肺外氣體交換技術(shù)

1、1,肺外氣體交換技術(shù)華西醫(yī)院呼吸內(nèi)科劉守智,2,概 述,呼吸衰竭的治療要針對各種病因, 但對于嚴(yán)重呼吸衰竭即不論什麼病因, 采取有 效的呼吸支持方法乃是首要救治措施。,3,呼吸功能就氣體交換而言,可分為通氣功能和換氣功能,呼吸支持療法也可分為兩大類: 一類為傳送氣體,代替通氣功能的機(jī)械通氣支持療法,如間歇正壓通氣、負(fù)壓通氣和高頻通氣等;,4,另一類為具有換氣功能,在肺外進(jìn)行氣體交換的療法,如

2、 體外膜肺氧合﹙Extracorporeal membrane oxygenation,ECMO﹚、 體外CO2排除﹙Extracorporeal CO2 removal,ECCO2R﹚、 腔靜脈內(nèi)氧合﹙Intravenacaval oxygenation,IVOX﹚等。,5,兩類療法所用的裝置不同, 作用機(jī)制不一, 也各有利弊, 但應(yīng)用目的都是為了維持有效的氣體交換。,6

3、,一.機(jī)械通氣與通氣機(jī)相關(guān)肺損傷,常規(guī)正壓通氣是救治嚴(yán)重呼吸衰竭的關(guān)鍵性治療措施。隨著研究的深入, 人們發(fā)現(xiàn)通氣機(jī)相關(guān)肺損傷﹙Ventilator-associated lunginjury,VALI﹚是嚴(yán)重妨礙機(jī)械通氣療法和患者存活率的重要因素。尤其是原有基礎(chǔ)肺損傷，如急性呼吸窘迫癥﹙ARDS﹚嬰兒RSD患者,對VALI具有特別的易感性。,7,近年來,為防治VALI, 人們提出了應(yīng)用小潮氣量﹙4~8ml/kg﹚, 嚴(yán)格限制經(jīng)肺壓﹙

4、<30cmH2O﹚和加用適當(dāng)PEEP﹙10~15cmH2O﹚的肺保護(hù)策略。 新策略的實(shí)施常難以避免地導(dǎo)致高碳酸血癥和血PH的降低。,8,由于嚴(yán)格限制機(jī)械通氣水平, PaCO2增高,血PH降低和氧合不足的情況常會發(fā)生, “允許高碳酸血癥”（PHC）策略所允許的PaCO2增高和PH降低有限度,遇禁忌癥情況還不能應(yīng)用。,9,PaO2的治療終點(diǎn)﹙end point﹚通常應(yīng)不低于 60mmHg﹙約為SaO2 90%﹚

5、,但在限制氧濃度﹙為防止氧中毒﹚和過高PEEP﹙為避免心輸出量降低過多﹚情況下有時(shí)難以達(dá)到。面對這些治療矛盾, 人們只好另尋出路, 這是近些年來肺外氣體交換技術(shù)倍受關(guān)注的重要原因。,10,二. 體外或肺外氣體交換 應(yīng)用肺外氣體交換的目的是讓ARDS患者已受疾病損傷的肺充分休息, 不再增加通氣機(jī)所致肺損傷, 并提供肺組織修復(fù)愈合的機(jī)會。肺休息期間, 以肺外氣體交換裝置提供患者必要的氧合和排出二氧化碳。,11

6、,近年來, 對VALI的研究進(jìn)展和高度重視, 使得肺外氣體交換技術(shù)在病例選擇, 儀器改進(jìn), 操作簡化, 減少并發(fā)癥方面取得不少進(jìn)展。但這些技術(shù)總的說來, 創(chuàng)傷還較大, 價(jià)錢昂貴, 操作技術(shù)的專業(yè)性要求較高, 需要有經(jīng)驗(yàn)的專業(yè)隊(duì)伍來實(shí)施。,12,體外膜肺氧合﹙ECMO﹚,ECMO是延長應(yīng)用心肺轉(zhuǎn)流, 為常規(guī)治療難以奏效的可逆性呼吸或﹙和﹚心臟衰竭患者提供心肺支持的一種技術(shù)。,13,1971年Hill首次應(yīng)用ECMO救治一例因

7、多發(fā)創(chuàng)傷導(dǎo)致ARDS的患者取得成功, 此后臨床應(yīng)用迅速增加。 1975年美國健康研究所﹙NIH﹚組織多中心的研究, 結(jié)果令人失望, 但以后的研究表明, NIH的研究在適應(yīng)癥選擇和ECMO應(yīng)用技術(shù)方面均存在問題。,14,在選擇應(yīng)用ECMO適應(yīng)癥時(shí), 判明疾病性質(zhì)的可逆性十分重要。近年來ECMO裝置的改進(jìn)及操作技術(shù)簡單化, 臨床應(yīng)用病例又趨增多, 尤其是在新生兒呼吸衰竭的治療方面取得了明顯進(jìn)展。,15,一、ECMO的

8、轉(zhuǎn)流方式及其特點(diǎn),ECMO有兩種常用的體外循環(huán)方式: V-A﹙Veno-Arteial﹚和 V-V﹙Veno-Venous﹚。,16,V-A方式是經(jīng)右頸內(nèi)靜脈插管至右心房、引流的靜脈血經(jīng)體外膜氧合器﹙膜肺﹚氧合后, 經(jīng)置于右頸總動脈內(nèi)的導(dǎo)管回輸?shù)街鲃用}弓﹙圖2-6-1﹚,17,18,V-A方式能保證最大血量的體外轉(zhuǎn)流, ECMO為患者提供的氧含量直接取決于體外的血流量, 因此應(yīng)用此徑路轉(zhuǎn)流能輸送最大的氧含量

9、。除達(dá)到體外充分氣體交換外, 尚可提供雙心室心臟支持, 并可抑制肺循環(huán), 降低肺動脈高壓, 因而也能減輕肺間質(zhì)充血和水腫。 V-A方式是ECMO的臨床常用方式。,19,V-A方式缺點(diǎn)：是需頸動脈插管, 創(chuàng)傷性較大。由于肺內(nèi)血流緩慢, 可引起肺靜脈栓塞, 脫落的栓子可引起心肌梗死、腦栓塞等。轉(zhuǎn)流過程中肺灌注壓過低以及肺缺血缺氧, 可導(dǎo)致肺壞死液化。,20,V-V方式： 是經(jīng)右頸內(nèi)靜脈插管至右心房,和經(jīng)股靜脈插管至

10、下腔靜脈, 血液經(jīng)一導(dǎo)管引出, 經(jīng)ECMO后從另一導(dǎo)管回輸﹙圖1-6-2﹚。,21,22,V-V方式的主要優(yōu)點(diǎn)是: 不必大動脈插管, 氧合血均勻分布并通過肺和體循環(huán)。 V-V方式的缺點(diǎn)是: 只提供呼吸支持而不提供心臟功能輔助, 有些患者應(yīng)用V-V ECMO后血流動力學(xué)不穩(wěn)定, 以及腹股溝傷口感染、下肢水腫等。,23,二、ECMO的轉(zhuǎn)流過程,依重力引流血經(jīng)自動調(diào)節(jié)儲血袋和血泵流入膜氧合器, 膜氧合器的規(guī)格和種類

11、根據(jù)患者體重和轉(zhuǎn)流需要選擇, 膜氧合器由硅橡膠膜分隔為兩個(gè)腔隙, 血流流過一腔隙,氣流反向流過另一腔隙, 氣體跨膜彌散, 氧進(jìn)入血液, CO2被氣流帶出。因?yàn)镃O2彌散率是O2的6倍,為避免CO2排出過多導(dǎo)致呼吸性堿中毒, 可在輸入氧氣時(shí)混入適當(dāng)濃度CO2, 氧合血經(jīng)溫?zé)岷筝敾伢w內(nèi)。,24,三、ECMO的臨床應(yīng)用,25,應(yīng)用ECMO的標(biāo)準(zhǔn),一、盡快應(yīng)用ECMO 在吸氧濃度﹙FiO2﹚1.0, PEEP≥5cmH2O情況 下,

12、PaO2＜50mmHg﹙1h的間隔測定3次﹚二、準(zhǔn)備應(yīng)用ECMO 在吸氧濃度﹙FiO2﹚0.6, PEEP≥5cmH2O情況下, PaO2＜50mmHg加上在 FiO2 1.0情況下, 分流分?jǐn)?shù)≥30% ﹙在 ICU 48h后, 6h的間隔測定3次﹚,26,ECMO的禁忌證: 對抗凝治療有禁忌證者, 如胃腸道出血, 近 期發(fā)生的腦血管意外, 慢性出血性疾病等；2. 肺動脈楔壓>25mmHg；3.

13、機(jī)械通氣>21天；,27,ECMO的禁忌證:4. 嚴(yán)重的慢性全身性疾病或其他極大限制其存活率的臨床情況, 如不可逆性中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病, 嚴(yán)重的慢性肺疾病和慢性呼吸衰竭; 體表面積燒傷>40%, 快速致命的惡性病, 慢性左心衰竭, 慢性腎功能衰竭,慢性肝功能衰竭等。,28,,在插入導(dǎo)管時(shí)應(yīng)給予肝素100U/kg, 在ECMO期間應(yīng)頻繁測定活化凝血時(shí)間﹙ACT﹚,并根據(jù)測定結(jié)果調(diào)整肝素的注射量, 維持ACT在180~20

14、0s之間。,29,ECMO期間, 呼吸支持治療的原則在 FiO2≤0.6的情況下維持PaO2＞55mmHg。如果不能達(dá)到此目標(biāo), 需采取以下措施：,30,1. 增加ECMO體外回路的血流量,直至達(dá)最大流量;2. 增加呼吸頻率﹙RR﹚和潮氣量﹙VT﹚；3. 增加PEEP水平,直至達(dá)15cmH2O；4. 增加吸氣平臺壓達(dá)50cmH2O；5. 增加FiO2；6. 應(yīng)用鎮(zhèn)靜劑和肌松劑；7. 降低體溫﹙32℃﹚。,31,臨床應(yīng)用

15、結(jié)果顯示, 與對照組比較, ECMO患者可維持較低的FiO2而達(dá)到氧合指標(biāo)的目標(biāo)值。ECMO轉(zhuǎn)流的血流量可達(dá)心輸出量的60%~80%。整個(gè)研究其間, ECMO患者仍繼續(xù)機(jī)械通氣, 潮氣量平均650ml, RR14次/min, PEEP7~12cmH2O, 氣道峰壓<50cmH2O。,32,當(dāng)在FiO20.6, PEEP5cmH2O, 體外血流0.5/min情況下, PaO2可持續(xù)>70mmHg時(shí), 考慮停用ECMO

16、。如果有不可逆的中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能不全, 不可逆的心力衰竭, 或遇ECMO的技術(shù)問題, 不能控制的出血, 或應(yīng)用ECMO5天以后仍沒有改善的證據(jù), 也應(yīng)停止ECMO治療。,33,ECMO治療的并發(fā)癥: 文獻(xiàn)報(bào)道, ECMO裝置的機(jī)械性故障占所治病例的38%, 包括血泵室的破裂、氧合器漏血或血栓形成。沒有任何患者死于機(jī)械性故障引起的ECMO終止。隨著ECMO制作技術(shù)的改進(jìn), 機(jī)械性故障已顯著減少。,34,出血也是ECMO治療

17、最主要的并發(fā)癥。16%的ECMO治療患者因出血而停止ECMO治療。治療過程中應(yīng)監(jiān)測血小板和血紅蛋白, 發(fā)現(xiàn)血小板或血紅蛋白明顯減少可酌情補(bǔ)充。,35,目前 ECMO主要應(yīng)用于嬰兒、新生兒的心肺急救領(lǐng)域, 如新生兒持續(xù)肺高壓﹙PPHN﹚、胎糞吸如、新生兒呼吸窘迫綜合征、先天性膈疝、敗血癥、肺炎、心肌炎或心機(jī)病等。 近年來成人應(yīng)用也趨增多, 如治療、心肺移植、肺栓塞、肺炎所致呼吸衰竭等。,36,由于ECMO創(chuàng)傷大, 對血流動

18、力學(xué)的影響嚴(yán)重, 且減少肺血流, 影響ARDS患者肺組織的愈合, 故近年在ARDS研究領(lǐng)域應(yīng)用較多的肺外氣體交換技術(shù)是ECCO2和IVOX。,37,體外二氧化碳去除﹙ECCO2R﹚,38,一、ECCO2R的實(shí)施技術(shù),ECCO2R實(shí)際上是一種改進(jìn)了的ECMO技術(shù), 改進(jìn)的目的是為了促進(jìn)CO2排除而提供的 氧合較少, 僅滿足機(jī)體代謝的氧耗, 依靠患者自己的肺, 通過與氧耗相匹配的氧流量來完成氧合, 同時(shí)讓肺得到休息。一般與低頻通氣﹙

19、3~4次/min﹚聯(lián)用以避免肺萎陷,故又稱低頻正壓通氣合并體外CO2排除﹙low frequency positive pressure ventilation with ECCO2R, LFPPVECCO2R﹚。,39,ECCO2R技術(shù)上的改進(jìn)有： 1. 采用V-V方式, 使其對肺血流的影響減少, 且經(jīng)ECMO后的血流氧合增加, 灌入肺動脈可緩解因缺氧引起的肺血管痙攣, 有利于肺損傷的組織恢復(fù)。 2. 體外血流量和心輸出量的比

20、值, 在ECCO2R時(shí)為20%~30%, 因體外循環(huán)血量較低, 故CO2的去除大約為產(chǎn)量的30%~60%。,40,ECCO2R技術(shù)上的改進(jìn)有：3. 導(dǎo)管插入部位, 近年采用經(jīng)皮股靜脈穿刺,使插管操作簡單化, 并可避免插管部位的出血。4. 改進(jìn)膜氧合器裝置、延長使用時(shí)間﹙可達(dá)30天﹚, ECMO回路采用肝素涂層化處理, 減少全身肝素用量和出血危險(xiǎn)﹙圖3﹚。,41,42,應(yīng)用ECCO2R的患者常需應(yīng)用鎮(zhèn)靜劑和肌松劑。當(dāng)體外血流量達(dá)到維

21、持值﹙心輸出量的20%~30%﹚時(shí), 可將通氣機(jī)的設(shè)置從控制通氣模式﹙CMV﹚轉(zhuǎn)換到間歇指令通氣﹙IMV﹚模式﹙頻率3~5次/min﹚, 調(diào)整PEEP水平以維持平均氣道壓在轉(zhuǎn)流前的水平, 以避免滲出性肺水腫的發(fā)生。,43,當(dāng)氣體交換改善時(shí), 應(yīng)設(shè)法重建輔助自主呼吸, 隨著患者通氣能力的改善, 降低FiO2和PEEP, 并減少由人工肺排出的CO2量﹙部分體外CO2去除﹚。,44,因?yàn)殪o脈-靜脈途徑轉(zhuǎn)流并沒有改變肺血流, 因此分流系數(shù)反映的

22、是患病肺的氧合能力, 而患病的肺是由全部心輸出量的血流來灌注的。 ECMO和ECCO2R是兩種可用于為ARDS患者進(jìn)心行肺功能支持的體外氣體交換技術(shù), 它們的主要特點(diǎn)比較（見表）。,45,,ECMO和ECCO2R的主要特點(diǎn)比較,,46,二、ECCO2R的臨床應(yīng)用,近十余年來已用ECCO2R加低頻正壓通氣治療急性嚴(yán)重呼吸衰竭近400例, 均為常規(guī)正壓通氣或高頻通氣無效的患者,絕大部分合并多臟器衰竭。據(jù)Gattinon

23、i等和Wagner等報(bào)道的兩組病例, 存活率皆為50%, 另兩組報(bào)道存活率達(dá)56%~70%, 均較單純機(jī)械通氣或機(jī)械通氣加ECMO的療效顯著提高。,47,一般來說，基礎(chǔ)病變可逆者療效好，存活率高；衰竭臟器多者病死率高。,48,ECCO2R的主要并發(fā)癥： 為出血,與應(yīng)用抗凝劑和并發(fā)彌漫性血管內(nèi)凝血有關(guān)。 另一合并癥為肺或插管部位繼發(fā)感染, 因而不得不長時(shí)間使用抗生素。 技術(shù)

24、或機(jī)械故障少見。,49,腔靜脈內(nèi)氧合器﹙IVOX﹚,50,IVOX是一種特制的細(xì)長中空纖維連接于導(dǎo)管的氧合裝置, 長度55~65cm, 管徑1.1~1.5cm, 該纖維由聚丙烯組成, 并以醫(yī)用硅氧烷包裹, 管壁多微孔可透氣體不滲液體, 氧、二氧化碳可自由通過膜交換, 而水、血漿、溶質(zhì)及血液有形成分不能通過該膜。,51,IVOX導(dǎo)管與血接觸的所有表面均以抗血栓物質(zhì)﹙一層與肝素共價(jià)結(jié)合的超薄膜涂層﹚被覆, 有良好的抗凝能力。氧合器收攏時(shí)體

25、積小, 可通過股靜脈切開放置入腔靜脈, 也可經(jīng)右頸內(nèi)靜脈插入。置入后散開可增加腔靜脈血與IVOX的接觸面, 靜脈血在中空纖維膜外流過, 按正常途徑經(jīng)右心至肺, 由真空泵以低于大氣壓的負(fù)壓情況下供氧, 高濃度氧在纖維膜內(nèi)通過, O2和CO2依膜內(nèi)外的濃度差跨膜進(jìn)行交換, 交換后的氣體經(jīng)導(dǎo)管排出。每一中空纖維類似于肺的呼吸性細(xì)支氣管-肺泡-毛細(xì)血管床﹙如圖﹚。,52,53,IVOX與上述提及的ECMO和ECCO2R不同, IVOX是埋置入體

26、內(nèi)的,屬體內(nèi)而不是體外氣體交換技術(shù), 因此它不需要人工心肺機(jī)、復(fù)雜的管道和熟練的體外循環(huán)操作人員。只需要IVOX、真空泵和能將IVOX插入腔靜脈的操作醫(yī)師, 因此IVOX在插入后即可以送回ICU。,54,當(dāng)前國內(nèi)外常用的IVOX的技術(shù)限度是： 1. IVOX只能提供記性呼吸衰竭患者所需O2和CO2交換的1/3~2/3;每分鐘交換O2或CO270~150ml； 2. IVOX在腔靜脈內(nèi)的保留時(shí)間7~19天；IVOX交換

27、膜面積2100~5200cm2。,55,臨床應(yīng)用的初步結(jié)果表明, IVOX的應(yīng)用確能減低機(jī)械通氣的吸氣峰壓, 明顯增加實(shí)施PHC策略時(shí)的CO2排出量, 協(xié)助維持血pH的穩(wěn)定。,56,與ECMO比較, IVOX的操作技術(shù)簡單,創(chuàng)傷性小, 對血液成分破壞明顯減輕,并發(fā)癥少、費(fèi)用也低, 但單位時(shí)間內(nèi)氣-血交換量較少, 不能提供與體外膜相同的氣體交換功能。主要應(yīng)用于為降低通氣支持水平的輔助治療或正壓通氣禁忌者的替代方法。,57,雖然應(yīng)用E