无泵体外肺辅助技术进展

王 晨（综述），黑飞龙（审校）

·综 述·

无泵体外肺辅助技术进展

王 晨（综述），黑飞龙（审校）

无泵体外肺辅助技术；动静脉二氧化碳去除技术；介入性肺辅助技术

气管插管和机械通气是挽救危重呼吸衰竭患者的重要治疗方式，但是由于长时间呼吸机支持所致的肺损伤可增加患者并发症的发生率和死亡率，其中呼吸机相关性肺炎（ventilator associated pneumonia，VAP）、呼吸机相关性肺损伤（ventilator induced lung injury，VILI）等并发症尤为突出［1］。体外膜肺氧合（extracorporeal membrane oxygenation，ECMO）是采用肺外气体交换而非通气模式的改变来进行呼吸支持，因而可有效避免上述并发症的发生。但由于该技术操作复杂，驱动泵机械支持可致血液破坏以及费用较高等原因在一定程度上限制了其在临床的应用。近年出现的无泵体外肺辅助技术（pumpless ex⁃tracorporeal lung assist，PELA）不需要提供额外的血流驱动装置，大大简化了操作的复杂性，降低了危险性，因而可较好地解决上述问题。

目前PELA的名称并不统一，Wang等［2］将这一技术命名为动静脉二氧化碳去除技术（arteriovenous CO2removal，AVCO2R）、Moerer等［3］命名为介入性肺辅助技术（interventional lung assist，ILA）。1997年Philipp等［4］首次用PELA替代ECMO应用在严重呼吸衰竭的患者，研究显示，使用PELA避免了由于ECMO血液破坏作用所致的血小板计数的持续下降，并提高了呼吸衰竭的疗效。PELA由德国Jostra医疗技术公司生产并于2001年投入临床应用，其商品名为Nova Breath，从2002年起正式更名为Novalung［5］。

1 PELA

1.1 原理 PELA由动脉和静脉压力阶差作为动力，驱动血液从动脉系统流经低阻力氧合器对血液进行氧合，再经静脉系统流回右心系统。在血流经过肺动脉进入患者肺脏前就进行了部分血液的氧合，因而提升了静脉血的氧饱和度和氧分压，同时由于低阻力氧合器中空纤维的物理特性，其CO2去除效果尤为明显。通过有效地去除血液中的CO2和改善血液氧合，PELA改善了机体的内环境，减少了呼吸机相关性肺损伤的发生，从而有利于患者肺功能的恢复。

1.2 构成 PELA不需要额外循环动力驱动装置，其结构大为简化，整个系统主要包括以下部分：①动脉插管；② 低阻力氧合器；③ 氧气管路；④ 静脉插管；⑤流量监测仪。

1.3 技术参数 Novalung是一次性使用的小型肺外气体交换系统，气体交换膜的规格为14 cm×14 cm，有效的气体交换面积约为1.3 m2。该系统的动静脉压差维持在60～80 mm Hg，血流量为1.0～2.5 L／min，约为心排量的25%，一般在静脉插管端放置流量监测探头进行血流量监测。为防止血浆渗漏，PELA采用了聚甲基戊烯中空纤维作为血液和气体的分隔膜，而内走气外走血的方式则避免了血中形成气泡。由于该系统回路总长度仅为120 cm左右，热量丢失很少，因而不需要增加额外的保温装置。整个系统均覆盖了高分子量肝素的涂层以达到最佳的血液相容性，防止凝血［6－7］。除了10～12 L／min的氧气供应，此系统不需要其他的能量或底物。

2 管理方法

2.1 插管选择 将PELA连接到循环系统时，需要一套特殊设计的穿刺插管，该插管的特点为管壁非常薄，可将血流阻力降到最低。为适应不同的患者，设计了直径不同的多种型号可供选择（13 Fr～21 Fr）。插管粗细的选择是由拟穿刺血管的直径和需要分流量的大小决定的，一般动脉穿刺插管直径为13 Fr～21 Fr，静脉穿刺插管直径为19 Fr～21 Fr。在穿刺前，需要由超声测量拟穿刺血管的直径。一般选择股动脉和股静脉并采用经皮穿刺技术（Seldinger技术）。

2.2 管路预充 股动脉和股静脉穿刺完成后，首先需要5 000 IU的普通肝素静注以防止整个PELA系统的血栓形成，然后将穿刺插管和预充有晶体液或胶体液（约250 ml）的Novalung的动静脉管路相连，连接好所有管路1～2 min后即可缓慢开放管路进行肺外气体交换。

2.3 监测管理 PELA的血流量通过静脉插管端的流量监测仪进行监测，每小时在Novalung的动脉插管端持续输注200～600 IU的普通肝素，调控活化部分凝血活酶时间（APTT）维持在50～60 s，激活凝血时间（ACT）维持在130～150 s。

2.4 拔管指证 当患者的肺部病变好转，侵入性机械通气的指标逐渐下降，呼气末正压（PEEP）＜10 cm H2O，吸入氧浓度（FiO2）＜0.6时，就可以将PELA的氧流量逐渐减为约1 L／min，然后维持30 min，如果血气指标没有恶化就可以停止PELA，股动静脉穿刺插管移除后穿刺部位应人工压迫30 min，然后使用弹力绷带包扎24 h［6－7］。

3 适应证与禁忌证

PELA的适应证包括急性呼吸窘迫综合征（ARDS）［8－10］、胸部外伤、脑部外伤、颅内出血［11］、哮喘持续状态［12］、伴有严重高碳酸血症的特发性肺纤维化［13］、传染性非典型性肺炎（SARS）、等待肺移植的过渡期［14－15］、胸外科手术［16－17］。禁忌证包括严重的心源性休克、严重的感染性休克、肝素诱导性血小板减少症、体重＜20 kg［18］、严重的外周血管疾病［8］。

4 基础研究与临床应用

近年来，学者通过大量的动物试验和临床应用研究，对该项技术不断完善，大大增加了其临床使用的安全性。

4.1 基础研究 Iglesias等［19］在猪的动物模型上选择腋动脉和腋静脉进行穿刺并运用PELA，其气体交换功能也是安全有效的，作者还将运用穿刺针直接插管和运用聚四氟乙烯人工材料进行端侧吻合间接插管的情况进行了比较，发现直接插管和间接插管的肺外气体交换功能相似，但直接插管对Novalung的血液灌注量［（2.1±0.3）L／min］比间接插管对Novalung的血液灌注量［（1.3±0.3）L／min］明显要高，而在通气效果相同时间接插管比直接插管的血流动力学更加稳定。Kreyer等［20］通过猪的肺损伤模型研究表明，低潮气量机械通气会导致高碳酸血症，增加局部脑血流，而运用PELA可以使血碳酸和局部脑血流都保持正常，但心输出量会相对下降，要使肺和脑都得到很好的保护，则需要有足够的心功能储备。

4.2 临床应用 Bein等［21］对PELA使用中两种不同的抗凝方式（小剂量阿司匹林和肝素合用与只使用肝素）进行了前瞻性的队列研究，结果表明肝素抗凝中加入小剂量阿司匹林是安全的并可能有助于提高氧气交换功能。Wilbring等［22］首次报道使用PELA治疗了肺水肿患者在主动脉瓣置换术术中发生的呼吸衰竭，并使其成功地脱离了体外循环，术后24小时呼吸功能恢复正常，三个月后的随访也无呼吸系统相关并发症。Bein等［23］认为在严重的ARDS患者中，使用低潮气量（3 ml／kg）通气联合PELA比传统的只使用保护性通气（6 ml／kg）能进一步减少呼吸机相关性肺损伤（VILI），并且患者更容易保留自主呼吸，会感到更舒适，同时也减少了镇静和镇痛药的用量，至于能否提高ARDS患者的生存率还需要进一步的研究。

5 展望

PELA使用的前提是患者心功能正常，其对呼吸衰竭患者的高碳酸血症有明显疗效并能改善低氧血症，同时降低了侵入性机械通气患者肺部并发症的发生率，PELA的其他优点还包括操作简单，不需要复杂的技术和专门的人员来支持，对血液破坏小，出血及血栓并发症发生率低，使用费用低等。但这一技术也存在一定局限性，如对血流量和血压的限制增加了心脏的负担，股动脉穿刺有造成下肢缺血的风险，需要密切监测血流量，防止下肢远端缺血。尽管PELA还存在一定不足，但相信通过人工材料的进一步改进，提高其氧合功能，减少并发症的发生，并使PELA在无泵和有泵之间进行简易的切换，将扩大其适应证范围，临床应用前景将更加广阔。

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2014⁃01⁃13）

2014⁃02⁃18）

10.13498／j.cnki.chin.j.ecc.2014.02.17

100037北京，北京协和医学院，中国医学科学院，国家心血管病中心，阜外医院，体外循环科