重症行者翻译组 刘晔
摘要
静脉-静脉体外膜氧合（VV-ECMO）已成为单一常规机械通气无法维持的呼吸衰竭患者的经典抢救性治疗手段。然而在近年来，启动ECMO治疗的时机已经改变，ECMO往往在呼吸衰竭的进程中更早的开始使用。此外，一些中心正开始使用 ECMO 作为一线治疗方法，即，作为创机械通气在清醒、无气管插管、自主呼吸的呼吸衰竭患者作为有创机械通气的替代方法（“清醒”ECMO）。实施这种治疗方法有很强的理由，因为它避免了很多与镇静、气管插管和机械通气相关的副作用。然而，病人-ECMO之间相互作用的复杂性、呼吸监测相关方面的困难以及和管理清醒的体外生命支持的病人，这些问题合在一起给重症监护病房医护人员带来了重大的挑战。在这里，我们总结了在清醒、自主呼吸的呼吸衰竭患者中VV-ECMO的应用，强调这种方法的利弊，分析病人-ECMO相互作用的病理生理，详述一些技术方面的问题，并总结在过去的数年中初步获得的临床经验。
背景
静脉-静脉体外膜氧合（VV-ECMO）已成为单一常规机械通气无法维持的呼吸衰竭患者的经典抢救性治疗手段[1，2]。然而在近年来，ECMO常常在急性呼吸窘迫综合征（ARDS）进程的更早阶段就开始实施，以避免机械通气的可能的不利影响，如机械通气相关性肺损伤[3-5]。在机械通气的ECMO患者，有两种肺在对呼吸做出贡献：膜肺，它非常有效；患者自己的衰竭的肺脏，它只能提供部分的气体交换功能。把这一点着重强调出来是令人感兴趣的。
为此，一些中心正在追求将ECMO作为一线治疗的理念，即，在清醒、无气管插管、自主呼吸的呼吸衰竭患者作为有创机械通气的替代方法（“清醒”ECMO）。一方面，这种方法具有许多优势优点，因为它可以避免机械通气相关的副作用；当然，另一方面，其应用也面临多方面的挑战。
在本综述中，我们总结了在清醒、自主呼吸的患者应用VV-ECMO的知识以及初步的应用经验。
自主呼吸的利弊
呼吸是一项主动的任务，在任何有肺脏的地面生活的动物以及所有海洋哺乳动物均如此。“自主”其实是一个不必要的形容词，直到机械通气时代的开始。自那时起，关于呼吸衰竭的重症患者维持自主呼吸的利与弊的讨论便开始了[6，7]，治疗这些患者的主要手段仍然是有创机械通气。在本节中，我们总结了自主呼吸的可能的优势（利）及缺点（弊）。
利：
1. 自主呼吸的患者，其背侧、顺应性更好的膈部优先运动。因此通气优先在重力依赖区且血流灌注最好的部位进行，因而通气-血流比是最佳的[7]。相比之下，膈肌的形态在镇静、肌松、机械通气的患者中是被改变的[8]，这会造成麻痹松弛的膈肌被动运动而使得通气主要在非重力依赖区进行。这会在机械通气中导致通气血流匹配的恶化（图1）。
2. 在清醒、自主呼吸的个体，其呼吸肌的肌张力能够保证在呼气末其胸廓和肺仍然是扩张的（功能残气量）。相比之下，麻醉（无论是否应用肌松）导致肌肉张力丧失，肋骨骨架向内移位[9]，并减少功能残气量[10]，这反过来可以有利于形成肺不张。值得注意的是，这种机制在水肿的、“重”的ARDS的肺更加明显[11]。
3. 保持膈肌收缩和避免控制性机械通气能防止呼吸机所致膈肌功能障碍[12]。
4. 在自主呼吸时，空气通过降低的胸腔内压从口移动到肺泡，这会有利于胸腔外器官的血液回流，维持心脏的充盈和输出。肺淋巴引流的增加似乎与相同的机制密切相关 [13]。另一方面，在机械通气中吸气过程胸腔压力上升，与产生于前述效果相反地效应，即静脉回流、心输出量以及胸腔淋巴回流均减少[13，14]。
5. 避免气管插管可以通过保持天然屏障抵御细菌的能力以减少呼吸机/气管插管相关的肺炎的发生率[15]。
弊：
1. 跨肺压是与机械通气相关肺损伤的发生密切相关的作用力之一[16-18]。自主呼吸产生的正的跨肺压力（气道压力减去胸膜腔压力）与机械通气时相似。因此肺损伤可能也会来源于过度自主呼吸（自主呼吸相关性肺损伤）[19-22]。
2. 当呼吸做功非常高时，剧烈的呼吸肌的努力可以导致高氧（O2）耗（以及二氧化碳（CO2）的产生），即，呼吸的代价很高，这反过来可能会使低氧血症恶化。如果不通过其他方式满足气体交换需要（例如，通过体外呼吸支持），镇静、气管插管和机械通气可能是必要的，以避免肌肉疲劳。
3. 在清醒、自主呼吸、无气管插管的ECMO病人，一旦ECMO设备出现故障，就必须进行紧急插管进行机械通气。
保持患者清醒的利与弊
管理清醒患者是重症监护病房（ICU）中相对较新的和具有挑战性的任务。
利：
1. 减少谵妄：ICU中谵妄的发病机制是多因素的，使用镇静药物是主要因素之一[23]。避免或减少镇静剂可以因此减少谵妄的干扰，谵妄与ICU住院时间延长与死亡率增加均有关[24]。
2.康复：肌肉量减少和危重病肌病以及多发性神经病经常影响ICU患者[25]。清醒患者能积极配合物理治疗师进行身体的康复锻炼，因此减少这些神经肌肉疾病的发病率[26]。使ECMO患者能够安全进行物理治疗所需的医疗机构相关的工作需要进行考虑。根据我们的经验，多学科的团队应包括两名物理治疗师、两名护士和一名医生。
3. 与亲友和医务人员的交流： 病人与亲属的互动交流是重症监护病房和其他病房之间最显著的区别之一。清醒的病人能够与亲友沟通，可以使不够友善的ICU环境变得更为普通和易于应对，对于患者和探视者而言皆如是。此外，清醒的病人就有可能与医护人员沟通他/她的症状和需求，有时这是被严重低估的但是是关于患者情况和对治疗反应的信息的一个基本来源。
弊：
1. 有创设备脱位的风险：清醒患者必须仔细监控并且教导不能移除任何侵入式装置，以避免自伤的风险。这对于ECMO患者尤为切实。
2. 病人不适、疼痛和焦虑：清醒的病人需要镇痛药以耐受有创设备以及控制疼痛（例如，康复理疗时的运动，侵入性操作）。此外，由于在清醒的患者以及其他患者身上进行各种操作治疗，ICU的环境对患者来说是能够产生很大的刺激的。根据ICU病房的组织形式（单间病房或敞开式病房布局），对医务人员在清醒患者附近的所说所做需要进行额外的关注（和要求）。
呼吸控制的生理学和病理生理学
在正常生理，自主呼吸很大程度上由PCO2（二氧化碳分压；因此可认为是pH）和O2控制。一方面，低氧刺激通气反应只在低水平的PO2（氧分压；40-50mmHg）下出现，因此很少是呼吸驱动的原初因素[27]。另一方面，CO2 为呼吸的触发器的关键作用已经很清楚的确定了，包括运用体外气体交换进行的实验[28，29]。然而，我们对呼吸的控制的知识，很大程度上限制在健康的动物和人类的研究之中。在急性肺疾病的条件下，在正常生理条件下不发挥作用的（沉默的）肺受体可能激活并且可能在决定病人的呼吸方式方面发挥作用[30]。有趣的是，肺部疾病的典型特征，如全身和局部的肺部炎症[29，31-33]、肺塌陷和微小肺栓塞[34]，可以激活这些受体。
自主呼吸的生理学与病理生理学
呼吸是一个复杂的功能，其终极目的是把氧输送到机体每一个细胞进行细胞呼吸，即在存在电子受体——氧的情况下氧化底物产生能量。呼吸的另一个目的清除细胞呼吸的废物，即二氧化碳。
简略地说，呼吸系统的组成包括泵——呼吸肌——和气体交换器——肺。泵提供扩大胸廓和肺的力，将这两个结构联合起来是通过胸膜。在自主吸气过程中，胸廓扩张同时膈肌向腹部方向移动。结果是胸膜腔压力下降肺泡压力降至大气压水平以下，在此压力梯度作用下，空气通过气管-支气管树到达肺泡。在这里，气体和血液之间的转移是被动的，转移的方向依赖它们的分压梯度。
简化的方程式（方程1）描述了为使大气中的空气流动到肺部而呼吸肌必须施加的力量：
Pmus=V×E+V’×R
其中 Pmus 表示呼吸肌产生的压力，E和R分别代表呼吸系统的弹性和阻力，V和V’分别代表进入呼吸系统的气体容积和流速。
在健康的状态下，呼吸肌力量的增加通常是由于CO2产量的增加，比如在运动期间，肺的力学特性（E和R）相对恒定的情况下通气（V和V’）增加。在急性肺损伤患者，由于肺水肿的积累，E通常是恶化的，导致可通气的肺容积减少[11]。此外，气道高反应性和炎症可能会导致ARDS患者的R增加[35]。最后，由于死腔比例高[36]，清除代谢产生的CO2需要增加分钟通气量。这些因素结合在一起导致肌肉做功（Pmus）的需求大大增加以满足气体交换的需要。值得注意的是，增加呼吸功会增加呼吸肌的氧耗量和CO2产生，极有可能导致恶性循环，加速呼吸肌疲劳的过程。
然而现有的治疗方法却是依据迥异的观念。一方面，治疗目的是通过不同的药物干预措施改善肺功能（E和R），例如，吸入支气管扩张剂或抗生素。另一方面，治疗的起效需要时间，因此，对衰竭的呼吸系统进行支持治疗是必需的。在控制性机械通气中，由呼吸机产生的力（Pvent）替代了Pmus，因此改变了公式1的等号左侧。这种类型的干预的直接应用就是在由于神经肌肉疾病导致的呼吸衰竭中，如肌萎缩侧索硬化、脊髓灰质炎及其他，或在全麻过程中，肌肉功能被药物去除。
而与之相反，VV- ECMO改变了公式1的等号右侧，通过替代肺的气体交换功能（氧合和清除CO2）来降低呼吸的需要（V和V’）。值得注意的是，在由于肺部疾病导致呼吸衰竭，即呼吸肌未受累而肺功能受损的情况下，这种类型的干预会是一种逻辑上更能说得通的方式。
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