體外膜氧合(ECMO):從原理到應用

作者：費金韜

審閱：鄭博 副教授 北京大學第一醫院心血管內科

體外膜氧合（Extra Corporeal Membrane Oxygenation, ECMO）又稱體外生命支持，作為一種可經皮置入的機械循環輔助技術，可同時提供雙心室聯合呼吸輔助，近年來開始應用於常規生命支持無效的各種急性循環和/或呼吸衰竭。1972年ECMO首次成功應用於ARDS患者的救治，隨後其適應證不斷擴大。

2008年臺大醫院曾創造過使用ECMO 117天後撤機存活的記錄，至今仍無人超越，也曾創造過無心臟16天後行心臟移植存活的奇蹟。現任臺北市市長柯文哲因為眾多使用ECMO成功救治重症患者的案例而被民眾稱之為「葉醫師」（ECMO在臺灣譯為葉克膜）。在2013年臺北的TED演講中，「葉醫師」向觀眾們講述了ECMO的故事與他的生死觀。

ECMO的原理並不複雜，主要由血管插管、循環管路、血流泵、氧合裝置、加溫器組成。根據患者的需求，可以進行完全的心肺功能替代（V-A ECMO，靜脈-動脈模式）或者僅替代肺功能（V-V ECMO，靜脈-靜脈模式）。

 

圖1 ECMO結構（Lawler PR, Circulation, 2015）

 

圖2 ECMO部分管路排布方法（Ventetuolo CE, Am J Respir Crit Care Med, 2014）

V-A ECMO中血流從腔靜脈由泵抽吸進入氧合裝置，再通過流出套管返回動脈系統，從而完全繞過心臟和肺。V-A ECMO不依賴心臟輸出，因此適合應用於心源性休克的患者。

插管可以位於中心或外周。在中心插管中，可以通過切開胸骨將靜脈插管置入右心房，動脈插管置入升主動脈。外周插管可以置入股、頸內靜脈和股、腋動脈。

如果選擇外周插管，需要來自動脈插管的血流向降主動脈逆行並進入升主動脈以確保冠脈和腦血管的的血流。如果左心室輸出量很小，逆行所需的流量也很小。然而，隨著患者本身心臟功能恢復，主動脈內順行血流將與來自股動脈插管的逆行血流抵抗，出現順行缺氧血流（如果患者有呼吸衰竭）和逆行氧合血流的混合區域。隨著患者心臟功能的恢復，順行與逆行血流的抵抗會愈發嚴重，很可能造成心腦缺氧，因此可能需要將動脈插管的末端置於更近端。

由於逆行血流會增加左心室後負荷，可能導致左心室過度膨脹、肺水腫加重等副作用，使心肺功能的進一步受損。

相比之下，V-V ECMO僅提供呼吸功能的替代，因此需要患者有正常的心輸出量。因為流出與流入插管都位於靜脈中，因此會出現缺氧血流與氧合血流的混合，使得SaO2不高（> 85％）。在這種情況下，心輸出量正常就可以保證組織的氧氣供應，同時由於不使用正壓通氣還可以增加心輸出量。

兩者的主要區別見下表：

ECMO的應用需要考慮到疾病的可逆性、進展程度、患者經濟狀況、ECMO團隊配合等多種因素，經過多年的探索，目前可能的應用如下：

輔助循環&呼吸：急性心肌梗死、肺栓塞、爆發性心肌炎、急性心衰、難治的惡性心律失常、心臟術後心衰、等待心臟移植、腦死亡後器官供者等；

單純輔助呼吸：急性呼吸窘迫症候群、重症肺炎、肺移植圍術期、嚴重的哮喘、大氣道阻塞、COPD等。

目前在探索之中可能的額外應用包括膿毒性休克、大面積燒傷、急性藥物中毒、先天性膈疝、新生兒呼吸窘迫症候群等。

適應證不斷擴展的同時，禁忌證越來越少。ECMO禁忌證存在不同的看法，筆者比較認同的是沒有絕對禁忌證，但在患者存在抗凝禁忌證、主動脈瓣中重度關閉不全、主動脈夾層時（一些指南稱以上為絕對禁忌證）務必謹慎。另外如果患者存在原發病可逆性小、具有嚴重的合併症與併發症、存在嚴重影響ECMO操作的社會經濟因素、機械通氣＞7-10天、高齡（＞75歲）等相對禁忌證需仔細評價ECMO的可能性與獲益。

撤去ECMO指徵目前也未達成統一共識，以下條件可供參考。

採用V-A ECMO模式時，需觀察患者心功能恢復情況。心功能恢復的標誌有：低劑量血管活性藥物即可維持循環穩定，自身脈壓≥20mmHg。心臟功能有所恢復時，可嘗試逐漸減低ECMO流量至1.5L/min，觀察患者全身情況和評估心臟功能。在可接受劑量的正性肌力藥物幫助下，床旁超聲心動檢查提示左心室射血分數>20-25%，左、右心室心肌活動協調一致，右室功能良好，患者血流動力學平穩，中心靜脈壓和靜脈血氧飽和度無明顯變化，外周組織和器官無灌注不良表現，自身心臟能夠滿足全身血液循環和氧代謝可考慮撤機。

採用V-V ECMO時，脫機方法較為簡單。將機械通氣參數(呼吸頻率、平臺壓、PEEP、吸入氧濃度等)設置在患者斷開ECMO後可以接受的水平，維持ECMO的血流量和抗凝不變，暫停氧供氣流，監測患者的SaO2和PaCO2，如果在上述機械通氣參數的支持下患者的肺功能足以維持l h以上的時間，則可考慮撤機。

儘管各家報導的比例不同，但ECMO相關的併發症都集中在血栓、出血、神經系統損害、感染、肢體壞死等幾方面。

圖3 ECMO期間凝血功能的影響因素（Murphy DA, Transfus Med Rev, 2015）

血栓的真實發生率很難評價。管路中因為無血管內皮覆蓋、存在湍流等原因而容易出現血凝塊，有報導稱氧合器中出現血凝塊風險為13%，另外患者心臟運動差時也容易在心內形成血栓。目前ECMO抗凝最常用的是普通肝素，因為其價格低廉、方便監測並且作用可逆。為防止出現管路中凝血，我們可以監測d-Dimer（儘管在使用ECMO期間受影響較大），另外需關注ACT、APTT、FXa活性甚至血栓彈力圖等監測抗凝情況。

有部分患者出現血栓的機制為肝素誘導的血栓性血小板減少（HITT）。可以將肝素更換為FIIa抑制劑（比伐盧定、阿加曲班）或達那肝素鈉、磺達肝葵鈉。

出血是ECMO患者預後不良的主要原因。導致ECMO患者出血的原因很多：抗凝劑使用、血小板減少、DIC、纖溶亢進、獲得性vWF缺乏等。為防止出血，除監測凝血功能外，還應儘量選擇外周置管而不是中央置管，同時在外周置管時儘可能使用超聲引導、減少切開。

神經系統併發症在報導中從輕微認知改變、癲癇發作到腦梗、腦出血、腦死亡都有，但很多併發症與ECMO是否有關尚不明確。其中腦出血對ECMO患者的影響最大，因為其治療會嚴重影響ECMO的使用。在心功能逐漸恢復的患者中，如我們上文所提到的，心臟泵出的順行血流與ECMO返回的逆行血流形成抵抗，可能會出現腦缺血，此時監測右上肢的SpO2或右橈動脈ABG可以提示腦供氧情況。ECMO所提供的超高氧濃度也可能會造成神經損害。

肢端缺血與置入的套管直徑密切相關，過大的套管導致遠端缺血風險增加，而小套管則無法滿足心輸出量的需求。每個套管都有公司提供的說明書，可以據此選擇套管，例如17F的套管大概僅能提供4-5L/min的血流，21F的套管則可以達到6L/min，而患者的心臟指數通常希望達到2.2L/min/m2以上。可以通過肢端SpO2及臨床表現來判斷肢端缺血情況。在開始置入套管時，可以在動脈遠端同時置入遠端灌注導管來降低肢端缺血風險（如下圖），同理也可以在靜脈中置入抽吸導管來降低靜脈血栓風險。

 

圖4 （Lamb KM, Crit Care Clin, 2017）

感染是另外一個最常見的併發症，處理原則與普通感染相同。不過ECMO患者體溫、白細胞、CRP、ESR等受ECMO本身影響較大，因此PCT的提示意義更高。

下面我們摘錄幾個月前我國剛發布的《成人體外膜氧合循環輔助專家共識》中主要推薦內容節選與解釋，不過需注意的是該共識主要聚焦V-A ECMO的應用。

1.患者處於難以糾正的心源性休克狀態，且無ECMO輔助禁忌證時，建議儘早行ECMO輔助。（共識中的絕對禁忌證為主動脈瓣中-重度關閉不全與急性主動脈夾層動脈瘤）

2.院內心臟驟停患者，常規CPR搶救持續10min仍未能恢復有效自主循環，且無ECMO輔助禁忌證時，可立刻啟動ECMO輔助CPR搶救流程。

3.如果病情允許，動靜脈插管前，建議應用超聲評估血管條件。超聲可以顯示目標血管直徑並幫助判斷置管位置，利於減少插管併發症。

4.建議根據患者需要的輔助流量，選取與之適應的插管形式和型號。（儘量降低遠端缺血風險，必要時使用中心插管減少腦缺血風險，但中心插管出血、感染風險高）

5.建議ECMO的輔助流量滿足循環衰竭患者需要即可。（避免左室後負荷、肺水腫加重）

6.循環衰竭患者ECMO輔助期間，目標血壓應結合臟器灌注指標，滿足患者重要臟器需求即可。（理由同上）

7.建議加強ECMO輔助期間左心功能的監測。（觀察指標主要有左心室大小、主動脈瓣瓣上流速、左心室室壁運動情況、是否合併二尖瓣中-重度關閉不全和心包積液等，放置肺動脈導管有助於評價左心功能。）

8.聯合IABP可以減輕左心室後負荷。（目前仍存爭議）

9.ECMO輔助期間，左心室室壁運動幅度低，左室脹滿，主動脈瓣處於不能開放狀態，胸片提示肺水腫進行性加重時，建議進行左心減壓。（方法主要有肺動脈引流、經右上肺靜脈或心尖放置左心減壓引流管、經皮穿刺房間隔造瘻和聯合使用Impella等。）

10.建議積極尋找並糾正心源性休克原因，促進自身心臟功能恢復。

11.肝素是ECMO輔助期間最常用的抗凝劑，應持續泵入，維持適當的ACT水平，並結合APTT、FXa水平、凝血功能測定結果以及患者病情等綜合判斷所需的抗凝強度（血栓與出血是ECMO最常見的2種併發症）

12.ECMO循環輔助期間，建議維持血小板>50×10^9/L，必要時輸入血小板。

13.建議ECMO輔助流量穩定，患者血流動力學趨於平穩時，及時評估神經系統功能；如發現異常，應行頭顱CT檢查，明確神經系統損傷類型及程度，儘早給予相應處理。（有研究認為ECMO輔助期間神經系統併發症主要有腦死亡、腦梗塞、顱內出血和癲癇等四大類，其發病率超過15%）

14.ECMO輔助CPR的患者，可聯合使用亞低溫治療。（ECMO中的加溫器可以迅速改變血流溫度，而國際指南認為體溫降至32-34攝氏度保持24小時能降低腦損傷風險）

15.循環衰竭患者ECMO輔助期間，建議避免出現容量超負荷現象。（ECMO應用期間無法使用CVP監測負荷，僅可作為參考，而患者又容易出現毛細血管滲漏，可以維持患者幹體重）

16.ECMO輔助期間感染是常見併發症之一，建議做好院內感染防控工作。（長時間ECMO輔助是感染發生的最主要風險因素）

17.當患者自身心臟功能基本恢復時，建議儘早撤離ECMO輔助。（目前尚無統一撤機指徵，可參考上文）

參考文獻：

[1] Lawler PR, Silver DA, Scirica BM, Couper GS, Weinhouse GL, Camp PC Jr. Extracorporeal membrane oxygenation in adults with cardiogenic shock. Circulation. 2015;131(7):676-80.

[2] 中國醫師協會體外生命支持專業委員會. 成人體外膜氧合循環輔助專家共識[J]. 中華醫學雜誌, 2018(12).

[3] Ventetuolo CE, Muratore CS. Extracorporeal life support in critically ill adults. Am J Respir Crit Care Med. 2014;190(5):497-508

[4] 中華醫學會呼吸病學分會危重症醫學學組. 體外膜氧合治療成人重症呼吸衰竭臨床操作推薦意見[J]. 中華結核和呼吸雜誌, 2014, 37(8):572-578.

[5] Murphy DA, Hockings LE, Andrews RK, et al. Extracorporeal membrane oxygenation-hemostatic complications. Transfus Med Rev. 2015;29(2):90-101.

[6] Xie A, Lo P, Yan TD, Forrest P. Neurologic Complications of Extracorporeal Membrane Oxygenation: A Review. J Cardiothorac Vasc Anesth. 2017;31(5):1836-1846.

[7] Lamb KM, Hirose H. Vascular Complications in Extracoporeal Membrane Oxygenation. Crit Care Clin. 2017;33(4):813-824.

(本網站所有內容，凡註明來源為「醫脈通」，版權均歸醫脈通所有，未經授權，任何媒體、網站或個人不得轉載，否則將追究法律責任，授權轉載時須註明「來源：醫脈通」。本網註明來源為其他媒體的內容為轉載，轉載僅作觀點分享，版權歸原作者所有，如有侵犯版權，請及時聯繫我們。)