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中国体外循环杂志2023年10月10日第21卷第5期 Chin J ECC Vo1.21 No.5 October 10,2023体外膜氧合在成人心脏术后合并严重急性呼吸衰竭患者中的应用江春景，杨峰，郝星，徐博，郭冬，黑飞龙，侯晓彤 摘 要：目的 评估静脉-静脉体外膜氧合（V-V ECMO）在成人心脏术后合并严重急性呼吸衰竭（ARF）患者中应用的有效性。方法 收集本中心2018年7月至2021年12月期间，成人心脏术后合并严重急性呼吸衰竭接受V-V ECMO辅助的患者资料，分析该群患者住院存活率以及ECMO相关并发症等情况。结果 总共收集13例患者，76.9%为男性，平均年龄为65.2岁，ECMO平均辅助时间为145.2 h；11例成功脱离机械辅助，脱机率为84.6%，8例存活出院，出院存活率为61.5%；死亡病例中，3例死于多脏器衰竭，2例死于呼吸衰竭。结论 V-V ECMO在成人心脏术后合并严重ARF患者中的应用，可明显降低住院死亡率且并未增加ECMO相关并发症的发生，V-V ECMO在该群患者中的应用是安全且有效的。关键词：心脏手术；急性呼吸衰竭；体外膜氧合；心肺转流Application of extracorporeal membrane oxygenation in adult patients withsevere acute respiratory failure after cardiac surgeryJiang Chunjing,Yang Feng,Hao Xing,Xu Bo,Guo Dong,Hei Feilong,Hou XiaotongDepartment of Extracorporeal Circulation,Center for Cardiac Intensive Care,Beijing Anzhen Hospital,Capital MedicalUniversity,Beijing 100029,ChinaCorresponding author:Hou Xiaotong,Email:xt_hou Abstract:Objective To evaluate the efficacy of V-V ECMO in adult patients with severe acute respiratory failure aftercardiac surgery.Methods We collected data of patients who received V-V ECMO assistance after adult cardiac surgery combined with severe acute respiratory failure in our center between July 2018 and December 2021,and to analyze the survival rateof hospitalization as well as ECMO-related complications in them.Results Totally thirteen patients were collected,76.9%weremale,the mean age was 65.2 years,and the mean duration of ECMO was 145.2 hours.Eleven patients(84.6%)were successfullyweaned from V-V ECMO.Eight patients(61.5%)survived to hospital discharge.Among the death cases,three were due to MOFand two were due to respiratory failure.Conclusion The use of V-V ECMO in adult patients with severe ALF after cardiac surgery can significantly reduce hospital mortality without increasing the incidence of ECMO related complications.Therefore,theuse of V-V ECMO in this group of patients is safe and effective.Key word s：Cardiac surgery;Acute respiratory failure;Extracorporeal membrane oxygenation;Cardiopulmonary bypass急性肺损伤（acute lung injury,ALI）的发生率持续增加，在美国约190 000例/年，绝大多数表现为成人呼吸窘迫综合征（adult respiratory distress syndrome,ARDS），有些则可能与心脏疾病有关1-2。有研究表明，心脏手术术后合并严重急性呼吸衰竭（acute respiratoryfailure,ARF)的患者具有较高的死亡率3。体外膜氧合（extracorporeal membrane oxygenation,ECMO)为心脏衰竭和/或呼吸衰竭患者提供数天或数周的支持，为衰竭器官的功能恢复提供了宝贵的时间4。近些年，绝大多数研究表明，ECMO在成人或儿童心脏术后心源性休克患者中的应用是安全且有效的，可明显降低顽固性心源性休克患者的住院死亡率，但很少见其在心脏术后急性呼吸衰竭中的应用报道5-6。本研究主要分析静脉-静脉（veno-venous,V-V）ECMO在心脏术后急性呼吸基金项目：2021 年度北京市重大疫情防治重点专科项目（建设类项目）;2021年度北京市医院管理中心临床医学发展专项经费资助（ZYLX202111）;北京市医院管理中心“登峰”计划专项经费资助（FDL20190601）作者单位：100029 北京，首都医科大学附属北京安贞医院心脏外科危重症中心，体外循环及机械循环辅助科通信作者：侯晓彤，Email：xt_DOI:10.13498/ki.chin.j.ecc.2023.05.03263中国体外循环杂志2023年10月10日第21卷第5期 Chin J ECC Vo1.21 No.5 October 10,2023衰竭患者中的应用效果，评估其有效性和安全性。1资料与方法1.1基线资料收集首都医科大学附属北京安贞医院自2017年7月至2021年12月期间，成人心脏术后合并急性呼吸衰竭接受V-V ECMO辅助的患者，分析该群患者出院存活率和相关并发症发生率等情况。1.2V-V ECMO 适应证本中心 V-V ECMO 满足：呼吸机参数设置：吸入氧浓度分数（fractionof inspired oxygen,FiO2）100%，呼气末正压（positiveend-expiratory pressure,PEEP）10 mmHg，氧合指数（oxygen index,OI）80 mmHg；气管插管时间7 d；氧合恶化或咳泡沫痰；胸部X-线或CT支持肺ARDS的改变；痰/血液培养证明感染存在。选择 V-V 或静脉-动脉（veno-arterial,V-A）ECMO取决于是否存在循环衰竭。1.3V-V ECMO 方法本组病例使用 1921 Fr插管（Medtronic，美国）建立股V-V ECMO，股静脉引流导管尖端放入下腔静脉至右房开口，氧合血液通过颈静脉 1517 Fr插管（Medtronic，美国）返回右心房。ECMO初始流量为3.04.0 L/min，通过动脉血气指标进行调整以允许肺保护性通气和充分的气体交换。呼吸机参数设置如下：压力支持模式，平台压（Pplat）25 cmH2O，PEEP10 cmH2O，呼吸频率 510 次/min，FiO20.30.6。V-V ECMO 辅助期间，活化凝血时间（activated clotting time,ACT）维持在 180220 s，部分凝血活酶时间（activatedpartial thromboplastin time,APTT）维持在正常值的1.52.0倍。根据患者情况，可行支气管镜治疗和俯卧位等操作。1.3心脏功能评估方法经体表或食管超声心动图测量心功能；采用PICCO心排出量监测方法得出心脏指数等指标；使用心血管活性药物和主动脉内球囊反搏（intra-aortic balloon pump,IABP）是否可以保持血流动力学状态。1.4 统计方法 采用 IBM SPSS 26.0统计软件，计量资料，符合正态分布采用平均值标准差表示，采用t检验；非正态分布计量资料采用中位数（四分位数）表示，采用秩和检验。计数资料以频数（率）表示，采用2检验。采用 Logistic 回归分析危险因素。P0.05认为统计具有明显差异，P0.01认为统计具有显著性差异。2结 果2.1基线资料共收集 13例患者，男性占 76.9%，平均年龄65.2岁。除3例冠心病患者采用非体外循环冠状动脉旁路术之外，其余10例均在心肺转流（cardiopulmonary bypass,CPB）辅助下行心脏手术，CPB时间和主动脉阻断时间在存活组和死亡组间无统计学差异。ECMO辅助前，平均动脉血气结果：pH 7.29，氧分压（PO2）60.1 mmHg，二氧化碳分压（PCO2）52.4 mmHg，OI（PO2/FiO2）63.2 mmHg；组织灌注指标：乳酸为 5.3 mmol/L。平均住院费用42.9万元，存活组费用略高于死亡组（45.1万元 vs.39.3万元），但无统计学差异。见表1。2.1ECMO资料ECMO前，除第3例患者气管切开外，其余患者均经口气管插管，呼吸机辅助通气。ICU是主要安装地点，占 84.6%。ECMO 平均辅助时间145.2 h，死亡组辅助时间略长于存活组（173.6h vs.127.4 h，P=0.44）。第10例患者合并心脏功能衰竭，经评估把最初的V-V模式转变为V-A模式。11例患者成功脱离 ECMO辅助，脱机率为 84.6%，其中第3和第10例患者脱机后死亡。最终，8例患者存活出院，出院存活率为61.5%。见表2。2.3ECMO 并发症和死亡原因第 3例患者因血栓导致膜肺功能障碍更换膜肺之外，未见其它环路相关并发症；死亡组和存活组各有2例患者因肾功能衰竭行连续性肾脏替代治疗（continuous renalreplacelnent therapy,CRRT 治 疗，管 道 均 连 接 在ECMO环路上。死亡原因中，3例死于多脏器衰竭（multiple organ failure,MOF），2例死于呼吸衰竭。3讨 论心脏术后合并ARF的患者病情较复杂，低氧血症需要排除心脏原因，截止目前，并未发现针对该类患者制定具体的ECMO辅助指证。依据本中心自定的指证，共有13例心脏术后接受V-V ECMO辅助的患者，其中11例成功脱离机械辅助，脱机率为84.6%；8例患者存活出院，出院存活率为61.5%，且 ECMO 相关并发症的发生率较低。该类 V-VECMO辅助患者的病情较复杂，但本研究发现V-VECMO在该群患者的应用并未增加ECMO相关并发症的发生，且可明显降低住院死亡率。因此，V-VECMO在此类患者中的应用是安全且有效的。心脏术后合并ARDS发生率约在10%20%7，与心脏疾病种类、是否急诊手术以及手术时间等密切相关，死亡率与呼衰程度有关，报道的死亡率跨度较大，15%92%8。CPB引起的全身炎症反应，肺缺血-再灌注损伤等均与心脏术后ARDS发生有264中国体外循环杂志2023年10月10日第21卷第5期 Chin J ECC Vo1.21 No.5 October 10,2023关；同种异体血制品以及胺碘酮等药物的使用均可增加术后ALI的风险；另外，所有心脏手术患者需气管插管接受机械通气和镇静药物的使用使患者面临吸入性肺炎和呼吸机相关肺损伤（ventilatorinduced lung injury，VILI）的风险9。治疗上以预防和管理为主，需识别心脏术后并发ARDS的高危因项目性别男/女（n）年龄（岁)体重（kg）身高（cm)BMI（kg/m2）NYHA（级）高血压n（%）高血脂n（%）糖尿病n（%）标准Euro socre（分）辅助前LVEF（%）手术时间（min)CPB时间（min)主动脉阻断时间（min)辅助前动脉血气分析pHPO2（mmHg）PCO2（mmHg）OI（mmHg）辅助前Lac（mmol/L）ECMO辅助时间（h)IABPn（%）CRRTn（%）ICU时间（d）住院时间（d）住院费用（万元）全组（n=13)10/365.27.566.68.5167.67.323.72.82.70.486（46）2（15）6（46）9.54.957.89.5358.5102.0157.056.3104.939.17.290.1260.112.352.415.763.212.95.33.3145.299.52（15）4（31）12.27.828.011.642.919.0死亡组（n=5)4/165.29.867.47.71168.89.123.71.62.80.42（40）0（0）2（40）9.13.558.46.1355.2120.9155.064.5100.550.77.210.1462.015.560.919.065.316.36.24.4173.6138.40（0）2（40）8.811.324.216.939.329.7存活组（n=8)6/265.16.666.19.7166.96.523.73.42.60.54（50）2（25）4（50）11.07.057.411.5360.597.4158.356.6107.834.57.340.0958.919.047.111.662.011.44.72.5127.471.52（25）2（25）14.34.130.47.045.19.8P值0.690.990.810.660.940.550.590.360.690.560.860.930.930.790.070.680.130.680.520.440.620.510.230.730.61表1 心脏术后急性呼吸衰竭患者基本情况注：BMI：体表面积；NYHA：纽约心功能分级；CPB：体外循环；PO2：氧分压；PCO2：二氧化碳分压；OI：氧合指数；IABP：主动脉内球囊反搏；CRRT：连续性肾脏替代治疗；LVEF:左室射血分数；Lac：乳酸；ECMO：体外膜氧合序号12345678910111213年龄（岁）51647467686574596865547662手术术式Bentall+SunsMVR+TVPTVP+房颤消融术Bentall+胸腹主动脉支架植入术BentallAVR+MVP+房颤消融OPCABGSunsMVP+TVPMVP+TVPOPCABGOPCABGBentall+SunsCI（L/min）2.62.33.22.62.52.72.22.92.31.92.72.42.2CVP（cmHO2）1311151210141312111391114安装地点ICUICU病房ICUICUICU病房ICUICUICUICUICUICU辅助时间（h)4516110587279160404848618757107127模式转变NNNNNNNNNYNNN存活出院NYNYNYNYYNYYN死亡原因MOF-呼吸衰竭-MOF-MOF-呼吸衰竭表2 体外膜氧合患者术式、心功能、转归及死亡原因等资料注：Bentall：带主动脉瓣人工血管升主动脉替换术；Suns：主动脉孙氏手术；MVR：二尖瓣置换术；MVP：二尖瓣成形术；TVP：三尖瓣成形术；OPCABG：非体外循环冠状动脉旁路移植术；MOF：多脏器衰竭；CI：心脏指数；CVP：中心静脉压265中国体外循环杂志2023年10月10日第21卷第5期 Chin J ECC Vo1.21 No.5 October 10,2023素；勤更换中心导管或尿管等，避免导管相关的感染；采用小潮气量机械通气策略，避免 VILI 的发生；采用“干体重”的液体管理策略；加强营养支持和康复治疗等，有时可能需使用一些药物，如糖皮质激素、神经-肌肉阻滞剂等10。经以上治疗后，仍有一些患者的病情呈进一步恶化，需要抢救性治疗，其中 ECMO 在严重 ARDS中应用于越来越多，尽管仍存在一些争议，但更多的临床试验研究证明具有很高的安全性和有效性11-12。截至目前，体外生命支持组织登记处报告了93 987例呼吸衰竭接受V-V ECMO辅助的患者，其中成人47 075例，占50%，其住院生存率为 58%。然而，V-V ECMO 在心脏术后呼吸衰竭患者中的应用报道非常少。心脏术后合并呼吸衰竭的诊断要谨慎，需要排除心脏原因。本中心根据心脏超声评估心脏功能以及抗心衰优化治疗之后仍不能纠正顽固性低氧血症，考虑行V-V ECMO辅助。本研究中，辅助前左室射血分数值为57.8%，均使用了心血管活性药物，仅有15%使用了IABP。Smedira13等报道了9例心脏术后V-V ECMO辅助患者，均成功脱离了机械辅助，6例患者（67%）存活出院，2例死于MOF，1例死于呼吸衰竭。Nakamra14等总结该中心11例心脏术后 V-V ECMO患者，其存活率为 63.6%，同时还指出高龄是死亡风险因素，但本研究未支持该结论。除年龄外，影响V-V ECMO结局的风险因素还包括 ECMO 启动时机、辅助前是否合并 MOF和肺分钟通气量等15-17。V-V ECMO患者主要死因是导致肺损伤的原发病，其次是重要器官功能衰竭、出血或继发感染等18。在本研究13例患者中，2例辅助期间死亡，11例成功脱离ECMO辅助，其中2例脱机后死于呼衰和MOF，最终8例存活出院，存活率61.5%，与之前所有报道相近。V-V ECMO 主要并发症是继发感染、ARF 和MOF，发生率分别为26.1%、24.7%和24.7%，其次为插管并发症和神经系统并发症等，这些并发症影响患者的预后19。所以 ECMO 辅助期间患者的管理至关重要。为了预防血栓的形成，本中心常规使用普通肝素抗凝，ACT维持在180220 s，APTT达到1.52.0倍，只有1例患者因膜肺血栓导致功能下降从而更换膜肺，深静脉未发现血栓形成。根据患者情况，床旁行支气管镜或俯卧位通气等治疗，可以预防继发感染，加快肺功能恢复。死亡组和存活组各有2例因合并ARF而接受CRRT治疗，为了减少创伤，所有透析管路均连接在ECMO环路上。每天床旁行肺部X-线和心脏超声心动图评估肺的恢复情况和心脏功能，ECMO 平均辅助时间是 145.2h，第10例患者因合并心脏功能衰竭，把V-V转换为V-A模式，但最终因MOF死亡。综上所述，V-V ECMO在成人心脏术后合并严重 ARF患者中的应用，可明显降低住院死亡率且并未增加 ECMO 相关并发症的发生，所以，V-VECMO在该群患者中的应用是安全且有效的。本研究也存在一些不足：回顾性研究存在数据的丢失和真实性等问题；样本量偏少，数据得出的结论可能存在偏移，为了更好地说明问题，下一步会继续收集该群患者资料，以便于今后的研究；本研究仅仅分析了出院死亡率和辅助期间并发症等情况，并未对出院患者做长期的随访，并不了解其长期的生存率等情况。参考文献：1Tsushima K,King LS,Aggarwal NR,et al.Acute lung injury reviewJ.Intern Med,2009,48(9):621-630.2Wheeler AP,Bernard GR.Acute lung injury and the acute respiratory distress syndrome:a clinical reviewJ.Lancet,2007,369(9572):1553-1564.3Asfari A,Hock KM,Byrnes JW,et al.Biomarkers for adverselung injury following pediatric cardiopulmonary bypassJ.CritCare Explor,2021,3(9):e0528.4Maya G,Mark J,Vanessa M,et al.Venoarterial ECMO forAdults:JACC Scientific Expert PanelJ.J Am Coll Cardiol,2019,73(6):698-716.5Lorusso R,Raffa GM,Alenizy K,et al.Structured review ofpost-cardiotomy extracorporeal membrane oxygenation:part 1-adult patientsJ.J Heart Lung Transplant,2019,38(11):1125-1143.6Lorusso R,Raffa GM,Kowalewski M,et al.Structured reviewof post-cardiotomy extracorporeal membrane oxygenation:part 2-pediatric patientsJ.J Heart Lung Transplant,2019,38(11):1144-1161.7Gajic O,Dabbagh O,Park PK,et al.Early identification of patients at risk of acute lung injury:evaluation of lung injury prediction score in a multicenter cohort studyJ.Am J Respir CritCare Med,2011,183(4):462-470.8 Weissman C.Pulmonary complications after cardiac surgeryJ.Semin Cardiothorac Vasc Anesth,2004,8(3):185-211.9Zainab A,Nguyen DT,Graviss EA,et al.Development and validation of a risk score for respiratory failure after cardiac surgeryJ.Ann Thorac Surg,2022,113(2):577-584.10 Thanavaro J,Taylor J,Vitt L,et al.Predictors and outcomes ofpostoperative respiratory failure after cardiac surgeryJ.EvalClin Pract,2020,26(5):1490-1497.11 Peek GJ,Mugford M,Tiruvoipati R,et al.Efficacy and eco-nomic assessment of conventional ventilatory support versus extracorporeal membrane oxygenation for severe adult respiratoryfailure(CESAR):a multicentre randomised con-trolled trialJ.Lancet,2009,374(9698):1351-1363.12 Goligher EC,Tomlinson G,Hajage D,et al.Extracorporeal membrane oxygenation for severe acute respiratory distress syndromeand posterior probability of mortality benefit in a post hoc Bayesian analysis of a randomized clinical trialJ.JAMA,2018,320(21):2251-2259.（下转297页）266中国体外循环杂志2023年10月10日第21卷第5期 Chin J ECC Vo1.21 No.5 October 10,2023胞压积0.35左右。ECMO撤机指征主要基于血流动力学指标和氧合指标两方面分析。当心肺功能得到改善，ECMO流量减低后仍能维持氧合满意及内环境稳定，较少的血管活性药物能够维持较好的循环时，可尝试撤机。但要注意撤机过程中流量较低，血流缓慢，应当调整肝素的用量以避免血栓形成，严密监测ACT并观察临床出血情况。ECMO常被用于保护成人气道介入治疗期间的安全，用于儿童气管相关医疗操作仍不多见。另外，启动ECMO需要耗费大量资源且价格高昂，因此限制了在高危患者治疗中的使用。近年来，有研究者把传统ECMO套包中的硅胶膜氧合器换成了普通体外循环用的中空纤维膜氧合器，发现能达到相同的效果且大大降低了医疗费用，这将是一个值得尝试的替代方案。硅胶膜型膜肺因为相容性好，血液成分破坏小，适合长时间辅助而价格昂贵，中空纤维型膜肺易于排气且安装简便无疑会成为首选的急救套包。但中空纤维膜肺也存在一定缺陷，它对血液成分破坏相对大且最长辅助时间只有8 h，如果手术结束后仍需要生命支持，必须转用硅胶膜肺9。这要求医生在使用此改良装置前认真评估患者的病情，如果术后不能直接撤机，建议安装长时间ECMO套包。在本例患者中，由于在异物取出过程中物体移动至健侧肺使得气道完全阻塞，从而导致呼吸衰竭的发生。通过及时气管插管，快速多学科协作会诊并利用ECMO这一重要的体外生命支持技术，避免了不可逆的心肺衰竭，不仅保证了围术期患者的安全，也为临床治疗提供了新线索。因此对于儿童高危气道异物，有计划的术前ECMO启动将会有益于患者生命安全的保护。参考文献：1Zapol WM,Wilson R,Hales C,et al.Venovenous bypass with amembrane lung to support bilateral lung lavageJ.JAMA,1984,251(24):3269-3271.2Fung RKF,Stellios J,Bannon PG,et al.Elective use of veno-venous extracorporeal membrane oxygenation and high-flow nasaloxy-gen for resection of subtotal malignant distal airway obstructionJ.Anaesth Intensive Care,2017,45(1):88-91.3Stokes JW,Katsis JM,Gannon WD,et al.Venovenous extracorporeal membrane oxygenation during high-risk airway interventionsJ.Interact Cardiovasc Thorac Surg,2021,33(6):913-920.4Park AH,Tunkel DE,Park E,et al.Management of complicatedairway foreign body aspiration using extracorporeal membraneoxygenation(ECMO)J.Int J Pediatr Otorhinolaryngol,2014,78(12):2319-21.5Sorokin V,MacLaren G,Vidanapathirana PC,et al.Choosing theappropriate configuration and cannulation strategies for extracorporeal membrane oxygenation:the potential dynamic process oforgan support and importance of hybrid modesJ.Eur J HeartFail,2017,19(2):75-83.6Hoetzenecker K,Klepetko W,Keshavjee S,et al.Extracorporealsupport in airway surgeryJ.J Thorac Dis,2017,9(7):2108-2117.7Pavlushkov E,Berman M,Valchanov K.Cannulation techniquesfor extracorporeal life supportJ.Ann Transl Med,2017,5(4):70.8 陈皎，史静宇，孙鹏，等.体外膜肺氧合在严重气道狭窄患者支气管镜介入手术治疗中的应用J.中国呼吸与危重监护杂志，2022，21（07）：498-504.9钱晓亮，陈月，李建朝，等.自制简易版体外膜肺氧合系统术中辅助单肺移植临床分析J.中华器官移植杂志，2019，40（6）：365-368.（收稿日期：2023-03-14）（修订日期：2023-04-17）13 Noah MA,Peek GJ,Finney SJ,et al.Referral to an extracorporeal membrane oxygenation center and mortality among patientswith severe 2009 influenza A(H1N1)J.JAMA,2011,306(15):1659-1668.14 Smedira NG,Wudel JH,Hlozek CC,et al.Venovenous extracorporeal life support for patients after cardiotomyJ.ASAIO J,1997,43(5):M444-446.15 Hiromasa N,Hiroki Y,Atsushi A,et al.Venovenous extracorporeal membrane oxygenation is effective against post-cardiotomyacute respiratory failure in adultsJ.Gen Thorac CardiovascSurg,2013,61(7):402-408.16 Deatrick KB,Mazzeffi MA,Galvagno SM,et al.Outcomes ofvenovenous extracorporeal membrane oxygenation when stratified by age:how old is too old?J.ASAIO J,2020,66(8):946-951.17 Friedrichson B,Mutlak H,Zacharowski K,et al.Insight into ECMO,mortality and ARDS:a nationwide analysis of 45,647 ECMO runsJ.Crit Care,2021,25(1):38.18 Volpi S,Sertic F,Valchanov K,et al.Use veno-venous extracorporeal membrane oxygenation in elderly patients with post-cardiotomy hypoxia:the changing paradigm of respiratory support inadult respiratory distress syndromeJ.J Cardiothorac Surg,2019,14(1):10.19 Kim JH,Pieri M,Landoni G,et al.Venovenous ECMO treatment,outcomes,and complications in adults according to largecase series:a systematic reviewJ.Int J Artif Organs,2021,44(7):481-488.（收稿日期：2023-05-06）（修订日期：2023-09-07）（上接266页）297