儿童体外膜肺氧合出血和血栓并发症管理的新进展

项 龙, 任 宏

体外膜肺氧合(extracorporeal membrane oxygenation,ECMO)是救治儿童心肺衰竭的重要手段[1]。据2022年体外生命支持组织(Extracorporeal Life Support Organization,ELSO)数据显示,557家ECMO中心登记196 108例ECMO,新生儿和儿童分别占ECMO运行总数的24.7%和18.3%[2]。儿童是特殊群体,与成人患者病理生理差异导致更易在接受ECMO支持期间出现不同程度的出血和血栓并发症。2022年ELSO数据显示,儿童ECMO最常见的出血部位依次是颅内出血(37.7%)、导管出血(37.4%)、手术区域出血(15.7%)和肺出血(14.7%);新生儿ECMO最常见的出血部位依次是颅内出血(57.6%)、导管出血(35.9%)、手术区域出血(20.7%)和肺出血(19.6%)。儿童ECMO最常见的血栓生成部位依次是ECMO管路(14.8%)、ECMO滤器(4.6%)、脑血管栓塞(4.5%)和肢体栓塞(7.1%);新生儿ECMO最常见的血栓生成部位依次是ECMO管路(23.4%)、脑血管栓塞(8.6%)、ECMO滤器(7.7%)和肢体栓塞(1.3%)[3]。儿童ECMO中出血和血栓并发症与病死率上升密切相关[4-5]。导致儿童ECMO时出血和血栓并发症的因素很多,如ECMO指征、管路、转流时间、感染、手术、潜在疾病、抗凝和输血管理等。本文就近年来儿童ECMO出血和血栓并发症管理的新进展进行综述。

1 与ECMO管路相关的出血和血栓发生机制

ECMO管路使得循环血液与血管内皮接触转为与生物材料面接触,导致凝血系统被激活。人工管路表面被血浆蛋白、白蛋白和纤维蛋白原(fibrinogen,Fib)包裹,糖蛋白和血管性血友病因子(von Willebrand factor,vWF)成为血小板附着的锚点,随后血小板激活组织因子(tissue factor,TF)介导的凝血途径被激活。最新的研究聚焦于三种与ECMO管路相关的特有机制,促进血液高凝状态:(1)管路激活接触系统;(2)血液通过管路时的高剪切应力;(3)管路激活补体系统。

1.1接触系统激活 接触因子包括FⅪ、FⅫ、高分子量激肽原(high molecular weight kininogen,HMWK)和前激肽释放酶(prekallikrein,PK)。当接触人工管路后,FⅫ转变成两个蛋白酶:FⅫa和FⅫf。FⅫa将HMWK转化为缓激肽,将PK转化为激肽酶,在缓激肽和激肽酶的作用下。FⅫa促进FⅪ转化为FⅪa,激活凝血途径。仅ECMO启动后10 min,FⅫa的活性即可迅速达到最高水平[6-8]。

1.2高剪切应力 血液接触非人工内皮的管路,相对内皮粗糙和不均匀,产生高剪切应力导致血液湍流,加剧血小板活化、脱颗粒,释放促炎和促凝介质,促进血栓形成[9-10]。同时,高剪切应力还可剪切血小板表面受体,使其失活[11],而当血小板、Fib和凝血因子功能失活后,将增加出血风险。高剪切应力和非层流在激活vWF、增强血小板活化后,也可切割vWF,导致vWF被耗竭,增加出血风险[12]。

1.3补体系统激活 当ECMO启动时,补体系统是机体首个被激活的宿主防御系统[7],血液接触人工管路而触发补体激活替代途径(alternative pathway,AP),是ECMO过程中的主要途径[13]。AP导致C5被裂解形成C5a和C5b。C5a是一种强效的促炎介质,可增加白细胞募集、血管通透性和刺激炎症介质释放。C5a还可促进单核细胞表达TF和内皮细胞表达纤溶酶原激活物抑制物-1来调控凝血;另一方面,C5b经过几个步骤产生膜攻击复合物C5b-9,C5b-9在细胞膜上形成细胞溶解孔,诱导细菌溶解或细胞死亡,激活血小板,诱导单核细胞表达TF和释放微粒而调控凝血[14]。

基于上述发生机制,相关儿童研究报道了ECMO管路因素与出血和血栓风险的相关性[15-16]。因此,实施儿童ECMO时可采用生物活性涂层管路,尽量减少非内皮化管路导致的炎症和凝血反应。新研发的涂层管路包括普通肝素(unfractionated heparin,UFH)、直接凝血酶抑制剂(direct thrombin inhibitors,DTIs)、抗血小板物质、一氧化氮等涂层管路[17-19]。

2 儿童自身相关危险因素

儿童自身相关危险因素包括年龄、胎龄、性别、种族、体型、出生体重、疾病状况等。其中最重要的是年龄、体型和当前疾病状况。

2.1年龄因素 小婴儿较年长儿凝血系统不成熟,具有发育性止血规律[20-21],如在新生儿期抗凝血酶(antithrombin,AT)水平低于成人水平的50%[22],而大多数凝血因子在6月龄时达到成人水平。另外,ECMO期间血液稀释效应在儿童中要高于成人,导致血小板计数和凝血因子水平降低[23]。

2.2体型因素 儿童机体与管路的血容量比较低,增加血液稀释风险和血制品预充管路需求,以及导致与管路表面相互作用的血液量增加。儿童血管直径相对小,需更细的导管和血泵,增加湍流和剪切应力。此外,小婴儿对少量失血的耐受能力低于年长儿和成人。

2.3疾病状况 危重病本身即可导致凝血功能障碍,医疗干预、遗传易感性、环境、药物类型和剂量、正在进行的治疗以及ECMO支持时间均可影响凝血状态。

3 凝血功能的监测

由于凝血功能障碍、血液稀释、手术等因素,以及抗凝治疗的安全窗较窄,因此在儿童实施ECMO支持期间密切监测凝血功能状态至关重要。常用的监测包括活化凝血时间(activated clotting time,ACT)、活化部分凝血酶原时间(activated partial thromboplastin time,APTT)、抗Ⅹa因子活性和粘弹性止血分析实验(viscoelastic hemostatic assay,VHA)。

3.1ACT ACT是指全血在加入白陶土-脑磷脂混悬液后,形成血凝块的时间,是整体凝血功能检测,不仅反映抗凝治疗的效应,还包括血小板数量和功能、Fib水平、凝血因子水平、体温、血液稀释等因素。目前ELSO指南没有指定具体数值[24],建议在ECMO支持期间ACT的范围为180～220 s[25]。在儿童中,生理性AT水平低于成人导致对肝素抗凝的反应受损,因此仅使用ACT来指导肝素剂量会导致抗凝效应不足。此外,ACT结果受不同检测设备的影响。

3.2APTT APTT实验是将测量钙添加到富于磷脂和接触激活剂的血浆中,检测从FⅫ激活至血凝块形成的时间。ECMO期间APTT的治疗范围是患儿治疗前基线的1.5～2.5倍。使用APTT监测UFH使用剂量是基于以下假设:患者血样品的基线APTT与正常对照相当,且UFH剂量与APTT之间存在线性关系,常规目标范围是60～80 s。由于发育性止血规律[20-21],患儿的基线APTT通常与正常对照不同,且因AT的年龄差别,UFH剂量与APTT之间呈非线性关系,这些因素均影响APTT监测UFH抗凝效应的准确性。此外,非特异性急性期反应蛋白,如FⅧ和Fib在危重病中升高,可缩短APTT,掩盖UFH抗凝的真实效应。因此,许多实验室和临床医师采用抗Ⅹa因子活性作为UFH抗凝效应的监测方法。

3.3抗Ⅹa因子活性 该检测基于UFH催化AT抑制FⅩa的能力来测量UFH抗凝效应,常规目标范围是0.3～0.7 U/ml,但因其仅评估UFH-AT复合物,不检测凝血酶的抑制作用,故不可用于DTIs抗凝效应的检测。Liveris等[26]报道UFH剂量与抗Ⅹa因子活性之间呈中至强相关性。O′Meara等[27]报道每6 h监测抗Ⅹa因子活性与ECMO期间较少的UFH调整频率和减少采血相关。Irby等[28]报道显示,与ACT相比,使用抗Ⅹa因子活性检测与更好的管路寿命相关。Northrop等[29]报道显示,联合抗Ⅹa因子活性与血栓弹力图(thromboelastography,TEG)、AT检测可减少血制品输注和出血并发症。抗Ⅹa因子活性检测的局限性为不同实验室在检测时是否需添加外源性AT方面存在差异,而新生儿和儿童内源性AT低,添加外源性AT的检测不能准确反映体内肝素状态。高胆红素、高甘油三酯、高游离血红蛋白水平可导致低估UFH效应[30]。因此,在抗Ⅹa因子活性水平不准确的情况下,应联合其他评估抗凝效果的方法。

3.4VHA VHA是用于测量血块粘弹性特性的全血凝血试验,可以全面评估血块起始(凝血因子因素)、血块强度或幅度(Fib和血小板因素)和血块稳定性(纤溶因素)的状况。目前两种设备已用于临床:旋转血栓弹性检测(rotational thromboelastometry,ROTEM)和TEG。VHA可在ECMO床旁检测全血从凝血因子启动到血小板-纤维蛋白相互作用的止血功能的总体凝血状况。此外,VHA还可以通过肝素酶杯检测评价UFH的抗凝效应。在儿童ECMO中,使用VHA还需要考虑以下因素:(1)儿童和新生儿VHA参数的界值尚未确定;(2)VHA无法检测由vWF低下或者缺乏导致的凝血功能障碍;(3)仅VHA的结果无法反映患儿临床状况的动态变化;(4)还需要考虑设备维护、质控和熟练处理血液样本等技术因素。因此,VHA结果需要由了解VHA检测原理和熟悉影响凝血系统变量的医师解读[31]。

4 出血和血栓并发症的管理

4.1出血的管理 ELSO将儿童ECMO时出血性并发症定义为需要输注浓缩红细胞或全血[新生儿和儿童>20 ml/(kg·d)或>3 U/d]或需手术、内镜等措施止血。多种ECMO并发症导致出血,包括获得性血管性血友病综合征(acquired von Willebrand syndrome,aVWS)、血小板减少症、血小板功能障碍、高纤溶和凝血功能障碍等[32]。儿童在ECMO后第1天即可出现aVWS,与管路内高剪切应力损伤及vWF有关[33]。ECMO支持期间应每周检测vWF,包括vWF活性、vWF抗原、vWF活性/抗原比。输注外源性vWF可能增加ECMO管路凝血和患儿血栓形成的风险。在撤离ECMO后,aVWS可迅速恢复[34]。

4.1.1 红细胞输注 不同医疗机构之间在儿童ECMO输血阈值方面存在很大差异[35-37]。第5版ELSO红宝书(ELSO Red Book)建议维持血红蛋白140～150 g/L或红细胞压积>40%[38]。儿童ECMO输注红细胞的阈值,除血红蛋白外,还应考虑全身和局部氧输送指标,如混合静脉血氧饱和度、乳酸、脑氧饱和度等[39]。

4.1.2 血小板及抗凝成分输注 第5版ELSO红宝书建议输血小板至计数中位数为100×109/L,在儿童中应注意血小板输注与体液过负荷相关。此外,频繁地输注血小板,增加了血小板因子4(platelet factor 4,PF4)与肝素结合,降低肝素生物利用度并减弱其抗凝效应。对于<35 kg的患儿,输注单采血小板的剂量为5～10 ml/kg;对于≥35 kg的患儿,剂量为1 U。Fib目标是维持>2 g/L。输注冷沉淀剂量为1～2 U/10 kg,应避免频繁输注冷沉淀。

4.1.3 抗纤溶药物 Hensch等[40]报道ε-氨基己酸和氨甲环酸在儿童ECMO中应用的病例,可减少手术部位出血。ε-氨基己酸在围手术期剂量为100 mg/kg,而后持续输注30 mg/(kg·h)。氨甲环酸的剂量为4 mg/kg,而后持续输注1 mg/(kg·h)。

4.2抗凝管理 由于缺乏抗凝药物的药代动力学和药效学特征的数据和研究,儿童抗凝的大多数建议来自前瞻性儿童队列和观察性研究,或者来自成人研究的推断,以及个别中心的案例报道,其证据并不充分。除了发育性止血规律外,其他因素也会影响成人抗凝方案推广到儿童。例如,抗凝药物在不同年龄的儿童中的分布、结合和清除率不同,血栓形成病因不同,血管通路限制,以及缺乏特定的儿童抗凝药物配方,这些都表明儿童抗凝方案存在不足。

4.2.1 UFH 目前UFH是儿童和成人ECMO中最常用的抗凝药物[36]。UFH是一种糖胺聚糖,与AT结合后,使AT对凝血酶、FⅩa、FⅫa和FⅨa的抑制作用增加1 000倍。UFH还与内源性血浆蛋白、PF4和vWF结合,统称为肝素结合蛋白(heparin binding protein,HBP),是一种急性期反应蛋白,可降低UFH的抗凝活性。在ECMO插管时,给予UFH 50～100 U/kg负荷剂量,随后UFH维持在10～40 U/(kg·h)的范围内,根据监测抗凝效应滴定剂量。2021年ELSO儿童ECMO抗凝指南中指出,如果出现大出血,特别是在心脏术后患儿,应暂停UFH 4～6 h;在出血难以控制的情况下,可暂停UFH 12 h或更长时间,直到出血控制。有出血高风险的创伤患儿可运行无肝素ECMO。如需重新进行抗凝治疗,建议评估重新开始抗凝治疗的必要性和管路血栓风险,因为管路血栓形成可能导致灾难性并发症或死亡[24]。儿童UFH药代动力学有别于成人[41],具有年龄依赖性。儿童UFH分布容积较大、清除率较高,成人UFH的半衰期为1～2 h,而新生儿为35 min。同时,儿童AT浓度较成人低,也有显著个体差异。由于缺乏相关研究,在儿童ECMO期间UFH抗凝的合适剂量、治疗范围和监测方案仍不清楚。尽管存在这些问题,但UFH仍然是新生儿和儿童ECMO的首选抗凝药物,只有在高出血风险、低AT水平引起的肝素抵抗以及肝素诱导的血小板减少症和血栓形成(heparin-induced thrombocytopenia and thrombosis,HITT)时,才考虑其他抗凝替代方案。

4.2.2 DTIs DTIs正越来越多地用于儿童和成人ECMO的抗凝治疗。DTIs是直接抑制凝血酶的短效抗凝剂,理论上无需AT,也不与其他血浆蛋白结合。ECMO中最常用的两种DTIs是比伐芦定和阿加曲班。比伐芦定是水蛭素20个氨基酸的衍生物,结合凝血酶的底物和催化位点,并通过阻止凝血酶介导的血小板活化而起作用,可逆地抑制循环凝血酶和血凝块结合凝血酶,半衰期为30 min,主要被血浆肽酶清除,只有20%被肾脏清除,因此可用于轻至中度肾功能不全患儿。Ranucci等[42]报道在ECMO中使用比伐芦定可减少总失血量和输血需求,降低ECMO费用。Rivosecchi等[43]报道在UFH转为比伐芦定抗凝后,降低管路相关血栓事件(32.7% vs 17.3%,P=0.003)。Hamzah等[44]报道在儿童ECMO中,对于肌酐清除率>60 ml/min的患儿,开始输注速率为0.3 mg/(kg·h),对于肾功能不全的患儿,开始输注速率为0.15 mg/(kg·h)。随着时间的推移,比伐芦定的需要量增加,可能的原因是ECMO后肾功能改善、凝血酶升高、血凝块增加、Fib升高导致凝血酶结合竞争加剧。阿加曲班可逆地结合循环凝血酶和凝血酶的活性位点,阻止凝血形成以及血小板活化和聚集。阿加曲班在肝脏代谢为无活性代谢产物,其在健康成人中半衰期约为45 min,停药后2～4 h失去抗凝作用。阿加曲班是儿童中最常用的DTIs[45],尤其是肾损伤的患儿。Madabushi等[46]报道阿加曲班预防或治疗儿童血栓形成的推荐剂量为初始0.75 μg/(kg·h),而后在APTT的监测下,以0.25 μg/(kg·h)递增,直到达到APTT抗凝治疗目标。Young等[47]报道阿加曲班在儿童体外生命支持(extracorporeal life support,ECLS)中的方案,初始剂量为2 μg/(kg·h)。Latham等[48]报道儿童ECLS从肝素转为阿加曲班0.5～7.5 μg/(kg·h)的滴注才能达到APTT>60 s的抗凝目标。在数量有限的儿童机械循环支持的报告中,阿加曲班的输注剂量范围为0.1～24 μg/(kg·h)[49]。DTIs的缺点是缺乏实验室检测方法来准确评估抗凝效果。DTIs可导致凝血酶原时间、国际化标准比、APTT、ACT均延长。针对DTIs的检测,如血浆稀释凝血酶时间或TEG,在ECMO中的有效性尚未确定。总体来说,DTIs是儿童ECMO抗凝的良好候选药。正在进行的ECMO期间DTIs药代动力学的单中心研究以及DTIs与UFH的比较研究将为评价DTIs在儿童ECMO抗凝的有效性和安全性,以及是否可以将其视为儿童ECMO中的一线抗凝剂提供循证依据[50]。

5 小结

综上所述,儿童ECMO期间的出血和血栓并发症管理应根据患儿和ECMO支持情况个体化定制。目前缺乏关于儿童ECMO期间抗凝、出血和监测管理的具体指南和建议,每个中心根据经验和不同监测技术制定儿童ECMO出血和血栓并发症管理策略。在处理复杂的出血或血栓并发症或抗凝遇到困难时,应多学科咨询血液学、重症医学和ECMO专家。未来的多中心研究对于管理儿童ECMO出血和血栓并发症及改善预后至关重要。