VAECMO辅助期间肺部并发症的系统综

VA-ECMO辅助期间肺部并发症的系统综述

翻译：医院医院心脏中心

审校：郝星首都医科医院

摘要

静脉-动脉体外膜氧合（VA-ECMO）是一项生命支持技术，可为严重心源性休克或难治性心脏骤停患者提供短暂的呼吸和循环支持。但VA-ECMO可能通过各种病理生理学机制对肺功能产生不利影响,导致相关并发症。血液成分与体外膜肺生物材料的相互作用诱发全身性炎症反应，使得肺血管通透性增加，进而导致肺实质中多形核中性粒细胞堆积。此外，VA-ECMO时，由于胸主动脉内的血液逆行灌注，增加左心室（LV）后负荷，导致左室充盈压增加和肺部充血。此外，VA-ECMO可能会导致长期的肺缺氧，可能是因为肺循环血液部分被分流及支气管循环血流中搏动性血液灌注减少。最终，这些异常可能诱发持续的肺部炎症和纤维化改变并伴有肺功能损伤，进而导致脱机困难及长期的肺功能障碍。该综述提出了VA-ECMO期间出现肺损伤及功能障碍的可能机制，并讨论预防和治疗上述问题的策略方法。

正文

静脉动脉体外膜氧合（VA-ECMO）是一种提供呼吸和循环支持的体外辅助技术，用于治疗难治性心源性休克或心脏骤停，以及作为某种治疗策略（长期心脏辅助设备的置入或心脏移植）的过渡性支持手段。尽管有潜在好处与优势，VA-ECMO仍然有较高的发病率和死亡率。这多是由于患者上机时的危急状况，及一些与VA-ECMO相关的并发症，尤其是肾功能衰竭，败血症，出血，血栓栓塞，肢体缺血和多器官衰竭。

VA-ECMO引起的肺部并发症目前认识较少，多认为与逆行血流引起的左心室压力超负荷导致肺充血相关。此外，还有其他几种机制也参与VA-ECMO期间出现的肺损伤和功能障碍。VA-ECMO常被认为是简化的体外循环（CPB）管路，且两种技术对肺生理方面的影响相类似。CPB可能会通过与生物材料有/无关的诸多因素（手术期间肺部萎陷，肺循环分流，术后发生肺再灌注损伤），促进炎症反应进而影响术后肺功能。在VA-ECMO期间，尽管上述因素有所改善，它们仍然不同程度地出现在辅助的不同阶段，持续数天或数周。在慢性炎症反应、肺充血及缺血的综合因素影响下，可导致肺泡细胞形态和功能的改变，影响整体辅助疗效和患者转归。在这篇综述中，我们讨论VA-ECMO相关并发症的病理生理机制和潜在的临床意义。

血液接触V-AECMO环路系统会激活接触系统（CS）和补体系统（图1）。CS产生激肽释放酶，其激活单核细胞和多形核细胞（PMN），并触发内源性凝血级联反应，从而在循环系统中迅速产生凝血酶和纤维蛋白。凝血酶会激活血小板和内皮细胞（EC），并诱导分泌促炎介质和生长因子，如白介素6（IL-6）、白介素8（IL-8）或血小板源性生长因子（PDGF）。外源性凝血途径被激活的程度相对较少，主要是通过活化的单核细胞和ECs释放的组织因子（TF）来激活。CS还会产生缓激肽，从而激活ECs和白细胞，引起血液动力学的改变，包括全身血管舒张和肺血管收缩。补体的激活通过替代途径发生，产生了能激活ECs的过敏毒素C3a和C5a。C5a还是白细胞趋化性的强效调节剂。补体激活的高峰发生在ECMO开始后的1-2小时内，并在随后2-3天内逐渐下降。

图1：VA-ECMO诱发肺损伤和功能障碍的主要机制。左侧：患者血液与ECMO环路直接接触诱发SIRS，激活体液免疫级联反应，血小板和白细胞，最终导致EC损伤并激活多形核中性粒白细胞（PMN）渗出并堆积在肺组织右侧：EC损伤有利于液体渗入肺泡腔和肺实质，导致肺水肿，加重肺静脉压增高。肺泡水肿和肺动脉灌注减少导致肺实质缺血反过来又促进慢性炎症，并促进新生血管生成和纤维化。

VA-ECMO所致的肺功能损害可能与长时间的机械通气(MV)有关，机械通气可通过呼吸机诱导的肺损伤(VILI)进一步改变肺功能。虽然目前对VA-ECMO期间机械通气的最佳呼吸机设置尚未达成普遍共识，但应遵循保护性肺通气的原则。

在ECMO辅助期间，高达74%的患者会发生呼吸机相关肺炎(VAP)，而机械通气时间过长会增加呼吸机相关肺炎(VAP)的风险。最近评估的风险因素包括年龄65岁、入院时SOFA评分较高、COPD或高血压病史。致病微生物主要由革兰氏阴性杆菌组成，其中18-25%的病例中分离到铜绿假单胞菌。VAP诊断不易，因为在ECMO辅助下VAP的传统标准很难解释，高度临床怀疑病例加上早期微生物采样结果可作为诊断的主要参考。在ECMO支持下发生的VAP的治疗是具有挑战性的，特别是因为在这种情况下发生了抗生素药代动力学的改变，因此建议经常进行治疗药物监测。降低VAP风险的预防措施主要包括缩短机械通气时间。针对此，早期拔管和清醒ECMO支持正在成为有希望解决此难题的策略。在选择适宜的患者中，这样的策略不仅可以显著降低VAP的发生率，还可以发挥更积极的作用，降低并发症的整体发生率，并提高存活率。

VA-ECMO期间出现肺功能损害的典型表现是“南北综合征”的发生，反映了来自心脏(顺行，低氧血流)和来自外周ECMO(逆行，高氧血流)的反向运动，导致差异性缺氧(上半身低氧血症，下半身正常/高氧血症)。两种血流在主动脉内的对冲界面被称为“分水岭”，可以在胸部增强CT扫描中辨认出来(图2)。南北综合征可以通过增加VA-ECMO流量或增加静脉灌注管来治疗，可采用混合型ECMO模式(V-A-VECMO，图3)或VV-ECMO（如果心脏的功能允许撤除动脉插管）进行辅助。另一种选择是将动脉插管位置从股动脉切换到腋动脉或中心(主动脉)位置，以此避免经股动脉插管的逆行灌注。

图2：血流的分水岭。A轴状图，B矢状图。主动脉造影显示血流来自于VA-ECMO动脉插管，而升主动脉内的无造影剂的血流显示来自心脏。胸主动脉的血液对冲平面代表VA-ECMO分水岭(箭头)。

图3：静脉-静脉-动脉ECMO（V-V-AECMO）。含氧血液通过股动脉插管和另外的颈静脉插管泵入、直接向右心室提供氧合血液，进而向左心房提供氧合血液。此种设计可以逐步降低股动脉内的血流、而转换为VV-ECMO。

结论

VA-ECMO引起多种病理生理变化可能会严重影响肺部整体性和功能。

1、VA-ECMO人工界面的直接接触不可避免地会造成快速进展的系统性炎症反应（肺部受累在内）；

2、外周VA-ECMO时，由于胸主动脉内血液逆行灌注，增加LV后负荷，这可能导致被持续炎症反应影响的肺泡进一步充血；

3、由于局部肺持续性缺血、肺循环分流及支气管循环搏动性灌注减少可能进一步诱发整体肺实质的细胞毒性反应。

目前有限的来自人的观察性研究及动物的证据模型表明，VA-ECMO支持几天后可能会导致严重的肺结构变化和肺实质、间质纤维化，可能导致长期的功能受损。临床医生在VA-ECMO患者处理时应