股静脉－股动脉体外膜氧合发生差异性缺氧的原因及处理策略

郭锋伟，张 颖，王 雪，郜 扬，刘淼淼，钟 亮，刘锋锋，郝军军

体外膜氧合（extracorporeal membrane oxygena⁃tion，ECMO）是一种可以短期替代心和（或）肺脏功能，用于治疗严重呼吸和（或）循环衰竭，且常规治疗无效的患者。ECMO的工作原理是将静脉系统血液引出，经过氧合器将静脉血变为动脉血，再回输至患者体内。ECMO模式主要分为静脉－静脉（venovenous，V－V）ECMO及静脉－动脉（veno－arterial，V－A）ECMO两种，前者主要用于呼吸功能支持，后者主要用于循环及部分呼吸功能支持。V－A ECMO可用于伴有心源性休克、心脏骤停、顽固性室性心律失常等疾病患者的急救［1］。股静脉－股动脉插管是建立外周V－A ECMO最常见血管路径［2］。但是，股－股V－A ECMO主要的并发症之一便是差异性缺氧［3］，这主要源于股－股V－A ECMO的血流动力学特点所致，临床表现为患者上半身与下半身血液的氧含量存在显著差异，又称之为“双循环”、“南北综合征”、“小丑综合征”。如何早期识别差异性缺氧以及如何干预，这对于ECMO管理者来说是一种极大的挑战。目前，国内尚无文献对于差异性缺氧进行系统性阐述。本文对于股－股V－A ECMO的血流动力学特点、差异性缺氧的发生机制以及插管转换策略进行详细阐述，希望能为从事ECMO管理的临床医师提供一定帮助。

1 股－股V－A ECMO与差异性缺氧

1.1 股－股V－A ECMO的血流动力学特点 外周插管与中心插管建立V－A ECMO在血流动力学方面存在显著差异［4］。最常见的外周插管方式是选择股动脉及股静脉。简单来说，股－股V－A ECMO与患者心脏循环是一种并联关系。股－股V－A EC⁃MO的血流动力学特点是将静脉血引出后经过氧合器变为动脉血，再经股动脉（逆向血流）泵入患者体内来维持循环辅助功能［5］。股－股V－A ECMO泵入的逆向血流与心脏收缩泵入的正向血流在主动脉的某个部位相遇后形成分水岭或混合区，即形成了独立的两个循环，临床表现为混合区以上区域组织灌注依靠自身心脏收缩供血，血液中氧含量只取决于患者自身肺脏功能；而混合区以下区域组织灌注则是依靠ECMO供血，血液中氧含量取决于氧合器功能。混合区的位置随着心输出量及ECMO流量变化而发生向上或向下移动。虽然股－股V－A ECMO将静脉血引出，降低了左、右心室前负荷以及左室舒张末容积，但是股动脉逆向血流使得心脏后负荷加重，心室张力增大，容易导致肺水肿［6］。在心脏功能严重损伤时，甚至出现心脏无法收缩，主动脉瓣膜关闭、左室肿胀以及左室血栓形成等严重并发症［7］。临床上常常需要行左室减压等措施来缓解患者左室后负荷带来的危害。股－股V－A ECMO循环辅助期间的流量平衡尤为重要，即要满足循环辅助，又要尽可能避免并发症出现。见图1。

图1 股静脉－股动脉血流动力学示意图

1.2 差异性缺氧的形成机制 严格来说，所有伴有肺功能障碍的股－股V－A ECMO辅助的患者，均存在不同程度的差异性缺氧［8］，这是由股－股V－A ECMO双循环的血流动力学特点决定。但是在股－股V－A ECMO辅助期间，患者自身心脏收缩功能较前恢复，但仍伴有呼吸功能衰竭时，经右室进入肺循环的血液无法进行有效氧合而回流入左室，依靠自身左心室收缩将未充分氧合的血液顺向泵入主动脉，则表现为混合区以上区域出现严重低氧表现；此时，股－股V－A ECMO将高氧合血经股动脉逆向泵入患者体内，混合区以下区域供血，最终导致上半身低氧合血，而下半身为高氧合血，这一奇特的病理生理现象［2］。混合区以上的器官（心脏、脑部及上肢）供血的氧含量主要根据混合区所在不同位置而发生变化。随着混合区平面移动，低氧合血导致冠状动脉、脑部及上肢等不同部位的组织及器官出现相应的氧代谢问题［3］。2015年Rupprecht报道差异性缺氧在股－股V－A ECMO中发生率高达8.8%［9］。此外，Cakici发现85例患者接受股－股V－A ECMO患者中约有10.6%的患者会出现“南北综合征”而需要改变ECMO模式［10］。见图2。

图2 股静脉－股动脉差异性缺氧示意图

1.3 差异性缺氧的识别 差异性缺氧的识别主要基于桡动脉的血气分析及血氧饱和度提示氧分压及饱和度下降。股－股V－A ECMO辅助期间，常规推荐右侧桡动脉作为监测血气分析及末梢血氧饱和度，因为无名动脉（右桡动脉是其分支）是第一个接受来自主动脉弓近心端低氧血的分支血管，最能反应患者真实肺组织氧气交换能力，同时右侧桡动脉也可以最佳的反映氧输送到脑组织。此外，基于近红外光谱的脑氧监测仪可以用来监测局部脑组织氧饱和度，可以早期识别及预防脑部并发症［11－12］。

3 差异性缺氧的处理原则

在股－股V－A ECMO辅助期间，部分患者可以通过增加提高心脏自身泵血液中的氧含量（调整呼吸机参数），以及提高ECMO流量，降低心脏输出量使混合区转移至主动脉近端血管区域的方式解决。Loftsgard［13］报道通过调整呼吸机参数以及提高EC⁃MO流量成功上移混合区纠正患者差异性缺氧的病例，主要措施如下：①增加氧分数，提高呼气末正压，甚至使用一氧化碳至通气与血流灌注比达到最佳；②提高ECMO流量至3.0～4.5 L／min，同时使用负性肌力（艾司洛尔）减少心排量。最终使得患者肺部血流氧和达到最佳状态。值得注意的是，这种通过移动混合区平面位置的策略，虽然避免了额外增加ECMO管路，降低并发症发生以及管理难度，但是存在心脏左室后负荷增加、左室肿胀血栓形成，加剧肺水肿等风险。临床上对于采用上述办法依然无法纠正的差异性缺氧患者，则不得不考虑变换ECMO模式，才能真正有效纠正差异性缺氧。

2.1 转为V－A－V ECMO V－A－V ECMO是一种杂交生命支持模式即：V－A与V－V的组合，同时发挥呼吸及循环辅助作用［3］。V－A－V ECMO是在V－A ECMO的基础上，膜后动脉管路通过“Y”型头分流部分膜后氧合血至颈内静脉，提高心脏自身泵入血液的氧含量，纠正差异性低氧血症。见图3。研究表明V－A－V ECMO可以有效改善脑部及上半身氧供［14］。侯晓彤教授团队根据中国体外生命支持组织注册系统分析指出：在2017年1月1日至2019年12月31日全国共计3 814例ECMO患者中有13例患者由V－A ECMO转为V－A－V ECMO［15］。V－A－V ECMO存在如何平衡两根动脉管路血流量而达到最佳分配的问题。Lus等［16］研究发现与单纯的V－A ECMO相比，V－A－V ECMO对于呼吸支持更强，而循环支持更弱。Cakici［10］研究发现在V－A－V ECMO辅助期间，由于静脉系统的低负荷导致约（70.0±4.6）%血液进入颈内静脉，然而在使用一个血流调节阀经过调整后可以使约（34.3±7.4）%血液流入颈内静脉，而约（65.6±7.4）%流入股动脉。根据患者具体病情变化，临床医师需要调整血流分配达到以哪一种模式（V－V或V－A）辅助为主的治疗效果。由于V－A－V ECMO每一次调整血流分配，对于患者心脏的前负荷、后负荷、混合区位置以及氧输送等都会产生影响［17］，因此每次调整都需要超声评估左、右心室充盈状态、心脏收缩功能等。Mihu［18］最新研究发现在369例ECMO辅助，其中23例患者行V－A－V ECMO支持，约占6.2%，其中12例是因为差异性低氧由V－A ECMO模式转为VA－V ECMO，而V－A－V ECMO患者的总体生存率为39.1%。Ushijima［19］采用ECMO联合Impella（Ecpel⁃la）收治1例70岁心肌炎患者，由于差异性缺氧而转为V－A－V ECMO及Impella命名为V－A－V Ecpella，可以最大程度恢复患者心脏功能。

图3 股静脉－股动脉－颈内静脉插管示意图

2.2 转为腋动脉V－A ECMO 2003年腋动脉插管建立外周V－A ECMO首次被报道［20］。然而，腋动脉V－A ECMO需要外科医师参与才能完成。常规解剖右侧腋动脉，采用直接插管或需要行人工血管与腋动脉吻合后再行插管的方式来完成［21］。腋动脉V－A ECMO的安全性已经得到充分证实，有研究发现腋动脉插管更适用于腹股沟区域置管受限、周围血管疾病或心脏移植后衰竭的患者，与股－股VA ECMO比较具有较少插管相关肢体缺血、插管局部伤口感染及出血等并发症等优点［22－23］。然而，克利夫兰医院回顾性分析缝合血管的腋动脉插管VA ECMO支持的81例患者，发现最常见并发症为上肢的高灌注综合征约占25%，需要外科处理的出血约占17%［24］。腋动脉插管的V－A ECMO具有一定优点：①锁骨下动脉与股动脉相比很少受动脉粥样硬化病变的影响；②丰富的侧支血流可降低上肢缺血的风险；③该解剖区域的细菌污染可能性较小；④提供全身顺行灌注。缺点：①对于肥胖患者或胸壁水肿过度，手术组织剥离具有技术挑战性；②由于耗时较长，不能用于高度不稳定的心源性休克患者或心肺复苏期间的难治性心脏骤停。见图4。

图4 股静脉－腋动脉插管示意图

2.3 转为上腔静脉（或颈内静脉）－股动脉V－A ECMO 有研究发现股－股V－A ECMO辅助期间，由于下肢氧耗较低，下腔静脉中血氧未被充分利用，导致股静脉回流至ECMO的血氧饱和度可能高达80%～90%，而上腔静脉的血氧饱和度则低至20%～40%［25－26］。Lindfors等［26］报道了临床病例提示颈内静脉的V－A ECMO可以提高上半身血流。侯晓彤教授［27］团队在杂交羊合并急性呼吸窘迫综合征的V－A ECMO循环辅助模型中发现，根据不同的引血路径，不同部位的血氧饱和度差异巨大；将V－A EC⁃MO引血端深入上腔静脉引血，发现上腔静脉、肺动脉及主动脉氧和明显增加［上腔静脉：（39.5±0.6）%升至（70.4±1.0）%，P＜0.01；肺动脉：（33.2±1.1）%升至（73.4±1.1）%，P＜0.01；主动脉：（34.7±1.2）%升至（75.0±1.1）%，P＜0.01］，而下腔静脉氧饱和度没有变化。Lindholm［28］发表的文章中也详细介绍上述这两种插管方式。因此，改为上腔静脉（或颈内静脉）－股动脉V－A ECMO，尽可能让上腔静脉低氧和血引出，以便下腔静脉较高氧和血更多地流入右室，可以有效改善上半身氧和状态。见图5、图6。

图5 上腔静脉－股动脉示插管意图

图6 颈内静脉－股动脉插管示意图

2.4 转为升主动脉中心插管V－A ECMO及特殊形式 将股－股V－A ECMO转为中心插管模式，原因中心插管可提供高流量的顺行血流，可以很高的改善患者的差异性缺血表现，然而中心插管需要心脏外科或血管外科医师开胸才能完成，同时中心插管有可能导致出血和感染等并发症。心脏术后患者通常可选择正中切口行升主动脉插管，而非心脏手术患者则可以考虑微创插管方式。Weymann［29］介绍了一种经过肋间切口的微创的中心插管方式，可以有效减少创伤及出血；Avery［30］介绍了经左侧肋间经心尖部插管建立中心插管V－A ECMO的方式。见图7。然而，有研究表明，虽然中心插管可以有效减低差异性缺氧及更改插管发生率，但是30天生存率却较外周插管低［31］。此外，有研究报道了采用多孔长型股动脉插管行股－股V－A ECMO方式，将该插管延伸至主动脉近端，可以提供顺行中心灌注血流，成功的避免了差异性低氧［32－33］，临床效果非常理想。见图8。

图7 股静脉－升主动脉插管示意图

图8 股静脉－多级股动脉插管示意图

2.5 转为V－V ECMO 如果患者心脏功能好转，但呼吸功能障碍，可以充分评估患者心脏功能是否可以满足组织灌注。如果充分评估后心脏功能好转，则可考虑将原V－A ECMO改为V－V ECMO循环支持。此外，冠脉供血氧含量改善，也会间接改善心脏功能。因此，转为V－V ECMO需要临床医师进行充分的临床评估，以及对于患者病理生理状态进行准确判断。见图9。

图9 股静脉－颈内静脉插管示意图

4 结 语

差异性缺氧是股－股V－A ECMO循环辅助期间最常见的并发症之一，影响患者的预后与转归。充分了解差异性缺氧的发生、发展的机制对于患者治疗至关重要。临床医师需要采取合理的、有效的处理策略才能快速改善患者上半身氧合状态，避免严重并发症的出现。

致谢：衷心感谢西安空灵艺术实验室李博老师。

利益冲突：所有作者均声明不存在利益冲突。