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,代替通氣功能的機械通氣支持療法,如間歇正壓通氣、負壓通氣和高頻通氣等;,4,另一類為具有換氣功能,在肺外進行氣體交換的療法,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, 作用機制不一, 也各有利弊, 但應用目的都是為了維持有效的氣體交換。,6

3、,一.機械通氣與通氣機相關(guān)肺損傷,常規(guī)正壓通氣是救治嚴重呼吸衰竭的關(guān)鍵性治療措施。隨著研究的深入, 人們發(fā)現(xiàn)通氣機相關(guān)肺損傷﹙Ventilator-associated lunginjury,VALI﹚是嚴重妨礙機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, 人們提出了應用小潮氣量﹙4~8ml/kg﹚, 嚴格限制經(jīng)肺壓﹙

4、<30cmH2O﹚和加用適當PEEP﹙10~15cmH2O﹚的肺保護策略。 新策略的實施常難以避免地導致高碳酸血癥和血PH的降低。,8,由于嚴格限制機械通氣水平, 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用。,9,PaO2的治療終點﹙end point﹚通常應不低于 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﹚情況下有時難以達到。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, 不再增加通氣機所致肺損傷, 并提供肺組織修復愈合的機會。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, 操作簡化, 減少并發(fā)癥方面取得不少進展。但這些技術(shù)總的說來, 創(chuàng)傷還較大, 價錢昂貴, 操作技術(shù)的專業(yè)性要求較高, 需要有經(jīng)驗的專業(yè)隊伍來實施。,12,體外膜肺氧合﹙ECMO﹚,ECMO是延長應用心肺轉(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首次應用ECMO救治一例因

7、多發(fā)創(chuàng)傷導致ARDS的患者取得成功, 此后臨床應用迅速增加。 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的研究在適應癥選擇和ECMO應用技術(shù)方面均存在問題。,14,在選擇應用ECMO適應癥時, 判明疾病性質(zhì)的可逆性十分重要。近年來ECMO裝置的改進及操作技術(shù)簡單化, 臨床應用病例又趨增多, 尤其是在新生兒呼吸衰竭的治療方面取得了明顯進展。,15,一、ECMO的

8、轉(zhuǎn)流方式及其特點,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, 因此應用此徑路轉(zhuǎn)流能輸送最大的氧含量

9、。除達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：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)一導管引出, 經(jīng)ECMO后從另一導管回輸﹙圖1-6-2﹚。,21,22,V-V方式的主要優(yōu)點是: 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方式的缺點是: 只提供呼吸支持而不提供心臟功能輔助, 有些患者應用V-V ECMO后血流動力學不穩(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, 氧進入血液, CO2被氣流帶出。因為CO2彌散率是O2的6倍,為避免CO2排出過多導致呼吸性堿中毒, 可在輸入氧氣時混入適當濃度CO2, 氧合血經(jīng)溫熱后輸回體內(nèi)。,24,三、ECMO的臨床應用,25,應用ECMO的標準,一、盡快應用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、準備應用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, 分流分數(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、機械通氣>21天；,27,ECMO的禁忌證:4. 嚴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,,在插入導管時應給予肝素100U/kg, 在ECMO期間應頻繁測定活化凝血時間﹙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。如果不能達到此目標, 需采取以下措施：,30,1. 增加ECMO體外回路的血流量,直至達最大流量;2. 增加呼吸頻率﹙RR﹚和潮氣量﹙VT﹚；3. 增加PEEP水平,直至達15cmH2O；4. 增加吸氣平臺壓達50cmH2O；5. 增加FiO2；6. 應用鎮(zhèn)靜劑和肌松劑；7. 降低體溫﹙32℃﹚。,31,臨床應用

15、結(jié)果顯示, 與對照組比較, ECMO患者可維持較低的FiO2而達到氧合指標的目標值。ECMO轉(zhuǎn)流的血流量可達心輸出量的60%~80%。整個研究其間, ECMO患者仍繼續(xù)機械通氣, 潮氣量平均650ml, RR14次/min, PEEP7~12cmH2O, 氣道峰壓<50cmH2O。,32,當在FiO20.6, PEEP5cmH2O, 體外血流0.5/min情況下, PaO2可持續(xù)>70mmHg時, 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, 或應用ECMO5天以后仍沒有改善的證據(jù), 也應停止ECMO治療。,33,ECMO治療的并發(fā)癥: 文獻報道, ECMO裝置的機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械性故障引起的ECMO終止。隨著ECMO制作技術(shù)的改進, 機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充。,35,目前 ECMO主要應用于嬰兒、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、心肌炎或心機病等。 近年來成人應用也趨增多, 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、力學的影響嚴重, 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的實施技術(shù),ECCO2R實際上是一種改進了的ECMO技術(shù), 改進的目的是為了促進CO2排除而提供的 氧合較少, 僅滿足機體代謝的氧耗, 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。 2. 體外血流量和心輸出量的比

20、值, 在ECCO2R時為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)上的改進有：3. 導管插入部位, 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. 改進膜氧合器裝置、延長使用時間﹙可達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﹙圖3﹚。,41,42,應用ECCO2R的患者常需應用鎮(zhèn)靜劑和肌松劑。當體外血流量達到維

21、持值﹙心輸出量的20%~30%﹚時, 可將通氣機的設置從控制通氣模式﹙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,當氣體交換改善時, 應設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,因為靜脈-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患者進心行肺功能支持的體外氣體交換技術(shù), 它們的主要特點比較（見表）。,45,,ECMO和ECCO2R的主要特點比較,,46,二、ECCO2R的臨床應用,近十余年來已用ECCO2R加低頻正壓通氣治療急性嚴重呼吸衰竭近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等報道的兩組病例, 存活率皆為50%, 另兩組報道存活率達56%~70%, 均較單純機械通氣或機械通氣加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, 因而不得不長時間使用抗生素。 技術(shù)

24、或機械故障少見。,49,腔靜脈內(nèi)氧合器﹙IVOX﹚,50,IVOX是一種特制的細長中空纖維連接于導管的氧合裝置, 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)外的濃度差跨膜進行交換, 交換后的氣體經(jīng)導管排出。每一中空纖維類似于肺的呼吸性細支氣管-肺泡-毛細血管床﹙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、復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)的保留時間7~19天；IVOX交換

27、膜面積2100~5200cm2。,55,臨床應用的初步結(jié)果表明, IVOX的應用確能減低機械通氣的吸氣峰壓, 明顯增加實施PHC策略時的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、費用也低, 但單位時間內(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,雖然應用E