体外膜肺氧合ECMO治疗成人重症呼吸衰竭

一、前言

体外膜氧合（extracorporealmembraneoxygenation，ECMO）是持续体外生命支持（extracororeallifesupport，ECLS）技术之一，用于部分或完全替代患者心肺功能，从而为原发病的诊治争取时间。

虽然ECMO在发达国家已成为一项床旁可及的重要生命支持技术，但在国内则起步较晚，前期主要应用于心脏病领域，在呼吸衰竭领域的应用始于年新型甲型HIN1流感在国内的流行和重症病例的集中出现，医院已开始将ECMO应用于重症呼吸衰竭的救治。

但考虑到ECMO是一项成本高昂、技术复杂且并发症较多的生命支持技术，中华医学会呼吸病学分会联合国内有一定应用经验的单位，结合国内实际情况起草了本文件，以期规范ECMO治疗成人呼吸衰竭的临床应用。

二、原理

ECMO通过泵（其作用类似人工心脏）将血液从体内引至体外，经膜式氧合器（其作用类似人工肺，简称膜肺）进行气体交换之后再将血回输人体内，完全或部分替代心和（或）肺功能，并使心肺得以充分休息。

按照治疗方式和目的，ECMO主要有静脉-静脉ECMO（VV-ECMO）和静脉一动脉ECMO（VA-ECMO）两种。VV-ECMO适用于仅需要呼吸支持的患者，VA-ECMO可同时进行呼吸和循环支持。对于呼吸衰竭，vv方式的并发症和病死率略低于VA方式，故最为常用。

近年来，一种通过动脉．静脉压差驱动的AV-ECMO（pumplessECMO）也逐渐在临床得到应用，但其提供的血流量较低（一般不超过1L/min），对氧合有轻度改善作用，主要用于CO2的清除。

1．VV-ECMO：ECMO引血端（多为股静脉）及回血端（多为颈内静脉）均位于腔静脉内，相当于人工膜肺与患者肺串联，从而使患者动脉血氧含量得以改善，改善程度与以下因素相关：

（1）ECMO血流量；

（2）静脉回心血量；

（3）再循环血流量，即引血端及回血端之间距离过近造成的部分血流再循环至ECMO引血端，这种再循环血流会减少经膜肺充分氧合的血液进入肺循环，从而影响氧合；

（4）混合静脉血氧饱和度；

（5）患者残存肺功能。

尽管VV-ECMO不能提供循环支持，但由于其运行中所需正压通气支持压力的降低及冠状动脉氧供的增加，患者的心功能往往也能在一定程度上得以改善。

2．VA-ECMO:通过腔静脉（股静脉或颈内静脉）置管，人工泵将体循环血流引至体外，经膜肺氧合后再经颈动脉或股动脉导管回到体内，相当于膜肺与患者肺进行并联，这种方式与传统的体外循环（cardiopulmonarybypass，CPB）相同。

运行过程中的Sa02受到ECMO和患者自身心脏功能的共同影响：当左心室不具有射血功能时，患者Sa02完全由ECMO回血端血氧饱和度决定；当左心室具有一定射血功能时，Sa02由来自ECMO和左心室的混合血流血氧含量共同决定。

因此，当肺功能严重障碍且ECMO回血端位于股动脉时，由于左心室射血血流的氧含量很低，因而存在上半身（冠状动脉、颅内血管及上肢血管供血区）缺氧的潜在危险。如果患者尚有部分残存肺功能，或者ECMO回血端位于主动脉近端，可规避以上风险。

三、适应证

ECMO治疗的基本目的是提供相对于常规呼吸支持更有效、更安全的通气与氧合支持，从而为诊断和治疗原发病争取更多的时间，在选择患者时应综合考虑以下多种因素。

1．疾病潜在可逆性：ECMO作为一种脏器支持治疗手段，对原发病本身没有直接治疗作用，因此在决定是否给患者行ECMO治疗之前，应综合判断原发病的潜在可逆性，同时应综合考虑所在单位及当地对这种疾病的综合诊治能力，这是决定是否行ECMO治疗最为重要的先决条件。

2．原发的严重程度及进展情况：应对呼吸衰竭严重程度进行较为客观的评估，如测定氧合指数（Pa02/Fi02）、呼吸系统静态顺应性、气道阻力、气道压力以及内源性呼气末正压（PEEPi）等。

如果患者病情确实很重，并有加重的趋势，在优化目前机械通气治疗的情况下仍不能维持满意的通气和（或）氧合，可考虑行ECMO。

3．合并症与并发症：如果在严重呼吸衰竭的基础上再合并严重的合并症（如高血压、糖尿病、冠心病、脑血管病及出凝血功能障碍等）及并发症（如多个脏器严重功能不全），将会大大增加治疗的难度，从而显著降低ECMO的成功率。

4．社会一经济因素：ECMO的成本昂贵，并发症较多，总体成功率受多种因素影响，因此需要患者家属充分理解治疗的意义、费用及整个过程的困难程度，积极配合，方可最大限度地提高成功率，以避免半途而废或不必要的医患纠纷。

5．管理经验与团队建设：一个完整的ECMO团队需包括呼吸、危重症医学、心胸外科、血管外科、超声科、输血科等多个学科的配合，并且能及时到位；而ECMO患者管理涉及全身各个脏器系统，要求相关人员在呼吸、循环、血液、营养、感染等各个领域均有丰富的经验。建议在开始临床应用前进行必要的动物实验与演练，并对每例患者进行总结。

6．禁忌证：ECMO没有绝对禁忌证。如患者具有上述不利因素（原发病可逆性小，具有多种严重的合并症与并发症，存在严重影响ECMO操作的社会一经济因素），应视为相对禁忌证。

此外，以下情况应特别注意：

（1）有应用肝素的禁忌或相对禁忌，如严重凝血功能障碍、合并有近期颅内出血、对肝素过敏、具有肝素诱导的血小板减少症（heparin-inducedthrombopenia，HITT）等；

（2）ECMO前机械通气时间过长（表明原发病处理较为困难，或合并有严重气压伤、呼吸机相关肺部感染等并发症），其ECMO的成功率越低，因此高通气支持水平气道平台压30cmH20（1cmH20=0.kPa），Fi.8应用7~10d的患者行ECMO需谨慎；

（3）高龄往往作为一个独立因素与ECMO的成功率及病死率相关；

（4）对于体重1kg/cm或BMI45kg/m2的患者，目前的膜肺所提供的氧供尚不能满足这类患者的需求。

在选择ECMO患者时，应综合考虑上述多种因素，而不能简单地以生理学指标去筛选患者。具体病种所致呼吸衰竭的ECMO临床应用指征和现状分述如下：

（1）ARDS:挽救治疗参考标准：采用肺保护性通气（潮气量6~8ml/kg，PEEP≥10cmH20）并且联合肺复张、俯卧位通气和高频振荡通气等处理，在吸纯氧条件下，氧合指数，或肺泡一动脉氧分压差[P(A-B）02]mmHg(1mmHg=0.kPa）；通气频率35次/min时pH值7.2且平台压30cmH20；年龄65岁；机械通气时间7d；无抗凝禁忌。

对于具有气压伤高风险或有明显C02潴留的患者，可采用AV-ECMO有效降低平台压和潮气量或C02水平。重症肺炎所致严重呼吸衰竭可参考上述标准。

（2）肺移植：ECMO应用于肺移植一方面可以维持通气与氧合，另一方面还可以避免气管插管所带来的肺部感染等相关并发症，保证术前康复锻炼，使患者有足够长的时间等待供肺，并提高移植的成功率。

此外，移植术中在阻断一侧肺动脉或行单肺通气时不易维持通气和氧合，或肺动脉压力急剧升高致严重血流动力学障碍时采用ECMO可保证手术顺利进行，从而避免了体外循环。而术后因严重再灌注肺水肿、急性排斥、感染或手术并发症致严重呼吸衰竭时，也可采用ECMO进行支持进行支持。

（3）支气管哮喘：支气管哮喘患者的ECMO成功率高达79.3%。对于平台压35cmH：O同时伴有严重呼吸性酸中毒（pH值7.1），或血流动力学难以维持者，若无ECMO禁忌，可积极行ECMO或AV-ECM0。

（4）肺栓塞：对于伴有严重血流动力学障碍而又不宜常规溶栓者，或需要手术迅速解除梗阻者，行VA-ECMO以迅速降低右心负荷，稳定血流动力学，并改善氧合。

（5）大气道阻塞：由于新生物或异物所致大气道阻塞常需要气管切开或气管镜介入治疗，以ECMO支持可以保证上述操作安全进行，大部分报道均取得较好的疗效。

（6）慢性阻塞性肺疾病（简称慢阻肺）：AV-ECMO可使大部分需要有创通气的重症慢阻肺患者避免插管，并维持较好的通气与氧合，但与传统有创通气相比，并不改善28d及6个月生存率。

四、ECMO的建立与相关操作

1．血管通路的选择与准备：VV-ECMO引血端的静脉插管通常经股静脉置入，回血端经颈内静脉置入（优先选择右侧）。VA-ECMO的引血端静脉插管和VV-ECMO相同，回血端通常选择在同侧或对侧的股动脉。

如患者股动脉较细，为避免下肢缺血，应同时从动脉插管分流一下肢灌注血管。AV-ECMO的血管通常选择同侧或对侧的股动脉和股静脉。

ECMO插管前的准备与常规的深静脉及大动脉穿刺类似。通常需要双侧同时准备，在一侧穿刺失败时可更换至对侧。常备血管切开包，以便在穿刺置管不成功时随时改切开置管。

穿刺前可应用床旁超声定位血管走行，预先标定位置，或在超声引导下定位穿刺。颈内静脉导管固定点要延伸至耳后乳突位置，需扩大备皮范围，甚至剪除同侧或全部头发，以便消毒和护理。而股静脉穿刺的皮肤准备应该要达到膝盖水平。

常规准备ml悬浮红细胞、~ml血浆或相应容量负荷的胶体。ECMO系统开机运行前，应提前补充悬浮红细胞和胶体，以避免或减少开机后立即出现的低血压状态。

另外，考虑到ECMO穿刺时无菌敷料需完全覆盖床单位，穿刺前应充分吸痰、清除气囊上滞留物，延长静脉通路以便在操作过程中需要应用肝素、血管活性药物等治疗时不会影响到操作区域。

2．操作要点：主要步骤包括穿刺、置管、与预充好的ECMO套包的连接、开杌试运行、导管位置的确认和固定、连接水箱等。目前大部分ECMO置管能在床旁通过穿刺方式建立，无需切开。切开需要外科医生在床旁或手术室进行。

ECMO置管的穿刺方式通常采用Seldinger技术。应用扩张管沿导丝对置管皮肤和皮下通道进行逐级扩张。通常情况下颈内静脉／股动脉回血端管路的置入深度为14~15cm，而股静脉引血端的置入深度为43~47cm。

可以通过X线胸片了解导管的位置，股静脉引血端开口应在下腔静脉接近右心房开口处，大约在横膈水平、第10胸椎左右，颈内静脉回血端开口应在上腔静脉接近右心房开口处，大约以第4胸椎下缘为标记。置管前根据病情进行全身肝素化，具体剂量参考抗凝节。

将完成预冲、夹闭循环的ECMO系统转移至床旁，接通电源与氧气，连接好提前稳定运行于37℃水温的水箱。由辅助人员将ECMO系统的引血、回血管路递给穿刺操作者，再由操作者将引血管路和回血管路分别和引血、回血导管切实相连。连接时，两端连接管路的开口部分可能会有空气，应予以排出。

应注意患者低血容量或自主呼吸较强时可能导致引血困难、空气进入血管内产生气体栓塞。全面、仔细检查ECMO系统管路，连接无误、牢固可靠后，打开离心泵达到r/nun，打开管路上的管钳，开通氧气，可见膜肺后血液迅速变为鲜红色，患者氧合逐渐改善。

根据病情需要，将血流量调节至维持基本氧合水平，氧气流量通常与血流量之比为1：1。缝扎固定血管内导管于患者皮肤，固定完毕后以无菌敷料覆盖。

五、设备与管路的管理

1．血泵：目前临床上最常用的血泵为离心泵和滚压泵。离心泵运转时能耗低，不会产生过大的正压或负压，也能捕获少量气体并使其滞留在头中，因而安全性能优越；其主要缺点为流量不稳定，低流量时溶血风险增大。

相反，滚压泵能提供稳定的流量，在新生儿低流量运转时，溶血风险低；缺点是无论血容量是否足够、管路压力改变，滚压泵会持续运行，容易出现过大的管路负压或正压，空气栓塞的风险也增加，通过在血泵的引血端和回血端安装伺服控制的压力传感器，可增加使用的安全性。每台血泵均应配有备用电源，或自带蓄电池。

另一必备的配套设备是手摇柄，保证在血泵故障时启用手摇柄驱动血泵泵头。增加血泵转速从而提高血流量是改善氧合最重要的手段，应密切监测血泵的转速与流量，通常在ECMO系统稳定运行时二者具有固定的比例关系，若出现转速不变而流量下降的情况（有时可能是很小的变化），提示整个ECMO系统阻力增加（管路打折、血栓形成等）或血容量不足，应及时排查原因。

2．膜肺：膜肺是ECMO系统的另一核心部件，为进行气体交换的装置。目前市场上膜肺的材料有固体硅胶膜、微孔中空纤维膜（聚丙烯）或固体中空纤维膜（聚甲基戊烯，PMP）。

与固体硅胶膜相比，微孔中空纤维膜预冲时排气快，气体交换能力强，膜面积小，膜材料生物相容性好，跨膜压差低，操作简单、高效，同时能有效减少血小板的激活、红细胞的破坏和血栓形成；但这种微孔膜易发生血浆渗漏而失去功能，尤其是静脉输注脂类更容易发生，限制了其临床应用。

目前常用的固体中空纤维膜结合以上两种膜的优点，克服了血浆渗漏的缺点，使临床使用时间明显延长。尽管目前的膜肺大都使用肝素涂层，但血栓形成仍是导致其功能下降的最重要原因，临床应密切观察，并通过监测膜肺后的血气情况来判断血栓对其功能的影响。

3．氧供气流(sweepgas)：通常情况下，氧供气流为%的纯氧或二氧化碳与氧气的混合气（含5qo二氧化碳及95%氧气）。常规设置氧供气流流量与血流量相等(1：1)。

增加氧供气流流量可以增加C02的清除，但对氧合影响较小。如果ECMO仅用于清除C02（如体外C02清除），可选用较小的膜肺，血流量可低至0.75L．min-1．m-2，氧供气流常选用氧气，气流与血流量之比通常为10：1。

水蒸气可凝集于膜肺内，间断提高氧供气流的流量，可以避免水蒸气凝集形成“肺水肿”导致的膜肺功能下降。此外，即使是固体硅胶和固体中空纤维膜肺，也可能因为小的破损而出现气体栓塞。

为避免气体栓塞的形成，应维持膜肺中血流侧的压力高于气流侧，在氧供气流的管路上安装压力释放阀或压力伺服调节控制器，或保持膜肺的水平高度低于患者，可以使气体通过膜肺进入血流的风险降至最低。

4．管路：患者通过管路与ECMO的主要部件如血泵和膜肺连接。在充分考虑连接和转运便利等因素下，管路的长度越短越好，管路中的接头越少越好，以尽量减少湍流和血栓的形成。血管内导管（ECMO插管）是ECMO系统中提供理想血流量的主要限制因。

通常在给予充分支持时，ECMO系统的血流量为60~ml．kg-1．min-l。插管口径越大，能够提供的血流量越大，但穿刺时的难度会加大，血管损伤增大；而口径太小则不能提供足够的血液流量，这种矛盾在引血端尤为明显。而回血端由血泵提供动力，其阻力大小对血流影响相对较小，但过细的动脉插管将使回血阻力显著增加。

成人患者静脉引血端插管的大小为21~23Fr，动脉插管的大小为15N17Fr。在VV-ECMO采用双腔静脉插管是一种简单的替代方法。

5．水箱：由于大量血流持续流经体外，患者热量丢失较大，以水箱维持血温必不可少。一般水箱水的温度保持在37℃。若患者出现发热，可以水箱降温。

水箱中的循环水不是无菌的，与血液不发生直接接触。若循环水中发现少量血细胞或蛋白，或出现无法解释的溶血或感染时，应警惕发生血液与水的混合，这往往与膜肺破损有关，需立即更换。

6．模式与参数调节：

（1）VV-ECMO：通常将氧供气流和血流量设置于相同水平，使其通气血流比为1：1。如需要提高氧合，则增加ECMO血流量，如需降低C02水平，则增加氧供气量的流量。

（2）VA-ECMO：参数调节也包括血流量和氧气流量，但其设置的目标除了要考虑氧合水平，更应该