第四章 体外膜肺与急诊（三）
ECMO是体外膜肺氧合（extracorporeal membrane oxygenation，ECMO）的英文缩写，是体外循环—心肺转流技术（cardiopulmonary bypass，CPB）范围的扩大和延伸。它是以体外循环系统为其基本设备，将静脉血从体内引流到体外，经膜式氧合器氧合后，再通过血泵将血液灌流入体内。顾名思义，ECMO代替心脏和肺的功能，使二者得到充分休息的同时，提供全身的血液灌注与组织氧合。但是二者之间也有很多的不同（表1-4-1）[1]，这是由其应用的目的不同而决定的。体外循环的目的主要是在心脏手术中为患者提供有效的呼吸、循环支持，ECMO的目的是为常规治疗不佳，心肺功能极差的患者提供一定的循环和呼吸支持。因此后者通常是在手术室外、紧急状态下进行，应用时间比较长，需要团队的紧密配合。同时对器材的要求更简单，甚至可以随身携带，质量要求更高，膜肺需要具备长时间的气体交换能力，还要有很强的抗凝和血浆渗透能力。
体外循环技术始于20世纪30年代。早在1937年Gibbon等人就开始考虑用体外循环的方法代替心脏和肺的功能，首先在动物的身上得到证实[2]。20～30年后，逐渐开始应用于患者并开创了心脏外科手术[3，4]。直至1972年，Hill和他的团队第一次真正将ECMO引入临床[5]，对1例24岁外伤后呼吸窘迫综合征的年轻男性患者实施了长达75个小时的成功救治。随着ECMO插管技术、应用过程中管理能力的不断提高，以及ECMO器材的改进，从最初主要应用于婴幼儿呼吸功能不全，到成人ECMO呼吸支持、循环支持的临床疗效明显提高，原来的ECMO应用禁区在不断被突破，治疗地点也从手术室、导管室越来越向ICU、急诊甚至院外延伸。
一、体外心肺复苏（extracorporeal cardiopulmonary resuscitation，ECPR）
传统心肺复苏（conventional cardiopulmonary resuscitation，CCPR）始于20世纪60年代，目的是在威胁生命的问题得到纠正或逆转之前维持基本的循环和通气。然而经过几十年CCPR技术的不断改进，结果仍然是不尽如人意。即便是高质量的胸外按压，所产生的心排量也仅相当于正常的25%～30%[6]，同时文献报道，美国近20年的成人院内心脏骤停（cardiac arrest，CA）抢救存活率仅仅维持在22%左右[7，8]。于是，人们开始探索是否可以用其他的辅助治疗手段提高CA患者的抢救成功率，尤其是在促进自主循环恢复以及神经功能改善方面。
自1976年开始，由于心肺转流CPB便携式电源的引入，ECMO开始应用于CA患者[9]。然而在很多年内，这项技术的使用一直限制于特定的病人群，比如开放性心脏手术后[10]、意外低温[11]以及药物过量[12]的CA患者。1990年开始Hartz R等人陆续报道将体外循环技术代替徒手胸外按压，即ECMO用于心肺复苏（ECPR），但初始成功者寥寥无几[13]。随着人们对ECPR技术的深入了解，越来越多的成功报道燃起了急诊人对其极大的热情[7，8，13，14]。特别是随着ECMO装置的小型化，肝素涂层管路以及经皮穿刺置管技术的发展[15-17]，使得这项生命支持技术在急诊临床中的应用越来越广泛[18]。根据体外循环生命支持组织（Extracorporeal Life Support Organization，ELSO）的数据库资料显示，截止2016年对难治性CA患者实施ECPR的病例数达到7000多例，较2004年（565例）增加了10余倍[19，20]，占到体外循环总体病例数的9%，总体存活率新生儿和儿童是41%，成人30%[21、22]。
二、ECPR与CA患者预后
受到伦理学因素的限制，人们很难在CA患者中对CCPR和ECPR的有效性进行前瞻性、随机对照临床试验。但仍有很多倾向评分为基础以及多中心的回顾性研究提示，将体外循环技术整合入标准的心肺复苏策略中极大可能改善CA患者的预后。
同时多项观察性研究显示，对非心脏外科术后院外或院内CA，ECPR复苏成功率均显著高于CCPR[18，23-28]，获得良好神经功能的复苏时间窗得到扩展[23，29-32]。比较受到瞩目的是，近年两个关于CCPR和ECPR对成人难治性CA患者生存率影响的Meta分析[33，34]。均提示虽然在院外CA患者中两者之间差异没有统计学意义，但院内CA患者实施ECPR较CCPR能明显提高整体生存率，并且改善3～6个月的神经功能预后。这些ECPR改善CA患者预后的大量证据，促使美国心脏病协会在2015AHA心肺复苏指南中进行了相应的更改，推荐在难治的、并且具有潜在可逆病因的CA患者中尽早考虑用ECPR[20]。
三、CA患者实施ECPR影响预后的因素
目前关于在CA患者中实施ECPR的统一流程尚没有一致的意见。这主要是由于ECMO所需器材的昂贵，同时医生需要在面临患者生死抉择的前提下，极短的时间内做出抉择，并且取得家属的认同，这对于急诊临床工作来说确实是极大的挑战。我们既要避免犹豫而错过最佳治疗时间，又要保证这样昂贵医疗资源的合理使用。因此，充分评估CA患者实施ECPR是否获益以及患者预后是目前研究的焦点。这样的预后包括两个层面的含义：长期生存率与神经功能的恢复，主要与几方面因素密切相关：
（一）快速反应的ECMO团队
需要一批热情、具有献身精神、技术高超的团队成员，通常包括经过培训的急诊、ICU医师和护士、心胸外科医师、体外循环师、麻醉师等，能够熟练而迅速的进行置管、负责ECMO运行中的管理、并处理常见并发症。医疗机构应该保证这支团队的定期培训，一周24小时随叫随到。为了缩短运行ECMO前准备时间，在美国很多医院采取了管路提前“干备”（管道、膜肺与泵连接好）或湿备（对连接好的设备进行预冲），并放置在ICU或急诊，甚至是急救车上。这样的“干备”管路最长可静置30天，而连接并预冲的“湿备”管路一般不会成为感染的来源[35]，并且膜肺可以保持氧合功能达到2周[36]。
（二）CA患者的年龄
针对纳入标准，我们首先考虑的是患者的年龄。在Cardarelli et al[37]的Meta-分析中发现，应用ECMO治疗的18～83岁患者中，与17～41岁病人群相比，41～56岁患者以及大于67岁患者死亡率OR值均明显增高（OR2.9，95%置信区间1.6～8.2；OR3.4，95%置信区间1.2～9.7）。很多研究认为年龄是院内CA患者接受ECMO治疗死亡率的独立预测因子[23，38]，但是随着社会的老龄化以及应用ECMO治疗生存满意度提高，有的研究中心将纳入患者的年龄扩展到80岁以上[23]，甚至在纳入标准中并未涉及年龄[12，39，40]。
（三）CA患者的病因
虽然在急诊状态下，我们很难全面、详尽收集患者的病史，但是很多研究认为CA患者的病因与其实施ECPR的预后是密切相关的。目前在排除标准上基本达成一致意见：既往有严重神经功能损害，近日颅内出血，恶性肿瘤终末期或已经存在不可逆的器官功能障碍、严重的外周动脉血管疾病，CA的原因是由于外伤性大出血无法得到控制、主动脉夹层，以及病人已经签署“放弃抢救”等[23，26，38，41]。
关于CA患者的初始心律是否应作为实施ECPR需要考虑的方面，在很多研究中结论不一致。Kagawa[18]和Avalli[40]的研究认为可电击心律应该作为ECPR纳入标准，但另外一些研究则认为CA患者实施ECPR与其初始心律无关[41]。这种研究的不均一性可能是由很多因素所造成：①较早研究中纳入病人群的异质性[42-44]，即CA患者有不同的病因：急性冠脉综合征、心肌炎、心脏外科术后等等；②很多研究是回顾性的，所采用的纳入标准不同，多与各个研究选择的病人群相关；③各地区卫生管理机构对CA病人的管理不同。总之，在临床工作实际中，各研究机构应用ECPR的CA病人具有选择偏倚性，这与其研究中心专家的临床经验、病人群的疾病谱等密切相关。
无论初始心律如何，CA患者的病因依然是选择ECPR需要考虑的重要因素之一。原发于心功能衰竭的CA患者存活率是没有潜在心脏疾患的4倍[45，46]。这些研究虽然并未探究在不同病因的CA患者中ECPR预后不同的原因，但推测，有单一基础心脏疾患的CA患者较无心脏疾患的CA患者对ECPR可能有更好的治疗反应。ELSO注册的研究中发现，682例儿科ECPR患者[31]，具有潜在心脏疾患是改善存活率的独立预测因子；同样295例成人心脏骤停ECPR患者中[32]，有心脏基础疾患的较没有心脏疾患的生存率明显提高。
严重威胁生命的脓毒症，曾经一直被视为体外生命支持（extracorporeal life support，ECLS）的禁忌证。但由于在新生儿脓毒症中应用ECLS获得成功，生存率高达72%[22]，因而被越来越多的临床医生所接受。目前在新生儿和儿童顽固性脓毒症休克患者中，美国危重症医学会指南将ECLS纳入治疗原则，以维持血流动力学的稳定[47]。近来在一项针对儿童应用体外循环技术治疗难治性脓毒症休克伴发多脏器功能不全的研究中[48]，观察到40%的患者在应用ECLS之前均出现了心脏骤停，并实施了ECPR，存活率达到47%，高度提示ECPR可能在由于严重脓毒症而导致血流动力学不稳定和心脏骤停的病人群中获益。
ECMO还被用在具有心脏毒性的化学物或药物中毒而导致的心肺功能衰竭的患者中。这些药物通常包括β-受体拮抗剂、钙通道阻滞剂、三环抗抑郁剂等[49]。ECMO被用来支持心肺功能，直到毒性成分被代谢或进行有效的药物治疗。在一项药物所致的难治、延长的心脏骤停的研究中[50]，10例患者采用ECPR，86%获得生存，而采用CCPR患者仅有48%存活率。
严重的低温和淹溺所致的心脏节律改变和心脏骤停，ECMO同样有良好的疗效。在丹麦的一项研究中[51]，冷水淹溺的受害者由于严重低温所致心脏骤停，采用ECMO治疗后全部存活。另外一项ECPR报道[52]，15名低温所致的CA患者33%存活，这些存活的患者虽然经历了延长的CCPR和ECPR，但仅除一位患者外均在长期随访中观察到神经功能的完整。根据ELSO的注册数据，溺水所致CA患者实施ECPR存活率23.4%[53]。
（四）CA患者实施ECPR之前CCPR持续的时间
转换至ECPR之前CCPR最长持续多长时间，便可导致不可逆的神经功能障碍和不良的预后，截止目前尚未有定论。AHA注册的CPR回顾性研究并未将CPR时间作为CA患者死亡的独立危险因素[54]，但却在近来一个较大的单中心的研究中提示[55]，CPR持续时间是CA患者存活的强有力的预测因子（存活患者15分钟，未存活患者40分钟，P=0.009）。虽然目前很多研究的数据提示[56，57]，延长的CCPR时间与增加的CA患者死亡率成正相关，但是也有个别成功的病例报道，在转换至ECPR之前CCPR持续时间达到90～250分钟[58，59]。因此，目前的有效数据并不支持将CA患者延长的CCPR时间作为实施ECPR的禁忌证，建议更短的CCPR时间（≤30分钟）与患者良好的预后相关[55，60]。但是CA患者在实施ECPR之前，究竟可以忍受多长的低灌注时间，依然可以从ECPR中获益，取得良好的预后，对于这样的研究，还是一个挑战。因此对于CA患者从倒地到开始ECPR的时间进行详尽、全球统一标准的记录，将是决定研究一致性的关键。从而测量和研究复苏期间患者重要脏器的灌注，来决定何时提示患者对CCPR效果欠佳，何时需要转换至ECPR。
（五）CA患者接受ECPR的地点
在比较院内与院外CA患者存活率的研究中显示，院内CA接受ECPR较院外有更好的预后[18]。Jaski et al.等[61]进行了更加详细的研究，在导管室进行的ECPR较在医院中其他任何地方都具有更加良好的生存率（50%，15%长期生存率，P≤0.001），迅速可得的ECMO设备和技术熟练的医生是明显提高生存率的关键。有报道提示[62]CA患者CCPR持续时间每延长1分钟，生存率下降5%。院外CA患者应用ECPR的临床报告提示[63]，ECPR开始时间的长短与患者神经功能障碍和心肌缺氧存在负相关。
总之，ECPR不同于CCPR，是体外循环支持下的自主心跳恢复，前者是在解除心室负荷和体循环压力后恢复心跳，类似于心外科术中心脏停搏后复跳，对心功能储备要求不高，因此自主心跳恢复率更高。应用ECMO治疗难治性心脏骤停和心源性休克，通过体外循环、气体交换支持，使心肌得到休息、终末脏器得到充分灌注同时，避免儿茶酚胺类药物的过量使用以及呼吸机参数的过高设置。目前ECMO技术已经走入急诊抢救的临床，但它的建立与管理是一个非常复杂的过程，需要具有良好协作精神、富有经验的团队共同完成，是极其危重患者进行心肺功能替代的终极脏器支持技术。在急诊的应用中仍有未能统一的实施流程以及许多未知的领域，尚有待于进一步研究与推广。
（张蕴 丁宁）
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