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1、031.体外循环膜肺支持疗法 心血管麻醉及体外循环胡小琴 主编 发表日期 :2006-11-7 16:20:34 浏览数 : 3 第三十一章 体外循环膜肺支持疗法 龙村 至今体外循环开展已近四十多年的历史，其主要任务是为心脏手术提供一理想的条件。随着体外循环研究的不断深入，其器械和用品日益完善，应用范围远远超出心脏手术范畴。体外循环膜肺支持疗法（ ExtracorporealMemberaneOxygenationECMO）就是其中之一。 ECMO是指通过长时间的体外 循环，对一些呼吸或循环衰竭患者进行有效支持，使心肺得以充分地休息，为心功能和肺功能的恢复赢得宝贵的时间。有关 ECMO还有其它

2、名称（见表 31-1）。 表 31-1ECMO的其它名称及缩写 ECCO2 extracorporeal carbon dioxide removal 体外循环 CO2排除疗法 ECLA extracorporeal lung assist 体外循环肺辅助疗法 ECLHA extracorporeal lung and heart assist 体外循环心肺辅助疗法 ECLS extracorporeal lung support 体外循环肺支持疗法 ELS extracorporeal life support 体外循环生命支持疗法 ELSO extracorporeal life supp

3、ort organization 体外循环生命支持系统 AREC assistanc erespiratory extracorporeal 体外循环呼吸辅助 IVBGE intravenous blood gas exchange 静脉血气交换 IVOX intravenous oxygenator 静脉血氧合 EPBGE extrapulmonary blood gas exchange 肺外血气交换 PCPS percutaneous cardiopulmonary support 经皮心肺支持 第一节 历史 1953年 Gibbon成功地将体外循环应用于心脏手术，为心胸外科的迅速发展奠

4、定了基础。当时氧合器的原理是气血直接接触，历时 1 2小时的体外循 环后，血液被严重破坏，如游离血红蛋白增加，凝血因子大量消耗，血浆蛋白变性等。到 60年代初，仿生呼吸的膜式氧合器（膜肺）用于临床，为长时间体外循环提供了可靠的保证。 早在 60年代末期就有人用 ECMO治疗呼吸衰竭，不幸的是这些患者颅内出血发生率高。1972年 Hill首先报道了一例成人患者多脏器损伤合并衰竭用长时间体外循环支持的成功经验。紧接着一些医院用同样的方法抢救成人心功能不全和呼吸功能不全。 1975年美国国立卫生研究院对此进行调查，结果是成人急性呼吸窘迫综合症（ ARDS）用常规方法治疗生存率为 8%，而用 ECMO

5、的生存率也仅为 10%，两种疗法效果无明显差异。自从这一文章的发表到 1979年这方面的文献甚少。其实此报导有三个问题导致 ECMO的疗效较低： 这些患者的肺大多为不可逆器质性改变 ; 在 ECMO治疗时还继续应用 60%氧浓度（ FiO2）进行呼吸机支持，导致肺组织纤维化 ; 病因学上这些患者的 ARDS 为病毒和细菌感染所致，而ECMO对损伤、栓塞所致 ARDS 疗效较佳。与此同时人们发现新生儿呼吸衰竭用 ECMO治疗的效果很好。 1975年 Bartlett等报告用 ECMO治疗羊水误吸综合征的成功经验。 1982年他们总结 45例新生儿 ECMO病例，其生存率为 55%。人们从上述结果

6、得到鼓舞，各医疗中心纷纷进行这方面的尝试。 1988年 Gomell等发表一篇临床报告， 12例呼吸衰竭患儿用 ECMO有 11例存活，而用常规呼吸支持疗法的患儿无一例存活。 ECMO逐渐为人们认识，相应的方法和器械亦在不断完善。经皮插管方法可使 ECMO在短时间内建立，同时避免开胸和损伤大血管。在新生儿呼吸衰竭的治疗中，一些医院采用经脐带血管建立 ECMO，增加静脉回流。 ECMO最常见的并发症为出血，其中以颅内出血最为严重，长期应用肝素和凝血因子消耗是主 要原因。 1988年 Bindslev等报告用肝素涂抹新型膜肺建立 ECMO，可减少肝素用量和出血。 Cottrell 等在 ECMO治

7、疗中应用抑肽酶保护血小板。人们对 ECMO治疗中各脏器组织病理生理变化，一些药物的药效和药代问题亦进行了深入研究。一些医疗中心已组织专门医疗队伍进行 ECMO临床研究，它独立于小儿科、体外循环科。为了使濒危婴儿得到及时抢救， FaulRner报告在直升飞机运输的过程中进行ECMO的经验。由于各方面的共同努力，婴幼儿 ECMO疗效有提高。 1993年 Zwushenberrger等对 5000例 ECMO治疗的呼吸衰竭患儿调查表明，其生存率为 82%。而这些患者若不进行ECMO治疗其死亡率为 80%。 1994年在英国慕斯召开盛大的 ECMO国际会议，对其技术进行综合的总结和探讨，结论是 ECM

8、O对儿童特别是新生儿有很好的疗效，对成人的效果不理想，对呼吸衰竭的效果较佳，对感染和心衰的效果较差。 ECMO在全世界发展不平衡，近年来美国新生儿 ECMO每年已超过 1000例。到 1990年日本已有 100多例新生儿应用 ECMO治疗， 1994年已增加到每年 500例体外循环辅助，年龄从出生 7小时的新生儿到 76岁的老人 。现在韩国已开始 ECMO研究，并有成功的报告。我国 ECMO的工作起步较晚。 1990年阜外医院曾报告一例 ECMO治疗，因患者事先进行过长期心脑复苏，最后因多脏器衰竭死亡， 1993年阜外医院成功地用 ECMO抢救一例心脏术后严重肺功能衰竭的病人。我国在这方面落后

9、的原因有： 资金、器材缺乏。 医生对 ECMO理解程度不高，不能准确掌握适应症，缺乏临床管理经验。 无专门 ECMO研究队伍。 有关我国开展 ECMO的意义和时机问题各个专家有不同看法。我们认为 ECMO是一综合系统的工作，反映国家和医院的整体医疗水 平。但 ECMO花费巨大，对国家和病人都是很重的负担，在目前国力有限时开展这一工作应慎重稳妥，今后随着国民经济条件的改善可考虑普及提高。 第二节 ECMO应用的必要性 ECMO是将血液从体内引到体外，经膜肺氧合再用泵将血灌入体内，可进行长时间心肺支持治疗，为肺功能和心功能的恢复赢得宝贵时间。至今有长达 35天 ECMO治疗的报告。这要了解 ECM

10、O，应用的必要性必须先了解常规急性呼吸窘迫综合症（ ARDS）、新生儿顽固性肺动脉高压（ PPHN）和急性心衰治疗的特点。 一、 ARDS 的常规治疗 ARDS 一般指多种疾病或直接肺损伤所致的弥漫性肺损伤过程。临床表现为肺顺应性下降，气体交换障碍，肺动脉高压。 按临床和病生理变化可分四期。第一期 :呼吸急促、困难， PaO2基本正常，因过度通气可产生呼碱。肺部体检和 X线无明显异常，病理无特异性改变。第二期 :肺泡毛细血管膜受损，通透性增加，呼吸困难加重，低氧血症。胸片可见斑状阴影。病理显示急性炎性反应，肺间质大量白细胞浸润，微血管纤维素 -血小板聚积物栓塞。若能逆转始动因子，此期可在4-5

11、天内消退。第三期 :进行性呼衰 ，肺血流重新分配，血管阻塞加重，机械通气高 FiO2难以提高 PaO2。此期病理主要特点为 型细胞明显增殖，毛细血管面积明显减少。若治疗适当，病情仍可恢复。第四期：为肺纤维化和复发性肺炎。临床表现为肺顺应性下降，气体交换障碍，肺动脉高压，为不可逆的器质性改变。 急性呼吸衰竭最基本的治疗是机械呼吸治疗，其中呼气终末正压呼吸（ PEEP）为改善呼衰发挥了积极作用。 PEEP 作用包括逆转进行性肺泡萎陷，阻止液体向肺泡渗出，减轻间质水肿，从而改善肺泡气体交换。它还使萎陷的肺泡膨胀，使已膨胀的肺泡容量加大。但PEEP 难以解决血液氧合这一根本问题，其原因有： PEEP

12、不能解决 ARDS 肺内分流问题，有人给早期 ARDS 患者使用 PEEP，其结果对死亡率、病程进展无明显影响； 在长期高FiO2的 PEEP 治疗中可导致氧中毒发生，此时肺泡透明膜形成，气体弥散障碍； PEEP 治疗为胸腔正压，影响静脉回流，不利于血流动力学的维持； 急性呼吸衰竭患者肺顺应性很低，气道阻力很大， PEEP 易造成肺气压伤。 二、心衰的常规治疗 心力衰竭是指由于心输出量绝对或相对不能满足机体需要而导致的以循环功能障碍为主的综合症 。其主要特点是体（肺）循环瘀血和组织血液灌注不足。病理生理原因有 : 原发心肌收缩性受损； 心室压力或容量负荷过度； 心脏舒张充盈受限。其治疗主要原则

13、为改善心脏舒缩功能，调整合适的心率，减轻心脏前后负荷，提高心排血量。这些治疗主要靠药物来进行。 对于顽固性的心衰，上述常规办法有限。主动脉球囊反搏（ IABP）对提高心排量，改善心肌氧的供需平衡有积极意义。其原理 :心室舒张期主动脉内球囊扩张增加向冠脉和脑组织的射血。在心室收缩期球囊吸瘪，降低此时压力负荷，减少心脏做功。其局限为 : 主动脉瓣膜关闭不全和主动脉瘤患者不 能使用； 不能降低心脏的前负荷； 对于心射血能力极差的患者无能为力； 严重心律失常的患者效果不佳； 婴幼儿缺乏大小合适的导管； 对右心衰作用有限。目前一些辅助循环主要针对左心系统。 三、 PPHN的常规治疗 PPHN是新生儿的体

14、循环血液通过动脉导管或卵圆孔使肺动脉压力持续增高。临床的突出特征是全身紫绀，这是未氧合的静脉血进入动脉系统的结果。 PPHN的常规治疗方法主要包括人工呼吸、血液碱化、扩张血管，力图降低肺血管阻力，增加肺血流。 FOX的文章表明过度通气可产生呼吸性碱中毒，但 pH大 于 7.5可明显降低肺动脉压力，同时增进肺的气体交换。不幸的是当新生儿肺部疾患严重，这种治疗方法可因过度通气而产生严重的气道压伤。妥拉唑林为抗肾上腺能药物，并有组织胺效应，可广泛用于 PPHN的治疗。但对新生儿应用此药的药代动力学知之甚少。它还可引起血压的明显下降，长期应用可导致胃肠出血。 ECMO应用的必要性体现在它能克服上述治疗

15、方法的不足。使采用常规治疗的死亡率为 80，改善为用 ECMO治疗生存率为 80。 第三节 ECMO原理 ECMO治疗期间 ，心脏和肺得到充分的休息，而全身氧供和血流动力学处在相对稳定的状态。此时膜肺可进行有效的二氧化碳排除和氧的摄取，体外循环机使血液周而复始地在机体内流动。这种呼吸和心脏的支持优越性表现在 : 有效地改善低氧血症。现有氧合器能将静脉血（ PvO26.7kPa（ 50mmHg），而气相的 PO2为 13.5kPa（ 100mmHg），PCO2为 4.6kPa（ 35mmHg），如给纯氧 PO2为 100kPa（ 700mmHg）。由于这种分压差，气相的氧向血液弥散，血液的 CO

16、2向气相弥散。当血液注入患者体内时，其 PO212.5kPa（ 95mmHg）， PCO2在 4.6kPa（ 50mmHg）左右。 大部分高分子膜二氧化碳弥散系数和氧弥散系数比值（ DCO2/DO2）都小于 5:1，而人肺泡为 20： 1。如要使血中的 CO2充分排除， DCO2/DO2应大于 12:1。人们在研究中发现硅胶膜最近似于这一参数，所以它是无孔膜肺的首选材料。以后人们又发现带微孔的薄膜有很 强的气体通透性， DCO2/DO2近似于人肺。微孔在 0.1 5.0um之间。血液和薄膜接触时，立即产生血浆轻微变性和血小板粘着，使微孔膜涂上一层极薄的蛋白膜。这层膜使血液自由流动，气体易于扩散

17、，同时减少了蛋白进一步变性和血小板粘着。 ECMO治疗中应用的膜肺主要有两重：即中空纤维型和硅胶膜型。前者以 Terumo、Medtronic、 Dideco等公司的产品为代表，后者以 Sei-Med、 Jostra等公司的产品为代表。中空纤维膜肺的材料多为聚丙烯，分管内走血、管外走气和管内走气、管外走血二种。管内 走血的中空纤维膜肺有以下不足： 血液经过纤维内需承受很大的剪切应力，使血液破损 ;血液在纤维内易形成血栓，当中空纤维闭塞时，膜肺氧交换能力下降，血流阻力增加； 管内走血血气接触面小，血液流动形成层流，气体交换能力差。为了克服上述不足，目前已生产了管外走血、管内走气新型膜肺，它的流动

18、形式为涡流，气血交换能力大；血液承受的剪切力小，血液破坏轻；氧合性能较稳定。应用微孔型膜肺，微孔部的气体和液体接触形成表面张力可阻止血液成分的漏出。在长期的灌注中气相侧水凝集界面消失，液体可能漏出；此外蛋白膜可逐渐增厚，直接影响气 体的弥散。相比之下硅胶膜性能较为稳定 .但它气体交换能力有限，预充量大，价格较贵。 为了完善膜肺在 ECMO的性能， Katayma等近来研制一种新型 Polyolefin中空纤维膜肺。其膜面积为 0.3M2，预充量为 47ml， O2和 CO2交换量分别为 70ml/min和 55ml/min，流量可达到 160ml/kgmin。在连续 7天的转流中无血浆漏出。

19、Bagley将中空纤维（ 1000 根）编织成网，经股静脉送入右房。将气体输入中空纤维内，由于中空纤维内外气体分压差而达到O2和 CO2的交换。这种装置可在体内 进行长达 19天的气体交换。采用这种方法应注意 :充分抗凝，防止栓塞 ; 保证静脉回流通畅，以免中空纤维网堵塞静脉。该方法目前主要用于成人。儿童的血管较细，插入这种装置将影响血液的流通。研制小体积、高氧合性能并保证血流通畅的类似装置将是小儿 ECMO的努力方向。 ECMO中需要肝素抗凝，出血是最常见的并发症，而且血液和异物接触时会发生严重的炎性反应。为了避免上述不足， Akagi利用母体胎盘作为气体交换的场所。其装置分为二大部分（图

20、31 2）。一部分为膜肺、人造血（氟碳化合物）和驱动装置，它的目的是使人造血和胎盘进 行气体交换。另一部分为胎盘和肝素涂抹管道及驱动装置，它的目的是将新生儿血液和胎盘进行交换。由于二部分为胎盘所分隔， ECMO中患儿不需要另加肝素。另外胎盘和新生儿有很好的相容性，可改善体外循环的炎性反应。目前这一技术尚处于实验阶段。 图 31 2 二、血泵 ECMO治疗中泵是必不可少的器械。目前最常用的是滚压泵和离心泵两种。滚压泵是将一泵管置入泵槽内，通过滚压轴不断的挤压将血液注入体内（图 31 3）。离心泵是让血液进入一高速旋转的流场中产生离心力，通过此力将血液泵入体 内。有关二种泵的性能见表31-2: 表

21、 31-2 离心泵和滚压泵的性能比较 流量 类型 血液 破坏 微栓 产生 意外 进气 远端 阻塞 长期 灌注 机动 性能 血液倒 流 离心泵 和转速压力呈正比 开放 限压 较轻 不易 不易 管道 压力 增高 有限 适合 易于 移动 转速不 够时可 发生 滚压泵 和转速有固定关系 闭合 限量 较重 常见 常见 压力 增高 管道 崩裂 不适 合 不易 移动 闭合不 紧时可 发生 图 31 3 目前在婴幼儿 ECMO采用什么类型的泵看法不一。 Palder认为离心泵的血液破坏轻，可根据静脉回流自动调节射血量，避免产生气栓。 Wenger发现离心泵在一定的条件下可根据心房压力自动调节流量，但离心泵过度

22、的负压应引起足够的重视。根据阜外医院使用离心泵的经验，离心泵对低流量精密调节能力差。婴幼儿 ECMO泵的选择以滚压泵为佳。 Ito在ECMO中应用新型的气动泵，可根据静脉回流自动调节输出量，不产生负压和急剧的高压，操作安 全简易。 三、管道 ECMO管道可分为插管和循环管道两部分。 ECMO循环管道要求预充量小，生物相容性好。新生儿血容量为 85ml/kg， 3kg的患儿血容量约为 255ml。目前 ECMO循环管道的最小的预充量也超过 500ml。临床上应尽量缩短循环管道，选用适当的管径和膜肺，以减少预充量。为了将 ECMO用品缩小利于移植至胸腔， Tatsumi将二个带瓣膜的心脏辅助装置和

23、一中空纤维膜肺联合成一体。它的氧合交换能力为 170ml/min，最大流量可达 5.5L/min，并有搏动功能，其临床应用尚需 一段时间。 血液和异物接触时会发生一系列的炎性反应。改善循环管道的生物相容性对减少 ECMO中的并发症有重要意义。近来出现了肝素表面涂抹技术，使血液接触表面的生物相容性大为改善。它和以前的肝素浸泡涂抹不同，是将肝素和血液接触表面的分子通过化学键相联接，具有长期局部抗凝的优点。对于易出血的患者可不用肝素进行 ECMO，因为血液和这些特制的异物表面接触不会凝集。 Koul用这种装置对动物进行非肝素化 ECMO， 24小时后实验组动物的肺和血流动力学无明显变化，血小板和凝血

24、因子得到充分的保护。 Whittlesseg在临床上进行试用，给少量肝素或不给肝素，取得了良好的效果。 成人 ECMO插管可用经皮穿刺的方法，在 ECMO结束时血管还可以保留。婴幼儿血管细，采取这种方法有困难。一般婴幼儿采用动、静脉插管。如果用颈部血管，此处血管将结扎废用。颈动脉结扎对脑组织有潜在的危险。 Tsuno利用特制双腔管插入颈静脉，静脉血通过 14F 外管腔引流至体外，经氧合后从 8F 内管腔注入右心。 Anderson将此管用于临床，其存活率为 95%，而常规方法为 87%.使用双腔管的患儿 ECMO的时间短，神经并发症少，可保留颈动脉。不 足之处表现在静脉引流不充分，血流动力学不稳定。