成人体外膜肺氧合临床研究进展

汪蓉 综述 唐炯 罗素新 审校

(1.重庆医科大学附属第一医院心血管内科，重庆 400016;2.成都市第三人民医院 重庆医科大学第二临床学院成都市心血管病研究所 610031)

体外膜肺氧合(extracorporeal membrane oxygenation，ECMO)是以体外循环系统为基础，采用体外循环技术进行生命支持的一种有效辅助治疗手段，其主要目的是提供血液氧合和排除二氧化碳(CO2)，保障全身有效血供，为心肺功能衰竭的危急重症患者的抢救、复苏赢取宝贵时间。目前主要用于各种原因导致的心肺功能衰竭而传统治疗方法无效的危重症患者，随着各项技术的不断发展及经验的积累，ECMO 的使用范围不断扩展，疗效不断提高，从而更广泛地用于临床危重症急救。

1 ECMO 相关定义及发展史

1.1 ECMO 相关定义

ECMO 作为体外生命支持系统(extracorporeal life support system，ECSL)的一种形式，是以体外循环系统为基础，采用体外循环技术进行生命支持的一种有效的循环辅助手段，同时具有呼吸支持功能，能够快速改善失代偿期心功能不全、呼吸衰竭患者的低氧血症和循环状态。根据管路回流模式，ECMO 主要分为VA(venoarteria)-ECMO 和VV(venovenous)-ECMO。

VA-ECMO 由右心房(经股静脉或右侧颈内静脉插管)引流血液，泵入膜肺进行气体交换(氧合和排除CO2)后，经外周动脉(通常经股动脉或锁骨下动脉)泵入动脉系统，或开胸时直接由主动脉插管泵入。VA-ECMO 是一个密闭的环路系统，可以进行部分或全部心肺功能支持，这一点与体外循环存在本质区别，而且ECMO 仅需要相对较低强度的抗凝，可用于循环衰竭和/或呼吸衰竭患者。

VV-ECMO 由腔静脉引流血液(经股静脉或右侧颈内静脉插管)，血液经膜肺进行气体交换后回到静脉系统(经股静脉或颈内静脉插管);也可以用一根双腔管插管插入颈内静脉实现。VV-ECMO 可以进行部分或全部肺功能支持，可用于呼吸衰竭患者。

1.2 ECMO 发展史

ECMO 的构想从第一例体外循环就已产生，但始终突破不了维持数小时的时间限制，直到1972年，Hill 等［1］报道ECMO 在1 例成人外伤后发生急性呼吸窘迫综合征(acute respiratory distress syndrome，ARDS)患者成功维时75 h。但是早期关于ECMO 临床应用的两个随机对照试验并未得出有意义的阳性结果;这使ECMO 的发展进入沉寂阶段。直到1996年，英国一项大型随机对照研究［2］肯定了ECMO 在新生儿呼吸衰竭中应用的临床优势，从而促进了ECMO 的发展，并且越来越多地用于临床危重症急救。

2 临床应用

ECMO 作为体外生命支持系统的新技术，可以对心肺功能衰竭的危重症患者进行有效的呼吸、循环支持，使自身心肺得到充分休息，为心肺功能的恢复及其原发病的治疗赢得时机，是目前循环、呼吸衰竭的有效支持手段。其中VA-ECMO 主要用于循环衰竭、心脏骤停及心脏外科手术后的辅助支持，同时也可用于呼吸衰竭患者;VV-ECMO 早期较多用于儿科呼吸衰竭，在新生儿长期的研究证实了ECMO 用于呼吸衰竭支持治疗的有效性，越来越多地用于成人急性肺损伤、急性呼吸窘迫综合征、急性呼吸衰竭及肺移植手术。ECMO 在呼吸衰竭的临床应用早于心脏疾病，密歇根大学关于2 000 例患者使用ECMO 的报道表明前者获益更多，但是年龄越大，效果也越差［3］。

2.1 循环系统

2.1.1 心源性休克

心源性休克是临床上心脏疾病死亡的重要原因，也是心肌梗死死亡的主要原因。有研究显示即使积极地进行经皮冠状动脉介入术(percutaneous coronary intervention，PCI)或冠状动脉旁路移植术(coronary artery bypass surgery，CABG)等冠状动脉血管重建术，仍有接近半数的急性心肌梗死合并心源性休克患者死亡。虽然主动脉球囊反搏(intra-aortic balloon pump，IABP)的使用，能起到一定程度循环辅助作用，但效果并不显著，IABP-SHOCKⅡ试验结果表明，IABP 的使用并不能明显降低心肌梗死合并心源性休克患者的30 d 病死率［4］。

Sheu 等［5］关于334 例心肌梗死合并心源性休克行PCI 患者的观察性研究表明，虽然药物(或)联合IABP 与使用ECMO 患者初始特点相似，但使用ECMO组PCI 后更容易达到3 级TIMI 血流，30 d 病死率更低(39.1%vs72%)，而且仅比没有心源性休克患者病死率(30%)略高。Chung 等［6］一项meta 分析显示心肌梗死合并心源性休克使用ECMO 治疗院内存活率为83.8%，能显著提高院内生存率，但其中不能脱机的患者均死亡。然而Sakamoto 等［7］关于老年急性冠状动脉综合征(acute coronary syndrome，ACS)患者平均年龄(72 ±12)岁使用ECMO 的研究显示，全因死亡率达67.3%，仅32.7%存活出院，并未明显提高生存率，可能因为该研究数量少，缺乏统计学意义。

随着ECMO 使用的不断推广，越来越多地用于慢性心力衰竭急性加重患者，研究表明ECMO 的使用可改善心力衰竭患者预后，但发展为心脏骤停的终末期心力衰竭即使使用ECMO 预后也很差。目前也有关于ECMO 用于心肌炎、心肌病所致心源性休克的报道，并且获得一定疗效，当然病例数相对较少。同时欧洲急性ST 段抬高型心肌梗死纲领已将ECMO 用于难治性休克生命支持作为Ⅱb 类推荐［8］。

2.1.2 心脏骤停

心脏骤停预后凶险，可因病因不同而相差各异，而继发于大面积心肌梗死及血流动力学异常所致心脏骤停，即时病死率超过60%。日本一项关于86 例ACS 心脏骤停，传统CPR 无效而使用ECMO 支持治疗的研究表明PCI 联合ECMO 可明显改善预后［9］。目前关于心脏骤停使用ECMO 的研究报道结果各不相同，院内ECMO 支持治疗心肺骤停成功率为4%～25%［10］。但是由于心脏骤停死亡率本身就极高，其抢救必须争分夺秒，在临床上很难设计随机对照试验，近年来研究表明ECMO 早期使用可获益，30 min 内启动预后相对较好［11］。对于远期预后较好、有条件的心脏骤停患者，可考虑尝试早期使用ECMO。

2.1.3 心脏外科手术

心脏手术后由于缺血-再灌注损伤、补体激活、炎性因子等原因，心功能障碍的发生率较高，这部分患者大部分通过应用药物可以恢复，仍有小部分患者由于难以控制的心、肺功能障碍，需要较长时间的机械循环和呼吸支持。

Rastan 等［12］纳入517 例因心脏外科手术(CABG占37.4%，瓣膜手术14.3%，CABG 联合瓣膜手术占16.8%，经胸器官移植占6.5%，其他25 %)后循环衰竭而使用ECMO 的成人患者的观察研究显示，63.3%的患者能成功脱机，但在这些患者中超过一半的患者在院内死亡，最终存活出院只有24.8%，5年存活率13.7 %。同时研究发现，心脏外科手术史、老年人、胸主动脉手术及未使用IABP 是重要的死亡预测因素;年龄＞70 岁、肥胖、糖尿病是院内死亡的独立危险因素。

原发性移植物功能衰竭是心脏移植术后早期死亡的主要原因，据国际心肺移植数据库统计，原发性移植物衰竭在心脏移植术后30 d 死亡原因中占27.1%［13］。Marasco 等［14］一项多中心研究中，239 例心脏移植术后患者，原发性移植物衰竭发生率为22.6%，有72.2% 患者使用ECMO，存活出院率74.3%，各中心脱机率及并发症无明显差异，与未发生原发性移植物衰竭患者相比存活率更低，但除去30 d内死亡病例则无明显差异。

2.2 呼吸系统的运用

2.2.1 急性呼吸衰竭

急性呼吸衰竭是急性肺损伤或肺部感染等各种原因所致严重而危及生命的并发症，主要临床特征为弥漫性肺水肿及顽固性低氧血症。大多数急性呼吸衰竭预后不容乐观，病死率超过60%［15］。

著名的CESAR 研究表明ECMO 结合传统治疗方法治疗可明显提高生存率。Lee 等［16］研究认为，VVECMO 可改善急性呼吸衰竭患者预后(尤其是创伤性呼吸衰竭，生存率可达94%)，而且早期使用更能改善患者结局。在体外生命支持组织登记的368 例因呼吸衰竭行ECMO 支持治疗的老年患者中［＞65 岁，(69±3)岁］，存活出院率为41%，而在成人和稍大儿童的成功出院率分别为55%和56%［17］，这与密歇根大学的报道结果一致。同时，ECMO 在治疗因甲型H1N1感染导致的重症ARDS 患者中体现了显著疗效［18］。虽然研究显示使用ECMO 可改善急性呼吸衰竭患者的结局，但是对于ECMO 使用选择标准却不尽一致，适应证仍不明确，对此，体外生命支持协会对ECMO的使用提出了纲领性建议:［19］对于吸入氧浓度(FiO2)＞90%，而氧合指数(PaO2/FiO2)＜80，Murry 评分3～4 分，且预期病死率＞80%的呼吸衰竭患者有较强的适应证;难以纠正的低氧血症预期病死率＞50%时，可以考虑使用ECMO。

2.2.2 肺移植

肺移植是各种肺部疾病终末期的唯一选择，但其实施受多种因素影响，例如供体来源、等待供体过程中的生命支持治疗、移植后的支持治疗等。

最近几年，ECMO 作为肺移植的桥梁受到了重视，纵观历史，早先的ECMO 使用研究并未得出理想结果。然而，近年来，随着技术的进步、体外生命支持系统使用的不断扩展，ECMO 在呼吸衰竭的使用有明显的改善，ECMO 也越来越多地用于肺移植手术中。美国一项多中心研究显示虽然肺移植患者使用ECMO一年存活率较未用者低，但是随着ECMO 使用增加，生存率在逐渐增加［20］。

2.3 其他运用

感染性休克或脓毒症曾经被认为是ECMO 的禁忌证，然而近年来，ECMO 不仅成功地使用于该类患者，而且在采用中心插管的高流量辅助下取得了显著疗效。ECMO 在新生儿及儿童脓毒症患者中应用的成功率相对较高，但成人脓毒症患者应用ECMO 治疗的争议相对较大。近年来有研究显示成功脱机率为40.6%，存活出院率为21.9%［21］。关于成人脓毒症患者尝试应用ECMO 治疗获得成功的个案报道层出不穷。但现有研究数量少，缺乏统计学意义。虽然缺乏较好的临床对照实验，大量病例报道提示我们，成人脓毒症患者不是应用ECMO 治疗的绝对禁忌证，在其他治疗无效的前提下可以尽早尝试ECMO 治疗。

随着医疗技术的不断发展，器官移植也在不断发展，对器官供者的需求量日益增多，供移植器官短缺的问题日趋严重，目前越来越多的中心主张，对于器官切取前已出现循环功能不稳定的心脏性死亡的捐赠者，应及时迅速地使用ECMO，但ECMO 在心脏死亡捐赠者中的应用尚处于试验研究和初步的临床探讨阶段，也存在一些伦理学的争议，仍有许多技术问题需要解决和改进。但ECMO 技术在器官保护中的效果显著，其发展和应用前景较好。

3 适应证

ECMO 技术是一项风险非常高、操作很复杂且创伤极大的辅助治疗手段，一般只考虑用于常规治疗手段失败、预期病死率＞80%且远期预后较好的严重心肺衰竭患者，目前的适应证主要包括:(1)各种原因引起的严重心源性休克，如心脏外科手术后、心肌梗死、心肌病、心肌炎、心搏骤停、心脏移植术后等［22-23］;(2)各种原因引起的严重急性呼吸衰竭，如严重ARDS、哮喘持续状态、过渡到肺移植、肺移植后原发移植物衰竭、弥漫性肺泡出血、肺动脉高压危象、肺栓塞、严重支气管胸膜瘘等［24］;(3)各种原因引起的严重循环衰竭，如感染中毒性休克、冻伤、大面积重度烧伤、药物中毒、一氧化氮中毒、溺水、严重外伤等［25］。但是在具体临床操作中，需要充分评估患者病情，以便在ECMO 的使用中获益最大。近年来研究表明［12］，似乎任何ECMO 带来的益处都建立在多器官功能衰竭发生前且终末期心脏骤停不可避免或已发生时而使用ECMO 的基础上;此外pH 值越低、乳酸水平越高、肝功能衰竭、糖尿病及需要透析治疗的肾功能衰竭患者使用ECMO 获益较低;而且年龄是独立的危险因素。对于抗凝禁忌证、高龄、多器官功能衰竭、重度免疫抑制、无法控制的代谢性酸中毒、预后极差的终末期病人需要慎重考虑。

4 并发症

患者机体的并发症主要与使用ECMO 扰乱了凝血功能和动脉搏动灌注方式有关，有研究显示其发生率为35.7%［7］。Zangrillo 等［26］的一项包括1 763 例使用ECMO 患者(主要适应证为急性呼吸衰竭、心源性休克或二者并存)的meta 分析显示总死亡率为54%，使用期间有45%发生致命性事件，脱机后发生率为13%。目前研究显示主要并发症包括出血、肾损伤(需透析治疗)、严重感染、中枢神经系统并发症、栓塞事件、胃肠道并发症、心脏术后出血或压塞、机械故障。其中最主要的并发症为急性肾损伤(35.5%～74.0%)，需要肾替代治疗(36.7%～55.5%);其次为出血(26.8%～56.6%)，以颅内出血最为严重，长期应用肝素和凝血因子消耗是主要原因;严重感染(19.5%～44.0%)［26-27］。这些致命性并发症使ECMO的临床应用受到了限制。此外VA-ECMO 增加心脏后负荷，导致左心室增大，甚至左心衰竭以致需要左室辅助装置、左房减压等辅助措施。虽然ECMO可对危重患者进行生命支持，改善患者结局，随着科技的不断发展，经验的积累，ECMO 技术的使用也在不断地完善，具有良好的发展前景，值得临床广泛推广，但其相关的致命性并发症也必须关注，在使用时需要权衡其利弊，充分评估病情及危险因素，加强监测，防止并发症的发生。

5 未来展望

科技在不断的发展，相信ECMO 设备中的某些不足也将不断被克服改进，使更多的患者从中获益。ECMO 做为快速、及时、有效的体外生命支持系统，具有良好的发展前景，但是其良好的运作，必须以一个优秀的ECMO 团队作为基础。为了能更好地发挥ECMO 的功能，建立ECMO 模拟培训势在必行，从而在最大限度和最短时间内帮助ECMO 团队获得有效培训并处理各种临床常见意外情况。此外，目前研究大多为回顾性研究，各研究中心数量较少，缺乏良好的对照研究，所以在未来的工作中，还需要更多的大型研究，尤其是对照研究作为指导，使ECMO 的使用更合理，让患者从中获益更多。

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