超声对体外膜肺氧合支持下颈部血流的价值研究

马彧靓 高文卿 周燕 经翔

体外膜肺氧合技术（extracorporeal membrane oxygenation，ECMO）普遍用于治疗严重且危及生命的心肺疾病，使用离心泵代替心脏、氧合器代替肺，为心肺提供短期功能性支持[1]。根据插管技术的不同，ECMO可以分为提供纯粹的呼吸支持、带有右心室支持的呼吸支持和充分的心肺支持3大类。随着技术的发展，ECMO越来越多地被用作一种抢救治疗手段，其中静脉-动脉体外膜肺氧合（veno-artery extracorporeal membrane oxygenation，V-A ECMO）被广泛应用于心源性休克及心脏介入性治疗领域[2]，辅助过程可以提供全身灌注，改善各器官血流动力学，显著提高患者预后生存率，但同时反向血流可能会加重左心室后负荷，从而降低心输出量[3]。目前，V-A ECMO治疗过程存在一定争议，对不同参数对应的血流动力学尚不十分清楚，尤其在对脑部血流灌注方面仍有较大分歧。针对V-A ECMO辅助下患者存在的差异性缺氧、脑供氧量低等并发症，目前并无明确有效的评估方法。本研究应用超声检测V-A ECMO辅助期间患者颈部血管血流动力学变化，旨在探索发现心功能、辅助参数及生化指标是否与颈部各血管血流流速存在相关性，探讨影响颈部血管血流的因素，进而间接评估颅内血流灌注，最终对V-A ECMO患者的血流动力学进行可视化调整。

1 资料与方法

1.1 一般资料

回顾性收集2020年10月至2021年11月于本院心脏监护中心（cardiovascular care unit，CCU）及重症监护室（intensive care unit，ICU）经V-A ECMO辅助治疗的严重心功能衰竭患者13例，其中男9例、女4例，年龄17～86岁，平均年龄（59.54±5.40）岁，病种涉及病毒性心肌炎、冠心病、心肌梗死、心肌顿抑。此类患者均具有V-A ECMO治疗适应证，经医院ECMO专家组会诊，并获得家属知情同意。本次研究纳入标准：急性重症心功能衰竭和慢性心功能衰竭急性发作患者。排除标准：1）合并严重肺功能障碍的患者；2）高血压、糖尿病及其他疾病致颈部动脉血管狭窄率＞50%的患者；3）患有肥厚型心肌病、主动脉瓣膜狭窄及甲状腺功能异常等疾病，影响升主动脉、颈部动脉血管流速的患者；4）ECMO辅助期间出现明显神经系统症状或经头部电子计算机断层扫描（computed tomography，CT）有明显出血的患者。观测期间，所有患者均持续接受低剂量肌力药物和（或）血管升压药治疗：盐酸多巴胺注射液（上海禾丰制药有限公司，国药准字：H31021174，规格：2 mL∶20 mg），盐酸肾上腺素注射液（天津金耀药业有限公司，国药准字：H12020526，规格：1 mL∶1 mg），重酒石酸去甲肾上腺素注射液（天津金耀药业有限公司，国药准字：H12020621，规格1 mL∶2 mg）。

1.2 方法

1.2.1 V-A ECMO体外循环的建立

本研究使用ECMO MAQUET ROTAFLOW Console（迈柯唯上海医疗设备有限公司）进行体外生命支持，所有患者均采用外周股静脉-股动脉方式插管，静脉插管通过股静脉置于下腔静脉-右房口，动脉插管通过股动脉置于髂动脉-腹主动脉交界水平。

1.2.2 超声测量

使用GE LOGIQ V2型超声仪（中国无锡，美国通用公司）检测第1天、第3天患者心脏及颈部血管情况。

1.3 观察指标

收集患者ECMO辅助治疗第1天、第3天的血液乳酸含量、肌酸激酶（creatine kinase，CK）、肌钙蛋白（troponin，Tn）、 脑 钠 肽（brain natriuretic peptide，BNP）及肱动脉收缩压数据，实时记录离心泵转速、流量参数。超声经胸于左心室长轴、短轴及心尖四腔心下采集标准图像，观察心脏形态、运动并应用SIMPSON法测量左心室射血分数（left ventricular ejection fraction，LVEF），经颈于双侧颈总动脉、颈内动脉及椎动脉长轴下采集标准图像，观察动脉管腔走行及管壁情况，测量各管腔内径并应用频谱多普勒测量各管腔内血流流速，颈总动脉测量位置为距膨大处1 cm，颈内动脉测量位置为远离起始处1 cm，椎动脉测量位置为第6颈椎水平横突孔内段，见（图1）。

图1 超声频谱多普勒测量

1.4 统计学方法

数据处理采用SPSS 26.0统计学软件，所有正态分布的计量资料用（）表示，偏态分布的计量数据用中位数（四分位数）表示，计数资料以n（%）表示。采用双变量相关性（直线相关与秩相关）分析临床数据与颈部各血管流速的关系，采用多因素线性回归分析影响颈部血管血流的因素，采用配对样本t检验及配对符号秩和检验比较第1天与第3天患者数据的差异，P＜0.05差异有统计学意义。

2 结果

2.1 患者第1天颈部血流数据分析

将13例患者第1天采集的颈部血管血流数据与临床生化指标及心脏数据进行散点图及双变量相关性分析，然后对所有患者第1天所采集的颈部血管血流数据进行多因素线性回归分析，最终将ECMO流量、LVEF、血液乳酸含量、CK、Tn放入模型y=β0+β1x+ε，结果表明差异有统计学意义（P＜0.05），见（表1）。

表1 患者第1天颈部血流数据线性回归分析结果

分析患者第1天血液乳酸含量、CK、Tn、BNP、LVEF、各心腔内径、肱动脉收缩压以及ECMO转速、流量对颈部各血管血流流速的影响，其中LVEF对右侧颈总动脉血流速度的影响差异有统计学意义（B=1.725，P＜0.05），LVEF、血液乳酸含量对右侧椎动脉血流流速的影响差异有统计学意义（B=1.446，P＜0.05；B=-5.708，P＜0.05），LVEF、血液乳酸含量对左侧颈总动脉血流流速的影响差异有统计学意义（B=1.307，P＜0.05；B=-8.322，P＜0.01），血液乳酸含量对左侧颈内动脉血流流速的影响差异有统计学意义（B=-10.595，P＜0.05），血液乳酸含量对左侧椎动脉血流流速的影响差异有统计学意义（B=-6.156，P＜0.05）。

2.2 患者第3天颈部血流数据分析

剔除前2 d死亡和撤机的4例病例，将剩余9例患者第3天采集的颈部血管血流数据与临床生化指标及心脏数据进行散点图和双变量相关性分析，然后对这9例患者第3天所采集的颈部血管血流数据进行多因素线性回归分析，最终将ECMO流量、LVEF、血液乳酸含量、CK、Tn及BNP放入模型y=β0+β1x+ε，结果中仅ECMO流量、血液乳酸含量对左侧颈总动脉血流流速的影响差异有统计学意义（P＜0.05），见（表2）。

表2 患者第3天颈部血流数据线性回归分析结果

分析剩余患者第3天血液乳酸含量、CK、Tn、BNP、LVEF、各心腔内径、肱动脉收缩压以及ECMO转速、流量对颈部各血管血流流速的影响，ECMO流量、血液乳酸含量对左侧颈总动脉血流流速的影响差异有统计学意义（B=-70.638，P＜0.05；B=53.485，P＜0.05）。

2.3 患者第1天与第3天数据前后对比分析

将第3天9例患者与自身第1天数据进行配对比较，结果第1天与第3天患者LVEF、血液乳酸含量、右侧颈总动脉血流速度及左心室内径值数据总体均数差异有统计学意义（LVEF：差值为-8.00，95%CI-15.65～-0.35，P=0.042；乳酸：差值为3.02，95%CI1.15～4.90，P＜0.01；右侧颈总动脉血流速度：差值为-18.07，95%CI-31.50～-4.64，P=0.015；左心室内径：差值为-3.22，95%CI-5.96～-0.48，P=0.027），见（表3）。

表3 患者第1天与第3天各变量差值比较（）

表3 患者第1天与第3天各变量差值比较（）

特征 时间 数值 差值及95%CI t值 P值LVEF（%） 第1天 29.22±3.73 -8.00（-15.65～-0.35） -2.41 0.042第3天 37.22±4.15乳酸（mmol/L） 第1天 4.46±0.77 3.02（1.15～4.90） 3.72 0.006第3天 1.44±0.15右侧颈总动脉（cm/s） 第1天 43.00±3.02 -18.07（-31.50～-4.64） -3.10 0.015第3天 61.07±5.43左心室内径（mm） 第1天 44.22±1.98 -3.22（-5.96～-0.48） -2.71 0.027第3天 47.44±2.01

3 讨论

ECMO可以改善患者全身灌注，有效减少器官衰竭和缺血-再灌注损伤的发生[4]。根据常规ECMO辅助治疗策略设置并调节离心泵的转速及流量，保持适当的血压以及合适的动静脉氧饱和度，随着心肺功能的恢复，逐步降低流量。对于暴发性心肌炎患者，早期需保证足够的流量，泵流量为心排量的60%～80%；对于急性心肌梗死患者，泵流量应稳定于2～4 L/min[5]；对于高出血风险患者和活动性出血患者，流量需满足大于3 L/min[6]。本次研究借助超声手段对V-A ECMO患者颈部血流动力学进行监测，研究引起患者颈部血流变化的潜在因素，最终用以指导V-A ECMO患者血流动力学的临床管理工作。

本研究在患者第1天数据的分析结果中指出，LVEF与血液乳酸含量对颈部血管血流速度的影响差异有统计学意义（P＜0.05），可见颈部血管血流速度会同时受到LVEF与血液乳酸含量的共同影响，除血液乳酸含量外，患者的心功能是唯一影响颈部血管血流速度的因素，说明V-A ECMO辅助之初，患者的心功能会直接影响颈部血流，同时推测会影响经颈部血管向颅内灌注的水平。研究结果中同时发现，患者第1天的ECMO离心泵转速及流量对颈部血管血流速度的影响差异无统计学意义（P＞0.05），表明离心泵转速及流量对颈部血管血流速度并无显著影响，说明第1天患者离心泵转速及流量的改变不会直接引起颈部血管流速的变化。笔者认为，心脏搏出的正向血流与来自体外离心泵经过膜肺氧合返回体内的逆向血流在主动脉相互交汇，治疗初期逆向高流量血流强于患者自身心脏泵出的血流，导致交汇面水平逼近主动脉弓甚至升主动脉，此时调节离心泵转速与流量，在心脏泵血功能显著不足的情况下并不能改变交汇面位置。蔺暄淇等[7]设计模拟实验推测，主动脉交汇面移动造成血管侧壁的应变力发生改变，引起血流的流速变化，进而影响脑部血流供应，说明只有改变交汇面位置才有可能改变患者的颈部血管血流速度。而治疗初期患者普遍低下的心功能导致交汇面位置相对固定，在心功能显著恢复之前，颈部血流会因交汇面位置的固定而保持低水平灌注，不会受离心泵参数调节的影响，间接说明在V-A ECMO辅助治疗初期，在肺功能正常的情况下，患者的心功能会影响主动脉交汇面的位置，从而影响颈部血流向颅内灌注的水平。

血液乳酸含量作为与颈部血流相关的生化指标，血pH值较低、血乳酸含量较高，目前已被多项研究报道证实，是可能存在不同程度脑损伤的独立危险因素[8]。从本研究患者第1天血液乳酸含量对颈部各血管血流速度的影响的分析结果中可以看出，乳酸含量升高会降低颈部血管的血流速度，导致颅内血流灌注的显著降低，与以往多数研究报道一致[9]，说明血液乳酸含量上升可以预示颈部血管血流以及颅内血流灌注的下降。

最新有研究表明，年龄、凝血功能障碍、心房颤动和高脂血症被视为V-A ECMO支持过程中不同神经并发症的独立危险因素，这些因素可能表明患者本身血管情况较差，需要及时全面地对患者病情进行评估[9-10]。同时，动态调节ECMO辅助参数可以维持机体尤其是脑部的基本氧耗，降低神经系统并发症发生的可能性。因此，了解实际血流动力学、动态调节ECMO辅助参数在患者整个治疗过程中显得尤为重要。本研究在患者第3天数据的分析结果中发现，ECMO辅助参数与患者心功能对大多数颈部血管血流没有明显的影响。推测原因，可能是治疗过程中患者心功能的波动，使位于主动脉的交汇面被动推近或远离主动脉弓，交汇面位置不停变动，造成患者血流动力学极不稳定。国外也有报道指出，ECMO患者复杂的血流动力学甚至会使一些常规血流动力学指标失去传统诊断价值，整体血流动力学状态较难把握，给临床评估脑部血流带来很大困难，此时动态检测颈部血流对于评估颅内灌注显得至关重要[11-12]。超声作为一种简便无创、动态直观的检测手段，在评价血流动力学过程中一直发挥着重要的作用[13]。应用颈部血管超声可直接观测颈部血管的血流情况，并对判断颅内供血给予一定帮助[14]。常规心血管超声可以有效地检测患者的心脏、血管情况，帮助医生作出全面精准的判断。随着超声检测手段的进步，有报道通过离心泵抽吸混有造影剂微泡的血流，在主动脉交汇处形成造影剂分水岭，进而观察并确定两股血流交汇面的位置，为研究整体血流动力学提供了更为直观的方法[15]。结合本次研究可以看出，在治疗过程中因主动脉交汇面频繁变化而出现复杂血流动力学的情况下，利用超声手段实时监测V-A ECMO辅助下患者的血流动力学状态，对于及时分析患者病情、调节辅助参数具有十分重要的意义。

针对本研究中第3天ECMO辅助流量升高造成左侧颈总动脉血流速度降低的现象，笔者推测，由于两股反向血流相互作用，使主动脉弓交汇面恰好达到左侧颈总动脉根部附近，交汇面水平血流速度的抵消作用最强，从而降低了对应左侧颈总动脉的血流速度。但由于本次样本量较少，治疗过程中ECMO流量对颈部血管血流的负面作用是否确实存在、是否会随着交汇面的推移而影响所有颈部血管，今后还需要进一步证实。同时本次研究结果中第3天血液乳酸含量对左侧颈总动脉血流速度的影响差异有统计学意义（P＜0.05），使左侧颈总动脉血流速度升高，推测可能是因为第3天样本量下降造成了结果的不准确，增大样本量和进一步前瞻性研究可能会得到更为准确的结果。

本研究同时在第1天与第3天数据的对比分析结果中发现，患者第3天的心功能与右侧颈总动脉血流速度较第1天相比均有提高，差异有统计学意义（P＜0.05），说明患者的心功能与右侧颈总动脉的血流速度在治疗第3天都有了显著的恢复。笔者认为，随着心功能的恢复，来自心脏搏出的正向血流将交汇面推离主动脉弓，对颈部血管的血流灌注由原来ECMO与心脏共同作用逐渐变成心脏独自主导，由于右侧颈总动脉解剖位置离心脏最近，导致右侧颈总动脉流速在心功能逐渐恢复的过程中首先得到回升。同时，血液乳酸含量明显下降也是患者整体功能恢复的另一个可靠佐证。第1天与第3天比较的结果可以说明，任何肺功能正常的心脏衰竭性疾病都可以在心功能低下时尝试V-A ECMO辅助，以保证脑部的血流灌注。研究结果中第3天左心室内径相比第1天数值增大，差异有统计学意义（P＜0.05），可能是长时间ECMO反向血流加重左心室后负荷，造成舒张末期左心室容量增加，或是左心室自身舒张功能恢复的结果。

本研究的局限性：1）此次研究采用LVEF间接评价心功能，评价效果较为局限，心脏容积、心肌顺应性等影响心功能的因素并没有得以分析，且颈部血流还会受到诸多体内生化介质的影响，此外本次研究临床样本量有限，尚需大样本量、多参数进一步研究；2）本研究仅从颈部血管流速角度推测颅内血流灌注，尚不能完全以此评价脑部血流供应情况，心脏衰竭导致脑部血流动力学改变亦受多种复杂因素影响，如高碳酸血症、高交感神经张力、一氧化氮水平等，V-A ECMO辅助下脑部血流灌注是否稳定、脑血流量是否充足尚有待进一步研究。颅脑超声是ECMO辅助下常用的床边检测工具[16]，未来可以尝试借助颅脑超声对脑部血流动力学予以进一步研究。

综上所述，严重心功能衰竭的患者在正规V-A ECMO辅助下，心功能及颈部血管血流均会得到一定程度的恢复。目前，血管超声作为动态检测ECMO辅助治疗患者颈部血流动力学的重要手段，对于分析颈部血流、评估颅内供血尤为重要，结合应用超声新技术可以作为未来ECMO辅助治疗的常规监测手段。