成人ECMO经皮置管的方式

摘要

体外膜肺氧合（ECMO）已经彻底改变了严重的联合或单独的心肺功能衰竭的治疗。由于技术的发展以及心脏介入手术的增加，ECMO使用的频率越来越快。然而，ECMO支持具有潜在的的巨大风险，如出血、血栓形成事件和感染。经皮ECMO置管通常包括两大血管插管（双插管），静脉-静脉置管呼吸支持和静脉-动脉置管循环支持。近年来一些有经验的中心采用更先进的策略：三大血管插管（三插管），即静脉-静脉-动脉或静脉-动脉-静脉插管。前者旨在改善引流和减负，后者代表了一种非常有效的方法来同时提供循环和呼吸支持。三插管扩大了ECMO的应用，但增加了ECMO系统的复杂性。在这里，我们回顾了不同临床情况下经皮双插管和三插管方法。由于到目前为止没有统一的术语，我们提出了一个命名以“A”和后面的所有字母命名回流插管及所有“A”前面的字母来命名引流插管。这一明确的代码包括了双插管和三插管ECMO（VV，VA，VVA，VAV）。尽管技术演进，现有的ECMO知识主要是基于观察和回顾性研究。急需前瞻性研究来证实ECMO在不同临床状况下的安全性和有效性。

引言

体外辅助系统越来越多的用来治疗严重的心和肺功能衰竭。最早的有记录的成功体外支持可以回溯到1972年。自此，越来越多的技术改进了导管，氧合器，内表面，使体外生命支持系统的使用在全世界展开。最近的随机和回顾性研究表明，主动脉内球囊泵在急性心肌梗死休克患者中无显著效益[2,3]。因此，使用ECMO等系统的频率在未来可能会增加，这就要求对机械支持的每一种形式进行系统研究。在大多数情况下，ECMO管路包括静脉-静脉或动脉-静脉配置两大口径套管。静脉ECMO期间通过经皮插管从右心房引流血液，在专用的体外转子/氧合器装置氧化和脱二氧化碳，通过另一导管至右心房返回。它支持呼吸功能，是经典的治疗严重急性呼吸窘迫综合征（ARDS）方法。同样的体外装置也可用于为严重心力衰竭提供循环支持。在这种情况下，血从静脉系统引流但回到病人的动脉系统，称为静-脉动脉插管。在这里，ECMO主要提供血流动力学支持，而氧合的效果取决于动脉静脉插管部位患者的心输出量和呼吸功能。这是静脉-动脉ECMO和静脉-静脉ECMO的首要不同。

经皮插管和技术改进使ECMO成为一个可以快速建立的系统。然而，ECMO是一种侵入性的生命支持系统，有潜在的风险如出血，血管并发症，血栓栓塞事件和感染[4]。因此它的应用应该严格选择病人和有经验的团队。原则上，ECMO可以用于心肺功能恢复期的过渡。或者过渡至器官移植或置入永久辅助装置。另一适应症为经过ECMO辅助，血流动力学稳定后再次评估和定义治疗的目标。

除了双插管，在特殊情况下有经验的中心引入了三插管。这一方法扩大了使用领域，而且增加了ECMO系统的复杂性。不幸的是还没有共同的术语适用于三插管。在每一例ECMO，尤其是有动脉插管的，都需要一个多学科和经验丰富的团队，在建立，维护和撤离过程中限制潜在的风险。体外生命支持组织已发表了ECMO在儿童和成人中适应症、使用和撤离的指南。很少有关于ECMO效果的大型前瞻性临床试验研究，仅有几个关于有效性和安全性的较小的研究和病例队列研究。这可能部分是因为ECMO难以建立对照组的相关问题。

  本文总结了近期的关于单管或双管和三插管ECMO适应症，病理生理机制和插管方式，并提出了一个统一和明确的命名的ECMO插管方式。需要注意的是，其他的体外系统都不在本次总结的范围内[6,7]。

双插管

双插管ECMO包括静-静脉和静-动脉静脉ECMO，两者在安装和支持和监测方面都有很大的不同。三插管的机理需要理解双插管，将在后面阐述。

静-静脉插管

静-静脉ECMO从大的静脉引流缺氧的血液，在体外装置氧化和脱二氧化碳，回到右心房（图1）。这样，氧合的血液进入肺循环部和全身，为机体供氧。

适应症和临床研究 

静脉-静脉ECMO常见的适应症是急性呼吸窘迫综合征[8]，提供体外气体交换，结合肺保护性通气策略允许肺休息和恢复。通常ECMO被用于治疗严重的急性呼吸窘迫综合征，体外生命支持组织建议 Horovitz指数低于80时使用ECMO。然而，许多中心开始在较早的时间点，如Horovitz指数低于100–150或失代偿性酸中毒（pH 7.2）。关于ECMO最佳开始时机、持续时间和撤离还没有进行大型前瞻性临床试验。早期的实验不能证明对ARDS患者生存有益。 这些试验都是针对不同方面的激烈辩论，如事实上呼吸机的设置没有ECMO开始，即改编后，肺保护性通气未执行。这些实验在各方面都存在强烈的争议，例如ECMO开始后机械通气的设置，没有采用保护性肺通气。相反的，传统的机械通气和ECMO治疗严重成人ARDS对照实验，表明了V-V ECMO的安全性和有效性。尽管实验设计被认为是有争议的。V-V ECMO在低Horovitz指数的ARDS患者治疗中还是得到了核心位置。H1N1进一步加强了ECMO在急性呼吸功能衰竭治疗中的重要性。近来在非气管插管病人使用V-V ECMO（清醒ECMO）引起了关注。这部分患者大部分是终末期肺病等待移植或ARDS的恢复过渡期。静脉-静脉ECMO的相对禁忌症为出血性疾病，因为需要全身抗凝[5]。晚期呼吸衰竭病人如无器官移植机会或功能不能恢复为静脉-静脉ECMO的使用禁忌。

技术方面

静脉-静脉ECMO通常使用股静脉和颈内静脉作为血管通路，前者用引流和后者用于回流（图1）。右侧股静脉和颈内静脉走形直，直径粗，通常作为ECMO插管没有任何问题。两管正确的位置分界是右心房和上、下腔静脉之间的边界（图1）。错位可能导致自循环，即氧合的血液再次引到体外通路，这可能成为治疗过程中的一个重要问题。因此，通过透视，胸部X线或经食管超声心动图[16]验证优化插管位置非常重要，使用右心室定位调整回流管尖端可以减少再循环。

病理生理

原则上，静-静脉ECMO从腔静脉引流血液，从另一腔静脉返回相同体积的含氧脱二氧化碳血液回到右心房。因此，中央主动脉的血液氧饱和度是残余静脉血和ECMO氧合血混合，回到肺循环混气体交换的结果。ECMO和肺对最终主动脉氧含量的影响随病人不同和时间不同而不同。实际上所有的脏器灌注都是近似相同的，所以任何一侧的股动脉或桡动脉评估机体氧合都是可以的。这和所有的动脉模式ECMO都是极为不同的（见下）。另一个明显的不同是静-静脉ECMO气体交换支持的改变不影响血流动力学：右房引流的血容量被等量的回流血所替代。结果是右房压力不变。尽管如此，在静-静脉ECMO，右心功能必须被密切监测，右心功能衰竭V-V ECMO病人是潜在的V-A-V ECMO适应症（三插管，见下）

上身V-V插管

一个近期有前途的插管发展是仅在上半身静脉插管，尤其是使用双腔插管(Fig. 2)。这种特殊的导管从上下腔静脉引流血液，氧合后的血直接回到正对三尖瓣开口的右房中部，从而获得最小的自循环。双腔导管只需要穿刺一条大血管，这可以极大地减少出血风险。上半身插管使间断机械通气和清醒ECMO成为可能。尽管有这个益处，但这种置管有造成右房和右室穿孔的可能，透视和超声监测下置管可以减少这种风险，但还需要大样本研究。而且双腔导管受限于最大血流量限制和高引流率导致的溶血。

静脉-动脉插管

ECMO另一个重要的应用范围是急性或慢性失代偿的心衰。近期的指南建议对心源性休克病人早期评估机械支持的可能。循环支持需要静脉-动脉插管，这不同于静脉-静脉插管，氧合后去二氧化碳的血不是回到右房，而是回到大动脉，朝向主动脉。这种体外的右向左分流通过降低前负荷使衰竭的心脏卸载，同时提供稳定的3-7升/分的动脉血流量，为脏器提供灌注。在这种情况下，ECMO提供压力支持是一种常见的误解。增加的血压只是V-A ECMO增加血流量的结果。而血压依赖于血管阻力和血管充盈。因此，在V-A ECMO时血管活性药物及容量治疗需要特别仔细。

指征和临床研究

V-A ECMO可以在各种情况下使用，最常见的适应症是体外循环撤机失败和心脏术后早起失代偿心源性休克。经典的非术后适应症是心梗引起的心源性休克，爆发性心肌炎，作为恢复前的过渡。还可以应用于肺栓塞取栓术前，或高危冠脉介入术中右心功能衰竭。然而，在选择性高危冠状动脉介入治疗中经皮微型轴流泵似乎是可以同样有效的降低风险[31]。V-A ECMO还可用于永久性的左心室辅助设施植入前或心脏移植前。在肺移植术后的肺动脉高压，V-A ECMO可以有效的过渡，直到左室重塑。进来，复苏中应用ECMO逐渐增加，117例复苏中使用ECMO患者，15%生存而神经功能保存良好。体外心肺复苏应该考虑后续可能的治疗，如肺栓塞取栓术，急诊冠脉再血管化。总体来说，V-A ECMO缺乏大的样本的前瞻性研究。动脉插管的禁忌症有主动脉夹层，主动脉返流，左室血栓或凝血异常。

技术方面

V-A ECMO通常选择股静脉和同侧的股动脉置管。静脉导管可以放到颈静脉。正确的位置应使导管尖端位于右房中间，这样可以同步引流上下腔的静脉血。动脉插管如果放在股动脉，动脉插管应在成人髂总动脉末端的位置。上半身置管也是可能的。（见下）

病理生理

一旦股动脉插管进行ECMO，一些和静脉-静脉ECMO重要的差异必须考虑。第一和最重要的方面是所谓的分水岭现象（图4）：如果衰竭的心脏不能保证脏器最基本的灌注，ECMO的流量支持在外周血管阻力正常时，提高血压。然而，大多数患者在V-A  ECMO患者的左心室仍有输出，从而提供了一个向降主动脉的逆向血流。“自己”的血流和ECMO的动脉血流在一个点相遇，这个点叫分水岭。在大多数情况下，它位于升主动脉和肾动脉之间。重要的是，特定的位置是由左心室输出和ECMO流量之间的竞争决定的。左室前向血流通过主动脉瓣灌注冠状动脉和主动脉弓后的第一支动脉。分水岭的远端，包括肾脏，下半身，接受ECMO装置的氧合血。ECMO的氧合的血液血氧饱和度将几乎总是足够的，左心室射出的血液血氧饱和度取决于肺的功能，而肺功能可能因为严重肺水肿，肺炎或其他肺部疾病而受损。因此V-A ECMO期间呼吸衰竭可导致心脏和大脑缺氧，尽管灌注压良好。因此，必须建立一右侧上半部身体（最好是在右桡动脉）的动脉置管以监测上半身氧合。股动脉反应ECMO的氧合，对于检测脑氧供永远是不够的。偶尔分水岭可能更靠近于升主动脉，在冠状动脉和右头臂干之间，而监测冠状动脉氧饱和度是不可能的。这种情况可能需要三插管，见下文，保证冠状动脉氧合或植入一个微型轴流泵（见下文）提高前向血流。由于以上原因评价脉压（作为左室输出量的替代）和上半身氧合在建立V-A ECMO后是必须立即进行的。

 其次，股动脉插管减少穿刺部位远端灌注。 这可能会导致下肢缺血，并可能导致血管外科手术，减压或截肢[4,38]。因此需要一根额外的鞘管来保证远端灌注。这根管应该在动脉置管前就留置，因为动脉插管后就可能出现远端缺血。如果ECMO插管是在导管室进行，我们建议在介入引导下放置外鞘管。值得注意的是，动脉插管有动脉损伤的风险，例如，造成夹层，血管破裂或阻塞[39]，可能需要血管外科急救。

第三，患者V-A ECMO后可能会出现左心室扩张和肺淤血，尤其是在极低左心室输出或主动脉瓣关闭不全时。逆行的ECMO流量增加后负荷，一部分血液从支气管静脉和心最小静脉回流到左心，即使ECMO全流量运转，最终会导致左心室扩张。这种情况下，第二根引流管可以帮助减少心脏前负荷（静脉-静脉-动脉插管，见下）。另一种很有前途的解决方案是跨主动脉瓣顺行经皮左心室卸载的微型轴流泵。这种泵可以很容易的在导管室放置而不需要开胸。使左室支持和减压更容易。需要注意的是，上述方面对于股动脉插管ECMO期间是非常重要的；然而，他们并不适用于中央，和部分锁骨下动脉插管。

  上半身静脉-动脉插管

  一些中心已经描述了右颈内静脉和锁骨下动脉插管建立V-A ECMO。这一在上半身插管的方法，让清醒ECMO，动员和积极的物理治疗成为可能。在这种情况下，分水岭的问题可以减少，至少相对于脑氧供。然而，锁骨下动脉插管需要通过血管端侧移植手术，有损伤血管或神经的风险。

三插管

   三插管是一种特殊的ECMO支持形式，它通常是作为一个现有V-A或V-V ECMO的“升级”。三插管可以为V-V-A或V-A-V插管，在循环和呼吸功能支持以及机械通气和医疗管理上完全不同。越来越多的中心最近在特定的病人选择使用三插管，在文献中很少报道，并总结在表2。

  静脉-静脉-动脉插管

  静脉-动脉ECMO治疗的目标是循环支持、和通过降低心脏充盈压降低前负荷。这可以很容易通过Swan-Ganz导管监测肺动脉压和毛细血管楔压来监测。相反，由于右心房引流，通过稀释测量血管阻力和心输出量的测量是不可靠的。V-A ECMO患者的呼吸功能不全，可能会导致身体上部的低氧血症，也被称为不同缺氧，双循环综合征或丑角综合征[43,44]。这种现象还发生在非常大体重的患者使用标准尺寸的插管时。V-A ECMO的支持可以通过第二根引流管得到加强，这就是三插管（两根引流和一个回流管，图5），这足以打破许多情况下的双循环。

  技术方面和病理生理

  通过V-A ECMO卸载在特定的病人可能还不足以满足需要，例如成年心内分流的先天性心脏病和肺动脉高压：心内右向左分流和双循环综合征导致在升主动脉血缺氧，可能导致心肌和脑缺氧。优化的卸载，上身引流和分流逆转，需要再增加一个引流套管，从右心房或右心室引流血液（V-V-A ECMO，图5）。第二引流管的另一个指证可能是如上所述的V-A ECMO引流不理想导致的左室扩张。此外，当引流静脉过细或流量过大导致溶血时，单静脉插管V-A ECMO可能是不够的。因此，V-V-A 插管可以帮助增加静脉引流，提高流量。第二引流管心脏超声引导下放置，最好是透视或经食道超声。静脉插管外面用Y形连接（图5，插图），使静脉血最终通过一根管回到ECMO装置。需要注意的是，目前没有静脉-静脉-动脉ECMO研究数据存在，这种配置还只用于高度选择的成人和儿童（表2）。V-V-A ECMO血流动力学的价值,同V-A ECMO等同。

   静脉-动脉-静脉插管

最近，V-A-V ECMO配置治疗合并心肺功能衰竭的患者。这种插管动脉回流分成两部分，一部分对主动脉和另一部分向右心房的一部分向（图6）。这种组合结合了V-A和V-V ECMO的特点和优势, 同时提供有效的呼吸和循环支持。因此，它非常适合合并心肺功能衰竭，如严重的左心衰竭继发肺炎或右心功能失代偿。

适应症和临床研究

  V-A-V ECMO在心脏衰竭和继发呼吸衰竭有潜在的适应症，反之亦然。在心脏衰竭时，ECMO的目的是为心脏减负，维持动脉血压。当ECMO期间发生呼吸衰竭时，例如发生肺水肿，肺炎，或机械通气相关的肺损伤时，因为上文提到的分水岭现象：上半身出现紫绀，下身呈粉色，也被称为“双循环综合征”或区分缺氧[43,44]。心肌和大脑会出现供氧不足。在这种情况下，第三根插管可以增加供应氧合的动脉血液进入肺循环。另一个潜在的指征是V-V ECMO时出现心衰。这时必须有根动脉插管用来提供循环支持，维持全身血压，为心脏减负。到目前为止，少数病例和小型观察性研究表明V-A-V ECMO的合理的安全性和疗效性 （表2）；然而，还没有前瞻的或对照的数据报道。

技术方面

   V-A-V ECMO通常作为V-A ECMO或 V-V ECMO的升级和补充。在这两种情况下动脉血流通过Y型连接分开，一部分供应中心动脉，一部分供应肺循环。通过可调夹具和一个流出管单独的流量传感器来调节两导管之间的流量（图6，插图）。V-A-V ECMO的中心静脉插管首选位置是腔静脉和右心房之间的边界，如V-V ECMO（图。1，6）。这种模式插管也可以通过双插管实现：使用V-V ECMO的双腔插管。插管的引流腔连接ECMO输入端，回流腔连接ECMO的输出端。

  病理生理

  每一个V-A-V ECMO病人都有个体的对应每一根输出管的动脉压需求，这在治疗期间也是变化的。所以仔细调节平衡非常重要，因为每一个变化都会同时影响前负荷，后负荷，分水岭的位置和氧合（表一）。因此，在V-A-V ECMO期间，需要常规通过经胸超声心动图指导控制左心室充盈和收缩功能，特别是流量平衡修改后。和流量平衡一样，改变ECMO氧合器和残气设置将影响两个回输插管内血液的氧合和脱二氧化碳，因此应仔细调整。通过插管呼吸支持通常是强有力的支持和有利于保护性肺通气。然而V-A-V ECMO期间循环支持较低（将近一半的支持），相对于V-A或V-V-A插管，因为不是整个动脉血流朝向主动脉[47]。

 统一命名

    三插管对压力，流量和氧合影响复杂，进一步增加ECMO装置的复杂性。到目前为止，据我们所知，队两个或三个插管系统没有统一的命名。在一个三插管ECMO，一根插管从静脉引流，另一从动脉回流，第三插管即可引流也可回流，这将提供一个完全不同的后果。临床医生经常使用短的'VVA-ECMO”或“'三插管”而不论第三插管的本质。这种做法是模棱两可的，可能会促进危险的误解。我们提出了一个明确的简短，插管命名方法（表3）：我们建议，“A”和以下的所有字母命名回流插管，因为“A”始终是一个提供回流（不引流）的动脉插管。在此之后，V-V-A插管将被命名为“'VVA-ECMO '，因为它涉及到两个引流静脉和一条供应动脉插管（图5）。另一方面，V-A-V插管将被命名为“'VAV-ECMO”，它包括一个引流静脉，一个回流动脉和回流静脉插管（图6）。这个术语可能有助于防止在临床沟通用词不当和误解。

结论

  经皮穿刺置管静脉-静脉（VV）和静脉-动脉（VA）ECMO越来越多的用来对严重的呼吸和心功能衰竭进行机械支持。上肢插管清醒ECMO是一种很有前途的创新方法，便于患者活动。有经验的中心有时候使用三插管ECMO，如静脉-静脉-动脉（VVA）插管改进引流，或同时具备V-V 和V-A ECMO特点的静脉-动脉-静脉插管（VAV）。 这增加了管路的复杂性，但增加了ECMO抢救重度合并心肺功能衰竭的病人的有效性。为了避免误解，我们建议为插管使用一个统一的命名。需要前瞻性对照试验来为不同ECMO模式的安全性有效性提供证据。