彩色多普勒超声辅助下调整体外膜肺氧合参数对呼吸衰竭患者预后具有改善作用

陈妙莲，钟 涛，谢林辉，李 斌，梁宏开，李 云，蔡丽碧，李建伟

1中山市人民医院重症医学科，广东 中山 528403；南方医科大学2南方医院内科,3第一临床医学院，广东 广州 510515

体外膜肺氧合（ECMO）是一种源于体外循环、可用于呼吸衰竭救治的急诊新技术[1]。部分严重的、具有可逆性的呼吸衰竭患者，由于其肺部病变的不均一性以及通气功能正常肺泡的明显减少，且气压伤等并发症发生率的增高，往往影响常规机械通气的效果[2]。近年有较多单位开始使用静脉-静脉体外膜肺氧合（V-V ECMO）对上述类型的患者进行治疗。该技术代替肺功能氧合血液、排出二氧化碳以减轻肺的负担，有利于肺功能修复，同时缓解机体缺氧状态，取得了较好的临床效果[2-3]。但在ECMO转流过程中，血流动力学可存在反生理现象。此时，仅仅用传统的血流动力学不能有效地分析并改善患者重要脏器（肝、肾等）的实际血流灌注与肢体远端的氧供，且对能否改善患者的预后尚不明确。本研究利用彩色多普勒超声辅助下根据患者血流动力学监测的结果，调整管道位置、离心泵转速等可变指标，使患者膜后血流能够在心脏收缩期通过主动脉弓，达到最终优化患者组织氧供的目的并改善预后。现将方法报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2012年11月～2015年11月期间入住中山市人民医院重症治疗科且经常规机械通气效果不佳的严重呼吸衰竭患者。此类患者具有使用V-V ECMO治疗的适应症。经医院ECMO专家组会诊同意，并获得家属知情同意。本研究严格按照以下标准纳入病例：各种原因所致的急性严重呼吸衰竭患者，包括肺保护性通气策略应用、高频通气、NO吸入及表面活性物质治疗等无效者的患者。排除标准：（1）正接受抗凝；（2）非可逆性疾患；（3）重度慢性肺部疾患；（4）无治疗方法或替代手段的严重先天代谢性疾患；（5）严重中枢神经系统损伤；（6）重度免疫抑制。此外，因技术因素导致死亡病例不纳入研究组。共入选19例，并随机分为观察组及对照组，其中男性12例，女性7例，两组患者的性别构成、年龄、上机前PaCO2、PaO2及重症医学评分表（APACHE Ⅱ）评分差异均无统计学意义（表1）。观察组为接受目标化治疗的患者，并根据血流动力学结果，调整离心泵转速等可变指标，达到以下目标：膜后-右心房-肺动脉氧分压成递减状态；肺动脉及远端桡动脉血标本氧分压＞90 mmHg）；对照组为接受目标化治疗的患者，但该组不进行优化。

表1 两组患者的一般情况比较（Mean±SD）

1.2 各项指标测定

1.2.1 常规血流动力学 选择合适的穿刺途径置入7F Swant-Ganz导管进行监测，测定指标包括心率、心输出量（CO）、肺动脉压（PAP）、肺动脉楔压（PCWP），计算心脏指数（CI）等。穿刺左侧桡动脉监测动脉压（AP）及平均动脉压（MAP）。

1.2.2 氧输送监测 治疗期间经远端桡动脉抽取动脉血、经肺动脉导管分布抽取肺动脉血，另外在膜肺的输入、输出端抽取膜前、膜后血标本，监测上述血标本的PaO2、PaCO2、SaO2；按氧输送公式计算动脉血氧含量、静脉血氧含量、氧输送指数、氧耗指数和氧摄取率。

1.2.3 彩色多普勒超声检查 在ECMO膜后位置三通开关处连接造影剂管路，初步预设使用高压泵进行缓慢恒速注射，同时由专职超声医师，使用超声探头沿ECMO回流端向前追踪，判断在心脏收缩期与舒张期两个阶段，含有造影剂的膜肺血流最远端达到的位置。

1.2.4 临床指标评价 随访所有病例，记录ECMO转机时间、出院或死亡时间，并评价每例患者最后转归（APACHE Ⅱ评分）。

1.3 优化方案

根据多血气分析的结果，调整管道位置、离心泵转速等可变指标，达到以下目标：膜后-右心房-肺动脉氧分压成递减状态；肺动脉及远端桡动脉血标本氧分压＞90 mmHg。

1.4 统计学处理

数据处理采用SPSS 20.0统计软件，所有计量数据用均数±标准差表示，计数资料采用n表示。组间比较采用t检验，优化前后资料比较采用配对t检验。计数资料采用卡方检验，以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 工作负荷比较

观察组患者的PAP、PCWP、CI、AP均高于对照组，差异具有统计学意义（P＜0.05）；观察组的肺动脉氧分压及MAP低于对照组，但差异无统计学意义（P＞0.05，表2）。

图1 病例一，50岁女性，重症肺炎，V-V ECMO

图2 病例二，36岁男性，重症肺炎，V-V ECMO

表2 两组间工作负荷指标变化（Mean±SD）

2.2 两组的彩色多普勒超声检查

2.2.1 膜肺血流最远端达到的位置比较 经调整管道位置、离心泵转速等可变指标，观察组膜肺血流最远端基本达到对侧桡动脉远端，而对照组则分布不均，两组结果差异有统计学意义（P＜0.05，表3）。

表3 两组间含有造影剂的膜肺血流最远端达到的位置对比（n）

2.2.2 肾脏、肝脏形态及入口血管直径比较 观察组的肾脏与肝脏形态基本正常，而对照组则大多数形态萎缩或肿胀，差异有统计学意义（P＜0.05）；在肾动脉内径和肝门静脉上，观察组明显比对照组宽，且处于或接近正常值，差异有统计学意义（P＜0.05，表4）。

表4 两组间肾脏、肝脏形态及入口血管直径对比（n）

2.3 临床预后比较

临床效果评价中，观察组相比于对照组，ICU总住院时间减少，出ICU时的APACHE Ⅱ评分也较低，差异有统计学意义（P＜0.05）。此外，观察组仅1例死亡，而对照组死亡5例，差异有统计学意义（P＜0.05）。但两组间ECMO转机时间的差异无统计学意义（P＞0.05，表5）。

表5 两组间预后情况比较（Mean±SD）

3 讨论

ECMO的真正意义是“人工肺”，其可将血液从体内引到体外，经膜肺氧合再用泵将血灌入体内，使肺处于休息状态，避免严重低氧血症时高机械通气条件造成的呼吸机相关肺损伤，因而具有机械通气所无法比拟的优势[3-5]。实践表明，尽早建立ECMO为临床治疗创造机会，可减少并发症和多器官功能衰竭的发生[6]。但是在临床中发现，即使使用ECMO治疗，部分患者仍存在着组织灌注差、相应器官出现缺血-缺氧损伤的现象而最终导致死亡，这对提高ECMO患者的存活率是不利的[7-8]。

严重呼吸衰竭患者往往出现氧合下降、高二氧化碳（CO2）血症及肺血管阻力升高，因此常可致右心后负荷增加、右心功能不全。而ECMO作为一种有效的心肺支持手段，可以帮助心衰患者提供有效的过度支持治疗，为患者心功能恢复提供时间[9]。静脉-静脉体外膜肺氧合（V-V ECMO）可改善患者氧合及CO2清除，降低肺血管阻力，改善心肌供氧增加和右心功能，同时左心功能也可逐渐改善[10]。在V-V ECMO转流模式下，虽然不存在心脏射血造成的反常血流动力学现象，但因ECMO所使用的驱动装置离心泵的作用，引出的静脉血经过膜肺后并不能按照预想的完全进行右心房-肺循环，而是有部分经过膜肺氧合后的血流被膜肺再次引出形成无效的“小循环”[11]。这一现象也通过临床的监测得到印证，即经膜肺氧合后静脉血监测氧分压可达500 mmHg，通过全身其他部分的回心血流稀释后，右心房内血液氧分压可降至200～300 mmHg，但血液流至肺动脉主干时，部分患者监测血液氧分压可降至50～60 mmHg，此时ECMO完全不能起到代替肺进行氧合的作用[12]。本研究也发现，观察组与对照组患者经膜肺氧合后桡动脉血氧分压大大降低，也提示这种无效的“小循环”导致体循环中的动脉血氧分压降低，而使得V-V ECMO效果不佳。但在本研究中，观察组桡动脉血氧分压比对照组高40 mmHg左右，说明此优化方法虽不能消除，但可以减少这种无效的“小循环”。

有研究使用V-VECMO治疗后明显提高了急性呼吸窘迫综合征模型犬动脉和混合静脉血氧分压，增加氧供及心排血量，还可降低肺血管阻力并减轻肺水肿，从而明显改善肺功能[7]。王京玉等[13]探讨无泵驱动ECMO转流对犬血流动力学的影响，发现双侧股动-静脉体外膜肺氧合过程中试验犬的血流动力学基本保持稳定。另有研究使用经颅多普勒超声探讨ECMO期间脑血流动力学变化规律及影响因素时发现：ECMO时脑血流动力学变化较大，脑血流自动调节功能受损，但对CO2的反应性尚存在，如操作顺利ECMO仍是安全的[14]。本研究根据患者相对稳定血流动力学监测的结果，同时辅以彩色多普勒超声，调整ECMO管道位置、离心泵转速等可变指标，以优化患者组织氧供。

ECMO在抢救心脏手术后严重低心排和呼吸衰竭的患者中起到了重要作用[15]。目前有研究证实，ECMO的治疗能有效的提高患者生存率[16-18]，但也有研究显示，ECMO治疗组和传统治疗组的死亡率无统计学意义[19]，不过这些研究都证明了ECMO对于呼吸衰竭的治疗都是有效的。另外有研究发现，ECMO患者的转流率与动脉血氧饱和度呈高度正相关[20]，但离心泵转速等可操纵指标与转流率、动脉血氧饱和度是否具有相关性，尚不明确。尽管有文献报道，VV-ECMO中经体外膜肺氧合的血会再次进入ECMO回路，对患者氧合的确有影响，但心排血量、中心静脉压及中心静脉血氧饱和度等无法反映真正的血流动力学状态，因此可使用超声等手段作为血流动力学监测的手段[21-22]。此外，有研究表明正确选择转流方式以及离心泵转速等可变指标，确实可更好地提高ECMO对危重病人治疗的成功率[23-24]。本研究发现，尽管经调整管道位置、离心泵转速等指标优化使肺动脉及远端桡动脉血标本氧分压＞90 mmHg，但是其它血流动力学及氧动力学的指标差异大部分不具有临床意义或差异没有统计学意义，并不能在临床上用来评价优化的效果。另外，本研究根据VVECMO的血流特点，设计了膜肺血流最远端达到的位置、脏肝脏形态和入口血管直径等指标，并利用彩超进行监测。结果表明，观察组经膜肺氧合后的血液可以确实到达肢体远端，而对照组则基本不能。当机体远端长时间得不到氧气的供应时，组织则进行无氧呼吸，将葡萄糖酵解为乳酸，引起酸中毒，影响预后。另外，肝脏是机体重要的化工场，可以将有毒物质转化为无毒，最后排出。肾脏则是维持机体水电解质平衡的重要脏器。故这两个脏器的功能在一定程度上可以提示预后。当机体长时间氧供不足时，可引起肝肾功能衰竭，也可由于之后的血流恢复引起缺血-再灌注损伤，加重肝肾功能损害。而本研究通过彩超观察肝肾形态及血流，保证了其氧供，尽可能的避免了器官衰竭和缺血-再灌注损伤，从而改善预后。APACHE Ⅱ评分可对入ICU患者的病情进行评定并可对病死率进行预测[25]。临床预后指标也提示，观察组可明显减少ICU住院时间、住院费用，降低病死率。

综上所述，本研究针对严重呼吸衰竭患者血流动力学及氧输送的特点，利用彩色超声多普勒观察远端肢体氧供及重要器官灌注情况，通过调整ECMO离心泵的转速等可变因素来改善血流，减少了无效的“小循环”，尽可能的避免了酸中毒、器官衰竭和缺血-再灌注损伤的发生，从而缩短了患者ICU住院时间，减少了患者的医疗费用，降低病死率。另外研究发现，远端肢体桡动脉氧分压是可以用于临床上评价V-V ECMO灌注效果的一项与彩超具有相同效度的重要指标。但本研究存在“样本量不够大”及“ECMO膜后压力较大致使超声探头只能观察短时间内造影剂的流向”等不足之处，有待后续的研究加以改进。