体外气体交换：
体外支持在呼吸衰竭治疗中日益扩大的作用
重症行者翻译组刘烨译
关键词
体外膜氧合，体外气体交换，体外生命支持，呼吸衰竭，机械通气，体外二氧化碳清除
重点内容
√对呼吸衰竭患者进行体外支持正在迅速增加；对于体外气体交换治疗，重症医师将需要作出专业的决定。
√严重呼吸衰竭的静脉-静脉体外气体交换可以用于挽救对于肺保护性通气和最优化的重症监护治疗反应不佳的重症急性呼吸窘迫综合征（ARDS）患者。
√体外二氧化碳清除是有前途的新兴疗法，可用作非ARDS的呼吸衰竭患者预防性甚至抢先性的治疗。
导言
机械通气是现代重症病房的标志，不过，正压通气显然会对肺脏造成伤害。正常人类的吸气是一个负压的过程，但是当气体交换由于肺损伤而发生异常时，正压通气是必要的，当正压通气也不能满足足够的气体交换的要求时，在过去的50年中，人们尝试使用不同的方法来应用更高的正压进行通气。尽管有广泛的和设计良好的临床研究，对于严重肺损伤的最佳支持方法仍不甚明确。
肺保护性通气策略可改善呼吸衰竭患者的预后，这有比较确凿的证据支持，但在实施肺保护性通气策略失败的病人，支持其他替代治疗方法对生存率有改善作用的证据彼此之间都差不多。保护性通气策略失败之后，大多数呼吸机支持模式都会涉及更高的压力和/或容积，对肺保护的原则直接构成了挑战。
过去的十年间，体外支持已成为治疗成人呼吸衰竭的一种有前途的支持手段。正如微处理器技术极大推动了呼吸机的进展一样，体外支持技术的进展速度已经超出了随机对照研究（RCT）对其进行检验的能力。证据的缺乏理所当然的使得呼吸重症学术界对体外支持的应用持谨慎的态度。然而，体外支持在成人呼吸衰竭的应用正在全世界范围快速拓展。重症医师在做出应用体外支持的决定时应三思而后行，因为他们将面对的是呼吸衰竭患者的治疗模式的重大转变。
体外支持技术相关的术语
体外膜氧合（ECMO）是一种临时的体外生命支持系统（ECLS），在病情危笃需要机械通气支持的情况下，对衰竭的心肺功能进行支持治疗。ECMO可以通过静脉动脉（V-AECMO）或静脉静脉（V-VECMO）两种方式实现，在应用大口径导管（20-31Fr）和较高的血流量（达7L/min）的条件下实现二氧化碳（CO2）和氧气的交换（表1）。体外CO2清除（ECCO2R）使用的是一种可以通过口径较小的导管（14-23Fr）在较低血流量（1.5L/min）的条件下清除CO2的装置。呼吸透析（RD）指的是应用血液滤过系统并与气体交换膜相连，以更低血流速度和使用口径更小的导管进行血液脱羧（去二氧化碳）的系统。体外气体交换（Extracorporealgasexchange）这一术语指的是V-VECMO、ECCO2R和RD技术，用于辅助通气。虽然V-AECMO可以为严重的心肺功能衰竭的患者提供全心肺支持，体外气体交换可以用于支持难以耐受的低氧和/或高碳酸血症，并可以在严重的急性呼吸窘迫综合征（ARDS）患者中实现肺保护通气策略。ECMO这一缩写从语言学角度并不能完整表达其内涵，因为ECMO同时调节氧和CO2，但是这个词一直在使用，尽管ECMO学术界也曾尝试使用内容更完整的词汇如ECLS。随着泵、氧合器、管路及导管技术的发展，ECLS的适应征逐渐扩大，包括非ARDS呼吸衰竭、高碳酸血症性呼吸衰竭、肺移植过渡、肺动脉高压和供体肺复苏（说明框1）。ECMO和ECLS在本文中仅限于呼吸衰竭体外气体交换治疗中的应用，重点讨论其基本原理、适应征和临床实践。
体外气体交换应用的历史回顾
与当前的证据
在二十世纪六十年代晚期和七十年代早期，ECMO和ECCO2R开始从试验室进入临床应用。然而，四十年来的将ECMO应用于危重成人患者的研究并未显示出任何获益，尽管理论上应当存在获益。自这些早期的研究以来，重症病房中呼吸衰竭的治疗技术和管理水平有了极大的发展。如今的重症医学治疗，已经包括多学科治疗团队、基于临床证据的治疗方案、有效的集束化治疗策略、肺保护性通气策略、肌松、俯卧位、最小化液体管理以及镇静。重症医学的进步和导管、离心泵、高生物相容性回路部件及优化气体交换同时减少并发症的更有效和持久的膜氧合器等的技术方面的巨大进展导致了ECLS应用的快速增长。在新世纪，V-VECMO和ECCO2R的应用再度兴起。在难治性H1N1流感相关ARDS的患者的研究，如“常规机械通气支持与体外膜氧合在严重成人呼吸衰竭中的研究（CESAR）”，以及Xtravent研究（研究结果显示了ECCO2R作为肺保护性通气治疗的辅助手段的益处），这些研究的令人鼓舞的结果都对VVECMO和ECCO2R的复兴起到了推动作用。
V-VECMO的临床证据
最近的Cochrane综述总结了ECLS在呼吸衰竭中应用的证据，该综述只纳入了成人ECLS与传统支持治疗进行对比的随机对照研究（RCTs）、准随机对照研究（quasi-RCTs）和整群随机对照研究（cluster-RCTs）。从年到年间，只有4项随机对照研究符合Cochrane的纳入标准（表2）。不幸的是，这些研究的异质性较强，数据难以合并。
Zapol等人和Morris等人的研究在年因为技术和重症医学的发展已经不适用。即使在CESAR研究（Peek等人）中，也使用的是滚轴泵，并且应用肝脏透析或分子吸附再循环系统（MARS）的情况高于通常的情况，此二者在患者结局较好的大容量的成人ECMO中心中均不常用。CESAR研究本质上说明，如果患者送到有经验的ECMO中心进行医治会获得更好的结果，而与ECMO的应用并无关系。尽管CESAR研究的方法学存在一些局限性，但它在人们恢复对ECLS应用的兴趣方面的影响是很大的。
除了纳入Cochrane综述的研究之外，在过去的15年中，有16篇发表的病例对照研究和病例系列涉及32例病人或更多（说明框2）。在文献中还有16项病例对照研究和病例系列包括了6例或更多H1N1流感患者应用ECMO的报告。
一项多中心的国际RCT目前正在进行，命名为EOLIA[ECMOtorescueLungInjuryinsevereARDS（应用ECMO救治严重ARDS的肺损伤）]。有经验的中心将利用最新的ECMO技术并将早期应用V-VECMO与对照组进行比较，对照组应用机械通气，使用高水平PEEP，气道平台压在28到30cmH2O以下，潮气量限制在6ml/Kg理想体重以下。对照组的机械通气策略将参照EXPRESS研究，并将包括俯卧位通气。预计纳入病人例，预计初步完成日期是年2月。
体外二氧化碳清除在低氧和高碳酸血症性呼吸衰竭患者中应用的证据
体外二氧化碳清除用于ARDS
很多有关ECCO2R的早期工作涉及ARDS患者。一般情况下，大多数研究显示PaCO2的改善以及能够实施小潮气量通气。Schmidt等人最近发表的一篇极好的综述全面回顾了ECCO2R在ARDS中的应用（说明框3）。使用体外的支持促进CO2清除作为正压通气的辅助手段这一观念最早是在年由Gattinoni等人提出的。SUPERNOVA研究[新发中到重度ARDS患者的超保护肺通气联用体外二氧化碳清除的治疗策略（AStrategyofUltraprotectivelungVentilationwithExtracorporealCO2RemovalforNew-OnsetmoderatetoSevereARDS）]目前正在国际上多个中心入组患者。一项检验ECCO2R是否可以通过强化肺保护通气而改善预后的预试验的数据将会用来确定更大规模的RCT的临床终点。使用15.5-19Fr的静脉双腔插管及离心泵与聚甲基戊烯（PMP）气体交换膜这一体外系统来实现主要结局指标，即潮气量减至4ml/Kg的同时维持pH值和PaCO2在潮气量6ml/Kg的基线状态上下20%范围以内。
体外二氧化碳清除用于
高碳酸血症性呼吸衰竭
而不伴有ARDS的情况
最近，关于高碳酸血症性呼吸衰竭而没有ARDS的患者的研究文献逐渐增加了，尤其是COPD的患者。虽然尚无RCT发表，但是早期的回顾性研究及病例研究提示这可能是ECCO2R应用的扩展。即作为一种微创的治疗手段管理高碳酸血症性呼吸衰竭患者相关的病情恶化，避免气管插管和/或长期机械通气。表3列举了ECCO2R在非ARDS的高碳酸血症性呼吸衰竭中的应用的英文文献。阳性的研究结果表明这些规模较小的研究的结论需要前瞻性随机研究进行进一步的验证。
严重呼吸衰竭的允许性高碳酸血症策略及其生理效应：
体外二氧化碳清除的理论依据
NIH的ARDS协作组（ARDSnet）发现，在肺保护性通气策略——即使用小潮气量及较低压力机械通气——带来的死亡率方面的获益面前，高碳酸血症性酸中毒是在一定程度上需要容忍的一件事情。低潮气量通气可能会导致呼吸系统顺应性降低造成高碳酸血症性酸中毒。虽然曾有认为高碳酸血症可减轻ARDS时的肺损伤和炎症反应，但是证据并不一致，而且在病人能够耐受的pH降低是有限的。事实上，过量或长期CO2升高的“代价”可能包括心血管和中枢神经系统抑制、心律失常、胃粘膜酸中毒和肺血管收缩反应。尤其是在ARDS时低氧性肺血管收缩已被证明会增加肺动脉压，可能加重右心衰。另外，高碳酸血症也可能会损害肺的修复。CO2水平升高会引起线粒体功能障碍，导致氧摄取减少、ATP产量下降，损害细胞增殖。II型肺泡上皮细胞的增殖和迁移对于肺的修复十分重要。
体外气体交换有助于实施肺保护性通气：二氧化碳清除的依据
由高碳酸血症引起的pH的严重下降可能会迫使重症医师放弃小潮气量通气的策略。体外气体交换提供了一个既可以继续小潮气量通气同时又能够维持pH值的机会，因此可以强化肺保护性通气，并避免合并的高碳酸血症。
Batchinsky等人说明了“呼吸透析”形式的体外气体交换的作用，以促进肺保护性通气。Terragni等人从临床方面表明，4ml/kg的低潮气量通气联合ECCO2R可以达到更易耐受的允许性高碳酸血症并降低平台压以及炎症因子。Bein等人在ARDS病人中使用“超低”潮气量，即3ml/kg，联用ECCO2R，与传统的应用6ml/kg潮气量通气相比，同样具有可行性并且没有坏处。这项研究并没有足够的统计效力以评估死亡率，但是和传统机械通气对照组相比，ECCO2R组在第一和第二个月内的无机械通气天数更多，机械通气时需要的镇静及镇痛药物的用量更少。
呼吸衰竭患者体外生命支持的指征及患者的选择
每个医疗机构各自指定其应用VVECMO或ECCO2R的指征与选择患者的原则，各个机构之间可能存在不同。体外生命支持组织（ELSO）已经根据现有的证据发布了专家指南，列于说明框4。
如果符合应用体外支持的指证，选择患者的指导原则列于说明框5。
在有关最佳治疗失败的定义方面也存在不同的观点。如果6至12小时无法实现肺保护性通气，根据病人的气体交换异常的严重程度，例如，酸中毒损害了灌注，可以倾向于更早启动ECLS。除了肺保护性通气，还有2种措施显示出改善严重低氧性呼吸衰竭的生存率的作用，即神经肌肉阻滞和俯卧位通气，也常在启动ECLS之前应用。关于使用肌松剂及实施俯卧位通气存在不同的观点，但是此二者给患者带来的风险与花费均低于ECLS。
一旦确定病人需要进行体外支持，还有一个叫做RESP的临床工具对于预测ARDS在ECLS支持之后的生存率有所帮助。RESP评分，即呼吸ECMO生存预测评分，是通过分析全世界例患者的12项进行ECMO支持之前的指标变量得到的。这些指标变量列于说明框6。在