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体外膜肺氧合技术在儿科急性呼吸衰竭中的应用进展
体外膜肺氧合技术在儿科急性呼吸衰竭中的应用进展
作者：杜彦强，王义，洪小杨
单位：西安交通大学附属儿童医院儿童重症医学科；中国人民解放军总医院第七医学中心儿科医学部重症医学科
【摘要】
体外膜肺氧合(ECMO)对严重心肺功能衰竭的患者可提供强有力的循环和呼吸支持，同时也是心肺功能衰竭患者等待心肺移植期间歇期的主要体外生命支持手段。已有大量的循证医学证据肯定了ECMO在儿童急性呼吸窘迫综合征(PARDS)中的救治作用，但在其他原因导致的急性呼吸衰竭中的应用报道较少，该文就目前ECMO在儿科急性呼吸衰竭中的应用进展作一综述。
体外膜肺氧合(extracorporeal membrane oxygenation,ECMO)的辅助原理是将机体血液从静脉端引出，通过膜肺进行氧合并排出二氧化碳后，再经动脉或静脉回输到体内，起到临时人工心肺的作用，可为原发病的恢复赢得宝贵时间［1］。根据工作原理的不同，可分为静脉-静脉体外膜肺氧合(veno-venous extracorporeal membrane oxygenation,VV-ECMO)和静脉-动脉体外膜肺氧合(veno-arterial extracorporeal membrane oxygenation,VA-ECMO)［2］。儿童急性呼吸窘迫综合征(pediatric acute respiratory distress syndrome,PARDS)是由各种肺内外致病因素所致的弥漫性肺泡炎［3］，以难治性的低氧血症为主要临床表现，最终因持续性肺脏通气/血流比例失调而引发不良结局，其病死率高达18%～24%［3-4］。ECMO已成功用于PARDS及成人急性呼吸窘迫综合征(acute respiratory distress syndrome,ARDS)的救治，并取得了良好疗效［5-6］。虽然ECMO已被证明可改善PARDS患者的氧合及预后，但其在儿科其他急性呼吸衰竭临床救治中的作用尚未得到详细研究。本文结合相关文献证据，对ECMO在儿科PARDS以外的其他急性呼吸衰竭中的应用进展进行综述。
颈胸部肿瘤、气道内肿瘤或异物、严重呼吸道及纵隔内感染均可导致外压性或内源性气道梗阻［7-8］，并发急性呼吸衰竭，常规机械通气无法通畅气道时，严重威胁患者生命，此时ECMO可作为一种“桥梁”为呼吸道梗阻的解除提供帮助，为原发病的治疗赢得宝贵的时间。韩国学者报道1例18岁女孩因巨大甲状腺导致气管受压移位，行甲状腺切除术中因氧合难以维持而给予VV-ECMO治疗，随后在ECMO辅助下顺利切除甲状腺，并在气管内植入支架，术后恢复良好［9］。甲状腺癌常侵犯气管及颈部淋巴结，导致患者因严重的上气道梗阻而出现呼吸困难，需紧急手术切除肿瘤，但部分患者因气道受压严重，无法建立人工气道，同时人工气道易影响手术视野，不利于喉返神经的保护，可以使用VV-ECMO建立体外循环，从而避免人工气道的不利影响，同时为机体提供足够的氧合，为手术创造条件。国内报道1例甲状腺癌患者在VV-ECMO辅助下顺利完成肿瘤切除及气管重建，同时避免了喉返神经的损伤，说明了ECMO在此类患者中起到了充分的桥接作用［10］。日本学者报道1例15岁的男孩因前纵隔巨大肿瘤压迫气管导致严重的呼吸衰竭，考虑到气管插管期间使用镇静药或肌松药可能会导致致命性的完全性气道阻塞，遂建立VV-ECMO后给予气管插管并在其气管内植入气管支架，以保障气道通畅，同时完成了肿块的穿刺活检，确诊为T淋巴母细胞淋巴瘤，为后续的化疗创造了条件，国内外也有类似的成功案例［11-12］。儿童是发生气道异物的高危人群，大多可行支气管镜取出异物，但部分患儿合并有严重缺氧，难以耐受支气管镜治疗，此时可在ECMO辅助下行异物取出术。美国一项多中心的回顾性研究共报道3例儿童因异物吸入导致严重的呼吸衰竭，无法耐受常规支气管镜检查，遂在VV-ECMO辅助下成功取出气道异物，无相关并发症发生［13］，为儿童异物所致困难气道的治疗提供了新的思路，值得儿科医师借鉴。因此，基于目前临床实践现状，应用ECMO救治气道梗阻相关呼吸衰竭是可行的，同时，早期启动ECMO可以为气道手术的整个围术期保驾护航［14］。
2 ECMO在儿童外伤所致急性呼吸衰竭中的应用据2023年4月国际体外生命支持组织(Extracorporeal Life Support Organization,ELSO)统计，全球累计应用ECMO救治儿童病例高达12 784例［15］，多为肺部感染性疾病及呼吸衰竭［16］，而应用于肺部创伤的不多，与此类患儿本身存在活动性出血，加之体外循环期间需要抗凝，有加重出血、危及生命的可能。但近年来有研究发现，创伤患者可无肝素化运转ECMO［17-18］，使得此类患者出血风险大为降低。笔者曾应用VV-ECMO救治1例儿童车祸伤患儿，虽使用肝素抗凝治疗，但并未发生严重出血风险［19］，可能与其没有肺外器官出血，应用ECMO期间引起额外出血的风险较低有关［17］。国外一项研究回顾了1998—2014年ELSO数据库中85例接受ECMO治疗的胸部钝挫伤患者的临床资料，发现63例(74.1%)接受VV-ECMO治疗，32例(37.6%)在ECMO前接受了有创手术，12例(14.1%)在ECMO后接受了有创手术，发生出血性并发症25例(29.4%)，其中手术部位出血12例(14.1%)，置管部位出血16例(18.8%)，两者均有6例(7.1%)，总的生存率为74.1%［20］，说明一些创伤患者采用ECMO治疗后预后良好，但仍需进一步研究哪些亚群的创伤患者获益最多。美国一项回顾性研究共纳入425例胸部外伤患儿，6例(1.4%)接受了ECMO治疗，总的生存率为83%，支持在严重胸部外伤儿童中使用ECMO作为潜在的干预措施［21］。国内关于重度肺爆震伤患者的研究发现，与呼吸机治疗相比，ECMO治疗可快速、持续改善患者的顽固性低氧血症和呼吸困难，缩短机械通气时间和住ICU时间，降低病死率［22］。因此，随着经验的增长和安全性的提高，外伤不应被视为ECMO的禁忌证，对于外伤后引起的急性呼吸衰竭可尽早给予ECMO辅助治疗，为手术创造条件，可能使患儿获益更多。
3 ECMO在儿童支气管哮喘(简称哮喘)相关急性呼吸衰竭中的应用
哮喘是儿童时期常见的慢性呼吸系统疾病，以慢性气道炎症和气道高反应性为特征的异质性疾病，需要长期、规范、个体化的持续治疗［23］，常因接触变应原、刺激物或呼吸道感染而诱发哮喘急性发作，严重时可并发致死性哮喘(near-fatal asthma,NFA)，导致致死性的呼吸衰竭，是哮喘最严重的临床表现［24］，病死率高达30%［25］。NFA患儿通常存在严重的低氧血症和高碳酸血症，与肺内分流和通气不足有关［26］，同时因气道持续痉挛导致气道压明显增高，机械通气过程中极易发生呼吸机相关肺损伤(ventilator-associated lung injury,VALI)，严重威胁患儿生命［27］。由于NFA是一个可逆性、急性发作过程，ECMO可以通过降低NFA患儿呼吸机参数来减少VALI的发生，直到支气管痉挛消退，哮喘持续状态缓解。据ELSO 1992年3月至2016年3月统计数据发现［28］，共有24 147例成人患者接受体外生命支持治疗，其中272例NFA患者接受ECMO治疗，中位辅助时长为174.6 h，辅助后吸入氧浓度(81.2% vs 48.8%，P<0.001)、气道峰压(38.2 cmH2O vs 25.0 cmH2O，P<0.001)、平均气道压(21.4 cmH2O vs 14.2 cmH2O，P<0.001)均显著降低，总的出院存活率为83.5%，提示ECMO在NFA患者救治中有重大的应用前景。近期ELSO又回顾性分析了2009—2019年10年间使用ECMO救治的15～35岁的哮喘持续状态患者的临床资料，共纳入137例患者，93%的患者应用VV-ECMO辅助治疗，中位辅助时长97 h，且青少年(15～19岁)与青年人(20～35岁)相比辅助时长更短(93 h vs 152 h，P<0.05)，最终90%的患者存活至出院［29］，说明ECMO在此类疾病的治疗中具有巨大的潜力。儿童相关病例报道较少，韩国学者报道1例6岁的男孩因严重的哮喘持续状态而给予VV-ECMO辅助治疗62 h，患儿病情缓解，脱机后无不良事件发生［30］。因此，基于目前循证医学证据，使用ECMO挽救NFA的成功率高达85%，但ECMO前心脏骤停与死亡率增加有关［31］。因此，在常规标准治疗的基础上，若患儿仍存在持续性低氧血症、酸中毒和血流动力学不稳等无法纠正时，应尽早考虑ECMO治疗。
5 ECMO在儿童肺出血相关急性呼吸衰竭中的应用 肺出血是危及生命的呼吸系统急危重症，病死率为6.5%～38%［39-41］，儿科罕见［42］，但因其短时间内危及患者生命，救治难度大，值得临床医师重视。早在20年前就有学者报道8例肺出血患儿在给予内科保守治疗及机械通气治疗无效后给予ECMO辅助治疗，治疗后8例患儿均存活，并未增加出血相关并发症，说明ECMO在伴有肺出血的呼吸衰竭患者中不是禁忌证，而是一种有效维持生命的支持疗法［43］。近年来，也有相关报道进一步证实ECMO在肺出血患者中的疗效。有学者报道1例5周龄的小婴儿因特发性肺含铁血黄素沉着症(idiopathic pulmonary hemosiderosis,IPH)合并有肺出血和急性呼吸衰竭入院，给予机械通气后氧合进行性恶化，遂行ECMO辅助治疗，同时给予甲泼尼龙冲击治疗原发病后治愈出院［44］，说明ECMO在IPH患儿合并严重肺出血时具有巨大的潜在治疗作用，同时可为不明原因肺出血患儿的肺活检创造条件。美国学者报道1例14岁儿童因系统性红斑狼疮(systemic lupus erythematosus,SLE)并发弥漫性肺泡出血(diffuse alveolar hemorrhage,DAH)导致严重的呼吸衰竭，给予VV-ECMO辅助后手术切除右肺上叶和中叶，术后恢复良好，无神经系统及出凝血相关并发症发生［45］。英国学者报道2例成人抗中性粒细胞胞浆抗体(antineutrophil cytoplasmic antibody,ANCA)相关肺出血患者在常规机械通气时氧合难以维持，呼吸衰竭进行性加重，给予VV-ECMO辅助治疗后均治愈出院［46］。Finkel等［47］报道1例肉芽肿性多血管炎(granulomatosis with polyangiitis,GPA)患儿，因严重肺出血而给予VV-ECMO辅助治疗，辅助期间给予多次支气管镜检查清除气道内血凝块，最终好转出院。ELSO回顾性分析了2010—2020年10年间ECMO支持治疗抗中性粒细胞胞浆抗体相关血管炎(antineutrophil cytoplasmic antibody-associated vasculitis,AAV)患者的资料，共计135例患者，其中儿科患者34例，虽然50%的患儿合并有肺出血，但总体生存率高达76%，肺出血并没有增加患儿的病死率，说明无论是否存在肺出血，VV-ECMO可作为AAV诊断和治疗的支持“桥梁”［48］。除免疫性疾病相关肺出血外，目前临床实践发现在感染性疾病相关肺出血患者中ECMO辅助治疗同样安全有效。国内学者报道1例病毒性肺炎继发DAH患者，因严重的呼吸衰竭，对常规治疗无效，给予VV-ECMO辅助治疗后治愈［49］。大咯血是肺结核致命性并发症，常导致严重的呼吸衰竭，危及患者生命。Araki等［50］报道1例26岁男性肺结核患者因大咯血而出现严重呼吸衰竭，导致持续性低氧血症和呼吸性酸中毒，给予VV-ECMO辅助治疗后进一步予支气管动脉栓塞、支气管镜清除血凝块等治疗后好转出院。因此，基于目前临床实践，在传统治疗方法难以控制急性肺出血相关严重呼吸衰竭的情况下可以应用ECMO改善患儿氧合，为原发病的诊断争取时间，同时为原发病的治疗做好“桥梁”作用。
6 结语 随着ECMO技术的不断革新与发展，其应用领域也在不断扩大，VV-ECMO在气道内异物、气道内支架植入、癌性气道阻塞、外伤后严重肺损伤、NFA及PB相关急性呼吸衰竭、各种原因所致肺出血等领域的应用越来越多，为此类患儿的临床救治提供了新的思路，值得临床医师借鉴，但仍需多中心、大样本的临床研究来评价其安全性和有效性。