体外膜肺氧合在心脏外科领域的应用

陈凯、唐汉韡、侯剑峰综述，胡盛寿审校

体外膜肺氧合技术（ECMO），作为一种呼吸和心脏功能的支持技术，出现于20 世纪70 年代，而早期ECMO 的应用受制于其高发的并发症。随着技术的不断发展，并发症逐渐降低，使得更多患者在接受ECMO 支持中获益。ECMO 通过体外循环管道和氧合器直接氧合血液并排出二氧化碳。血泵将低氧的静脉血通过管道从患者体内吸出，经过氧合器氧合血液，再输回到患者体内。ECMO 主要分为两种类型，即静脉-静脉模式（V-V ECMO）和静脉-动脉模式（V-A ECMO）。V-V ECMO 是将血液从中心静脉引出氧合后，再由中心静脉输入，仅有气体交换的功能；V-A EMCO 是将血液从中心静脉引出氧合后，从动脉泵入，同时提供了呼吸和循环支持。ECMO 在心脏外科领域的应用主要集中于心脏功能不全的患者，伴有或者未伴有呼吸功能不全，因此，在心脏外科领域中的应用主要依赖其循环支持的功能，而应用 V-A ECMO。

1 体外膜肺氧合在心脏外科领域的应用

传统的V-A ECMO 在手术室内进行安装，即在外科开胸直视下，在左心房放置静脉引流管，在主动脉插管进行氧合血灌注。目前，临床多为通过经皮穿刺技术由介入心脏医师、麻醉医师等完成，股静脉引流、股动脉灌注。在这种形式下，再灌注血流从主动脉逆流而上，因此会受到左心室发出的顺行血流的阻力，而心脏功能不同，则顺行血流和逆行血流交界位置不同。在患者自身气体交换不良的情况下，左心室射出的血液氧合程度不高，而氧合程度好的再灌注血流可能无法到达主动脉弓处，因此冠状动脉（冠脉）和脑部的供氧效果不佳。在这种情况下，可以将再灌注的氧合血进行“Y”型分流，一支通过原有的股动脉逆行灌注，另一支通过颈内静脉灌注，这种形式称为静脉-动脉-静脉ECMO，其最大的优势就是保证了心脏和脑部的供氧，同时提供循环支持。对于左心室功能严重不全的患者，V-A ECMO 会引起左心室后负荷的增加，并加重肺水肿[1]。

ECMO 的使用可以使呼吸循环功能不全的患者受益，同时又可能引发严重的并发症，因此需要权衡患者的获益与风险[2]。出血是最常见的并发症[3]，但是目前没有一个被广泛认可的抗凝方案，因此抗凝需要根据患者情况进行个体化治疗。血栓形成是另一种并发症，可发生于体外管道内、体内管道内，增加了患者的栓塞风险。不同程度的感染也是常见的并发症，有研究表明长时间机械通气、ECMO 支持和住院时间与感染相关[4-5]。V-A ECMO 还可以引起下肢缺血和筋膜室综合征。远端浅表股动脉插管和端侧移植物吻合是避免此并发症的最佳方案[6]。此外，ECMO 的并发症还有溶血、血小板减少、获得性VW 因子减少症、弥散性血管内凝血和空气栓塞等[5,7]。心脏或大血管穿孔是很罕见的并发症[8]。最近的系统综述纳入了2000 年到2012 年20 项研究中安装ECMO 的1 866 例患者，结果显示主要并发症包括术后因出血或心包填塞而二次开胸（占41.9%）、严重出血并发症（占40.8%）和严重感染（占30.4%）、下肢远端缺血（占16.9%）、筋膜切开术和筋膜室综合征（占10.3%）、下肢远端截肢（占4.7%）及卒中（占5.9%）[9]。

本文从心脏外科领域的角度，阐述ECMO 在心脏外科领域的应用主要的四个方面：第一，心脏外科术后心原性休克的治疗；第二，心脏移植后严重供体器官功能衰竭（PGF）的治疗；第三，心力衰竭终末期安装心室辅助装置（VAD）或心脏移植的过渡治疗；第四，左心室辅助装置（LVAD）后右心衰竭的预防治疗。

2 体外膜肺氧合用于术后心原性休克的治疗

心脏功能不全是心脏手术后致死性很高的并发症，其发生率约为3%～5%，而大部分患者可以通过正性肌力药物或主动脉球囊反搏（IABP）的应用而成功恢复，需要术后循环支持的心原性休克较少见[10]。然而，对于上述手段无法逆转的心原性休克，ECMO 可以作为其临时性支持治疗手段。Ariyaratnam 等[11]将引起心脏术后心功能不全的原因归为三类：第一，是可逆性的，其主要原因是心肌顿抑，可以通过ECMO 的短期支持而恢复；第二，是潜在可逆的，其主要原因是局限性小灶性的急性心肌梗死和急性肺水肿，这类患者可能需要更长时间的ECMO 支持；第三，是不可逆性的，其主要原因是心脏功能严重衰竭、广泛性心肌梗死、慢性肺动脉高压，此类患者ECMO 不能起到根本的治疗，应考虑心脏移植治疗。由于ECMO 治疗具有严重的潜在并发症，加之此类患者有极高的死亡风险，目前还没有针对此类患者进行ECMO 治疗的指南。

术后心原性休克的患者在围术期使用ECMO 辅助循环的死亡率较高，由于不同研究中患者的基线情况不同，因而可以得到死亡不同的相关因素。2004 年，Doll 等[12]对219 例心脏术后ECMO 辅助治疗的患者进行研究，其中114 例患者额外使用了IABP 以改善冠脉灌注，结果表明，143 例（60%）成功脱机，其中52 例（24%）成功出院，而死亡的主要原因是心力衰竭，五年随访显示37 例（74%）患者生存。10 年后的一项研究报道了87 例心脏术后安装ECMO 的患者，脱机率为59%，与之前没有显著提高，而出院率达49%。年龄大于65 岁、术后肾替代治疗、乳酸峰值大于12 mmol/L 和ECMO 转机时间超过60小时是院内死亡的独立危险因素；而IABP 的安装是结局事件发生的保护因子；持续左心室射血分数（LVEF）小于40%是出院后死亡的独立危险因子[13]。另有研究表明，与成功脱机的患者相比，未能脱机的患者装机后48 小时血浆乳酸、激酶同工酶（CKMB）和CK-MB 相对指数（即CK-MB 与总肌酸激酶比值）显著升高，回归分析发现CK-MB 相对指数是ECMO 治疗死亡的独立危险因子[14]。Slottosch 等[15]报道77 例术后应用ECMO 的患者，脱机率为62%，30 日总死亡率达70%，而对于成功脱机的患者死亡率明显下降；年龄是术后30 日死亡的独立危险因子，ECMO 装机后24 小时高乳酸血症、长时间ECMO支持、ECMO 并发症或胃肠道并发症也是30 日死亡的独立危险因子。最大的一项研究纳入了40 116 例心脏手术后应用ECMO 辅助的233 例患者，住院死亡率达64%，心原性休克的非糖尿病患者、年轻患者院内死亡率低[16]。Unosawa 等[17]对14 例术后应用ECMO 的患者进行了长达10 年的随访，7 例死亡，但是仅有2 例是心原性死亡[18]。综上术后心原性休克患者在围术期使用ECMO 辅助循环有很大的风险，但是远期效果良好。

老年人作为心脏手术的高危人群，ECMO 辅助也有更高的风险，2015 年，梅奥诊所的Saxena 等[19]对45 例大于70 岁心脏手术的患者进行分析，其中44 例需要进行V-A ECMO 治疗，21 例（46.6%）患者在ECMO 治疗过程中死亡，24 例（53.3%）患者脱机，仅11 例出院，院内死亡率达75.6%。术后并发症主要有急性肾损伤（44.4%）、肺炎（26.7%）和败血症（24.4%）。术前心房颤动（房颤）、慢性肾损伤、ECMO 治疗引发的乳酸酸中毒和持续抗凝与死亡相关。因此，在老年患者术后ECMO 支持有很高的死亡率，但ECMO 仍是这一类患者的最后一线治疗方案，并能为这些患者带来生存的希望。

3 体外膜肺氧合用于心脏移植后严重供体器官功能衰竭（PGF）的治疗

PGF 是心脏移植后常见的并发症，死亡率很高，ECMO可作为临时的循环支持。2010年，Marasco等[20]回顾性分析39 例心脏移植或心肺移植后出现PGF而安装ECMO 的患者，其中34 例（87%）成功脱机，29 例（74.3%）成功出院，中心ECMO 和外周ECMO的脱机率没有差异，与未出现PGF 的患者相比，出现PGF 而需要ECMO 治疗的心脏移植患者生存率明显降低，但是排除了30 日内死亡患者后，两组患者并没有差异。这表明，出现PGF 而经过ECMO辅助治疗，且平稳度过移植早期的心脏移植患者长期生存率与没有出现PGF 的患者并没有差异[20]。D'Alessandro 等[21-22]分别在2010 年和2011 年对心脏移植后ECMO 应用于PGF 的病例进行报道，其结果基本相同，在2011 年报道了402 例心脏移植患者中91 例（23%）出现了PGF，对于心脏受体，年龄大于60 岁和术前接受机械循环辅助支持；对于心脏供体，去甲肾上腺素的使用、外伤、LVEF＜55%及缺血时间是患者发生PGF 的独立危险因子[22]。该研究ECMO 的脱机率为60%，出院率为46%，与之前的研究相同，此研究结果显示未发生PGF 有更好的远期生存率，但对于经过ECMO 成功治疗的发生过PGF 的患者与没发生PGF 的患者1 年、3 年、5 年生存率没有显著差异[20]。2014 年，Chen 等[23]对于447 例心脏移植的患者进行了报道，其中162例（36.2%）出现PGF，26 例安装ECMO，脱机率为46%，其1 年生存率与没有PGF 的患者基本相同。综上所述，ECMO 对于治疗心脏移植后PGF 有很好的效果。

4 体外膜肺氧合作为心室辅助装置（AVD）或心脏移植的过渡的治疗

VAD 可以作为严重心衰患者进行心脏移植的过渡治疗[24]，同时如果不能找到合适的移植供体时，也可以作为终点治疗方案。此外，当患者预后不确定时，ECMO 也可以作为心脏移植或VAD 植入术过渡的治疗方式[25]。由于ECMO 支持的时限短于VAD，因此对于进行心脏移植和VAD 安装的决策仍然很急迫，并且患者必须在重症监护病房（ICU）中等待[26]。ECMO 过渡的成功率差别很大，很大程度上依赖于患者安装ECMO 之前的状态和供体器官等待的时间。在一项回顾性研究中，纳入70 例心脏移植前ECMO过渡的患者，31例（44%）成功过渡到心脏移植（15例）或VAD 安装（16 例），然而仅有11 例（73%）心脏移植者和8 例（50%）安装VAD 者成功出院，因此对于这类死亡率很高的患者ECMO 过渡治疗还有很大的局限性[27]。而在另一项研究中，242 例紧急ECMO治疗的患者中8 例进行了心脏移植，虽然这8 例患者出现了很多手术并发症，但是无死亡发生[25]。同样的好消息来源于另一个相似的研究，在15 例心原性休克而使用ECMO 的患者中，12 例（80%）成功脱机或成功过渡到心脏移植或VAD 置入，其中7 例（46.6%）成功出院，在随访中长期存活[26]。多因素分析发现年龄＞50 岁，患者安装ECMO 前有心肺复苏史和较高的连续器官衰竭评分是过渡失败的预测因子。最近，一项纳入90 例接受VAD 或ECMO 治疗的难治性心原性休克患者的单中心研究表明，安装ECMO 前心肺复苏史是不良预后的预测因子[28]。在该项研究中，49%患者进行短期VAD 治疗而等待决策，51%患者进行ECMO 治疗等待对神经系统状态、循环衰竭和凝血障碍的评估，总体生存率为49%，26%患者转为进行VAD 治疗，18%患者恢复心脏功能，11%患者过渡为心脏移植。安装ECMO 时进行心肺复苏是院内死亡的独立预测因子（OR=5.79，P=0.022）。因此，目前亟需机械循环支持治疗的相对和绝对适应证指南。值得注意的是，ECMO 对于由于慢性心肌病引起的心原性休克的治疗预后很差[29]。Bermudez 等[29]的研究，将由于急性心肌梗死引起心原性休克和慢性心肌病急性发作引起心原性休克而应用ECMO 的患者进行对比，慢性心肌病急性发作的患者30 日、1 年、2 年生存率显著低于由于急性心肌梗死引起心原性休克的患者，这提示我们对于慢性心肌病患者，应该谨慎使用ECMO 辅助。

5 体外膜肺氧合用于预防左心室辅助装置（LVAD）安装后急性右心衰竭的治疗

通过股血管V-A ECMO 或经皮V-A ECMO 可以有效的支持因全心功能不全而安装LVAD 的患者右心室功能[30]。在这种情况下，ECMO 的辅助让损伤的右心室有足够的时间适应增加的前负荷，从而避免右心室的过度舒张和右心衰竭引起发的LVAD灌注不良。2012 年，Takayama 等[30]报道了应用经皮V-A ECMO 保护右心室的病例。在8 例应用此技术的患者中，中心静脉压、心率、平均血压均得到改善，因此减少了正性肌力药或血管收缩类药物的应用，静脉氧分压也显著提升，7 例患者预后良好，其中1 例成功过渡到安装双心室辅助装置。因此，ECMO 的右心支持作用，可以帮助右心室功能恢复，而达到更好的血液动力学。

6 阜外医院心血管外科体外膜肺氧合使用经验

阜外医院较早地在临床应用ECMO 进行循环辅助，自2004 年至今已广泛在内外科严重循环衰竭的患者中应用ECMO 辅助循环[31-32]。2009 年报道了国际上单中心最大组成人心脏手术中ECMO 应用经验，生存率为66%，ECMO 起始前血乳酸水平是院内死亡的独立危险因子[33]。同年，阜外医院报道了99 例患者应用ECMO 的结果[34]，脱机率与出院率分别为60.6%和54.5%，与本院进行的BVS 2000 左心室辅助装置结果相比没有显著差异，但ECMO 操作简单，费用低，更加适合中国国情。2010 年，我院针对中国人特征，探索适合国人的抗凝策略，即使活化的全血凝固时间（ACT）保持在120～160 ms 之间，血小板维持大于5×109/L；同时报道了ECMO辅助后严重溶血的临床经验[35]；通过对比两种不同的ECMO 系统，发现Quadrox PLS 更适合中国人使用[36]。

阜外医院还积极探索ECMO 在心脏危重症新领域的应用。截至2016 年，阜外医院ECMO 辅助超过了260 例，其中约60%应用于成人患者，40%应用于小儿患者，总体脱机率超过67%。在国内较早将ECMO 应用于心脏移植过渡治疗，辅助成功率达85.7%[37]。为进一步提高疗效，较早将ECMO 与IABP联合应用，并取得良好的救治效果[38]。截至2017 年，阜外医院已经完成了60 例ECMO 与IABP 的联合辅助治疗，主要应用于心脏移植术后和冠状动脉旁路移植术后，联合辅助技术已经在阜外医院心脏外科领域推广。在国际上，阜外医院较早将ECMO 应用于先天性心脏病患者的左心训练，在一项纳入20 例小儿心脏病患者应用ECMO 的研究中，结果显示存活患者装机前血乳酸水平显著低于死亡患者[39]。

阜外医院在实践中不断总结，制定了《ECMO循环支持专家共识》，建立了中国生命支持注册登记系统，在国际学术杂志上发表了中国ECMO 使用现状[40]，在临床应用与研究上不断前行。

7 结语

ECMO 在心脏外科领域的应用有心脏外科术后心原性休克的治疗、心脏移植后严重供体器官功能衰竭的治疗、心力衰竭终末期安装VAD 或心脏移植的过渡治疗、LVAD 后右心衰竭的预防治疗等。ECMO 在心脏外科术后心原性休克的治疗中，虽然围术期有较高的死亡率，尤其是对于老年人，但依旧是一种心脏恢复的过渡性治疗方案，有良好的远期效果。由于心脏手术的多样性和患者基础疾病的不同，目前还没有针对术后心原性休克的ECMO 安装指南。ECMO 在心脏移植后严重供体器官功能衰竭的治疗中，对供体器官功能恢复有显著的帮助，可以大大提高短期和长期生存率，因此有很大的应用价值。ECMO 对于在心力衰竭终末期安装心室辅助装置或心脏移植过渡治疗同样有着很大的应用价值，虽然过渡成功率与供体等待时间和患者基础疾病和状态有很大关系，但是总体的效果是值得肯定的。但是对于慢性心脏病，尤其是心肌病，ECMO 需要谨慎评估，平衡其风险与受益。ECMO在LVAD 右心衰竭的预防上还处于初步阶段，需要更多的研究和经验来评估这方面的应用。