ACT。本例手术中因使用的股动、静脉插管为非涂层插管，而且CABG术后至ECMO开始胸引流量仅300ml，为保证辅助循环的安全，对每小时进行的ACT测定值要求在400s以上。ECMO术中及术后未发现出血相关并发症。ECMO过程中呼吸机FiO2调整至40%~60%，潮气量减至400~500ml/min。患者平均动脉压维持在63~117mmHg。通过氧合器内的变温器可较好地控制患者的体温。此外麻醉、镇静、肌松疗法、营养支持、神经学评估、皮肤护理等方面也是ECMO过程中需注意的问题。图6显示CABG术前患者呈高血糖状态，ECMO前及开始ECMO后的一段时间血糖水平较低，ECMO中后期血糖水平上升。在终止ECMO前及终止ECMO后血糖水平再次呈波动性下降，最低降至1mmol/L。血糖水平与组织能量代谢有密切的关系，血糖水平的急剧下降是否与患者最后出现的循环衰竭有关仍有待于进一步探讨。ECMO开始后股动、静脉插管的右下肢血液循环差，到ECMO后期出现肿胀。虽然经对股动、静脉插管进行调整后循环有所改善，但因长时间循环不畅，在终止ECMO后肿胀加剧，并有淤斑及水泡形成，于终止ECMO24h行右下肢肌肉筋膜切开减压引流。Kasirajan[14]认为ECMO时外周血管插管技术的重点是防止肢体缺血性损伤，并主张使用两条动脉和两条静脉插管，分别对股动、静脉的近心端和远心端进行灌注和静脉引流。即使是紧急插管也应使用血管穿剌插管技术，不可将血管完全阻断。此外插管大小的选择也是关键因素之一，必要时使用多普勒超声探测血管口径，以避免使用过大口径的动、静脉插管。

　　3.6　ECMO的撤除

　　ECMO撤除前需要对患者的情况进行综合评价。通过调整ECMO有关通气和循环参数、呼吸机通气参数，了解患者肺的气体交换能力，以确定是否可以撤除ECMO和拨除插管，在撤除ECMO过程中要配合血管活性药物的使用。本例手术仅进行了27h50min的呼吸支持，在较大量血管活性药物和IABP支持下撤除了ECMO。撤除ECMO的原因包括：氧合器出现严重血浆渗漏;右下肢(插管侧)循环严重障碍，有坏死的迹象;血液浓缩器的血液过滤不能降低血K+水平;更换氧合器及离心泵的费用;工作安排的压力;患者X线胸片显示肺水肿明显改善，认为可胜任气体交换功能;患者清醒，提示呼吸支持已在一定程度上改善了机体的全身性缺氧状态及试停ECMO时患者的循环尚稳定，气体交换也在可以接受的范围等原因。本例手术的ECMO撤除带有明显的被动因素，如果允许更长时间辅助可能会带来更好的预后。本例呼吸辅助过程中的资料提示：ECMO通过改善机体的气体交换，在一定程度上阻止了因全身性缺氧导致的多器官功能衰竭的发展，并为肺部可逆性病变的恢复提供了机会，ECMO对呼吸功能衰竭的救治显示出不可替代的作用。但对ECMO装置使用及撤离指征、插管技术、术中患者的相关支持(如机械通气的调整或一氧化氮吸入和营养支持)及ECMO术中体外循环工作常规等方面仍有待于进一步探讨及完善。

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