ECMO支持下有哪些监测策略？

引言

在过去的十年中，体外膜氧合(ECMO)在治疗呼吸和/或心力衰竭方面的应用呈指数级增长。ECMO提供机械支持，以便有时间解决主要病理、器官恢复，或作为做出决定、其他机械支持(包括目标治疗)或移植的桥梁。静脉动脉(VA)和静脉静脉(VV)ECMO分别是最常见的心脏和呼吸支持配置。ECMO的临床应用需要彻底了解和应用心肺生理学，以及体内和体外循环之间的相互作用。除了在开始时协助选择适当的体外支持策略外，ECMO期间的监测对于支持的滴定、及时识别演变中的并发症以及确定足够的恢复以耐受停止体外支持是必不可少的。本综述的目的是描述ECMO支持的患者常用的监测策略，并总结可用的证据。

 

心脏监护

心电图学与血流动力学

在VA ECMO的使用中，心电监测尤其重要，在这种情况下，室性心律失常可能是机械支持的指征，或者可能会提醒临床医生注意即将到来的ECMO相关并发症，如左心室过度扩张导致的心肌缺血和/或进行性低氧性呼吸衰竭。

在VA ECMO存在的情况下进行有创动脉血压监测，可以通过脉压(PP)监测持续确认正在进行的主动脉瓣开放和左室射血。这对于没有进行主动左心室减压(例如，通过直接左心室通气口或微轴泵)的患者很重要，因为在这些患者中，左室扩张导致心肌缺血和血栓形成的风险很高。虽然PP的绝对值在正式评估射血方面的作用有限(取决于监测部位，并受共振和衰减的影响)，但它提供了一个连续的趋势，并可能提醒临床医生急性心血管变化(无论是改善还是下降)。脉搏功能也被证明是维持肾皮质血流量的关键，缺乏脉搏功能(尽管体外血流量充足)可能导致和/或显著加重急性肾损伤。

越来越多的证据支持在心源性休克患者中使用肺动脉导管（PAC）进行早期有创血流动力学监测。再加上它在心脏外科患者中的频繁使用，相当多的接受VAECMO支持的患者在插管时可能已经有了PAC。在VA ECMO上估算心输出量的热稀释方法有重要的局限性(中心静脉血液暴露在体外温度和管路中的加热器-冷却器中)，在这种情况下PAC的用途存在争议。其他监测心输出量的方法也有类似的问题，如体外血流(ECBF)影响经肺热稀释技术，以及动脉阻力变化和低射血量对动脉血压波形分析监测器的不可预测和未经证实的影响。然而，特别是PAC产生了其他潜在的有价值的数据，包括肺动脉舒张压和肺毛细血管楔压测量，这可能有助于识别VAECMO中LV过度扩张的心脏(心肌缺血和后遗症)和肺(水肿和随后的呼吸衰竭)导致的LV舒张压升高的早期患者。同样准确地测量肺动脉压可以帮助持续监测有右室功能障碍和/或衰竭或右室功能不全和/或衰竭的高危VVECMO患者的右心循环。

组织灌注与微循环监测

在外周VA ECMO中，来自自主循环的血液(通过肺部充氧)在从左心室射出之前不会与ECBF(通过膜充氧)混合。这可以创建一个并行回路系统，特别是在出现混合性心肺衰竭时，可能会出现差别性低氧血症(丑角综合征)。在这里，从LV排出的低氧血液优先供应冠状动脉和脑循环（升主动脉弓的近端分支），并且来自ECMO回路的充氧血液优先供应身体的下半部分（混合点的远端）。

虽然临床评估末梢器官功能(例如毛细血管充盈时间、尿量、沉着)和血清生物标志物(SvO2和乳酸)可能有助于监测全身灌注和缺氧的迹象，但镇静患者在高水平机械支持下呼吸衰竭的恶化可能会掩盖上述的局部缺氧的迹象。如果有足够的搏动性和/或动脉氧分压（PaO2），右上肢放置血氧探头和/或动脉置管监测脉搏氧饱和度（SpO2），可以作为肺气体交换充分性的标志，以确保来自自主肺循环的足够氧合的血液供应给冠状动脉和脑循环。然而，在没有足够的射血来监测SpO2的情况下，PaO2不能提供持续的监测，因此，如果单独使用，可能会延迟识别心肌和/或脑缺氧。

近红外光谱(NIRS)是一种非侵入性监测手段，用于监测非搏动性局部血氧饱和度(SrO2)的连续变化趋势。它可用于监测镇静患者(通常为左右额头)的脑氧合指数，监测差异性缺氧(额头和躯干两个部位的趋势)，以及检测进行性肢体缺血(放置在股动脉插管部位的远端，例如在没有再灌注插管的情况下)。尽管近红外脑氧仪与经颅多普勒对脑血流量的估计有很好的相关性，但其他研究表明，血氧饱和度受颅外(头皮)氧合的显著影响。SrO2测量混合动静脉氧合，尽管在许多情况下头皮SrO2可能与脑SrO2成比例，但存在一些潜在的混杂因素。首先，潜在脑血管疾病可能导致血流不同。例如，对于大脑中动脉(MCA)狭窄，额叶位置监测的血氧饱和度可能不能很好地反映MCA区域缺血的风险。其次，对SrO2下降的治疗反应的影响可能会反映异常（例如，使用血管加压药增加平均动脉压可能会对中枢血流量和外周血流量产生不同的影响），尽管脑灌注压和脑氧输送总体净增加（如果对干预有反应，预计SrO2会增加），但外周血管收缩减少了向头皮血管的氧输送（如果存在头皮血管的显著干扰，SrO2可能下降）。最后，SrO2在预测缺血性脑事件风险方面的可靠性仍存在争议。值得注意的是，大多数研究都集中在脑缺血的早期识别上，然而在差异性低氧血症中，由于动脉解剖的性质（冠状动脉靠近颈动脉），心肌缺血会更快发生。监测心电图、心脏生物标志物和超声心动图的趋势可能有助于及时识别混合性心肺疾病的心肌缺血。

虽然VA ECMO的监测主要集中在大循环血流动力学的充分性上，但组织的氧气输送依赖于维持足够的微循环流量。越来越多的人对更直接地监测组织血流(通常通过舌下微循环)来评估预后，但这仍主要是实验性的，还没有常规地应用到临床实践中。

超声心动图

超声心动图是管理ECMO患者的宝贵工具，建议ECMO团队中有一名受过超声心动图培训的医生。双心室功能的预先评估可能有助于确定ECMO支持的最佳配置。超声心动图可以确定VAECMO的潜在禁忌症(例如，严重的主动脉瓣关闭不全或主动脉夹层)和可能导致血流动力学恶化的可逆原因(例如，心脏压塞或瓣膜病变)。在体外循环心肺复苏术(ECPR)中，超声心动图也可能有助于确定心脏骤停的原因(例如，大面积肺栓塞)。

在VV ECMO插管过程中，插管位置不当可能导致血液再循环、血流不足或主要血管或心脏结构损伤。多种成像技术，包括X射线、透视和超声心动图，可用于促进安全的插管和减少并发症(表1)。然而，只有超声心动图才能确定导管尖端相对于心腔的确切位置。超声心动图也可以帮助排除插管过程中的并发症。包括当存在明显的Chiari网络时难以推进导丝/插管，冠状静脉窦插管或气胸。超声引导下的插管可通过经胸超声心动图(TTE)或经食道超声心动图(TEE)进行。

在VV ECMO插管过程中，TEE引导的其他优点包括：显示心腔(右心房、下腔静脉和上腔静脉)中的近端和远端导丝(图1)，识别阶段性舒张过程中导丝的移位，以及在手术结束时插管的位置。插管位置的最终评估应在患者处于半卧位时，以及在VVECMO支持期间使用的机械通气参数(例如，肺窒息设置)下进行。TEE引导也可用于床边双腔双腔插管。如果TEE是禁忌症，可以结合使用TTE和透视检查。

图1. VV ECMO插管期间的导丝可视化。（a） 食管中双腔切面，经过双腔静脉的导丝。（b） 食管中双腔切面，导丝盘绕在右心室。

在ECMO运行期间，超声心动图可以解决血流动力学不稳定的原因，帮助评估新的或恶化的低氧血症，并排除ECMO相关的并发症。在血流动力学不稳定的患者中，容量状态和心输出量可以通过超声心动图来估计。心包填塞可在插管过程中发生，也可在后期抗凝时发生，但必须记住这是一个临床诊断。

VV ECMO期间的低氧血症通常是多因素造成的。例如，IVC在引流套管周围的塌陷可能会限制静脉引流，从而限制ECBF并导致饱和度降低。这种现象在自主呼吸时往往会恶化，并可能导致不适当的液体摄入。有证据表明，多达38%的ECMO病例在治疗过程中需要重新定位插管。重新定位时的超声引导也可以帮助识别插管血栓形成。

对于接受VA ECMO的患者，超声心动图有助于记录心功能的变化，并有助于诊断和处理并发症，如左室扩张、瘀血(见自发性回声对比)、腔内或主动脉内血栓(图2)。如果是这样的话，降低外周血管阻力和ECBF比率可能会改善心室射血，减少腔内淤血，增加前向血流量。其他策略可能包括增加PEEP以减少肺动脉血流量，正性肌力支持以改善左室射血，以及利尿以减少LV扩张。然而，在某些情况下，可能需要LV通畅、经主动脉抽吸装置或房间隔造口术。

图2. 自发回声增强。（a） 食管中段AV长轴显示LV、LVOT和升主动脉自发回声增强。（b） 食管中段AV短轴显示AV内自发回声增强。

在接受VA ECMO治疗的患者中，超声心动图引导的撤机试验可以帮助评估撤机的准备情况。这样的超声心动图引导策略包括以下顺序：首先，评估完全VAECMO支持下的双室功能。其次，ECBF逐渐降低至50%，持续30min。如果允许初始ECBF降低，则尝试将ECBF进一步降低至ECBF的25%，持续30min。最后，成功地将ECBF降低到1.2-1.5l/min定义为撤机试验。在上述任何一个阶段，任何血流动力学不稳定或左、右室功能恶化的超声证据都应使撤机试验停止。除了临床和生化评估外，预测最小体外循环血流量时成功撤机的超声心动图参数还包括左室流出道速度时间积分(Vti)≥10 cm、左心室射血分数>20-25%、二尖瓣环外侧环收缩峰值速度>6cm/s、应变率增加20%和三维右室射血分数>25%。超声心动图的另一个重要作用可能是在VVECMO撤机期间，特别是在RV衰竭患者中，机械通气和PaCO₂的改变继发于肺血管阻力(PVR)的改变，这可能导致急性恶化和撤机失败。对于静脉-肺动脉(VPA)构型的患者尤其重要，其中ECBF完全绕过RV，并且在撤机或尝试撤机之前的RV评估将严重低估RV损害的程度。

 

呼吸监测

机械通气

VV ECMO患者的机械通气策略是多种多样的。体外生命支持组织(ELSO)指南建议采用以最低可达到的驱动和平台压力、中等水平的PEEP、低呼吸频率和低吸入氧气(FiO2)为目标的呼吸参数。然而，呼吸系统脱机的最佳水平尚不清楚。ECMO期间的呼吸系统监测旨在预防继发性肺损伤，及时发现肺恢复。

因呼吸衰竭而接受VV ECMO支持的患者通常在体外循环支持过程早期会出现潮气量低、顺应性低、呼吸动力和持续程度低的情况。如果肺保护参数不满足，临床医生可以选择进一步减少呼吸参数和/或增加ECMO支持量。在VVECMO期间设置呼吸机参数的替代策略包括在有经验的中心进行电阻抗断层扫描(EIT)和食道测压。

随着呼吸功能的改善，ECMO支持停止，呼吸系统监测过渡到确定脱机的准备情况。关于脱机的证据很少，脱机策略依赖于个人实践和临床医生的判断。当患者能够通过ECMO维持足够的气体交换，并有合理水平的肺保护性通风时，就可以考虑是否准备好脱机。在未插管的患者中，监测准备情况仅限于气体交换充分性，除非食道测压到位，否则应对呼吸功进行主观评估。在插管患者中，不同ECMO支持水平下的呼吸力学(驱动压力和潮气量)提供了对肺恢复的估计(图3-图a)。

图3.（a） 呼吸力学和呼吸驱动力和努力的替代物。重症监护病房中的大多数呼吸机都具有进行吸气和呼气保持动作的能力。在0.5 s吸气保持期间确定平台压力和驱动压力。P0.1是根据现代呼吸机的自主呼吸力自动确定的。阻塞压力（POCC）需要呼气保持动作来确定阻塞期间产生的最大负压。（b） 机械通气和ECMO撤机期间常见的不同步现象。调整支持水平和设定灵感的持续时间将解决最常见的不同步。

吸气压力(P_0.1，吸气用力对阻塞的呼吸道的前100ms产生的压力)、呼气压力(P_Occ，呼气末阻塞动作时的最大负压)(图3-图a)和食道测压的替代指标，可以提供呼吸功增加的客观证据，并可能揭示脱机和脱机期间过高的动态跨肺压力。然而，由于缺乏广泛应用和证据，这些方法的实用性受到限制。肺部恢复的其他征象可通过放射影响学分辨率或床旁超声的肺充气获得。

来自ARDS的证据表明，呼吸机不同步是常见的，并与长时间的通气和增加的死亡率有关。肺静息参数、苏醒-镇静-肌松循环和呼吸肌无力使接受VV ECMO支持的患者容易发生呼吸机不同步。在脱机和过渡期间，不同步变得尤为重要，及时的识别和管理可能会加速脱机过程（图3–b）。

可以通过执行标准化脱机试验(SLT)来测试是否准备好脱机，这是在呼吸机患者中模拟自主呼吸试验(表2)。这些试验期间的监测包括血流动力学和呼吸参数，以及足够的气体交换参数。如果没有确凿的证据支持脱机，是否继续拔管完全取决于临床的判断。拔管后，监测呼吸和血流动力学参数有助于识别是否拔管失败。拔管后早期血流动力学或呼吸支持的条件持续增加，并且不能归因于可识别的原因(痰液堵塞、出血、气胸等)，应被视为拔管失败并采取相应措施。

VA ECMO支持的患者的呼吸系统监测遵循同样的原则。除非自然肺功能发生重大改变，否则呼吸系统参数不会在从VAECMO中孤立出来以进行单独的血流动力学支持。 

气体交换

虽然肺弹性的改善可能与呼吸衰竭恢复期间气体交换的改善相对应，但并不总是如此，这两种因素在发病和恢复的时间过程中出现分离的情况并不少见。虽然如上所述，床旁可以很容易地评估肺力学，但由于以下三个原因，确定自然气体交换可能是具有挑战性的。

首先，在VV ECMO中，体外和自然气体交换是串联进行的，因此，在中心静脉血氧饱和度(ScvO2)较高的地方，在低呼吸机FiO2的ECMO灌注匹配区域期间，在良好通气监测中跨肺转移梯度显著降低（甚至可以逆转）。其次，通过肺循环存在高度含氧的脱羧血液可以逆转缺氧性肺血管收缩，从而加强通过分流区域的血流，使得真正评估无支持的转移效率变得困难。最后，在“肺休息”的过程中，每分钟通气量的减少将对感知到的天然氧合作用和脱羧基作用产生影响。认识到这些混杂因素，以及膜后血气与患者动脉血气的比较，了解心输出量和特定的ECBF，可以用来估计每个成分的贡献。虽然在严重疾病期间，氧合作用与ECBF率有内在联系，但需要进行随机对照试验，以评估输注红细胞对提高血红蛋白指标的作用，从而提高氧气含量。目前，在这些患者中还没有确定的输血阈值。

高的膜前氧分压(PO2)的存在提醒临床医生注意再循环的可能性(但也可能罕见地提示氧提取失败)，并可能导致高估ECMO支持的明显贡献。由于机械通气的改变或限制性疾病的进展，呼气末肺容量的改变可导致插管移位(特别是在股-颈内静脉连接中)，从而增加再循环分数。这可以通过在连续胸部成像上测量导管尖端的距离来提示，但简单的回射角度的改变(而不是本身的位置)可以同样显著地影响血流方向，因此超声心动图(使用彩色多普勒)可能提供一种更灵敏的检测方法。应该注意的是，由于这些患者的氧摄取率经常很高，以及氧合血红蛋白解离曲线的显著左移(代谢性碱中毒，红细胞输注导致的2，3-DPG降低)，因此，“正常”的前膜PO₂的存在并不排除存在显著的再循环，这一点需要在这方面加以考虑。

虽然膜前和膜后血气为评估ECMO膜的气体交换功能提供了一种方法，但目视检查血块负荷和跨膜压力（相对于ECBF）的监测趋势（如果有的话）证明是不断演变的问题的宝贵的连续床边监护仪。

在VV ECMO的脱机阶段，呼气末二氧化碳(ETCO₂)可以作为一种简单的非侵入性方法，通过估计通过肺排出二氧化碳的比例来帮助评估稳态条件下生理死腔的动态变化。在VAECMO中，ETCO₂的波动可以用来预测心输出量的变化。这对于预测混合点位置的潜在变化也是有用的，这可能具有重要的后果，特别是在存在混合性心肺衰竭的情况下。 

镇静和理疗

绝大多数接受ECMO支持的患者需要镇静，最常使用的是咪达唑仑、丙泊酚、芬太尼和吗啡。尽管深度镇静会增加发病率和死亡率，但轻度镇静可使患者积极活动并尽早解除机械通气。因此，ECMO患者可能更喜欢使用短效镇静剂，如芬太尼和丙泊酚。然而，这些药物的亲脂性增加了它们被吸附到ECMO循环中的风险，需要更高的初始剂量来诱导镇静或在停止这些治疗后延长半衰期。作为一种解决方案，一些作者建议使用亲脂性较低的药物(即氢吗啡酮)。一项对ECMO患者的小型回顾研究发现，与芬太尼相比，氢化吗啡对吗啡毫克等效物的需求更少。然而，到目前为止，ECMO中镇静剂的唯一可用药代动力学数据来自体外研究，阻碍了明确的治疗建议。

在VV和VA ECMO期间进行的物理治疗对于过渡到移植的患者特别重要，这既是为了维持移植资格，也是为了潜在的治疗潜力。更高水平的体力活动的好处和可行性，已经广泛的在ECMO人群中得到越来越多的认识，例如床旁锻炼，这些队列包括使用股静脉和动脉插管的患者以及那些合并负担较高的患者过渡到康复。在物理治疗期间，需要注意与所需的机械、通气和药物支持程度相关的用力程度，因为可能需要暂时增加支持。例如，在VVECMO中，增加心输出量将减少ECBF的相对百分比，从而减少氧合支持。

代谢的意外增加可能会增加PaCO₂，并导致呼吸驱动和RV后负荷增加。监测生命体征，仔细注意插管部位，以避免与移位或意外拔管相关的并发症，并确保回路功能(引流和回流压力的生理性变化可能改变ECBF)是使精心挑选的患者安全可行的关键。然而，这需要一支熟练和经验丰富的多学科团队。

结论

综上所述，ECMO作为心肺衰竭支持性治疗的方法，其发展已促使对治疗策略的仔细考虑、选择和优化的必要性增加。现有监测方法的广泛应用以及超声心动图、呼吸动力的替代测量和ECMO衍生参数的进步，对于优化这些患者的治疗是非常宝贵的。组织灌注和近红外光谱分析目前还不是治疗的标准，但可能会在熟悉它们使用方法的中心和选择的患者中，提供有用的额外信息。最后，撤机试验是必要的，以最大限度地减少与时间敏感的ECMO相关的并发症，但这些尚未标准化。