靜脈-動脈體外膜肺氧合在心臟危重癥中的救治

何佳玲 葉滔 周名綱 蔡琳

(西南交通大學附屬醫院 成都市第三人民醫院心內科，四川 成都 610031)

急性心肌梗死、心力衰竭失代償和暴發性心肌炎等嚴重心臟疾病可導致心源性休克或心搏驟停。而常規治療對這類心臟危重癥的救治效果欠佳[1-2]，因此需更加高級器械輔助支持。體外膜肺氧合(extracorporeal membrane oxygenation，ECMO)是一種可經皮植入的輔助循環裝置，具有不受地點限制，可同時提供雙心室聯合呼吸輔助的優點，常用于生命支持無效的各種急性循環或呼吸衰竭[3]。其中靜脈-動脈體外膜肺氧合(veno-arterial ECMO，VA ECMO)可提供有效的循環支持，為恢復自主循環功能或其他高級治療的應用爭取了時間，因此在心臟危重癥的治療中顯得尤為重要。國內外開展了大量觀察性研究，明確了VA ECMO治療心臟危重癥的安全性與有效性。現介紹1例VA ECMO救治成功的心肌梗死合并心源性休克病例，并系統地回顧VA ECMO的基礎原理、心臟重癥治療相關研究與應用進展。

1 病例匯報

ECMO輔助緊急介入治療救治嚴重三支病變非ST段抬高心肌梗死患者1例。

患者女性，73歲，因“胸痛1周，加重1 d”于2019年1月14日入院。既往高血壓病史20年,糖尿病病史7年,不嗜煙酒。入院查體：體溫36.0 ℃，脈搏110次/min，呼吸26次/min，血壓78/58 mm Hg(1 mm Hg=0.133 3 kPa)。精神差、氣促，面色青灰，肢體末端皮溫較低。雙肺聽診較多濕啰音。心率110次/min，律齊，心音低鈍，各瓣膜區未聞及雜音。心電圖：竇性心動過速，廣泛前壁、下壁ST-T段水平下移。肌鈣蛋白T 3 708 ng/mL。腦鈉肽1 189.40 pg/mL。診斷：急性非ST段抬高心肌梗死、心源性休克、Killip分級Ⅳ級。入院予藥物治療：阿司匹林和波立維抗血小板，阿托伐他汀和力平之降脂，肝素抗凝，去甲腎上腺素維持血壓，米格列醇和格列美脲降糖。立刻行主動脈內球囊反搏(intra-aortic balloon pump，IABP)支持下經皮冠狀動脈介入治療(percutaneous coronary intervention，PCI)。冠狀動脈造影結果：左主干末段狹窄90%，前降支及回旋支變細，血流緩慢，TIMI血流Ⅱ級；前降支中段狹窄60%伴瘤樣擴張，回旋支遠段狹窄70%;右冠狀動脈嚴重病變(右冠狀動脈近段狹窄60%，中段狹窄90%，遠段閉塞),見圖1。

注：A：左主干末段狹窄90%；B：右冠狀動脈中段狹窄90%，遠段閉塞。

快速造影結束，患者血壓進一步下降，血壓50/30 mm Hg，血氧飽和度50%。患者意識模糊，病情危急，結合造影結果，與家屬溝通后立刻啟動ECMO支持下PCI救治。于右側股靜脈置入ECMO靜脈管(21 F)，右側股動脈置入ECMO動脈管(21 F)，連接ECMO管路并固定，以靜脈-動脈模式輔助，轉速2 000 r/min，流量2 L/min，氧濃度100%，氣流量2 L/min。同步即刻行PCI解除了患者左主干末段嚴重狹窄并開通了右冠狀動脈閉塞病變(見圖2)。術后患者呈昏迷狀態，血壓93/56 mm Hg，血氧飽和度90%。術后即刻超聲心動圖：左心室壁整體活動度彌漫性降低，左心室射血分數30%。

注：A：左主干末段嚴重狹窄解除；B：右冠狀動脈遠段閉塞病變開通。

PCI后轉入重癥監護室治療，進一步予有創機械通氣(同步間歇指令通氣模式，呼吸頻率14次/min，氧濃度50%，潮氣量360 mL，壓力支持通氣12 cm H2O，呼吸末正壓6 cm H2O)，舒普深序貫美羅培南抗感染。術后第2天血壓為138/78 mm Hg，血氧飽和度為98%。術后第4天患者生命體征：血壓108/56 mm Hg，血氧飽和度100%，呼吸17次/min，脈搏79次/min。行ECMO撤機試驗，患者循環和氧合無明顯變化，ECMO撤機成功(共使用ECMO 100 h)。患者自主意識逐漸恢復。在使用ECMO后，患者右下肢皮溫低于左側，右側足背動脈未捫及，右側足趾、腳底部和足后跟發紺，動脈CT血管造影提示右側髂總動脈及髂外動脈夾層。遂于PCI后第9天經血管外科行右下肢動脈支架植入術。術后患者雙下肢皮膚溫暖，右下肢發紺減輕。

術后第6天患者生命體征：血壓140/68 mm Hg，血氧飽和度100%，呼吸15次/min，脈搏102次/min。拔除IABP后患者生命體征平穩，IABP撤機成功(使用IABP 140 h)。術后動態復查超聲心動圖：第4天左心室射血分數28%，第9天左心室射血分數53%，第15天左心室射血分數54%，患者心功能恢復良好。疾病發展過程中肌鈣蛋白T和腦鈉肽水平變化如圖3。

圖3 患者住院期間肌鈣蛋白T和腦鈉肽水平變化

2 ECMO在心臟危重癥中的治療綜述

1944年Kolff等[4]首次發現血液在經過人工腎臟時可被氧合，1954年Gibbon[5]第一次將體外心肺支持的技術用于心臟外科手術。1983年美國在Virginia醫學院、Michigan大學和Pittsburgh大學分別建立了ECMO中心。1989年體外生命支持組織(Extracorporeal Life Support Organization，ELSO)成立，在全球范圍對ECMO相關數據進行匯總和分析，評價患者預后。發展至今，ECMO已成為心臟重癥及呼吸衰竭治療的重要輔助治療手段。

2.1 ECMO的工作原理

ECMO的工作原理是將靜脈血通過竇道和管道引流到身體內另一血管中。血液在體外氣體交換裝置流動過程中被氧合、脫羧和保溫。ECMO有兩種工作模式，即靜脈-靜脈體外膜肺氧合(venous-venous ECMO，VV ECMO)和VA ECMO。VV ECMO模式的運作過程是將血液從右房引流，最后回到右房，這樣只能提供呼吸支持，要求患者具有穩定的血流動力學。VV ECMO的模式通常用于嚴重呼吸窘迫的患者，在此不贅述。VA ECMO模式的運作模式是將血液從右房引流，最后回到動脈系統，這樣可同時提供呼吸和血流動力學支持(見圖3)。VA ECMO人為地制造了大量動靜脈分流，血流量為7 L/min。靜脈分流可降低心臟前負荷，而回流的動脈血可增加心輸出量。

圖3 VA ECMO工作示意圖[6]

同時需注意的是，雖然VA ECMO可減輕心臟前負荷，但也增加了左心室后負荷[7-8]，加上VA ECMO使用期間主動脈瓣處于關閉或開放不全狀態，左心室呈脹滿狀態。心室充盈壓的增加和心室壁壓力的增高，增加了肺淤血和冠狀動脈灌注不足的風險。因此在VA ECMO的使用中，可根據實際情況進行左心減壓，例如房間隔造口，使用Impella等。

2.2 VA ECMO心臟治療的適應證、禁忌證與并發癥

VA ECMO的心臟適應證包括在足夠容量支持、大劑量正性肌力藥物以及IABP支持下，仍然發生可逆的低心排血量[心指數<2 L/(min·m2)]和低血壓(收縮壓<90 mm Hg)[9]。2018年成人ECMO循環輔助專家共識建議患者處于難以糾正的心源性休克狀態，且無ECMO輔助禁忌證時，建議盡早行ECMO輔助；其他重要的心血管適應證包括發生院內心搏驟停(in-hospital cardiac arrest，IHCA)患者，常規心肺復蘇搶救持續10 min仍不能恢復有效自主循環且無ECMO輔助禁忌證時，可立刻啟動ECMO搶救流程[3]。VA ECMO治療的具體適應證和禁忌證見表1。

表1 VA ECMO心臟疾病治療的適應證和禁忌證

ECMO是一項侵入性治療，可能發生多種并發癥。本例患者就出現了最常見的入路血管并發癥。Cheng等[10]曾進行過一項meta分析，納入1 866例心源性休克及心搏驟停的ECMO病例，總結出ECMO治療后常見的并發癥及其發生率：下肢缺血(16.9%)、骨-筋膜室綜合征(10.3%)、截肢(4.7%)、卒中(5.9%)、神經系統并發癥(13.3%)、急性腎損傷(55.6%)、腎臟替代治療(46%)、大出血(40.8%)、心臟外科術后二次手術(41.9%)和顯著感染(30.4%)。

2.3 VA ECMO在心臟重癥救治中的研究進展

2.3.1 心源性休克

80%的心源性休克是由急性冠脈綜合征所導致[11]。其他引起心源性休克的原因有慢性心力衰竭(占比10%)、瓣膜病(占比6%)、應激性心肌病(占比2%)和心肌炎(占比2%)[12]。既往對急性心肌梗死合并心源性休克患者使用IABP治療是Ⅰa類推薦，但Thiele等的隨機對照研究發現，接受IABP治療的患者短期死亡率和重癥監護室住院時長并無明顯改善，由此IABP在歐洲指南中降為Ⅲa類推薦[13]。因此，對于這類患者，可能需其他更強有力的器械支持，例如VA ECMO。盡管無隨機對照試驗來證實VA ECMO在心源性休克治療中的有效性，大量觀察性研究已給出了一定的正面證據。目前VA ECMO在歐洲和美國指南中分別被列為Ⅱb[14]與Ⅱa[15]類推薦。

Aso等[16]通過日本全國性注冊研究，回顧了4 658例心源性休克患者，休克的主要病因包括：缺血性心臟病(42.2%)、心力衰竭(34.8%)和瓣膜性心臟病(13.7%)。經過ECMO治療后，64.4%的患者能撤機，這部分患者中院內生存率為62.1%，總體缺血性心臟病患者的院內生存率為20.9%，心力衰竭患者的院內生存率為32.2%，瓣膜性心臟病患者的院內生存率為23%。Muller等[17]回顧法國兩個重癥監護室2008—2013年的數據，納入138例接受ECMO治療的急性心肌梗死患者，重癥監護室內生存率為47%。Sheu等[18]的多中心回顧性研究納入1993—2009年71例ST段抬高心肌梗死合并心源性休克患者，將患者分為ECMO+IABP治療組和單一IABP治療組，ECMO+IABP治療組患者的30 d死亡率更低(60.9% vs 28%，P<0.04)，遠期卒中發生率更低(P<0.04)，院內生存時間更長(P=0.000 5)。Sattler等[19]單中心回顧性研究2011—2013年急性心肌梗死合并心源性休克患者，12例接受ECMO與12例接受IABP治療的患者相比，30 d生存率更高(67% vs 33%)。Riebandt等[20]納入22例接受左心輔助裝置+ECMO治療的患者，與自身對照，經ECMO治療后，肝、腎和肺功能有明顯改善。田峰等[21]曾納入解放軍總醫院2015年1月—2019年8月診斷為急性心肌梗死合并心源性休克的患者164例，其中10例患者接受IABP聯合ECMO治療，這部分患者的短期死亡率顯著低于接受IABP+藥物治療患者(30% vs 87%)。侯劍峰等[22]回顧分析2006年2月—2017年3月中國醫學科學院阜外醫院60例因心外科術后心源性休克而接受ECMO與IABP聯合輔助循環的患者，48.3%的患者順利撤機，所有患者的出院率為43.3%。多因素回歸分析顯示聯合使用ECMO與IABP是出院的獨立預測因子。國內外大量數據說明，在心源性休克患者中使用VA ECMO輔助治療可有效提高生存率，這是因為VA ECMO能快速地啟用和重建循環。值得注意的是，VA ECMO的最佳適應證是那些不以“心臟康復”為最終目標的嚴重的循環衰竭，例如等待心臟移植或左心輔助裝置的患者；而急性心肌梗死或暴發性心肌炎這樣的疾病，心臟后負荷太大，會造成心臟功能不可逆的損傷，所以VA ECMO的遠期治療效果有限。那么在急性心肌梗死引發的心源性休克中，如何識別VA ECMO使用的最佳時機，這個問題暫無一項大規模和前瞻性研究能準確地回答。但有一些學者開始了初步探索，Schmidt等[23]將患者病因、年齡、體重和有無器官損害等12項因素賦值，得到SAVE評分，發現該分值能預測心源性休克患者經ECMO救治后的生存率，類似的還有ENCOURAGE評分[24]。

2.3.2 心搏驟停

心搏驟停的病因包括急性冠脈綜合征、心臟外科手術、心力衰竭和肺栓塞等，冠狀動脈疾病為主要病因。體外心肺復蘇是指當傳統心肺復蘇無法恢復和維持自主循環時，使用ECMO以提供循環及呼吸支持的復蘇方法[25]。Chen等[26]進行的匹配分析顯示體外心肺復蘇比心肺復蘇有更高的救治率，VA ECMO就是常用的體外心肺復蘇手段[27]。

受倫理的限制，ECMO進行體外心肺復蘇治療無法開展隨機對照研究。而現有的觀察性研究在患者選擇和復蘇時間等方面無法統一，所以研究結果有一定的差異。Chen等[26]開展的前瞻性研究納入59例IHCA患者，其中49.2%表現為室性心動過速/心室顫動，28.8%表現為無脈性電活動，22%表現為心搏驟停，平均啟動ECMO的時間為52.8 min，經治療后脫機率為49.2%，院內生存率為28.8%；啟動ECMO時間是死亡預測因子。Chung等[28]開展的前瞻性研究納入IHCA患者134例，最終50.7%的患者能撤機，30 d生存率為54.5%，不適宜的撤機時機是死亡的預測因子。le Guen等[29]前瞻性納入51例院外心搏驟停(out-hospital cardiac arrest，OHCA)患者，其中63%表現為心室顫動，29%表現為心搏驟停，8%表現為無脈性電活動，所有患者的中位啟動ECMO時間為120 min，最終48 h生存率為12%；基礎乳酸水平和啟動ECMO時間是死亡預測因子。Stub等[30]進行的前瞻性研究納入15例IHCA和11例OHCA患者，中位啟動ECMO時間為56 min，最后患者脫機率為54.1%，院內生存率為53.8%，死亡預測因子有啟動ECMO時間、酸堿度和心肌酶水平。Avalli等[31]回顧了42例患者，其中IHCA患者24例，中位啟動ECMO時間為55 min，撤機率為58%，28 d生存率為46%；而發生OHCA的18例患者，中位啟動ECMO時間為77 min，撤機率為16%，28 d生存率為5%。Leick等[32]回顧性納入OHCA患者28例，存活患者的中位啟動ECMO時間為44 min，30 d生存率為29.3%，死亡預測因子是啟動ECMO時間。Jung等回顧了117例患者，其中70.9%為IHCA，撤機率為52.1%，30 d生存率為23.1%。Pozzi等[33]納入68例OHCA患者，院內生存率為8.8%。付海霞等回顧了2014—2017年接受急診PCI+ECMO治療的急性心肌梗死后心搏驟停患者27例，脫機率為96.3%，經治療后院內生存率為44%，心肺復蘇時間、啟動ECMO時間和ECMO復蘇后48 h的平均動脈壓是死亡的獨立預測因子。Richardson等[34]從ELSO數據庫中回顧了全球1 796例患者，按照就診時段(2003—2006年、2007—2010年和2011—2014年)將患者分為3組，這3組患者院內生存率分別為27%、28%和30%，無明顯差異。心搏驟停造成人體損害的病理生理學機制與心源性休克一樣，可推測心搏驟停經VA ECMO的搶救效果顯著。通過以上研究發現，即使使用ECMO，心搏驟停患者生存率仍不高，而OHCA患者相比IHCA患者，預后普遍更差。這可能是因為心搏驟停發生時泵功能停止，器官緊急缺血缺氧，而心源性休克發生時泵功能減低，人體尚有一定代償功能，因此相同發病時間的心源性休克預后優于心搏驟停。另外心搏驟停患者啟動ECMO的中位時間一般>50 min，而OHCA患者則需更長時間，這也極大地影響了患者預后。由于觀察性研究無法控制諸如患者選擇、有無心肺復蘇鋪墊和救治時間等重要因素，所以筆者無法得出更標準的體外心肺復蘇搶救流程。今后的研究需更加精確地說明不同條件下VA ECMO進行體外心肺復蘇的結果有何差異，從而明確VA ECMO的最大救治效能。

2.4 ECMO在心臟危急重癥中的應用現狀與展望

VA ECMO輔助技術可快速地提供有效的循環支持，提高心血管疾病危急重癥患者的存活率。根據ELSO的全球統計數據，截止2020年1月，ECMO使用量共129 037例，其中61 611例用于心源性休克和心搏驟停的治療。目前中國ECMO技術的應用量正飛速提升。中國生物醫學工程學會體外循環分會[35]通過心臟科對中國ECMO的使用現狀進行了調查，2017年ECMO病例數為2002例，較2016年增加了62.2%；2018年ECMO病例數為2 655例，較2017年增長了32.6%。目前中國在ELSO注冊的醫療中心有30個，比2015年增加25個，其中廣州市婦女兒童醫療中心使用ECMO例數為804例，是中國使用ECMO例數最多的醫院。

中國心血管疾病負擔很重，推算心血管疾病現患人數為2.9億，其中腦卒中1 300萬，冠心病1 100萬，肺源性心臟病500萬，心力衰竭450萬，風濕性心臟病250萬，先天性心臟病200萬，高血壓2.45億。心血管疾病仍占據城鄉居民死亡的首位，農村為45.50%，城市為43.16%[36]。盡管中國ECMO的使用日益增長，在當下巨大的心血管疾病患者人口壓力下也顯得較為單薄，因此ECMO支持下的心臟重癥救治需進一步得到普及。2017年國內成立第一個專業的ECMO組織，即“中國醫師協會體外生命支持專業委員會”；2018年該組織頒布了首個成人ECMO循環輔助專家共識[3]。今后，還需開展更多高質量的臨床研究來探究在心臟危急重癥救治中更優化的ECMO治療策略，還需建立合理的ECMO團隊培養體系和更符合國情的ECMO患者轉運系統，逐步完善ECMO技術指南，挽救更多重癥患者，改善近遠期預后。