转自中国体外循环论坛
近年来ECMO已经成为了针对创通机械通气无法维持呼吸衰竭患者的主要急救措施，然而随着临床案例数量的增加，关于ECMO启动时机我们已经从书本上的固有模板跳跃出来。医学的发展必然伴随着临床经验的不断积累，今天的分享来让诸位思考一下如何更好的使用ECMO来达到最佳的效果。
VV-ECMO 已经成为传统机械通气无法维持呼吸衰竭患者的经典急救措施。最近几年，关于ECMO的启动时机已发生变化，认为在呼吸衰竭的患者中应尽早启用。另外，有些中心开始使用ECMO作为一线治疗方法，选择性的替代机械通气即在呼衰患者中使用清醒、无插管、保留自主呼吸的清醒ECMO。这种支持方式可以避免镇静、插管以及机械通气相关并发症。但是，患者与ECMO之间复杂的交互作用、较难的呼吸监测、以及清醒ECMO患者的管理等问题都给ICU的医护人员带来了巨大挑战。至此，我们对呼衰患者使用清醒、保留自主呼吸的VV-ECMO做一综述，重点突出这种方法的利弊，分析患者与ECMO交互过程中的病理生理，强调一些技术细节以及总结过去几年里所获得的初步临床经验。
图1 清醒和机械通气下膈肌运动和通气/血流分布图
机械通气时，背侧的压力大于腹侧的压力，因此，通气优先分配到腹侧肺部区域，此区域通气血流比增大。相反，背侧肺通气减少，V/Q 值低（a）。自主呼吸中，由于膈肌背侧和腹侧都有主动收缩运动，因此，通气在腹-背轴上分布更均匀，V/Q≈1（b）。
正常生理情况下，自主呼吸很大程度上由PCO2(也可以认为是PH)和O2控制。一方面低氧刺激通气反应只发生在低水平的PO2(40-50mmHg)情况下，因此是呼吸驱动的始动因素。另一方面，CO2作为呼吸触发的关键已经非常清楚了，包括运用体外气体交换进行的实验。然而，我们对呼吸控制的认知很大程度上局限于正常的动物和人类中。在急性肺疾病的条件下，正常生理条件下不发挥作用的（沉默的）肺受体可能被激活并可能在决定患者的呼吸方式方面发挥作用。有趣的是，肺部疾病的典型特征，例如全身或者局部的肺部炎症、肺塌陷和微小肺栓塞可以激活这些受体。
呼吸是一个复杂的功能体，其总体目标是把氧运输到机体的每一个细胞进行细胞呼吸，产生能量，另一个目的就是清除细胞呼吸产生的废物即二氧化碳。
简单的说，呼吸系统由泵-呼吸肌-气体交换器-肺组成。泵提供了胸廓和肺扩张所需要的力，二者通过胸膜的包绕结合起来。自主吸气时，胸廓扩张的同时膈肌向腹部移动，胸腔内压力下降，肺泡压力降至大气压水平以下，在压力梯度作用下，空气经由气管-支气管到达肺泡。在此，气体根据压力阶差在血液之间被动转移。
简单的方程（方程1）描述了空气流动到肺部呼吸肌所需的力： Pmus=V×E+V’ ×R
其中Pmus代表呼吸肌产生的力，E和R代表呼吸系统的弹性和阻力，V和V’代表进入呼吸系统的气体容积以及流速。
健康状态下，呼吸肌力的增加是由于CO2的增加，例如在运动期间，肺的力学特征（E和R）相对恒定情况下，通气（V和V’）增加。在急性肺损伤患者中，由于肺水肿，E通常是恶化的，可导致肺容积减少。此外，气道高反应性和炎性可能导致ARDS患者的R增加。最终，由于死腔比例增加，需要增加分钟通气量来清除代谢产生的CO2, 这些因素导致肌肉做功（Pmus）增加来满足气体交换的需求。需要注意的是，增加呼吸做功会增加耗氧量和CO2的产生，极有可能导致恶性循环，加速呼吸肌疲劳。
现有的治疗方法依据于不同的理念。一方面，治疗的目的是通过药物干预改善肺功（E和R），例如，吸入支气管扩张剂或抗生素，另一方面，治疗需要的起效时间，因此需要对衰竭的呼吸系统进行必需的支持治疗。在控制性机械通气中，呼吸肌产生的力（Pvent）代替了Pmus，因此改变了方程1等号的左侧。此种类型的干预直接应用于神经肌肉导致的呼衰患者中，例如肌萎缩侧索硬化，脊髓灰质炎或其它疾患，以及全麻过程中药物引起的肌肉功能丧失。
与之相反，VV-ECMO改变了方程式等号的右边，通过替代肺气体交换功能（氧合和清除CO2）来降低呼吸的需要（V和V’）。需要注意的是，由于肺部疾病导致的呼衰，即呼吸肌未受累但肺功能受损情况下，这种方式的干预在逻辑上更说得通。
VV-ECMO静脉置管优先使用经皮Seldinger技术，有两种不同方法：(i)单一位点的插管，使用双腔管；或（ii）两个位点的置管（股-颈内或股-股）。双腔管可使股静脉空出来，因此这个位点的置管可使患者更好的进行主动和被动物理治疗，同时减少导管相关感染和置管部位的出血风险。成人双腔管使用27F-31Fr(9-10.3mm)，与单腔管（19-25Fr）相比需要更大直径保证足够的血流量通过膜肺。双腔管的置管定位是一个主要的挑战，需要透视或经食道心脏超声以保证放置到准确位置。需要注意的是，在放置双腔管时因插管进入右心室或肝静脉而进行位置调整进而导致心室破裂已有报道。插管进入肝静脉，ECMO血流会因此而不够进而减弱其呼吸支持作用。调整插管位置可能会使患者活动或躁动，在可能出现躁动或者极其严重的呼衰患者中，应禁止使用双腔管。由于置管技术的复杂以及相关高风险，应麻醉并气管插管。相反，在使用两个位点的置管方式时，患者可以在清醒、自主呼吸情况下通过轻度镇静以及局麻完成置管。然而，股静脉置管会影响物理治疗。
调节肺气体交换的生理规律也适用于体外气体交换。实际上，CO2的清除主要取决于膜肺的通气即气流量，以及进入ECMO系统血液中的PCO2，但后者的作用较小。另外，CO2的清除也依赖流经膜肺的血流量，与其呈对数关系。
由于血液的氧合是一个饱和的过程，氧气的转运主要决定因素是体外循环的血流量和进入膜肺的血氧饱和度。需要注意的是，新陈代谢过程中产生的CO2（大约200ml/mim）理论上在较低的血液流量（0.5-1L）的条件下就可以清除，而为了提供了足够的氧则需要更多的流量。
清醒、自主呼吸的患者是独立且不可预测的变量，对于患者-设备之间的交互作用存在潜在的影响。实际上，通过ECMO的最大流量不止取决于插管的大小，还取决于容量状态--即前负荷和静脉回流是否足够。容量受心肺交互作用的影响，在自主呼吸的患者中则受呼吸肌收缩引起的周期性胸腔内负压的影响。在正常生理情况下，自主呼吸胸腔内压力波动小，大约4-6cmH2O,对血流动力学影响可以忽略不计。但是，呼吸窘迫时，胸腔内压力波动增大（常常达到20-30cmH2O），并且膈肌的移动也非常明显，甚至在体外支持时也是如此。这导致血液从下腔转移到上腔静脉，以及由于腹内压增高导致的下腔静脉塌陷。这会引起在单一下腔静脉引流情况下造成引流插管周围侧下腔静脉塌陷，随后血流量减少。需要注意的是，双腔管由于同时引流胸腔内外的血液，受此交互作用影响小。
此外，咳嗽或者Valsalva动作会导致胸腔内压力升高，这种情况下的血液回输（后负荷）可能变得至关重要，它会导致相关血流量的减少，但通常是一过性的。
除了血液引流与回输相关的机械性患者-设备交互作用外，由于气体交换引起的生理和代谢方面患者-设备间的交互作用也同样存在。体外CO2的清除是ECMO支持主要、有效的作用，纠正存在的呼吸性酸中毒从而降低肺血管阻力，改善血流动力学。在最初的实验中可以观察到呼吸对CO2清除的反应，当通过膜肺去除100%代谢产生的CO2时，分钟通气量就会减少，直至呼吸停止。这将减少呼吸肌做功，降低呼吸氧耗，最高可达呼衰患者总氧耗的50%。
需要注意的是，体外CO2清除引起的通气不足会降低患者肺总体的通气血流比，导致吸收性肺不张，从而恶化低氧血症。为了避免肺不张，（i）滴定ECMO气流量以减轻呼吸困难避免胸膜腔压力较大波动，（ii）保持一定的自主呼吸以避免通气不足有关的肺不张，（iii）应用CPAP增加平均气道压力或无创通气。增加膜肺氧供从而增加PO2对通气影响小，这是因为和CO2清除相比，低氧性呼吸驱动刺激通常在较低的PO2下才会出现。尽管如此，已证明在低氧性ARDS患者的压力支持通气（其它参数不变）的情况下，通过增加吸入氧分数而增加的PO2会导致分钟通气量的减少，这主要是由于呼吸频率的降低而导致。
最终，VV-ECMO增加静脉血氧饱和度和氧张力，减少缺氧性肺血管收缩痉挛，此举具有双重作用，一是增加了分流比例，二是降低了肺动脉压，因此间接降低了右室负荷。
血流动力学方面，清醒与未清醒ECMO没有差异，相反，呼吸监测是难点和挑战。实际上，医生通常无视的气道压力和潮气量正是患者呼吸监测的支柱。
医生需要依据临床评估患者呼吸窘迫的体征和症状，例如呼吸频率，呼吸困难，呼吸浅快等。此外，可以监测食管压力波动。如果患者的食管压力波动高到>15cmH2O通常需要深度镇静继而转为有创机械通气。
VV-ECMO患者中评估患者肺的气体交换极其困难。正确评估患者肺脏氧合能力受到肺部缺氧性血管收缩的部分丧失引起的分流分数增加的阻碍。
需要注意的是，中断ECMO气流（气流量=0L/min），膜肺对气体交换的贡献可以暂归零，因此可更好的评价患者的肺功能，但这通常发生在撤机阶段，很少在还需要支持的患者中进行。
作为肺移植的过渡。研究表明，清醒ECMO作为肺移植过渡的患者，术后机械通气时间、ICU和住院时间更短。
慢性阻塞性肺病加重。由于COPD患者通常以高碳酸血症和轻度低氧血症为特征，低流量体外CO2清除系统可以为其呼吸系统减负。
呼吸窘迫综合征。虽然已经有案例报告，但是由于数据少而且该类患者多合并出现多器官功能障碍，因此清醒ECMO对于此类患者来说过于复杂。
清醒、自主呼吸患者应用VV-ECMO治疗呼衰（清醒ECMO）有很充分的理由：可以避免镇静、插管和机械通气相关并发症。然而，心-肺-ECMO系统间交互作用的复杂性、呼吸监测相关的困难性以及对清醒ECMO的支持管理都对ICU工作人员构成了巨大的挑战。本文由于临床数据少，未来还需要更多的临床研究以提高对清醒ECMO患者病理生理学的理解，并评估与目前标准治疗相比，任何可能的临床获益结局。
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