目的：對於發生嚴重呼吸功能衰竭的患者而言，ECMO是一種搶救性治療方式。ECMO主要的併發症是出血、血栓形成以及溶血。這項研究的目的旨在比較不同的體外膜肺系統在V-V ECMO治療過程中對成人凝血功能的影響。
設計：單中心前瞻性隨機研究。
實施單位：德國雷根斯堡大學附屬醫院
患者：合併嚴重的急性呼吸窘迫綜合症需要接受V-V ECMO治療的患者。
幹預治療：無。
方法和主要結果：三種不同的ECMO系統：Cardiohelp系統（Maquet Cardiopulmonary AG），Dideco ECC.O5（Sorin Group），以及Deltastream系統，Hilite7000LT+DP3pumphead（Medos Medizintechnik AG），對三者進行比較。監測凝血，抗凝，溶血和炎症相關的指標。本研究納入54例患者，每18例隨機分配到三個不同的ecmo組中。排除標準：急性腎功能衰竭，創傷，以及兩天內曾接受過手術者。V-V ECMO支持的中位時間是13.5天（4-70天）。中位血小板計數從ECMO治療前的220.5 G/L降至ECMO支持最後一天最低的133G/L。在ECMO治療開始的5天裡，凝血酶原片段1.2（F1.2）（1.36-2.4 uM），凝血酶-抗凝血酶複合物（14.5-50 ug/L），以及D-二聚體（6.00-27.0 mg/L）升高了，同時纖維蛋白原值從5.8降至4.1g/L。三種不同的ECOM系統在凝血、抗凝、溶血以及炎症指標在ECMO開始的5天裡沒有顯示出顯著的不同。
結論：隨著時間的延長，小型的V-V ECMO逐漸激活了凝血過程。不同型號的膜肺和泵頭在改變凝血狀態中並沒有表現出顯著的不同。（Crit Care Med 2016；44:747-754）
對合併有嚴重的急性呼吸窘迫綜合症（ARDS）的患者而言，如果保守治療無效，那麼vvECMO是能夠提供充分的氣體交換的治療策略（1）。
近年來，在循環管路上，包括表面塗層、減少接觸面積、預衝以及泵相關的技術，已經獲得了很大的進展。在嚴重的成人呼衰治療中，與保守通氣輔助支持治療相比，ECMO治療表現出了良好的結果，包括在嚴重的可逆轉的呼衰治療中的良好的成本效益和更高的生存率，因此，目前vvECMO治療引起了越來越廣泛的興趣（2）。並且，在H1N1流感大流行中，配對分析顯示ECMO組表現出良好的結果（3-5）。因此，應用vvECMO的醫療中心的數量正在進行性增多。
儘管技術在不斷改進，出血、血栓形成和溶血仍然是患者接受vvECMO治療時主要的併發症和死亡原因。需要考慮到這些副反應，並應該在ECMO治療過程中監測相應的指標。一旦血液與ECMO管路接觸，人體即啟動了一系列凝血和炎性反應，因此系統性的抗凝是必須的（6，7）。
本研究旨在通過分析凝血指標（包括D-二聚體，纖維蛋白原，凝血酶，凝血酶-抗凝血酶複合物和凝血酶原片段1，2），溶血和炎性指標來檢測不同的vvECMO系統對凝血功能的影響。
方法
研究對象
本項研究是一個前瞻性的隨機平行研究，在雷根斯堡大學醫學中心進行的單中心初步研究。自2011年4月至2013年8月，共54例急性呼衰的成人患者接受了vvECMO治療，納入了本研究。vvECMO的適應症為：嚴重的ARDS患者，Murray肺損傷指數在3-4（8），並且在最優化的保守治療狀態下氧合指數<80mmHg。vvECMO的相對適應症為：Murray指數在2-3，氧合指數<150mmHg，嚴重的呼吸性酸中毒（pH<7.25），吸氣壓峰值>30cmH2O,或者嚴重的漏氣。最佳的氣體交換方案依照既往經驗進行，包括肺復張策略，俯臥位通氣，以及在特定患者中採用吸入NO或者伊洛前列腺素。患者的基本資料見表1.
排除標準是：創傷，在開始ECMO治療前48小時內接受過外科手術，以及那些需要接受腎移植治療的患者，因為這些混雜因素會對檢測值產生顯著的影響。為納入研究，每個患者的法定代理人都獲得書面知情同意書。本研究通過了雷根斯堡大學倫理委員會的審核，並且遵循赫爾辛基宣言。
患者按照1：1：1的比例被隨機安排到三組中，為了分配給每一個組，採用區組隨機化表，每一組包含18個病人，不同的組採用不同的ECMO系統。
一般按照既定的輸血指南推薦，當血紅蛋白低於8g/dL時，給予輸注紅細胞。只有在使用ECMO後仍存在低氧血症的患者中，將輸血標準提到12g/dL。
體外生命支持技術
在本研究中使用的ECMO系統是：Cardiohelp系統（Maquet Cardiopulmonary，德國），Dideco ECC.O5（Sorin Group，義大利），以及Deltastream系統，Hilite 7000LT+DP3泵頭（Medos Medizintechnik AG，德國）。這三組系統的膜肺均採用聚甲基戊烯纖維。Sorin系統的膜接觸面積最小，且採用磷酸膽鹼塗層。Maquet和Medos系統均採用肝素塗層。Medos系統中使用滾軸泵，而另兩個系統採用離心泵。所有的氧合器相關技術數據見補充數據（表S1）。整個系統的預衝量在500-700mL，主要取決於管路的長度。其中十個病人使用的是Avalon Elite管道，41個病人使用HLS管道，另3個病人採用Novaport管道。管道的選擇由起始ECMO時的醫務人員決定，非本課題研究內容。
血樣和實驗室分析
所有的病人在本研究過程中需採取8次血樣，ECMO起始前採集一次，起始後的前5天每天採一次，ECMO治療的最後一天採集一次，撤機之後的一天採集一次。因為每個氧合器採血樣的時間點不同，我們選取開始ECMO之前採血的時間點，在開始ECMO後的前5天都在這一時間點採集血樣，從而使數據更具可比性。另外，在ECMO的最後一天以及撤機後的那天所收集的樣本數據是被獨立分析的，主要分析在脫離ECMO後凝血狀態的變化。
ECMO治療期間，每天常規的血樣檢測包括一整套的內容，游離血紅蛋白（fHb），乳酸脫氫酶（LDH），肌酸激酶，肌酐，天冬氨酸轉氨酶，快速檢測（主要檢測外源性凝血通路，以區別於INR值），APTT，D-二聚體，纖維蛋白原，凝血酶，CRP，IL-6以及IL-8。為了這個研究，我們另外增加檢測了中性粒細胞彈性蛋白酶，XIII因子，TAT（凝血酶-抗凝血酶）複合物，凝血酶原1.2片段。樣本經離心（12分鐘，2000*g，4℃）後獲得去血小板血漿，在分析前等分後貯存於-80℃環境下。去血小板血漿用來檢測TAT複合物的濃度，F1.2，中性粒細胞彈性蛋白酶和XIII因子。由一位不知道患者診斷和ECMO相關信息的技術員來做酶聯免疫吸附試驗。數據的收集是前瞻性的，並直接轉移到ECMO資料庫中。患者的血氣分析，輔助通氣指標，血流動力學指標和血管活性藥物的使用情況的相關數據均在啟動ECMO之前、開始後2小時、開始後的每天、ECMO結束前以及ECMO結束後一天進行採集收錄。
樣本量和統計學方法
這個初步研究基於主要終點設計為探索性實驗性研究，並沒有進行預實驗以估計樣本量。每18個患者為一組，我們認為這個樣本量是可行的，並足以發現臨床上因不同的系統所產生的差異。
為了比較ECMO系統間的差異所進行的分析人群的要求是至少接受vvECMO治療5天的患者，並且完全隨機的分配到各組中。由於沒有患者嚴重違反協議或改變ECMO系統，分析對象能夠代表意向治療以及遵循研究方案的受試者。
連續性數據由中位數及其四分位距表示，分類數據以率表示。由於分析變量的偏斜分布，因此所有分析都採用非參數統計方法。採用Kruskal-Wallis實驗進行基線特徵中連續性數據的比較，採用卡方檢驗進行二項變量的分析。針對ECMO最後一天以及撤機24h後的實驗室數值的的變化，我們採用Wilcoxon符號秩檢驗進行分析。根據Hodges-Lehmann計算相應的95%有效區間。為了分析ECMO系統以及臨床檢測時間的影響，我們採用基於秩的線性混合模型。因為我們進行的是探索性分析，沒有對多項檢測分析進行調整。p值小於0.05被認為是有顯著差異。所有的統計檢測均使用SAS 9.3軟體，Stata (version 12.1; StataCorp LP, College Station, TX)，和Minitab (version 15.1.30; Minitab, State College, PA)。
結果
研究對象
共有54例患者納入本研究並隨機分配為3組，每組18例。每組使用不同型號的vvECMO系統。本研究中引起呼吸衰竭的主要病因是肺炎（85%，n=46），其他原因是創傷（創傷的發生時間距離裝vvECMO超過48小時，n=3），敗血症（n=3），肺栓塞（n=1），中毒性肺水腫（n=1）。
三組患者在病人人口學或者疾病嚴重程度上沒有差異。所有的數據見表1。
vvECMO支持的中位時間為13.5天，範圍在4-70天，54例患者中44例（81%）在ECMO過程中保持存活狀態，有10例患者在ECMO過程中死亡，另有6例患者在撤機後死亡。
抗凝治療
除了一名患者，其餘的病人在ECMO輔助期間均接受了持續的肝素抗凝治療。而這位患者是使用Dideco ECC.O5組的，採用阿加曲班作為抗凝藥物，因為當時懷疑該患者存在肝素誘導的血小板減少症。但這種懷疑在2天後被排除了，然後這名患者也轉為使用肝素抗凝。
肝素和阿加曲班的劑量均根據APTT結果進行調整，APTT的目標值為50-60秒，肝素的初始劑量給予1000IE/hr，每4小時監測APTT直到達到目標值。一旦達到目標值，並且沒有出血傾向，氧合器的膜肺工作正常，那麼每24小時監測APTT。
在ECMO治療過程中APTT的結果見圖1A。沒有患者接受抗血小板藥物治療。
抗凝
血小板計數在抗凝中起到很大的作用，我們測到的其ECMO起始前的中位值為221g/L(IQR,161-284g/L)，這個數值到vvECMO進行至第5天時逐漸降至150g/L(IQR, 101-236 g/L)(p<0.001)。這個根據時間變化的過程見圖1B，此結果在3組vvECMO系統間未發現顯著的差異，三者比較的結果描述見圖1B。
XIII因子的檢測結果提示，隨著時間的延長，在血漿中FXIII是進行性下降的，這在三組間也沒有發現顯著的差異（圖1C）。
在ECMO開始的5天裡，所有的患者均顯示出F1.2(1.36–2.4 μM), TAT 複合物(14.5–50 μg/L), and D-二聚體 (6.00–27.0mg/L)中位數的進行性升高，這個根據時間變化的過程見圖1，D-F。這個結果在三組間也沒有顯著的差異(F1.2, p = 0.137; TAT複合物， p = 0.356; and D-二聚體, p = 0.626) 。
在ECMO開始的5天裡，所有的患者均顯示出纖維蛋白原中位數水平的下降(開始前, 5.7g/L [IQR, 3.8–to 7.7 g/L]; 第5天, 4.4 g/L [IQR, 3.0–5.9 g/L]; p < 0.001) 。與此同時，抗凝血酶水平從ECMO開始前的70%（IQR，57-85%）升至第5天的90%（IQR，75-106%）（p<0.001）。見圖2A和B，這個結果在三組間也沒有顯著差異（纖維蛋白原，p=0.311；抗凝血酶，p=0.427）。
溶血
檢測血漿LDH和fHb水平來評估患者溶血的發生。研究結果提示LDH和fHb水平都出現了波動(LDH: 開始前, 404U/L [IQR, 287–574U/L]; 第5天, 425U/L [IQR, 327–574U/L); p = 0.328 以及 fHb: 開始前, 48 mg/dL [IQR, 34–81 mg/dL]; 第5天, 40 mg/dL [IQR, 27–61 mg/dL]; p = 0.033). 見圖2，C和D，這在不同的ECMO系統間也未見顯著差異(LDH, p = 0.537 and fHb, p = 0.767) 。
炎症反應
鑑於炎症反應可能激活凝血過程，我們同期檢測了不同的炎症相關指標（CRP，IL-6，IL-8，中性粒細胞彈性蛋白酶）。在ECMO治療開始後，所有入組的患者顯示出CRP，中性粒細胞彈性蛋白酶，IL-6和IL-8的下降（均p<0.001）。然而，在不同的系統間沒用顯著差異(CRP, p = 0.786; 中性粒細胞彈性蛋白酶, p= 0.551; IL-6, p = 0.733; IL-8, p = 0.668) 。結果見圖3，A-D。
ECMO治療的終止
本研究的另一個目的是檢測止血、凝血、溶血和炎症反應在ECMO撤機後的變化。因此，我們比較了ECMO最後一天和撤機後的所有檢測指標，發現凝血指標出現了最明顯的變化，F1.2、TAT和D-二聚體在24小時內明顯下降。抗凝血酶、血小板計數和纖維蛋白原水平在撤除ECMO管道後逐漸穩定。fHb的結果提示溶血反應減少了。但是，炎症指標不受ECMO撤機的影響。所有的結果見表2。
討論
在本前瞻性研究中，三種不同的成人用ECMO系統被患者使用，它們的生物塗層、氧合器面積以及泵速均不相同，這是第一次比較這幾個不同的系統對患者血漿凝血和溶血反應的影響。在本研究中未發現各系統間顯著的差異（表S2）。血流量的調整以保證足夠的氣體交換為前提，但是在不同的輔助通氣和ECMO設備上差異很大。因此，我們假設在血流量接近的狀態下（<3.5L/min）,這三個ECMO系統都適用於長期適用。調節其他參數的情況下，比如，更高的血流量或者更細的管道都會提高血液的剪應力，由此可能得到不同的結果。
既往文獻提示，D-二聚體、TAT複合物以及F1.2是評價凝血旁路途徑的激活狀態的敏感指標（10）。在我們的研究中，D-二聚體、TAT和F1.2在ECMO治療中持續性增高，且結果提示調整一個指標（比如：D-二聚體）可能就足以評價凝血系統的激活狀態。這三個ECMO系統的結果相似。
未發現別的病理性因素狀態下，比如DIC、肺栓塞、創傷或者手術，D-二聚體被證實是能夠反映ECMO是否引起了凝血級聯反應被激活的指標（11，12）。可以進一步研究比較這些指標是否可以作為預測指標，指導何時因為血栓沉積而需要更換氧合器。
監測ECMO治療期間的血小板計數是必須的。與之前的研究結果相一致的是，我們這些患者的血小板計數在ECMO開始前5天下降少於25%，但到治療將結束的時候，下降大約40%（13，14）。我們的結果提示上述現象與ECMO系統本身無關。血小板的迅速減少以至於可能引起嚴重的出血，其可能原因不僅僅與ECMO管路或者泵相關，也可能是肝素誘導的血小板減少症（15-17），敗血症以及藥物的毒性反應。鑑於在ECMO治療期間輸注血小板的指徵並不明確，我們通常在患者出現出血或者數值低於20g/L時，給予輸注血小板。
眾所周知，血泵可能引起一定程度的血液破壞。溶血是由離心泵或管道的負壓引起的（18），溶解的紅細胞釋放LDH和fHb。每天監測fHb和LDH值可能可以幫助我們評價由ECMO管路引起的溶血（19）。LDH或fHb的平均值在我們的研究人群中並沒有升高。LDH的特異性比較低，在很多情況下，它都會升高。然而，在ECMO治療期間，這些患者的LDH並沒有升高。在我們的研究中，fHb值在ECMO開始的前5天居然降低了，我們相信這可能是因為膿毒症狀減輕所致，這與ECMO管路無關。在三種ECMO系統中都沒有發現嚴重的溶血，也沒有三者間的差異。
我們的患者在ECMO期間抗凝血酶的升高可能也是因為敗血症膿毒症狀的減輕所致。ECMO過程中抗凝血酶下降的現象目前為止只在小兒患者中被報導過（20），但是小兒患者的凝血機制與成人患者不盡相同（21）。
我們知道一旦血液接觸到體外管路，炎症反應即被激活。圖3A和B顯示出IL-6和IL-8在ECMO治療的第一天顯著降低。相似的結果在Xtravent研究中也被報導了（22）。這個發現可以由低潮氣量來解釋，當ECMO開始後，患者需要的潮氣量減少，因此減少了肺上皮和內皮細胞損傷。其他的假說是感染得到控制或者因為pH、PO2和PCO2回歸正常。在前5天裡中性粒細胞彈性蛋白酶的下降（圖3C）也可能是敗血症膿毒症狀的減輕所致。
在使用vvECMO的早期階段，出血和血栓形成是嚴重ARDS患者需要解決的主要問題。現在ECMO的安全性已經因設備、膜和管道的塗層而得到改善(23,24)。
現在大部分氧合器膜的材料採用聚甲基戊烯微纖維，它的血流阻力小，氣體交換能力強，且密封性能高。因此認證的ECMO氧合器適合長期使用（25）。我們研究中的這三個成人ECMO系統使用的就是OXYPLUS聚甲基戊烯微纖維（Membrana,Wuppertal,Germany），但預衝量、膜、熱交換表面積、泵的型號和生物相容性塗層各不相同。雖然如此，在我們的研究中，這三個ECMO系統在對凝血系統的激活或者溶血反應上並沒有顯示出差異。
在我們中心，常規使用未分離的肝素作為抗凝治療藥物。常規檢測APTT，因為這項檢查最常用作成人ECMO治療過程中抗凝治療的評估指標（26）。我們的APTT目標值在50-60秒。然而，大多數的血栓栓塞性併發症發生的時候，APTT值也在目標範圍內（6）。
我們的研究對象接受了中位時間為13.5天的ECMO治療。因為ECMO總是激活凝血途徑，並引起一定程度的溶血，儘可能縮短治療過程。我們比較了三種不同的系統在治療開始前5天的情況。隨著治療持續時間的延長，在一些患者中必須更換氧合器甚至整個ECMO系統，因此我們無法比較不同系統在長期使用過程中的結果。所有入選患者在ECMO撤離後的血漿凝血相關指標（D-二聚體，F1.2和TAT）在一天內趨於穩定（表2）。與此同時，在ECMO結束後fHb和LDH的下降和纖維蛋白原、抗凝血酶和血小板計數的增加，提示該治療對凝血功能還是產生了很大的影響。
本研究主要的局限性在於我們的結果不具普遍性，因為我們在設置血流量、泵速和選擇管道時都是主觀的。
另一個局限性在於我們不能通過抗-Xa因子的水平來檢測真實的肝素化水平，這在ECMO患者中顯得很重要，因為相比抗-Xa因子，APTT值對纖維蛋白原更敏感。與此同時，對於ECMO管路所造成的影響，我們無法監測血小板功能或von Willebrand因子多聚體。最後我們的研究僅針對成人。
結論
我們的結果顯示了長期vvECMO治療對凝血功能的影響。我們所有的患者表現出持續的凝血系統的激活狀態及輕度的溶血反應。不同的泵型號和氧合器在我們的研究中得到了相似的結果。所有檢測的設備均適合長期使用。在ECMO治療結束後，血漿凝血功能的變化在一天內就趨於穩定。
本文來至於 體苑新知 華山醫院汪昉睿譯