体外心肺复苏的应用和研究进展

莫然 邓辉胜

(重庆医科大学附属第一医院全科医学科,重庆 400010)

1999年中国进入老龄化,心血管疾病(cardiovascular disease,CVD)导致的心搏骤停(sudden cardiac arrest,SCA)发生率逐年上升。《中国心血管健康与疾病报告2021》显示,CVD是中国居民目前的首位死亡原因,其发病率随社会老龄化程度加深而上升[1]。研究[2]表明中国每年心源性猝死人数约为54万。

但由于传统心肺复苏(conventional cardiopulmonary resuscitation,CCPR)成功率低,院内心搏骤停(in-hospital cardiac arrest,IHCA)患者经复苏生存率约为22%,院外心搏骤停(out-of-hospital cardiac arrest,OHCA)复苏生存率为9%左右[3],中国的OHCA生存率不足1%[4],故需对CCPR进一步改进,提高复苏成功率。采用体外膜氧合(extracorporeal membrane oxygenation,ECMO)进行的心肺复苏,即体外心肺复苏(extracorporeal cardiopulmonary resuscitation,ECPR)应运而生,其作为CCPR的补充复苏手段可提高患者生存率,ECPR是在患者发生危重心肺事件时,替代心肺功能避免患者立刻死亡的治疗手段[5]。研究[6]表明IHCA患者接受ECPR后30 d生存率为34.8%,接受CCPR的患者为17.4%;OHCA患者接受ECPR后有43%可存活至出院,而接受CCPR的患者为7%。SCA患者接受ECPR治疗后,自主循环恢复的概率为95%[7],而高质量CCPR对SCA患者的自主循环恢复为47%[8]。现对近年来国内外ECPR的应用与研究进行综述。

1 国内外ECPR应用与研究

随着对CCPR的认识不断加深,不仅CCPR操作本身需得到优化,还需从患者的远期利益出发,充分考虑多个器官系统和CCPR的联系,例如CCPR实施前使用的肾上腺素治疗虽然能提高患者生存率,但可能对脑灌注有害[9],有造成不可逆损害的风险。

采用ECMO辅助的ECPR可增加自主循环恢复可能性,为治疗SCA原发疾病争取时间,同时增加冠状动脉血供、保证外周器官灌注[10],改善SCA患者的预后。故近年来ECPR常作为CCPR无效时的补充复苏手段日渐体现出其重要意义,但由于ECMO治疗存在例如血栓形成、神经系统和肺部并发症[11]等风险和无法恢复自主心肺功能导致医疗资源浪费等问题,因此有关ECPR的适用指征值得进一步研究。本节将重点介绍国内外的ECPR应用及研究现状。

1.1 国外ECPR应用与研究

国外对ECPR的应用较为广泛,甚至用于院前急救,可在条件满足的情况下启用移动重症监护室于OHCA现场进行ECPR[12]。2016年巴黎卢浮宫内,在自动体外除颤器除颤和CCPR救治无效后,当地急救团队对1例SCA患者成功实施了院外ECPR,该院外ECPR的实施用时23 min[13]。虽然ECPR作为CCPR的补充手段在临床治疗中发挥着作用,但涉及ECPR的学术进展大多局限于独立病例的回顾性研究,缺乏较大范围的、权威的随机对照研究,世界各国对ECPR的适应证也未能达成一致,故美国心脏协会仍不建议对SCA患者常规进行ECPR[14],因此近年来ECPR的适用范围研究是国外急救的热点之一。加拿大学者对近20年内的部分ECPR案例进行回顾性研究[15],尝试对成人和儿童人群的ECPR适应证、禁忌证进行深入研究,并列举出了原发心脏疾病、染色体异常等可能的评价因素。此外,世界各地各医院对ECPR的适应证定义亦不相同,例如日本神户市医疗中心综合医院在一项研究[16]中确定了本院的ECPR适应证标准:年龄<75岁、无严重合并症、发生SCA但在60 min以内旁观者实施过CCPR、初始心律为心室颤动或无脉性室性心动过速。由于各国施行ECPR的患者各项基础情况可能并不相近,例如原发疾病和疾病史等存在较大差异,以及ECMO较高的运行成本和研究条件也阻碍了较大范围的研究合作,这些可能是世界范围内缺乏对ECPR较大范围的、权威的标准化研究的原因之一。

在禁忌证方面,据美国印第安纳大学研究[17]表明,ECPR应用于脓毒血症的患者生存率较低,对该类患者施行ECPR时应谨慎。值得注意的是,研究[18]表明对并发脓毒性休克的新型冠状病毒肺炎(COVID-19)患者进行ECPR时可通过增加额外的流入套管,形成静脉-静脉-动脉ECMO以提高灌注流量来改善氧合,满足代谢需求。而与SCA的风险相比,急性主动脉夹层(acute aortic dissection,AAD)或许不再是绝对的禁忌证,甚至在一定数量的病例研究中实施ECPR的AAD组和非AAD组的手术后生存率相近,分别为19%和21%[19],但该结论有待进一步研究后加以佐证。

ECMO的应用使循环性死亡的定义受到挑战,而且部分患者在撤离ECMO后无法恢复自主循环和ECMO较高的使用成本,故ECPR的应用也带来了伦理学挑战和患者的经济负担[20]。一项研究[21]认为,ECPR可被视为CCPR的延伸并受到同样的伦理学判断,在患者无法恢复自主心肺功能和知觉时允许临床医生单方面撤离ECMO,但ECPR如果作为持续性器官替代疗法,那么接受ECMO治疗的患者应当受到类似其他生命维持疗法的同等对待,但目前国际上对ECPR的归类在伦理学上仍无明确定论,这可能是各国法律与文化差异所致。

ECPR的应用改进也是国外近年的研究热点。美国学者[22]研究表明,由于患者在接受ECMO生命支持时心脏也得到了更大的后负荷,需加用经皮左心室辅助装置进行ECPR,以防产生严重并发症。关于ECPR的复苏监测,目前认为脉压是判断生存率的高价值指标,并可能为复苏后治疗提供决策依据[23],但该方案通常需经桡动脉穿刺后增加额外的导管,增加了患者的潜在风险。一项研究[24]认为通过修改ECMO装置,在动脉插管中安装了Y连接器并在盲端配备止血阀,然后引入一根5 F猪尾导管,向前推至与压力传感器连接,即可在不增加额外动脉导管的前提下快速建立血流动力学监测。考虑到接受ECPR的患者具有较高风险,任何可降低患者潜在风险的改进措施都是值得研究的。

1.2 国内ECPR应用与研究

COVID-19疫情的发生提高了OHCA发生率,而ECPR的应用在增加SCA患者生存率的同时也减少了医务人员的感染率,加快ECPR的研究和应用显得更为重要。2021年中国江苏赛腾医疗科技有限公司已将国产ECMO主机应用于临床试验,但相关耗材对外部进口的依赖性极大,一次性耗材的来源有限和价格昂贵限制了该技术在国内的推广[25],故中国ECPR相关研究与应用仍处于发展阶段,因此尽快实现ECMO的完全国产化是国内ECPR技术发展的关键。中国目前将ECPR应用于OHCA的病例较少、生存率较低[26],这与ECMO较高的运作成本和需求较高的技术条件密切相关,故中国的ECPR研究与应用大多专注于IHCA。截至2022年5月,全球成人ECPR例数总计为12 140例,而中国57%的医院每年施行ECPR不足5例,仅有11%的医院每年施行ECPR在20例以上[27],可见中国的ECPR应用研究目前仍局限于小样本临床研究。此外,中国各医院也未建立统一的ECPR应用标准,在SCA发生时常缺乏足够的资料决定是否施行ECPR[28]。因此在国产ECMO相关设备和技术进一步普及的前提下,建立中国各医院统一的ECPR应用标准是较为重要的任务。

ECPR技术的应用可弥补CCPR存活率较低的问题,但ECPR存在技术难度大、时效性要求高的特点,因此建立完善且统一的ECPR标准化流程意义重大[29],而医疗失效模式和效应分析法作为一种风险分析评估方法具有预见、找出并矫正危险因子的特点,这一评估方法的应用有助于ECPR流程的建立[30]。鉴于目前ECMO在国内的发展情况,中国标准化ECPR的流程建立和ECPR评价系统的建立一样有待国产ECMO相关设备和技术进一步普及作为前提。

目前国内外的临床实践中已明确,ECMO相关多学科团队协作(multi-disciplinary team,MDT)是影响施行ECPR患者预后的重要因素,故建立和协调MDT是保障ECPR高效运行的重要条件[31]。一项研究[32]表明SCA患者实施ECPR后利用主动脉内球囊反搏进行辅助治疗有利于稳定血流动力学,减少ECMO并发症的发生,但ECMO、主动脉内球囊反搏等技术应用于存在多种并发症的SCA患者存在较大的应用难度,因此加快建立以ECPR为核心的MDT具有重要意义。

2 COVID-19背景下的ECPR应用和研究

在COVID-19疫情下SCA的流行病学特点和临床转归发生一定变化,表现为OHCA发生率升高、存活率下降[33],CCPR过程中胸部按压、正压通气和建立气道等操作可导致感染者生成富含病毒颗粒、半衰期约1 h的气雾,增加了医务人员的感染概率[34]。即使在操作标准的情况下,CCPR也只提供正常心输出量的15%～25%,不可避免地导致重要器官受到缺血性损伤的风险增加[35]。世界卫生组织和中国专家共同建议将ECMO作为COVID-19相关急性呼吸窘迫综合征重症患者在常规治疗无效时的补救治疗,研究[36]显示63%的患者从急性呼吸窘迫综合征中存活并脱离ECMO恢复自主心肺功能。此外,由于ECPR过程中无胸部按压等操作,医护人员暴露于患者生成的感染性气雾中的风险减小。

ECPR的相关并发症在治疗COVID-19时应重视,脑出血是ECMO最严重的并发症。一项研究[37]表明,ECMO治疗COVID-19患者的总死亡率为36%,其中并发脑出血、缺血性卒中和缺氧缺血性脑损伤等神经系统并发症的患者死亡率是总死亡率的2倍以上,这一情况的发生可能与ECMO循环的高剪切应力、血小板减少并发症和抗凝治疗有关,但应注意的是ECMO治疗期间需进行全身抗凝以减少循环凝血[38],此外还应注意COVID-19冠状病毒感染可导致血管内皮细胞功能失调,进而引起血栓形成或出血风险增加[39],如何对相关治疗方案进行改进值得进一步研究和探讨。

COVID-19新型冠状病毒的变异毒株奥密克戎是国内的优势毒株,其具有感染性增强、致病力减弱的特点,但对于年龄≥60岁的老年高风险人群仍具有重症风险[40],尤其是COVID-19特异性因素“细胞因子风暴综合征”可导致突发且缺乏明显征兆的SCA[41]。应当注意,有研究[42]指出除了用ECPR救治已发生SCA的患者,ECMO利用人工血泵可减轻心脏负担、稳定血流动力学,有助于改善组织器官缺血缺氧和后续治疗。应用ECMO救治重症患者相比传统的心肺支持方式具有更高的生存率,故对于COVID-19危重患者应更早地实施ECMO,而非发生SCA时才应用ECPR,但应注意可能发生的病毒性心肌炎[43]。此外,ECMO是目前可为需肺移植的COVID-19重症患者争取时间的唯一方式[44]。可见ECMO对于救治COVID-19重症患者具有重要意义,因此推动ECMO相关技术的发展可使中国更有信心地面对未来可能出现的呼吸道传染性疾病。

3 总结和展望

与CCPR相比,ECPR具有提供接近生理水平的心输出量带来的高复苏生存率、在COVID-19背景下医护人员较低感染率的优势,还可作为肺移植患者的生命维持方式,但也存在高运行成本、高技术要求的局限性,以及血栓形成、出血风险增加等ECMO并发症。如何降低ECMO设备成本是ECPR技术进一步发展的关键,或可通过建立更完备规范的ECPR评价系统以更精确地分配医疗资源来解决这一问题。ECPR相关并发症的研究与治疗方案的改进密切相关,例如脑出血等高死亡率的ECMO神经系统并发症和实施ECMO期间所进行的常规抗凝治疗间的矛盾关系,值得进一步深入研究。中国ECPR的应用和研究与发达国家存在差距,尤其体现在OHCA的ECPR应用和ECPR的评价系统、相关流程建设上,主要原因是中国ECMO技术发展较晚、医疗资源分布不均,国产ECMO设备和耗材的研发可促进ECMO在ECPR中的应用和推广。

2023年国内成功研发的国产ECMO整机和耗材套包首次获批上市[45],预示着相关技术研究和病例研究的数量可出现上升趋势,这得益于中国医疗领域产学研模式的愈加成熟[46]。可见通过对较大范围的病例和研究进行汇总,在未来将具有基础条件,进而加快中国ECPR相关系统的权威性的标准化制定,促进国内ECMO技术的发展,以满足中国SCA高风险人群的现实需求。随着中国COVID-19疫情防控进入阶段性胜利,防疫重心已从防范全人群感染转移到保护重点人群、降低重症和死亡,而ECPR对于未来可能新出现的呼吸道传染性疾病仍具有重要意义,因此国内ECPR相关技术的推广和现有ECPR实施情况的优化需同步进行。国内较大范围的标准化ECPR应用指南的制定是可预见的,结合国内外现有经验和研究对ECPR适应证及评价系统、并发症、监测指标及其相关操作的实施作出要求是统一观察指标和进行大范围研究的条件,也是目前未能普遍推广ECMO技术的情况下将医疗资源精确分配的要求。建立以ECMO为核心的MDT和优化目前的ECMO流程可保证现有ECPR的应用环境逐步改善,在国内ECMO设备技术得到进一步推广后可在标准化ECPR应用指南的指导下产生更多数量的应用病例和更具价值的研究结论,继而完成国内的ECPR评价系统和相关流程建设,同时提供目前国内外相关学术界所亟需的大样本病例研究。