ECHO 教育
重癥超聲查房
體外膜氧合（ECMO）
Kelly Victor BAppSc1,2, Nicholas A Barrett FANZCA FCICM1, Stuart Gillon BSc MBChB MRCPFFICM1, AbigailGowland BSc1,2,Christopher I S Meadows BSc MBBS MRCP FRCA PGCM FFICM1 and Nicholas Ioannou BA MBBS MAMRCP FRCA FFICM1
重癥監(jiān)護(hù)病房，心臟病房，Guy’sand St Thomas’ NHS Foundation Trust, 倫敦，英國
CCUSG翻譯組：王曉猛，李喜元，朱研，梁艷朱然 翻譯；朱然，何偉 審校
摘要
體外膜氧合（ECMO）是某些嚴(yán)重心肺衰竭情況下進(jìn)行的一種高級器官支持手段。對于ECMO支持的各方面而言，超聲心動(dòng)圖是一種非常有用的診斷和監(jiān)測工具。由于ECMO獨(dú)特的特點(diǎn)及其對心臟-呼吸生理截然不同的影響，超聲心動(dòng)圖的使用者需要對ECMO技術(shù)及ECMO與患者之間的相互作用有一個(gè)透徹的理解。在這篇文章中，我們介紹了常用ECMO模式的重要基礎(chǔ)概念，并討論了心臟超聲在其中的作用。
病例：
一名38歲女性，無嚴(yán)重基礎(chǔ)病史，因A組鏈球菌肺炎收入當(dāng)?shù)蒯t(yī)院?；颊甙l(fā)生了快速進(jìn)展的呼吸衰竭，盡管給予氣管插管及最高支持水平的通氣，仍然不能維持足夠的氧合。地方嚴(yán)重呼吸衰竭服務(wù)機(jī)構(gòu)會(huì)診了她，并為她建立了靜脈-靜脈體外膜氧合（VV-ECMO）進(jìn)行呼吸支持。全身氧合有所改善，但卻發(fā)生了嚴(yán)重的心血管損傷，心臟超聲發(fā)現(xiàn)了嚴(yán)重的膿毒性心肌病（射血分?jǐn)?shù)，主動(dòng)脈流速時(shí)間積分為5.9cm，二尖瓣返流dP/dt為672mmHg）?；颊叩腅CMO支持方式因此轉(zhuǎn)變?yōu)殪o脈-靜脈-動(dòng)脈模式（VVA-ECMO），以提供額外的血流動(dòng)力學(xué)支持。當(dāng)膿毒癥緩解后，動(dòng)脈ECMO支持在心臟超聲指導(dǎo)下被撤除，隨后，患者自身呼吸功能得到改善，VV-ECMO也可以撤除?；颊咴谌朐旱谄咛鞎r(shí)徹底撤除了ECMO。
介紹
ECMO是一種心臟和（或）呼吸支持的高級手段，存在頑固性呼吸衰竭或心臟衰竭并對傳統(tǒng)重癥治療手段無效的患者可能具有適應(yīng)癥。ECMO的技術(shù)與在心臟手術(shù)室中使用的心肺旁路機(jī)器相似，ECMO可以通過氧合血液及清除血中二氧化碳的方式進(jìn)行呼吸系統(tǒng)衰竭的支持，通過機(jī)械性循環(huán)輔助的方式進(jìn)行血流動(dòng)力學(xué)的支持。
經(jīng)典的成人ECMO管路構(gòu)成列于圖1。引流管,通常是經(jīng)皮股靜脈插管-至下腔靜脈（IVC）近端處引血。頸內(nèi)靜脈可以作為從腔靜脈引血的另一條途徑。管路內(nèi)的血流由一個(gè)離心渦流泵驅(qū)動(dòng)。靜脈血通過泵后進(jìn)入“氧合器”，此處，來自新鮮氣源的氧氣通過一個(gè)專門的半透膜彌散入血，而二氧化碳以相反的方向彌散出血。氧合及去二氧化碳后的血液再通過回輸管回到患者體內(nèi)。
回輸管的位置取決于所需支持的器官。在僅有呼吸衰竭的患者中，氧合血液回輸至循環(huán)的右心系統(tǒng)：引流（血）及回輸（血）管都位于靜脈系統(tǒng)，這種方式因此被稱為VV-ECMO。在VV-ECMO時(shí)，回輸管可通過對側(cè)股靜脈置入，末端向前進(jìn)入右房（RA）中部，或IVC/RA交接部?；蛘?，采用頸內(nèi)靜脈，回血導(dǎo)管末端置于右房中部，或上腔靜脈（SVC）/RA交接部。在大多數(shù)應(yīng)用VV-ECMO的成人中，引流及回輸采用單獨(dú)的導(dǎo)管。但是，也可采用雙腔單根導(dǎo)管，兩個(gè)引流側(cè)孔別位于SVC和IVC，回輸孔位于RA。
圖1.經(jīng)典成人ECMO構(gòu)造。血通過引流管從腔靜脈引出，離心泵驅(qū)動(dòng)血液通過管路，血液通過膜氧合器進(jìn)行氣體交換，根據(jù)所需要的支持，血液通過回輸管回流至右心房、或主動(dòng)脈、或分別回至這兩處（分別為VV-ECMO時(shí)（股靜脈及頸內(nèi)靜脈回流）；VA-或V-VA-ECMO時(shí)）。
為了將經(jīng)外部氧合血液送入循環(huán)，VV-ECMO依賴于自身足夠的心功能。在肺部沒有氣體交換的情況下，VV-ECMO對全身氧合改善的程度取決于管路內(nèi)血流量與自身心輸出量之間的比例；ECMO管路內(nèi)血流量相對于心輸出量的比例越高，靜脈血氧合的比例越高，結(jié)果肺動(dòng)脈內(nèi)的混合靜脈氧飽和度也越高。因此，氧合主要受到管路內(nèi)血流量的影響。二氧化碳的清除在很大程度上不受血流量的影響，而取決于通過膜氧合器的新鮮氣流的清除速率。
如果需要心臟支持，血液應(yīng)回輸至循環(huán)的左心系統(tǒng)-VA-ECMO--管路內(nèi)通過膜氧合器提供氧合及去除二氧化碳，通過血泵提供直接輸注至動(dòng)脈體循環(huán)中的血流。
如果同時(shí)存在心臟和呼吸功能衰竭，可能更好的方式是將血液同時(shí)回輸至靜脈和動(dòng)脈系統(tǒng); V-VA-ECMO的配置讓操作者能夠通過“轉(zhuǎn)向閥”調(diào)節(jié)血流回輸至靜脈和動(dòng)脈的比例。當(dāng)心功能障礙較呼吸衰竭的改善更迅速時(shí)，這點(diǎn)就非常重要; 從最初的VA支持逐漸過渡到VV支持可以降低ECMO對抗恢復(fù)中的自身心臟功能的風(fēng)險(xiǎn)。
通過外周途徑（將動(dòng)脈回血導(dǎo)管以經(jīng)皮穿刺或外科切開的方式經(jīng)股動(dòng)脈插入）是VA-ECMO最常用的方法，導(dǎo)管也可以通過中心途徑置入，即打開胸腔，將引血導(dǎo)管和回血導(dǎo)管直接分別放入RA和主動(dòng)脈。這種方法常用于患者在心臟手術(shù)后無法撤除術(shù)中的心肺旁路時(shí)，通常通過胸骨切開處置入，以及用于兒科患者因外周血管管徑過小妨礙經(jīng)皮置入足夠大小的導(dǎo)管時(shí)。
心肺生理學(xué)和ECMO
在VV-ECMO時(shí)，從循環(huán)中引出及返回的血容量相等;因此，對前負(fù)荷的影響應(yīng)當(dāng)極小。被選擇進(jìn)行VV-ECMO 的患者，理論上應(yīng)存在低氧血癥和(或)高碳酸血癥，并存在相應(yīng)的肺血管收縮及增高的右心室后負(fù)荷。從理論上講應(yīng)用ECMO后，氧合的改善及二氧化碳的清除都會(huì)減少肺血管收縮，從而減少右室做功并改善其功能。此外，由于體外氣體交換降低了對自身肺功能的依賴，機(jī)械通氣傳遞至肺部的壓力也可以大幅地降低，這同樣降低了右室后負(fù)荷。VV-ECMO 對左心室功能無直接的影響;然而，氧合的改善及呼吸性酸中毒的糾正都可能改善全心心肌功能。此外，還可以觀察到因RV功能改善導(dǎo)而出現(xiàn)的LV功能改善，這是由于心室間存在的相互依賴性。
VA-ECMO對生理的影響更深遠(yuǎn)。從定義上來說，這類患者自身的心臟功能嚴(yán)重受損。來自ECMO管路的氧合血液回輸至主動(dòng)脈，而非右心，這樣明顯降低了前負(fù)荷。VA-ECMO的目標(biāo)是提供部分心臟支持（預(yù)計(jì)心輸出量的70-80%），允許少量的心臟射血 (10-20 mmHg的脈壓),及允許少量自身的靜脈回流持續(xù)進(jìn)入右心并通過肺循環(huán)。然而，心臟自身泵出的流經(jīng)肺血管和心臟的前向血流有可能會(huì)被降低，甚至低到可忽略不計(jì)的程度。后果是左室擴(kuò)張 (如果不進(jìn)行治療，可能會(huì)造成心室的永久性損傷) 和肺水腫，這是由于左室內(nèi)血液淤積，以及瓣結(jié)構(gòu)周圍或心腔內(nèi)的血栓形成。發(fā)現(xiàn)左室射血不足和血液瘀滯時(shí)，可以通過應(yīng)用正性肌力藥物、置入主動(dòng)脈內(nèi)球囊反搏、置入Impella經(jīng)皮左室輔助裝置或進(jìn)行心內(nèi)分流進(jìn)行改善。將經(jīng)外周導(dǎo)管轉(zhuǎn)換為經(jīng)手術(shù)置入的中央導(dǎo)管也是一種心室減壓的手段。
VA-ECMO 對生理的影響隨著心臟功能的恢復(fù)而改變。經(jīng)外周置管的VA-ECMO，回流血液從主動(dòng)脈遠(yuǎn)端流向近端，繞過主動(dòng)脈弓，最終達(dá)到主動(dòng)脈根部及冠狀動(dòng)脈。逆向回流的血液會(huì)直接與左室射出的血液發(fā)生對抗。在ECMO建立初期，衰竭的心功能可以忽略不計(jì)，對逆行的ECMO回流血液的阻力極小:來自ECMO管路內(nèi)的氧合血液對于冠脈和發(fā)自主動(dòng)脈的血管的灌注通常已足夠。然而，當(dāng)心臟功能恢復(fù)時(shí)，自身心臟對循環(huán)的貢獻(xiàn)增加，自身順向主動(dòng)脈血流會(huì)阻礙經(jīng)ECMO氧合后的回流血通過主動(dòng)脈弓。這在心功能恢復(fù)早于肺功能恢復(fù)時(shí)尤其成為一個(gè)問題。在這種情況下，恢復(fù)的左心室會(huì)將來自肺循環(huán)“分流”的氧合不良的血液泵入升主動(dòng)脈和主動(dòng)脈弓。這樣可能導(dǎo)致冠狀動(dòng)脈和大腦的低氧血癥，被稱為丑角綜合征： 發(fā)自升主動(dòng)脈的動(dòng)脈和主動(dòng)脈弓近端的血供來自于心臟射出的乏氧血液; 主動(dòng)脈遠(yuǎn)端發(fā)出的動(dòng)脈血供則來自于氧合后的ECMO回流血液。V-VA-ECMO允許調(diào)節(jié)靜脈和動(dòng)脈回流血流量的比例，可能會(huì)在一定程度上解決這個(gè)問題。
心臟超聲
心臟超聲（經(jīng)胸(TTE)或者經(jīng)食道（TOE））可用于判斷ECMO支持過程是否恰當(dāng)，如引導(dǎo)導(dǎo)管插入、確認(rèn)導(dǎo)管位置、ECMO運(yùn)轉(zhuǎn)后對導(dǎo)管的調(diào)節(jié)，評估臨床過程及是否適合撤除ECMO（見表1）。
表1 心臟超聲在ECMO起始、監(jiān)測以及撤除中的應(yīng)用
起始
引管置入，確認(rèn)導(dǎo)管位置正確
監(jiān)測
一般指標(biāo)
左室大小及功能
右室大小及功能
心包積液
收縮期肺動(dòng)脈壓
并發(fā)癥
導(dǎo)管異位
導(dǎo)管或者血管血栓
靜脈或者動(dòng)脈堵塞
左室血栓
心包積液/心包填塞
肺栓塞
VA-ECMO撤離：（撤離試驗(yàn)期間的評估：減少血流量至1l/min*30分鐘）
LVEF≥20-25%
主動(dòng)脈VTI ≥12cm
組織多普勒成像（TDI）lat S’≥6cm/s
心臟超聲在建立ECMO過程中的作用
引流管和回輸管的正確位置對于確保ECMO安全有效的運(yùn)轉(zhuǎn)至為重要?？梢詰?yīng)用Seldinger技術(shù)進(jìn)行經(jīng)皮置管：在超聲引導(dǎo)下將穿刺針置入目標(biāo)血管，將導(dǎo)絲通過穿刺針插入血管內(nèi)，隨后通過導(dǎo)絲逐級送入擴(kuò)張器，以在軟組織內(nèi)建立一個(gè)隧道，最后，沿導(dǎo)絲置入導(dǎo)管。確認(rèn)導(dǎo)絲（及隨后置入的導(dǎo)管）按預(yù)定途徑進(jìn)入目標(biāo)血管非常重要。比如，在導(dǎo)管置入腔靜脈的過程中，確認(rèn)導(dǎo)絲和插管朝向右房進(jìn)入而不是偏離至分支血管極為重要。心臟超聲和（或）X線透視技術(shù)為導(dǎo)絲及導(dǎo)管置入提供了一種監(jiān)測手段。
在兒科患者群體中，置管過程中使用心臟超聲已被證明可以減少后續(xù)調(diào)整導(dǎo)管的需求，而且，一項(xiàng)研究報(bào)道，與單獨(dú)應(yīng)用胸部平片相比，心臟超聲更具優(yōu)勢。此外，與X-線設(shè)備相比，心臟超聲更為便攜，并且避免了患者和醫(yī)護(hù)人員的放射暴露。在那些心臟超聲技術(shù)性及熱情度高的中心內(nèi)，比較ECMO置管期間心臟超聲與X線透視技術(shù)有效性的研究更易于開展，對這些研究結(jié)果進(jìn)行解讀時(shí)應(yīng)明了此情況。在具體實(shí)踐中，選擇哪種技術(shù)應(yīng)視自身的優(yōu)勢及可獲得的資源而決定。
置管后，應(yīng)采用心臟超聲評估導(dǎo)管位置。理想的位置取決于所用導(dǎo)管的類型，以及導(dǎo)管引流孔和（或）回輸孔的位置。因此，了解被評估導(dǎo)管的“解剖”結(jié)構(gòu)非常重要。
圖2 多級引流管
圖3 （A）多級引流管—引血部詳圖。
（B）位于近端IVC的引流管（箭頭所示）的二維圖像，位于肝靜脈回流水平之上
圖4 單級回輸管（靜脈）
多級靜脈引流管通常在末端有一個(gè)入口，并在導(dǎo)管（末端）全長上有多個(gè)等距引流孔（見圖2）；導(dǎo)管尖端應(yīng)位于下腔靜脈近端，通常在肝靜脈回流水平以上。心臟超聲可以發(fā)現(xiàn)這些沿套管長軸排布的引流孔，因此可用于識別這類插管（見圖3）。單級回輸管末端是可彎曲的，并帶有多個(gè)回輸孔（見圖4）。這種導(dǎo)管的遠(yuǎn)端在超聲下呈現(xiàn)為特征性的“斑點(diǎn)狀”（見圖5）?；剌敼艿哪┒送ǔＶ糜谟曳恐胁浚蛘呦虑混o脈/右房接合處（股靜脈途徑），或者上腔靜脈/右房接合處（頸內(nèi)靜脈途徑）。不僅如此，彩色血流多普勒成像技術(shù)可用于識別回輸管末端的及通過側(cè)孔的血流。確保引流管和回輸管二者末端之間存在一定距離是非常重要，如果距離不足，會(huì)導(dǎo)致回流的氧合血液發(fā)生再循環(huán)回到ECMO管路中，而不是進(jìn)入患者的循環(huán)中，結(jié)果造成全身氧合效率降低。如果ECMO導(dǎo)管位置不理想，為了改善全身氧合可能需要進(jìn)行隨后的導(dǎo)管調(diào)整，而這種調(diào)整可以在心臟超聲直接引導(dǎo)下完成。最后，必須確?；剌敼芘c房間隔及三尖瓣隔開，這樣會(huì)將機(jī)械性損傷和心律失常的風(fēng)險(xiǎn)降到最低。
雙腔單根導(dǎo)管----在同一根導(dǎo)管中，血液從上腔靜脈和下腔靜脈引出，回流至右房---需要一種截然不同的方法來定位。導(dǎo)管經(jīng)頸內(nèi)靜脈置入，確保導(dǎo)管末端準(zhǔn)確位于下腔靜脈而回輸孔位于右房非常重要，這樣血流才能直接流向三尖瓣（見圖6A）。確認(rèn)的最佳方式是彩色多普勒，并且可以在心臟超聲的指導(dǎo)下完成精細(xì)的調(diào)整，以獲得最佳的位置（見圖6B）。圖7顯示了雙腔單根導(dǎo)管的調(diào)整：導(dǎo)管末端最初位于肝靜脈內(nèi)（見圖7A）；在心臟超聲指導(dǎo)下將導(dǎo)管退出后并重新向前置入，直到導(dǎo)管末端準(zhǔn)確地位于下腔靜脈內(nèi)（圖7B）。
圖5 （A）單級回輸管（靜脈）--可曲式末端的詳圖。
（B）位于下腔靜脈和右房交界處的回輸管的二維圖像（箭頭所示）。導(dǎo)管遠(yuǎn)端呈“斑點(diǎn)狀”特征性外觀。
在外周（置管的）VA-ECMO中，通過股動(dòng)脈置入的回輸管通常位于髂總動(dòng)脈或者腹主動(dòng)脈的分叉處。在單獨(dú)使用經(jīng)胸心臟超聲或者經(jīng)食道心臟超聲檢查時(shí)此處均顯示不佳。因此，可能有必要聯(lián)合腹部超聲和經(jīng)食道超聲（腹部超聲用于確認(rèn)導(dǎo)絲位于腹主動(dòng)脈，經(jīng)食道超聲用于確認(rèn)導(dǎo)絲進(jìn)入降主動(dòng)脈）。其它成像方式，如X線透視技術(shù)，可做為另一種選擇。
在多數(shù)情況下，TTE提供的圖像質(zhì)量對于ECMO的患者來說已經(jīng)足夠。當(dāng)圖像質(zhì)量不理想或者無法進(jìn)行診斷時(shí)，TOE 也許可以提供更優(yōu)越的空間分辨率。盡管TOE在重癥領(lǐng)域是一種常規(guī)操作，但對于行ECMO的患者群體來說，仍應(yīng)謹(jǐn)慎考慮。接受ECMO并常規(guī)接受肝素抗凝治療的患者常常血小板減少，和獲得性von Willebrand因子缺乏；出現(xiàn)并發(fā)癥的風(fēng)險(xiǎn)增加，尤其是大出血。有人認(rèn)為，與單純TTE相比，TTE的超聲造影技術(shù)是一個(gè)有效的工具，既減少某些TOE相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)又確保在單獨(dú)使用TTE時(shí)的心內(nèi)膜結(jié)構(gòu)及邊界良好識別能力。已證明在ECMO患者中使用造影技術(shù)是可行，并被美國心臟超聲協(xié)會(huì)（ASE）所推薦。
（未完待續(xù)）
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（編輯 Dr.Vincent）
