体外膜肺氧合在普胸外科手术中的应用及进展

体外膜肺氧合（extracorporeal membrane oxygenation，ECMO）是一种体外生命支持技术，可将静脉血从体内引到体外，经氧合器氧合后，再由驱动泵将血液泵入体内，可提供呼吸支持及血流动力学支持^[1]。ECMO 由氧合器、驱动泵、动静脉导管及管路等部分组成。ECMO 有两种基本模式：静脉-静脉 ECMO 模式（venovenous ECMO，VV ECMO）和静脉-动脉 ECMO 模式（venoarterial ECMO，VA ECMO）。VV ECMO 将静脉血从体内引到体外，经氧合器氧合后泵入体内静脉，只可提供呼吸支持。VA ECMO 则将静脉血氧合后泵入体内动脉，可同时提供呼吸支持及血流动力学支持。 因此，ECMO 可替代全部或部分的肺功能，也可替代部分心功能。

两项随机对照临床试验包括2009 年的 CESAR 试验（conventional ventilatory support vs. extracorporeal membrane oxygenation for severe adult respiratory failure，CESAR）和 2018 年的 EOLIA 试验（extracorporeal membrane oxygenation for severe acute respiratory distress syndrome，EOLIA），奠定了 ECMO 在急性呼吸窘迫综合征（acute respiratory distress syndrome，ARDS）急性期治疗的基础^[2-3]。CESAR 试验纳入 180 例 ARDS 患者，随机分为 ECMO 治疗组和常规治疗组，结果显示 ECMO 治疗组 6 个月无残疾生存率（63%）显著高于常规治疗组（47%）^[2]。EOLIA 试验纳入 249 例 ARDS 患者，随机分为 ECMO 治疗组和常规治疗组，由于中期分析提示 ECMO 治疗对于 ARDS 更加有效，试验提前终止。尽管 EOLIA 试验的结果未达到统计学差异，但 ECMO 治疗组 60 d 死亡率（35%）低于常规治疗组（46%）^[3]。

除了肺移植及部分气管外科手术外，大部分胸外科手术并没有常规应用 ECMO。ECMO 在 ARDS 治疗中展现显著优势的同时，随着 ECMO 氧合器、驱动泵及肝素涂层管路技术的发展，ECMO 安全性提高。ECMO 作为一种心肺体外生命支持技术，逐渐在胸外科的麻醉和手术中应用越来越广泛^[4-5]。以下分别对 ECMO 在气管、隆突及肺部手术、纵隔手术、食管手术、肺移植手术中的应用及进展进行介绍。

1   体外膜肺氧合在气管、隆突及肺部手术中的应用及进展

对于气管切除重建手术，其难点在于手术与麻醉两方面。第一，由于气管切除长度有限、纵向弹性差、气管软骨愈合能力差、气管节段性血液供给特性、周围紧邻心脏大血管等重要结构，同时没有成熟可靠的气管替代物等原因，给气管切除重建手术造成了困难。第二，麻醉方面，在气管开放情况下维持肺部持续供氧也是一个挑战。

尽管大部分气管外科手术不需要常规 ECMO 支持，但 ECMO 也会对气管切除重建提供便利。在常规气管外科手术中，切开气管时，需要将经口气管插管退至声门以下，同时将另一个气管插管或者高频通气导管插入远端气管对肺部进行持续供氧。这样就涉及到两个气管插管或者高频通气导管的操作，同时跨越手术术野，一方面对术者与麻醉师的配合要求较高，另一方面，跨手术视野通气会加大气管吻合难度，尤其对于气管后壁的吻合。因此，对于常规气管外科手术，应用 VV ECMO 可替代肺功能，保证患者的氧合和二氧化碳排出，手术过程中无需进行转换气管插管或者高频通气导管操作，术者可直接对气管进行开放，同时为吻合提供便利^[6]。

常规麻醉风险较大患者或复杂气管外科手术则需要 ECMO 支持。严重气管管腔狭窄患者，在诱导麻醉期间，或者经口插入气管插管时，可能发生急性呼吸道梗阻、缺氧和二氧化碳蓄积致心律失常或心跳骤停。因此，对于诱导麻醉有风险患者，可在清醒状态下建立 ECMO 支持，然后再行全身麻醉，进行气管手术^[5, 7]。复杂气管手术如气管食管瘘修补等，则需要 ECMO 进行支持，有助于保证围手术期患者安全，同时易于术中操作^[8]。

隆突切除重建、隆突伴肺切除并隆突重建手术，适用于部分谨慎选择的累及远端气管或近端主支气管的非小细胞肺癌、低度恶性肿瘤或者良性肿瘤患者，对胸外科手术技术要求较高。相比于常规气管插管跨手术视野通气，ECMO 可在保证患者的氧合和二氧化碳排出的前提下，提供清晰无遮挡的手术视野。因 ECMO 可增加手术暴露和手术安全，所以有可能提高恶性肿瘤的 R0 切除率，提高生存率。因隆突切除重建过程中，有可能挤压主动脉、肺动脉，造成血流动力学不稳定，可选择 VA ECMO 模式进行体外循环（cardiopulmonary bypass，CPB）支持。Lang 等^[9]报道了 10 例肺部恶性肿瘤患者在 VA ECMO 支持下行复杂气管支气管切除重建手术，其中 8 例患者接受隆突切除重建手术，2 例患者接受支气管肺动脉双袖状肺叶切除术。整体 R0 切除率 80%，无围手术期死亡及并发症发生。ECMO 除了可支持隆突切除重建手术外，还可以支持肺切除合并降主动脉或左心房部分切除手术。2021 年，Koryllos 等^[10]报道了单中心 ECMO 支持下累及隆突、降主动脉、左心房的复杂肺外科手术。其中 8 例患者在 VV ECMO 支持下行隆突伴肺切除并隆突重建手术，6 例患者在 VA ECMO 支持下行肺切除合并部分降主动脉切除，9 例患者在 VVA ECMO（经颈静脉、股静脉同时将血液引出，氧合后泵入股动脉）支持下行肺切除合并部分左心房切除。整体 R0 切除率 75%，无术中并发症发生。

ECMO 还可用于不能维持术中单肺通气的肺切除手术。大多数胸外科手术都需要通过双腔气管插管或支气管封堵器建立单肺通气，但当患者既往曾行肺切除术或肺功能不足以支持单肺通气，则不能单独使用常规气管插管或支气管封堵器进行手术。此时，ECMO 可全部或部分替代肺功能，为不能维持术中单肺通气的患者提供围手术期支持^[11]。既往全肺切除术后患者，因对侧肺出现异时性双原发癌、转移癌或肺大疱等，可在 ECMO 支持下行肺段切除术、楔形切除术或肺大疱切除术^[12-14]。严重肺气肿患者可在 ECMO 支持下行肺减容术^[15-16]。

2   体外膜肺氧合在纵隔手术中的应用及进展

巨大纵隔肿物可以压迫气管，导致气管狭窄，严重时患者可出现呼吸困难，进而插管困难。同时，纵隔肿物切除术前常规诱导麻醉，由于肌肉松弛和药物作用，纵隔肿物可能进一步压迫气管，并压迫血管和右心房造成血流动力学变化，造成急性呼吸道梗阻或心跳骤停。ECMO 根据模式不同，可提供呼吸支持及血流动力学支持。在 VA ECMO 支持下，1 例巨大纵隔肉瘤压迫气管患者顺利行纵隔肿物切除术，无严重并发症^[17]。同样，1 例巨大纵隔甲状腺滤泡性腺瘤患者和 1 例巨大纵隔血管瘤患者也顺利在 VV ECMO 支持下接受手术切除^[18-19]。

此外，对于纵隔肿物侵及上腔静脉需行上腔静脉置换患者，可行 ECMO 建立引流通路保证脑部血液回流。Zhang 等^[20]报道了 1 例胸腺瘤侵及左无名静脉和上腔静脉患者，在 ECMO 支持下顺利行胸腺瘤、部分心包、右肺上叶切除并上腔静脉置换术。术中经双侧颈内静脉将血液引出，氧合后泵入股静脉进行 ECMO 支持，从而保证了脑部血液回流。

3   体外膜肺氧合在食管手术中的应用及进展

ECMO 在食管外科中的应用报道较少。Schiff 等^[21]报道了 1 例 VV ECMO 支持下的食管癌切除术。患者为中上段食管癌，12 年前因肺癌接受左全肺切除术，术后接受放射治疗、化学治疗，在 VV ECMO 支持下分两期行三切口食管癌切除、胃代食管颈部吻合术。患者恢复顺利，无食管和肺部并发症。Xu 等^[22]报道了 1 例 VA ECMO 支持下的食管癌切除术。患者为下段食管癌，12 年前因肺癌接受左全肺切除术，在 VA ECMO 支持下顺利行右胸上腹两切口食管癌切除、胃代食管胸内吻合术。还有报道对于食管癌侵及气管患者，可在 VA ECMO 支持下行食管癌切除并气管部分切除重建术^[23]。综上，对于既往曾行肺切除术或肺功能不足以支持单肺通气，或者食管癌侵及气管患者，ECMO 可在麻醉和术中提供呼吸及循环支持，以利于手术进行。

4   体外膜肺氧合在肺移植手术中的应用及进展

ECMO 的使用贯穿于肺移植手术的围手术期^[24-25]。术前，ECMO 可以作为终末期肺疾病患者安全进行肺移植手术的桥接治疗。术中，ECMO 可以对肺移植患者进行临时心肺支持。术后，ECMO 可以作为原发性移植物功能障碍（primary graft dysfunction，PGD）的有效支持手段。

大部分肺移植患者不需要肺移植前的桥接治疗，但当患者出现难治性低氧血症、高碳酸血症或血流动力学不稳定时，ECMO 可作为肺移植患者的桥接治疗。VV ECMO 桥接治疗用于心功能正常，单纯合并难治性低氧血症、高碳酸血症的患者；VA ECMO 桥接治疗用于肺动脉高压或合并右心功能不全的患者。在肺移植的桥接治疗中，VV ECMO 更加普遍^[26]。2019 年，Hayanga 等^[27]研究了美国器官共享联合网络数据库中 2005—2017 年的肺移植患者数据。相比于 2005—2011 年，2012—2017 年接受 ECMO 桥接治疗的比例升高了 5 倍。随着 ECMO 技术发展，清醒 ECMO（awake ECMO）桥接治疗可以允许患者在清醒状态下等待肺移植手术，进一步，可移动 ECMO（ambulatory ECMO）桥接治疗允许患者在清醒的前提下进行活动^[28]。Fuehner 等^[29]比较了清醒 ECMO 桥接治疗和机械通气桥接治疗对于肺移植患者生存的影响，结果显示清醒 ECMO 桥接治疗患者在术后 6 个月生存率明显高于机械通气桥接治疗患者（80% vs. 50%，P=0.02）。与上述报道一致，Nosotti 等^[30]的研究显示清醒 ECMO 桥接治疗患者的 1 年生存率显著高于机械通气患者（85.7% vs. 50%）。同样，2020 年 Funamoto 等^[31]回顾性分析了美国器官共享联合网络数据库中 2010—2018 年的肺移植患者数据，结果发现清醒 ECMO 桥接治疗患者的生存显著优于机械通气桥接治疗［HR=1.63，95%CI（1.27，2.09），P<0.001］。

在肺移植手术中，大约 30%～40% 的患者血流动力学不稳定或者不能耐受单肺通气，需要使用 ECMO 或者CPB进行心肺辅助^[32]。Magouliotis 等^[33]系统性回顾了肺移植术中应用 ECMO 和 CPB 的文献。该 Meta 分析纳入 7 篇文献，共 785 例肺移植患者，结果显示相对于 CPB，在术中应用 ECMO 可以降低出血、肺部并发症、肾衰竭、PGD 发生率，降低机械通气的使用率，缩短重症监护及住院时间。相对于 VV ECMO，VA ECMO 可以提供血流动力学支持，同时降低移植肺的血流，减小移植肺的缺血-再灌注损伤，因此 VA ECMO 在肺移植手术中更加普遍^[34]。

对于移植肺功能差或肺动脉高压患者，可以将术中 ECMO 延续为术后 ECMO 治疗。Hoetzenecker 等^[35]比较分析了术中 ECMO 延续为术后 ECMO 治疗患者、单纯术中 ECMO 支持患者和术中未使用 ECMO 支持患者的资料。83.5% 患者接受了术中 ECMO 支持，其中 26.3% 患者因移植肺功能差或合并肺动脉高压，将术中 ECMO 延续为术后 ECMO 治疗。结果显示，与术中未使用 ECMO 支持患者相比，由术中 ECMO 延续为术后 ECMO 治疗患者的 1 年、3 年和 5 年生存率显著升高（84%、81%、76% vs. 82%、76%、74%）。

移植后进行 ECMO 治疗，还可作为 3 级 PGD 的有效支持手段。ECMO 可提供充足的氧合和二氧化碳排出，降低机械通气对于移植肺的损伤，用于肺血管舒张药物无效的严重低氧血症［动脉血氧分压（PO₂）/吸入氧气浓度（FiO₂）<100 mm Hg］。VV ECMO 和 VA ECMO 均可用于 PGD 的支持治疗，对于无血流动力学异常患者，优先选择 VV ECMO 支持治疗^[36]。相比于 VA ECMO 治疗 PGD 患者的 1 年和 5 年生存率分别为 40% 和 25%^[37]，Hartwig 等^[38]应用 VV ECMO 治疗 PGD 患者，1 年和 5 年生存率显著升高，分别为 64% 和 49%。

5   体外膜肺氧合在胸外伤患者中的应用及进展

ECMO 在胸外伤患者中的应用并不常规，需要综合考虑获益及风险。一方面，严重胸外伤患者，急诊手术后可合并呼吸功能或血流动力学障碍，需要心肺功能支持。另一方面，ECMO 治疗过程中使用肝素抗凝，使胸外伤患者出血风险增加。Jacobs 等^[39]研究了体外生命支持组织（Extracorporeal Life Support Organization，ELSO）数据库中 1998—2014 年应用 ECMO 进行心肺功能支持的钝性胸外伤患者数据。研究共纳入 85 例患者，应用 ECMO 的平均时间为（207.4±23.8）h，其中 63 例患者接受 VV ECMO。结果显示，74.1% 的患者顺利出院。29.4% 的患者合并出血并发症，其中 ECMO 插管部位出血并发症的发生率为 18.8%。多因素分析显示，使用 VV ECMO 和较短 ECMO 持续时间与患者生存显著相关。Mulder 等^[40]报道了 1 例 18 岁穿透性胸外伤患者成功应用 VV ECMO 治疗胸外伤术后 ARDS。

ECMO 氧合器、驱动泵及肝素涂层管路技术的发展，使 ECMO 的肝素用量减少，同时血栓发生风险降低。肝素减量、无肝素 ECMO 在胸外伤患者中的应用报道逐渐增加。2020 年，Sugiyama 等^[41]报道了 1 例 34 岁合并大咯血的钝性胸外伤患者，应用肝素减量 VV ECMO，成功止血并脱机出院，其中肝素减量 VV ECMO 的应用时间为 17 d。同年，Zhang 等^[42]报道了 1 例 22 岁合并肺部大出血的钝性胸外伤患者，应用无肝素 VV ECMO 与肺泡灌洗，成功止血并脱机出院，其中无肝素 VV ECMO 的应用时间为 9 d。

6   体外膜肺氧合相关并发症

根据 ELSO 建议，ECMO 相关并发症可分为患者机体相关并发症和 ECMO 机械系统并发症两大类^[43]。患者机体相关并发症包括出血、血栓栓塞、溶血、感染、肾功能不全、神经系统损伤等，其中以出血、血栓栓塞较为常见。患者接受 ECMO 治疗期间，一方面，需接受持续抗凝，同时可合并血小板及凝血功能障碍，因此出血发生率较高，约为 16%～56%。出血部位以手术部位或 ECMO 插管部位最为常见。对血小板计数和凝血功能进行持续监测与评估，可降低出血风险^[44]。另一方面，患者血液与 ECMO 氧合器、驱动泵和管路接触，血小板活性物质释放及凝血系统激活，使血栓栓塞风险增加。监测 ECMO 氧合器前后压力梯度、管路凝血征象及凝血功能，可降低血栓栓塞风险^[45]。ECMO 机械系统并发症包括与 ECMO 器材及管路相关的并发症，如氧合器功能异常、循环管道破裂、驱动泵异常等。随着 ECMO 氧合器、驱动泵及肝素涂层管路技术的发展，ECMO 机械系统并发症已逐渐减少。

7   总结

ECMO 作为一种体外生命支持技术，根据模式不同，可提供呼吸支持及血流动力学支持。ECMO 在 ARDS 治疗中展现的显著优势及其氧合器、驱动泵及肝素涂层管路等技术的发展，促进了其在胸外科围手术期中的应用探索。目前，ECMO 除了可用于肺移植的整个围手术期外，还可用于术中不能维持单肺通气，麻醉风险大，涉及气管、隆突、纵隔、食管等需要接受复杂胸外科手术的患者。随着 ECMO 技术的进步，其在普胸外科中的应用将会越来越广泛。

利益冲突：无。

作者贡献：程世钊撰写、修改文章；卢喜科撰写、修改文章，对文章的相关内容进行指导。