靜脈-動脈模式體外膜肺氧合機械輔助在心臟外科手術圍術期的應用

解衍博，侯劍峰，劉盛，吉冰洋，胡盛壽

體外膜肺氧合（ECMO）技術最早出現于20世紀70年代，是將體內靜脈血通過人工管道引流到體外，經氧合器進行氧合交換排除二氧化碳后由驅動泵將氧合的動脈血再泵入患者體內的中、短期心肺機械輔助技術。ECMO可以為各種病因所致的危急心肺功能衰竭患者提供有效的循環呼吸支持，穩定患者的基本生命體征[1-2]。根據體外生命支持組織（ELSO）統計，全球共有超過300家中心為嚴重心肺功能衰竭患者采取ECMO輔助支持治療，總體出院率為55%。中國醫學科學院阜外醫院自2004年開展心臟手術圍術期靜脈-動脈模式體外膜肺氧合（VA-ECMO）輔助支持治療以來，取得了較為理想的治療效果。本研究回顧分析中國醫學科學院阜外醫院 2004～2019年接受VAECMO治療患者的臨床資料，以期為臨床決策提供支持信息。

1 資料與方法

研究對象：回顧性分析中國醫學科學院阜外醫院2004年12月至2019年12月行心臟外科手術并接受同期VA-ECMO支持治療的307例患者，收集患者基線臨床資料、主要臨床診斷、VA-ECMO應用指征以及VA-ECMO建立時的資料，記錄VA-ECMO支持時間、是否經歷緊急搶救心肺復蘇、心臟手術體外循環時間、主動脈阻斷時間、是否使用主動脈內球囊反搏（IABP）、VA-ECMO建立時機、插管部位方式、是否應用血液濾過以及各器官系統并發癥的發生情況、成功撤離VA-ECMO以及出院情況等。

VA-ECMO的適應證：（1）心臟手術后由于低心排出量綜合征或者其他原因導致的不能脫離體外循環的情況；（2）圍術期出現心跳驟停，緊急心肺復蘇后難以維持自身平穩循環狀態；（3）術后在重癥監護病房（ICU）經過治療，使用大劑量正性肌力藥物仍不能糾正低心排出量，出現其他器官損傷或者功能不全；（4）肺氧合功能障礙，常規治療無效的急性肺損傷/急性呼吸窘迫綜合征（ALI/ARDS）；（5）心臟移植供體術后出現功能障礙，即原發性移植物衰竭；或術后出現急性或者亞急性供體排斥反應。實際臨床應用中需要ECMO機械輔助支持的血流動力學指標：心臟指數＜2.0 L/（m2·min），左心房壓或肺毛細血管楔壓≥20 mmHg（1 mmHg=0.133 kPa），大劑量正性肌力藥物治療后平均動脈壓仍≤60 mmHg，收縮壓＜80 mmHg，超聲心動圖排除了外科手術的因素；存在其他器官灌注不足，患者尿量持續≤0.5 ml/（kg·h），神志發生改變；無氧代謝或者代謝性酸中毒，血乳酸水平≥5.0 mmol/L。呼吸功能指標主要包括：急性肺損傷動脈血氧分壓（PaO2）≤50 mmHg；人工通氣3 h后PaO2＜55 mmHg；長時間人工通氣潮氣量過大或氣道壓力過高引起的肺損傷。

VA-ECMO相關并發癥的定義：（1）出血：引流多需要外科二次開胸干預或者需要內鏡治療出血。（2）血栓：通過超聲或者CT等影像學檢查明確的各個部位出現的血栓，包括管道內或者膜肺氧合器肉眼可見的血栓。（3）神經系統并發癥：腦死亡，患者意識、腦干功能不能恢復，CT檢查明確的新發腦梗死、腦出血的影像學改變。（4）腎臟并發癥：急性腎功能不全，需持續腎臟替代治療。（5）肺部感染：存在影像學改變，有明確的細菌學培養結果。（6）胃腸道并發癥：胃腸道出血，置入胃管或肛管，引流血性液體或者出現黑便；有胃腸缺血表現，腹脹，腹圍持續增加，腸鳴音消失。（7）肢體并發癥：出現下肢缺血癥狀、花斑、骨筋膜室綜合征需要切開引流甚至截肢的情況；外科切口不愈合，出現感染，需再次清創縫合；下肢血管血栓形成，或者出現血管狹窄，需要進行造影，置入支架等干預；下肢出現神經感覺障礙或者運動功能減弱。

統計學方法：所有數據采用SPSS 23.0軟件進行分析。通過 Shapiro-Wilk法進行正態性檢驗，連續變量用均數±標準差或中位數（P25，P75）表示，正態分布采用獨立樣本Student’s檢驗，非正態分布采用非參數檢驗Mann-Whitney U檢驗。分類資料的組間比較采用χ2檢驗或Fisher確切檢驗法。雙側P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

307例心臟外科手術圍術期使用VA-ECMO患者的基線資料（表1）：307例患者中包括177例（57.7%）成人，130例（42.3%）患兒；男性211例（68.7%）。平均VA-ECMO輔助時間為（119.2±72.7）h，209例（68.4%）患者成功脫機，158例（51.5%）患者恢復后順利出院。體重≤20 kg的患者插管部位為經原手術切口右心房-升主動脈；體重＞20 kg的患者絕大多數采用外周股靜脈-股動脈插管。

307例患者VA-ECMO使用情況（圖1）：總體脫機率為68.4%，出院生存率為51.5%。心肺復蘇后和心臟手術后出現呼吸衰竭而使用VA-ECMO的患者生存率最低，分別為33.8%和35.7%，明顯低于因其他原因使用VA-ECMO的患者（P均＜0.05）。不同VA-ECMO使用指征患者的撤機率也有差別，心臟移植術后患者撤機率最高（91.0%），出院生存率也最高（67.2%）；術中停機困難和術后發生低心排出量綜合征者的撤機率差異無統計學意義（P均＞0.05）。在心臟移植術后患者中IABP的使用率最高（56.7%），明顯高于其他類型患者（P均＜0.05）。

表1 307例心臟外科手術后使用VA-ECMO患者的基線資料[例(%)]

圖1 不同病因患者使用VA-ECMO的撤機率和生存情況

不同年齡段VA-ECMO輔助患者的生存情況和撤機率（圖2）：≤2歲和≥63歲患者死亡率最高，分別為59.2%和53.6%，但與其他各年齡段患者相比差異無統計學意義（P均＞0.05）。18～63歲患者撤機率近似，而≤2歲和≥63歲患者撤機率最低，分別為56.6%和53.6%，但撤機后患者生存率相對較高，分別為72.1%和86.7%。

VA-ECMO機械輔助并發癥發生情況（圖3）：最為常見的并發癥是急性腎功能不全（51.1%）和肺部感染（36.8%），其次為出血（30.2%）、肢體并發癥（13.4%）、神經系統并發癥（11.7%）、胃腸道并發癥（11.1%）和血栓形成（7.8%）。其中，出血和血栓形成的發生率在呼吸功能衰竭患者（分別為42.8%和14.3%）最高，其次是心臟移植術患者（分別為37.3%和11.9%），相較于其他情況更高；神經系統并發癥的發生率在術后低心排出量患者（18.0%）和心肺復蘇患者（17.7%）中發生率最高；胃腸道并發癥發生率在心臟移植術后患者中最高，為19.4%。不過，這幾種并發癥在不同類型患者中的發生率差異無統計學意義。此外，心臟移植術后使用VA-ECMO機械輔助的患者中急性腎功能不全的發生率最低，心臟外科手術后出現ARDS的患者中肺部感染發生率更高，與其他類型患者相比差異均有統計學意義（P均＜0.05）。

圖2 不同年齡段VA-ECMO輔助患者的生存情況和撤機率

圖3 VA-ECMO輔助患者中各種并發癥的發生情況

聯合應用IABP對VA-ECMO機械輔助應用的影響：與不應用IABP相比，聯合應用IABP未能縮短VA-ECMO輔助時間，但可以明顯縮短呼吸機機械通氣時間（158.6 h vs.131.5 h，P=0.013）以及ICU入住時間（153.2 h vs.119.0 h，P=0.002）。此外，對使用IABP患者進行亞組分析發現，同時聯合使用IABP的患者急性腎功能不全（40.0% vs.64.0%，P=0.035）以及胃腸道并發癥發生率（7.6%vs.24.0%，P=0.044）明顯低于分期應用IABP者，并且脫機率（78.5% vs.52.0%，P=0.015）與出院30 d生存率（69.2% vs.12.0%，P＜0.001）更高，見表2。

表2 同時開啟IABP和分期使用IABP對VA-ECMO機械輔助患者的影響[例(%)]

術中和術后ICU床旁使用VA-ECMO機械輔助患者生存情況及并發癥發生情況的比較（表3）：與術后ICU床旁建立VA-ECMO輔助循環的患者相比，在術中建立VA-ECMO輔助循環的患者脫機率（57.9% vs.77.8%）和出院30 d生存率（35.2% vs.66.0%）更高（P均＜0.05）。在術中進行VA-ECMO輔助除出血和血栓事件的發生率差異無統計學意義，其余并發癥發生率均較低（P均＜0.05）。

表3 術中和術后ICU床旁使用VA-ECMO機械輔助患者的生存情況及并發癥發生情況比較[例(%)]

3 討論

中國醫學科學院阜外醫院自2004年開始應用VA-ECMO，早期使用在心臟外科圍術期有較高死亡率，但隨著經驗積累，生存獲益愈加明顯。VA-ECMO在心臟外科手術使用的情況可以概括為：無法糾正的心原性休克（心肌梗死、心肌炎、心臟外科術后各種原因導致的患者不能脫離體外循環）；使用大劑量血管活性藥物仍無法改善的低心排出量；心跳驟停，心肺復蘇后使用VA-ECMO維持生命體征；肺栓塞；心臟移植患者出現移植物衰竭；術后出現嚴重的肺滲出或者ARDS[3-5]。本研究顯示，本中心近15年期間心臟外科手術圍術期使用VAECMO的患者中總體脫機率為68.4%，出院生存率為51.5%。≤2歲患兒術后使用VA-ECMO的撤機率和出院率低，說明對于復雜先天性心臟病（先心病），低齡、低體重患者手術效果對于預后影響最大，手術過程對心臟的損傷程度是ECMO機械輔助預后的重要因素。VA-ECMO輔助使用時間在各組之間無差別，撤機成功的患者大多數VA-ECMO支持時間為2～4 d，與既往文獻報道一致[4]。由于本組病例時間跨度長，早年間對于復雜先心病患者心臟手術指征、時機和手術方式還處于探索階段，因此其撤機和出院率較現今更低。

對于心臟移植術后的患者，原發移植物衰竭（PGD）是患者的主要死因之一，機械輔助是發生此類并發癥患者的唯一有效治療方法，VA-ECMO輔助后可明顯提高患者的生存率[6]。研究顯示，心臟移植術后發生PGD的患者經過ECMO機械輔助并平穩度過移植早期的患者長期生存率與未出現PGD的患者相似[7-8]。

院內出現心跳驟停的患者心肺復蘇出院率在10%～20%左右[9]，有研究認為ECMO的使用可以改善該類患者的生存率，其出院率為28.8%[10]，且長時間的胸外按壓、無波形的血壓、無心電活動相比于心室顫動或者室性心動過速預后更差。本研究對各種原因引起的心室顫動、心跳驟停等患者進行高級生命支持，出院生存率為33.8%。對于出現心跳驟停的患者，回顧性研究的經驗認為，年齡、心肺復蘇＜35 min、瞳孔大小情況是決定預后的關鍵因素[11]。

近5年來，越來越多的患者采用了ECMO聯合IABP進行循環輔助。ECMO聯合IABP進行循環輔助的優勢包括：（1）IABP增加主動脈根部舒張期的供血，改善冠狀動脈灌注，減輕心肌缺血，改善心肌的氧供需求平衡，有利于衰竭的心肌功能恢復[12]。（2）植入IABP可有效減輕左心室后負荷，改善左心室舒張末期內徑和舒張壓力[12-14]。Bréchot等[15]的研究表明，與單純使用ECMO者相比，聯合使用IABP的患者肺水腫程度明顯減輕，機械通氣時間更短，并且死亡率有降低的趨勢。（3）二者聯用可以恢復動脈血流的搏動性，改善外周器官的灌注，減少收縮血管的藥物（如去甲腎上腺素）的用量[13]。Gass等[13]認為，在ECMO之前使用IABP有助于減少并發癥的發生，對于降低死亡率具有積極作用。本研究回顧分析了近15年期間中國醫學科學院阜外醫院所有心臟外科手術圍術期聯合使用VA-ECMO和IABP的臨床病例數據，顯示在心臟移植術后聯合使用VA-ECMO和IABP的效果最好；同期使用IABP出現急性腎功能不全的患者少于單純使用VAECMO的患者，其機械通氣的時間也縮短。對于冠狀動脈疾病導致的術后心功能受損或者術前急性心肌梗死后心功能差的患者，聯合使用機械循環輔助效果較單純使用VA-ECMO更能體現其對心肌供血的優勢，盡管目前對于改善此類患者預后的效果存在一定的爭議，我們認為聯合使用IABP和ECMO的優勢仍然明顯[16]。

VA-ECMO并發癥是機械輔助支持治療過程中無法避免的問題，往往涉及多個臟器。有關ECMO并發癥的Meta分析顯示，發生率最高的是急性腎功能不全（52%）、出血（33%）和感染（細菌性肺部感染33%，敗血癥26%），其次是肢體缺血（10%）和神經系統并發癥（8%）等[17]。本研究中最多見的并發癥是出血、肺部感染和急性腎功能不全。ECMO輔助過程中同時監測活化凝血時間（ACT）和部分凝血活酶時間（APTT），ACT范圍控制在160～180 s，APTT 50～70 s，血小板維持大于5×109/L，低于此標準補充新鮮血小板，嚴重滲血、出血可以少用或不用肝素，根據血栓彈力圖的檢測結果補充相應的凝血物質。在ECMO輔助過程中，逐漸降低正性肌力藥物用量以減輕心臟負擔，維持平均動脈壓（MAP）60 mmHg即可，與此同時降低呼吸機支持條件，可減輕患者出現呼吸機相關肺損傷的發生。ECMO與IABP聯合使用時，由于兩側股動脈都插管，雙下肢的供血會進一步受到影響，為了預防機械輔助過程中的肢體缺血，往遠端置入灌注管道供血是大多數中心采用的手段[18]。本中心使用直徑為（8±1）Fr的灌注管進行下肢遠端肢體的灌注，并采用超聲多普勒和血氧飽和度進行監測，避免肢體缺血或灌注過多的發生[18-19]。

在術中置入ECMO的患者脫機率和出院率高。在建立ECMO之前，患者往往使用較少量的血管活性藥物，并且使用時間較短，而在ICU建立ECMO輔助的患者通常經歷了更長時間的低血壓、循環衰竭以及組織缺氧，甚至心跳驟停等情況，因此各臟器低灌注的損傷更嚴重，腎功能衰竭發生率更高。本研究提示，應在ICU盡可能縮短患者循環崩潰、缺氧時間，更早地開始機械輔助。Deroo等[20]對比了心臟移植術后發生PGD的患者使用ECMO的時機對預后的影響，認為盡早開始輔助有助于獲得良好的預后。

本研究是單中心15年心臟外科手術圍術期使用VA-ECMO的臨床資料總結，發現VA-ECMO可以對出現循環呼吸功能衰竭的患者提供有效的輔助支持，IABP恢復血流的搏動性對輔助過程中外周器官灌注有積極作用。本研究建議盡可能縮短患者循環崩潰、缺氧的時間，盡早開始機械支持，以獲得更優的循環輔助療效。

利益沖突：所有作者均聲明不存在利益沖突