本文原载于《国际呼吸杂志》年第18期

本文作者:王石磊,邢丽华

体外膜肺氧合(extracorporealmembraneoxygenation,ECMO)是指一种将部分静脉血从体内引流到体外,再经膜肺氧合后由驱动泵将动脉血液泵入体内的心肺辅助技术。根据膜肺氧合血回输的途径不同,ECMO可以分为静脉-静脉ECMO(VV-ECMO)与静脉-动脉ECMO(VA-ECMO)。VV-ECMO主要用于呼吸支持;VA-ECMO既可用于呼吸支持,也可用于心脏支持。ECMO可以维持机体各器官的灌注和氧合,对严重的可逆性呼吸和/或循环衰竭患者进行长时间心肺支持,使心肺得以充分的休息,为抢救治疗和心肺功能的恢复赢得宝贵的时间[1]。随着ECMO技术的广泛应用,从年到年,美国成年人的体外膜氧合使用增加了%[2]。近年来我国的ECMO技术及水平也飞速发展。人们获益于ECMO疗效的同时也对其并发症有了更清醒的认识,对于ECMO中一些严重的并发症如血栓栓塞、出血、脱管等,既往已有较多研究。本文就ECMO并发气胸的原因及治疗研究进展进行介绍。◆◆1 发生机制◆◆1.1 气胸概念

气胸指气体在胸膜腔内的异常积聚。胸膜腔在生理状态下是一个呈负压状态的潜在性密闭腔隙,在整个呼吸周期的大部分时间内,其压力均小于体外正常大气压。气体进入胸膜腔可能通过下述3种途径:①胸膜腔直接与体外相通,即创伤性气胸(包括外伤、医源性等),胸壁(皮肤、肌肉和/或肋骨以及壁层胸膜)存在破损;②胸膜腔与体内部分器官(这部分器官与外界相通,如气管、支气管、肺组织、食管、胃肠道)交通,其中最常见病因为胸膜表面肺大疱破裂;③胸膜腔感染,胸腔内滋生产气微生物。气胸可分为自发性气胸和创伤性气胸,前者又可根据是否合并已知肺部疾病或肺组织异常而分为原发性自发气胸、继发性自发气胸和其他类型的自发性气胸,后者主要分为医源性和非医源性气胸[3]。

1.2 呼吸机相关性肺损伤

因ECMO患者的危重特性[4],呼吸机的应用在应用ECMO治疗的患者中已经超过了90%,结合ECMO患者尤其VV-ECMO患者肺脏的特殊病理生理改变,故而呼吸机相关性肺损伤(ventilatorinducedlunginjury,VILI)成为ECMO患者并发气胸的主要相关因素[5]。随着肺保护性通气策略的临床应用,VILI的发病率有所减少,但对于合并急性肺损伤/ARDS的患者,VILI还是极大地增加了ECMO患者病死率[6]。对于ECMO患者并发气胸的机制,本节从局部应力放大损伤、容量过负荷损伤、压力过负荷损伤、气流剪切力伤、生物因子损伤和高浓度氧吸入等方面进行阐述。

1.2.1 局部应力放大损伤

ECMO患者的肺脏因其特殊的病理改变,已失去大部分基本的生理功能,其典型特点为高度的通气不均一性及压力不均一性。Gattinoni等[7]发现在给予ECMO患者平均达8h的机械通气后,在胸膜-肺泡的交界点就开始发生小的损伤,而这种损伤将在20h左右扩大至整个肺,该研究认为尽管在ECMO患者极小的"婴儿肺"中给予的潮气量可能会达到患者所需肺总容积,但并不能解释在ECMO患者中所观察到的肺组织损伤。其可能的解释是存在局部因素导致局部所接受的压力放大,继而导致局部的应力和形变增加。他们通过对比相邻肺区域的膨胀率来评估肺部不均一性时,发现局部应力放大倍数达到了2倍甚至更高,而对于ECMO患者,其高达40%的肺组织均发生局部应力集中,最后这种严重放大的局部应力发生于弹性不同的区域的交界处,例如脏层胸膜和胸膜下肺泡的交界点,进而引起了肺泡的破裂以致气胸、纵隔气肿的形成[8]。

1.2.2 容量过负荷损伤

在提倡肺保护性通气策略的今天,仍然有临床医师为提高ECMO患者氧合水平,给予ECMO患者相对大潮气量机械通气。ECMO患者机械通气时,气体根据肺顺应性大小进行分布,萎陷的肺泡区域发生肺不张,而顺应性正常的肺区域则过度膨胀,产生肺损伤及肺不张,可使氧合水平及肺顺应性降低,肺血管阻力增加;而肺泡过度膨胀,则可导致肺泡膜损伤、毛细血管渗漏、巨噬细胞和中性粒细胞浸润及炎症反应激活等。在已有肺损伤的情况下,大潮气量通气使炎症反应加剧,进而加重肺损伤。研究[9,10]发现给予潮气量15ml/kg不仅诱发炎症反应,也降低了对肺生长发育具有关键作用的肺基因及蛋白的表达,如血管内皮生长因子A或血小板衍生生长因子A,进一步加重了肺损伤,导致气胸等并发症的出现。

1.2.3 压力过负荷损伤

ECMO患者的机械通气多为正压通气,胸内压的持续升高继发于动态的过度通气,继而导致了肺泡过度膨胀,造成肺上皮与内皮间屏障的严重破坏,由此气体可进入肺实质,并由间质泄漏,从而引起气胸、皮下气肿、纵隔积气、心包积气及气腹等ECMO严重并发症。目前研究认为:由于ECMO机械通气患者肺顺应性降低,过度膨胀的肺泡区域易发生通气血流比例失调,进而出现气体交换障碍;同时,继发于机械通气的正压通气,液体及蛋白质渗出导致高渗性肺水肿形成,原因多考虑为过高的压力引起通气部位毛细血管内皮细胞及基底膜的破坏,导致毛细血管通透性增加;伴随着肺机械性应激因子的增加,体液性和细胞性免疫反应得到了激活,机体促炎递质激活及中性粒细胞聚集,肺间质的纤维蛋白沉积进一步限制肺顺应性,又与上述机制形成恶性循环[11]。

1.2.4 气流剪切力损伤

通常认为气流剪切力为气体在气道及肺泡细胞表面移动时产生牵拉,导致了细胞切面产生形变。而ECMO患者肺泡周期性的张开和陷闭,自吸气末到呼气末肺容量的显著改变可引起气道剪切力伤。同气压伤类似,剪切力所导致的肺泡损伤及纤维化改变,进一步降低了肺顺应性,也有研究认为剪切力伤可造成肺实质的损伤,增大肺泡毛细血管通透性,导致肺水肿,并诱发肺泡上皮细胞和血管内皮细胞产生炎症反应[12]。对于机械通气的ECMO患者,由于肺表面活性剂不足及肺损伤的不均一分布,当吸气末跨肺压增高及呼气末功能残气量不足时,剪切力伤的作用更为明显,其气胸的发生概率也就更高。

1.2.5 生物因子损伤

除了肺实质和气道上皮细胞的改变,肺损伤也与患者机体促炎反应的发生有关。ECMO患者病情危重,机体促炎反应剧烈,机械牵拉、严重的感染及局部肺泡细胞的坏死均可导致血管内皮细胞损伤及脱落,为炎症细胞所活化后与基底膜黏附进入肺内,激发机体炎症反应,从而导致肺损伤[13]。此过程中肿瘤坏死因子α、IL-1、IL-6、金属蛋白酶类等炎症递质的释放可加重肺脏组织及细胞的损伤,甚至诱发多器官功能障碍综合征[14]。其严重损伤亦可导致肺组织的破坏及气胸的形成。

1.2.6 高氧血症损伤

既往研究认为ECMO患者长时间吸入高浓度氧气或高氧分压氧合血可导致ECMO患者发生肺纤维化改变,进而引起肺顺应性降低,血管通透性增加,加重肺水肿。另外,吸入高浓度氧气后置换肺泡内氮气,氧气被肺循环血液吸收后易产生吸收性肺不张。近年来,研究发现吸入高浓度氧气不仅对肺实质产生损害,还可加重炎症反应。高氧血症激活线粒体细胞凋亡途径,导致中性粒细胞聚集,促进炎症反应。对于严重肺损伤的ECMO患者,85%~90%的目标氧饱和度已可达到治疗目标,吸入氧浓度超过最低需要量可增大VILI的发生率。临床上需把血清乳酸水平作为器官灌注的评价指标,而非单纯依赖血氧饱和度或动脉血氧分压来判断。

◆◆2 ECMO患者并发气胸的诊断◆◆2.1 床旁胸部X光片

ECMO患者的危重性和床旁胸部X光片的方便性决定了床旁胸部X光片是ECMO并发气胸患者诊断的首选方法。其对并发气胸的ECMO患者的气胸程度、范围及胸腔引流管位置等能够作出准确的判断。但基于ECMO患者肺部病变的特殊性,如局部气胸、少量的纵隔气肿和间质肺气肿,床旁胸部X光片的应用也有其局限性。Wynn等[15]认为,在重症机械通气患者中,床旁胸片未观察到的气胸可能影响整个病程的走向。这也能够说明为什么ECMO患者每日行胸部X光片来评估肺脏病变情况是十分必要的[16]。

2.2 X线计算机断层摄影

在ECMO患者肺部诊断方法中,胸部CT拥有无可比拟的优势。胸部CT检查可获得ECMO患者多个连续的清晰层面,可以发现ECMO患者肺部各种异常表现,如气胸、局部气胸、纵隔气肿、皮下气肿、磨玻璃样改变、间质性改变等。但既往ECMO却较少应用CT进行疾病的诊断和评估,主要是因为ECMO患者疾病的严重性和院内转运风险。近年来,因为ECMO转运技术的进步,ECMO患者的CT检查也得到了越来越多的临床医师的认可[17,18]。

2.3 床旁肺部超声

床旁肺部超声因其方便性、无辐射性、廉价性等优点,在ECMO合并气胸患者的诊断中越来越受欢迎[19]。随着我国重症超声技术的发展,床旁肺部超声不仅能够诊断气胸、胸腔积液等常规检查,还能够评估肺水及血流动力学参数,从而能够进一步指导ECMO参数及机械通气参数的设定[20,21]。

◆◆3 ECMO患者并发气胸的治疗◆◆3.1 临床观察与氧疗

既往研究认为若气胸患者压缩15%,因胸膜对胸腔游离气体的吸收能力,可采取临床密切观察结合氧疗的方式;部分研究也认为其复发率与胸腔穿刺抽气及置管引流患者无明显差异。然而对于极其危重的ECMO患者,单纯的临床观察及氧疗越来越不被临床医师认可。胸膜对于胸腔内游离气体的吸收能力约为每日吸收1.25%,若加强氧疗,其吸收速度可提高3~4倍。但因ECMO患者特殊的肺脏病理性改变,其动态的过度通气后胸内压会持续升高。气胸的出现可导致右心压力和肺血管阻力的急剧升高,进一步影响了静脉回流右心室的前后负荷和左心室舒张末期容积以致引起更为严重的血流动力学紊乱。故而临床医师会积极进行气胸的处理[22]。

3.2 胸腔穿刺抽气与引流

作为最常用的临床处理气胸的治疗手段,胸腔穿刺抽气与置管引流也在ECMO合并气胸患者中得到越来越广泛的应用。而常用的胸腔引流管型号为14~36F不等,其导管内径介于2.2~9.1mm,因ECMO患者基本均为机械通气患者,往往其胸膜破口更大且病情进展更为迅速,甚至短时间即可出现血流动力学异常。依据Fanning公式V=π2R2P/FL(V:气体流量,R:导管半径,P:压力,F:摩擦系数,L:导管长度)可发现影响导管引流的重要因素为导管半径。而动物气胸模型中发现胸膜破口的漏气程度从1~22L/min不等,机械通气的情况下漏气速度可大大加快,极易形成张力性气胸,故ECMO并发气胸患者应选用较大半径的引流管,以26~32F为最佳。Yanada等[23]报道了3例采用28F引流管治疗ECMO并发双侧气胸患者的病例。

3.3 纤维支气管镜介入治疗

对于病情危重的ECMO患者,纤维支气管镜因其临床应用的方便性、广泛性及其配套的微创介入技术越来越受到重症监护室临床医师的青睐。Keshishyan等[24]发现ECMO合并气胸患者出现持续性漏气及支气管胸膜瘘的几率要远大于普通机械通气患者。目前的纤维支气管镜技术可明确持续漏气及支气管胸膜瘘位置,并做出最准确的判断及治疗。而目前介入治疗手段可包括机械装置的插入、高固化性的液体材料的灌输、黏膜下注射硬化剂、通过激光或氩等离子体凝固等热能治疗[25]。

3.4 胸膜硬化剂的使用

因ECMO患者肺组织通气不均一性的特点,其气胸的治疗也具有高复发率的特点,临床治疗中胸膜硬化剂的使用依然有一席之地。目前较为广泛的是四环素的衍生物强力霉素和二甲胺四环素,其有效性和安全性已经得到了验证。其应用方式可经胸腔引流管注入或者行胸腔镜注入治疗。有研究认为滑石粉也可以产生与四环素衍生物类似的胸膜反应,但对于ECMO合并气胸患者,滑石粉可加重其呼吸衰竭,另外其可引起胸膜间皮瘤的远期毒性也使其应用更为谨慎。同时ECMO患者因全身严重的严重的炎症反应使胸膜硬化剂的使用也更加谨慎[26]。

3.5 外科手术治疗

既往研究认为胸外科干预在治疗顽固性气胸和支气管胸膜瘘方面具有压倒性优势,也是预防气胸复发的有效手段。常用手术方法为常规切除胸膜下肺大疱或进行瘘口热粘连,或者通过机械摩擦胸膜引起无菌性胸膜炎而使胸腔闭合。但ECMO合并气胸患者因需进行全身抗凝管理使外科手术出血风险大大增高,单纯外科手术治疗逐渐受到临床医师摒弃[27]。近些年随着胸腔镜技术的发展,其并发症少、创伤小、出血风险低、复发率低、肺功能下降不明显的优势在临床治疗ECMO并发气胸中得到越来越多的重视[28]。

作为有效的生命支持手段,ECMO已经成为机械通气不能维持氧合的重症ARDS、重症肺炎、病毒性肺炎、重症哮喘等严重呼吸系统疾病的常规治疗手段。而其在各种原因导致的心源性休克的治疗中也发挥着积极的作用,通过VA-ECMO可进行直接心肺功能支持,从而在一定时间内维持心肺功能,争取进一步治疗时间。而气胸在ECMO患者中是一种常见的、潜在的致命并发症,尤其是在合并机械通气支持的患者中。Gattinoni等[29]报道了来自48个重症监护病房的84例ARDS患者,总气胸发生率约为48.8%,而合并气胸的患者病死率高达66.1%。随着重症医学的发展,临床医师应掌握各种治疗方法的适应证及个体化治疗。良好的ECMO管理能使治疗效益最大化,同时也是高质量ECMO治疗的重要体现。

(参考文献略)

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