体外生命支持系统研究进展

何长生综述，李 宁审校

综述

体外生命支持系统研究进展

何长生综述，李 宁审校

随着医学科学技术的不断进步，心肺支持装置逐渐小型化，体外生命支持在危重患者救治中的应用也越加普遍。文中就体外生命支持系统的历史、定义、分类、术语以及适应证、禁忌证等方面进行综述。

体外循环生命支持系统;体外膜肺氧合;人工肺;急性呼吸窘迫综合征

0 引 言

近年来体外生命支持系统(extracorporeal life support system，ECLS)作为一种新的生命支持技术，为抢救和治疗急危重病患者赢得时间和空间，提高了抢救成功率，日益成为当今危重病患者主要的救治措施之一。现就国内外ECLS研究概况及发展方向作一简要综述。

1 ECLS的历史

20世纪30年代，Gibbon等［1］发明了体外循环机;1956年首个膜式氧合器诞生并在临床应用，使体外生命支持和气体交换从构想变成现实。此后体外生命支持技术不断得到改进，1972年，Hill用Bramson膜肺首次成功救治一例多器官损伤合并急性呼吸窘迫综合征(acute respiratory distress syndrome，ARDS)患者［2］;1975年，Bartlett［3］首先报道体外膜肺氧合(extracorporeal membrane oxygenation，ECMO)在新生儿的应用;并在1988年创建了世界上第一个ECMO中心;1989年在美国成立了体外生命支持组织(extrcorporeal life support organization，ELSO)，使得ECMO技术得到较快发展。1992年，Zwishenberrger等［4］对5000例ECMO治疗呼吸衰竭患儿的调查表明，其生存率为82%，而常规治疗的病死率为80%。1998年，Regensburg医学中心首次应用无泵体外肺辅助技术并取得成功［5］。随后大量研究人员开始不断改进并研究新型氧合技术，ECMO临床效果有了大幅提高，人们逐渐对体外生命支持技术产生极大热情，至2009年5月，在ELSO注册开展ECMO的医院已达145家［6］。

2 ECLS的定义、分类及常用术语

2.1 定义 目前，体外生命支持系统的定义是利用体外机械装置对衰竭的心肺功能进行临时性功能支持技术［6－7］。它是传统心肺机技术的进一步发展，主要构件为离心泵及膜氧合器。相比较而言，它较传统心肺机更为小巧、结构简单，高度机动，除可在医院内使用，还可在医院外用于运送过程中抢救危重患者。

2.2 分类及常用术语 广义的ECLS应该包括体外循环心肺支持系统、ECMO、连续性肾脏替代治疗(continuous renal replacement therapy，CRRT)、血浆吸附以及人工肝技术(molecular adsorbent recirulating system，MRAS)。目前，ECLS如何分类，国内外还未形成一致意见。有人将体外生命支持技术分为有泵和无泵2类系统［6］;有泵系统靠泵驱动血流，初期为滚压泵，由于对血细胞破坏较大，已被离心泵取代;按管路连接方式和治疗目的分类，有泵系统主要有静脉-静脉体外生命支持(Venous-venous ECLS，VV-ECLS)、静脉-动脉体外生命支持(Venous-arterial ECLS，VA-ECLS)、ECMO、体外二氧化碳清除(Extracorporeal membrane carbon dioxide removal，ECCO2R或partial extracorporeal CO2removal，PECOR)。无泵系统(Pumpless extracorporeal lung assist，PECLA)靠动静脉间压力差驱动血流，虽对血细胞破坏少，但放置困难，容易产生气栓，且无法用于心脏泵衰竭患者，因此无泵系统应用受到限制，尚未广泛应用。

目前ECLS常用的术语有ECMO、VV-ECLS、VA-ECLS、ECCO2-R和PECOR等。由此看出，ECLS的技术和方式种类繁多，相互间既有共同点，又有区别之处，并且多数术语常常被互换使用。ECMO这一术语在20世纪70年代出现，主要强调血液通过高流量的动静脉管路系统进行体外氧合［8］;20世纪80年代后，随着静脉-静脉管路在体外氧合技术的运用，又出现了ECCO2R和PECOR，它们强调清除CO2的能力。1987年，日本学者针对无法气管插管行机械通气患者使用体外生命支持又提出了术语“体外肺辅助”(extracorporeal lung assist，ECLA)。为简化并规范这些名称，Zwischenberger和Bartlett提出了ECLS，以统一描述利用体外装置进行临时心肺功能支持技术［8］。上述术语概念相对简单，容易理解，但在临床实施运用却相当复杂，需要专业的知识及专业人员，需要麻醉学、外科学、重症医学、机械工程学、护理等多学科人员及专业的灌注师密切协调配合。

3 ECLS适应证与禁忌证

3.1 适应证 ECLS是多种先进的医学治疗措施的综合运用，国内外还尚未有明确一致的适应证。有文献报道应用 ECLS的指征为 PaO2＜50 mmHg (1 mmHg=0.133kPa)，FiO2=1.0;或低进入标准(FiO2＞0.6，PaO2＜50 mmHg持续超过 12 h，PEEP＞5 cmH2O)［9］，也可参照最新的欧洲成人ECLS使用指南［7］。实施ECLS取决于医院医疗技术水平以及掌握ECLS的专业技术团队，还取决于患者年龄、体质、潜在疾病性质、合并症、循环衰竭的严重性、重要生命器官(如肝、肾、脑)功能状态及确定性治疗的可能性(疾病预后)。也就是说，ECLS起到一种治疗桥梁作用，可为器官移植患者或其他需作确定性治疗的重症患者赢得时间。ECLS理想的适应证是对传统治疗无效而又未发生多器官功能衰竭的单个器官衰竭。对于使用传统治疗方法［调节容量负荷、主动脉球囊反博(intraaortic balloon pump，IABP)、正性肌力药物等］治疗无效的急性重症心和(或)肺衰竭患者，应该考虑VA-ECLS。VA-ECLS典型的临床适应证有:心脏术后心力衰竭;慢性重度心力衰竭急性加重;急性药物中毒性心力衰竭;心肌梗塞后急性心力衰竭;低体温;因顽固性心律失常导致的急性循环衰竭;心肺复苏时的心脏骤停［6－7，10］。VV-ECLS主要适应证是肺功能衰竭，其氧合能力低于VA-ECMO［6－7，10］。

3.2 禁忌证 一般来说，ECLS禁忌用于无治愈希望的患者。最常见的禁忌证包括无生存希望、不可逆循环衰竭的多器官功能衰竭患者;对于无生存机会或改善生活质量的疾病恢复，仅仅为了达到延长疾病病程的目的，也禁忌施行ECLS。其他相关禁忌证包括恶性肿瘤或凝血功能异常［7］。

4 ECLS的存在问题

文献报道，ECLS使用时存在出血、栓塞、感染、肢体缺血及器官功能衰竭的风险，因此仅能在短期内使用［6，11－12］。ECMO主要的并发症发生在血管通路建立及撤除过程中，管道尺寸选择过大，插管过程困难。在血管通路建立过程中，因深静脉(如髂静脉)血栓妨碍插管相当罕见。然而撤管后由于血管荷包缝合不妥当，或血栓形成容易导致静脉阻塞［11］。股动脉或髂动脉较细、扭结，加上可能并存的动脉硬化导致严重动脉阻塞，容易发生并发症［12－13］;导管完全占据并阻塞血管腔时需要附加额外管路保持外周血管灌注［14］。强行插管容易划破甚至穿透血管壁引起腹膜后出血。如果血管较细或存在严重动脉硬化，连接1根涤纶管状移植物可能减少置管并发症。有文献报道，肢体缺血发生率为13% ～20%，并有 50%的患者需要筋膜切开术［15－16］。ECMO的有效性因管路及小血管管径导致血液流量不足而被限制。对于体表面积＞2 m2的患者，3～4L/min的流量虽能满足组织灌注压(有时合并使用小剂量血管升压药)，但流量仍显不足。尤其在高炎症状态或脓毒症患者，心输出量显著增加，ECLS系统难以满足患者的所有需要，因此造成患者状况不稳定，终末器官功能损害、衰退直至死亡［17］。对于VV-ECMO，可能发生“再循环”。再循环的定义为部分血液从ECMO环路注入到患者体内后立即又返回到ECMO环路，再循环导致动脉氧饱和度下降，膜前氧饱和度增加。此外，所有ECMO患者均被限制在床，几乎不能活动，有可能出现肺部并发症，如肺炎、肺动脉栓塞，但不常见［17］。VA-ECMO需要充分控制pO2、pCO2而压抑患者自主呼吸，容易导致撤管后患者无呼吸。无泵氧合(如PECLA)的放置相当困难，容易导致气栓［18］。

5 ECLS的发展趋势

ECLS作为一种新的生命支持技术，为综合治疗急危重病患者赢得时间和空间，提高了抢救成功率，但也存在许多待解决的问题。随着置管技术不断完善，ECLS将朝着操作简单、并发症少的方向发展，其适应证亦将不断扩大。另一方面，随着转化医学的深入研究及血液净化技术的日益成熟［19－20］，计算机信息技术、自动控制技术及新型材料技术在医学领域的不断推广应用，ECLS将向小型化、智能化、接近生理、多种器官功能支持技术交合的方向发展［7，21－22］。

［1］ Gibbon Jr JH.Application of a mechanical heart and lung apparatus to cardiac surgery［J］.Minn Med，1954，37(3):171-185.

［2］ Hill JD，O'Brien TG，Murray JJ，et al.Prolonged extracorporeal oxygenation for acute post-traumatic respiratory failure(shocklung syndrome).Use of the Bramson membrane lung［J］.N Engl J Med，1972，286(12):629-634.

［3］ Bartlett RH，Gazzaniga AB，Jefferies MR.Extracorporeal membrane oxygenation(ECMO)cardiopulmonary support in infancy［J］.Trans Am Soc Artif Intern Organs，1976，22:80-93.

［4］ Zwishenberrger JB，Cox CS.ECMOin the management of cardiac failure［J］.ASAIO J，1992，38(4):751-753.

［5］ Philipp A，Behr R，Reng M.Pumpless extracorporeal lung assist［J］.J Extracorp Technol，1998，30:38-41.

［6］ Schmid C，Philipp A，Mueller T，et al.Extracorporeal Life Support-Systems，Indications，and Limitations［J］.Thorac Cardiov Surg，2009，57(8):449-454.

［7］ Beckmann A，Benk C，Beyersdorf F，et al.Position article for the use of extracorporeal life support in adult patients［J］.Euro J of Cardio-th Surg，2011，40(3):676-680.

［8］ Lewandowski K.Extracorporeal membrane oxygenation for severe acute respiratory failure［J］.Crit Care，2000，4(3):156-168.

［9］ Zapol WM，Snider MT，Hill JD，et al.Extracorporeal membrane oxygenation in severe acute respiratory failure:a randomized prospective study［J］.Am Med Assoc，1979，242(20):2193-2196.

［10］ Thiagarajan RR，Brogan TV，Scheurer MA，et al.Extracorporeal membrane oxygenation to support cardiopulmonary resuscitation in adults［J］.Ann Thorac Surg，2009，87(3):778-785.

［11］ Zimpfer D，Heinisch B，Czerny M，et al.Late vascular complications after extracorporeal membrane oxygenation support［J］.Ann Thorac Surg，2006，81(3):892-895.

［12］ Madershahian N，Nagib R，Wippermann J，et al.A simple technique of distal limb perfusion during prolonged femoro-femoral cannulation［J］.J Card Surg，2006，21(2):168-169.

［13］ Huang SC，Yu HY，Ko WJ，et al.Pressure criterion for placement of distal perfusion catheter to prevent limb ischemia during adult extracorporeal life support［J］.J Thorac Cardiovasc Surg，2004，128 (5):776-777.

［14］ Yoshimura N，Ataka K，Nakagiri K，et al.A simple technique for the prevention of lower limb ischemia during femoral veno-arterial cardiopulmonary support［J］.J Cardiovasc Surg(Torino)，1996，37(6):557-559.

［15］ Doll N，Kiaii B，Borger M，et al.Five-year results of 219 consecutive patients treated with extracorporeal membrane oxygenation for refractory postoperative cardiogenic shock［J］.Ann Thorac Surg，2004，77(1):151-157.

［16］ Ko WJ，Lin CY，Chen RJ，et al.Extracorporeal membrane oxygenation support for adult postcardiotomy cardiogenic shock［J］.Ann Thorac Surg，2002，73(2):538-545.

［17］ Rastan AJ，Lachmann N，Walther T，et al.Autopsy findings in patients on postcardiotomy extracorporeal membrane oxygenation (ECMO)［J］.Int J Artif Organs，2006，29(12):1121-1131.

［18］ Schmid C，Philipp A，Hilker M，et al.Bridge to lung transplantation through a pulmonary artery to left atrial oxygenator circuit［J］.Ann Thorac Surg，2008，85(4):1202-1205.

［19］ 易学明.推进转化医学研究建设转化型医院［J］.医学研究生学报，2011，24(3):225-231.

［20］ 徐 斌，季大玺.血液透析技术新进展［J］.医学研究生学报，2010，23(11):1227-1230.

［21］ Heilmann C，Trummer G，Berchtold-Herz M，et al.Established markers of renal and hepatic failure are not appropriate to predict mortality in the acute stage before extracorporeal life support implantation［J］.Euro J Cardiothorac Surg，2012，42(1):135-141.

［22］ Alan MG，Stephen MW，Michael JG，et al.Extracorporeal life support［J］.BMJ，2010，341(11):982-986.

Advances in extracorporeal life support systems

HE Chang-shengreviewing，LI Ningchecking
(PLA Research Institute of General Surgery，School of Medicine，The Second Military Medical University/Nanjing General Hospital of Nanjing Military Command，PLA，Nanjing210002，Jiangsu，China)

Extracorporeal life support(ECLS)is one of the recent fields in cardiac surgery that has improved the quality of patient care in acute or chronic end-stage heart disease.Extracorporeal life support is becoming increasingly popular with the miniaturization of the devices necessary for cardiac and pulmonary support.In the present report，the current systems，indications for placement and limitations are reviewed.This review summarizes the currently available systems for extracorporeal life support with special regard to indications and technical options.

Extracorporeal life support;Extracorporeal membrane oxygenation;Artificial lung;Acute respiratory distress syndrome

R619.9

A

1008-8199(2012)08-0879-03

210002南京，第二军医大学南京临床学院(南京军区南京总医院)解放军普通外科研究所［何长生(医学博士研究生)、李 宁］

李 宁，E－mail:liningrigs@sina.vip.com

2012-04-25;

2012-05-30)

(责任编辑:鲁 立;英文编辑:郭联庆)