翻译：苏俊编辑：孙雁鸣
背景
体外二氧化碳去除(ECCO2R)是一项旨在使血液脱羧从而纠正高碳酸血症和呼吸性酸中*的技术。ECCO2R类似于体外膜氧合(ECMO)，但使用较低的血流量，通常小于mL/min。因此,这项技术对血液氧合的影响很小或没有影响。最初,ECCO2R被研发用于治疗ARDS的患者，但随着该技术的医院的应用，ECCO2R被建议作为高碳酸血症呼吸功能不全病例的治疗选择，无论是在COPD的急性和严重失代偿期，还是在ARDS中，以实现小潮气量机械通气。在这篇文献回顾中，我们将讨论与高碳酸呼吸衰竭相关的病理生理学知识，ECCO2R技术的原理以及在治疗ARDS和急性严重失代偿期COPD中的地位。
ECCO2R:从应用生理学到临床研究
ECCO2R治疗慢性阻塞性肺疾病急性加重期（AECOPD）的病理生理学基础
血液中二氧化碳的含量高于氧气的含量。CO2主要以碳酸氢盐的形式存在于血液中，也有少量以溶解形式存在，而O2主要与血红蛋白结合。二氧化碳分压（PaCO2）的微小变化会导致血液中CO2水平的显著变化，这与氧分压与血氧含量之间的关系不同。因此,只要有足够的新鲜血液流经交换膜，可用比体外膜氧合更低的血流速度来实现二氧化碳的清除。ECCO2R的目的是消除血液中的CO2以对抗高碳酸血症和相关酸中*的潜在不利影响。高碳酸血症会增加脑血流量，从而增加颅内压，造成以脑损害为主的肺外损害。此外，在肺部高碳酸血症会导致肺血管收缩，增加右心室后负荷，降低心肌收缩力，导致右心衰。同时，高碳酸血症酸中*可通过增加一氧化氮的产生和炎症以及改变肺泡上皮细胞而进一步损害肺部。最后，由于其免疫抑制特性，高碳酸血症可使肺部细菌感染加重而导致更严重的肺部损伤。在COPD急性加重期，由于肺的过度膨胀和通气血流比的恶化，肺部排出CO2减少并导致严重的高碳酸血症。此外，在COPD急性加重的患者中，由于呼吸肌作功增加和新陈代谢加剧，CO2的产量会比20~ml/min的正常值高出23%。因此，在慢性阻塞性肺病加重期间，减少机体的一部分二氧化碳可能会潜在地改善酸碱平衡，减少患者的呼吸作功，导致呼吸频率和肺泡通气量降低。故使用ECCO2R可以减少通气量和呼吸频率，从而延长呼气时间，使机体更好地适应呼吸系统的高呼气时间常数，而不是在已经过度膨胀的肺中，用IMV机械地增加肺泡通气以增加CO2的排出。通过这些生理机制ECCO2R可以遏制肺过度通气的恶性循环及其对呼吸和心血管的损害。通过对呼吸力学、呼吸肌肉效率、呼吸和心血管功能等方面的有益作用可以改善气体交换，缓解呼吸困难，潜在地防止NIV的失败或有助于IMV脱机。使用ECCO2R治疗AECOPD的病理生理学基础如图1所示。
ECCO2R治疗急性呼吸窘迫综合征（ARDS）的病理生理学基础
近几十年来，对ARDS病理生理学的认识取得了重要进展。对呼吸机相关性肺损伤(VILI)的认识导致这些患者的通气管理发生了巨大变化。ARDSNet小组进行的对照试验表明，使用小潮气量(VT)为6mL/kg(vs.12mL/kg)通气的ARDS患者可显著降低死亡率。然而，最近的研究结果显示，尽管采用了所谓的“保护性”通气策略，仍有大约30%的ARDS患者发生肺过度膨胀。这一分析表明，即使对于已经处于平台压(Pplat)30cmH2O的患者，减少潮气量也是有益的。VT和Pplat的降低也会降低驱动压力，驱动压力最近被认为是ARDS患者死亡的主要危险因素。将VT降低到低于6ml/kg以达到低Pplat水平可引起严重的高碳酸血症，高碳酸血症可使颅内压升高，引起肺动脉高压，心肌收缩力降低，肾血流减少，并释放内源性儿茶酚胺。在最近的一项对35例氧合指数（PaO2/FiO2）≤mmHg的ARDS患者的多中心研究中,Richard等人将VT降至4ml/kg，并进一步调整呼吸频率(RR)以保持pH≥7.20。呼吸频率增加到40次/分钟。在第2天，VT从6.0[5.9-6.1]降至4.1[4.0-4.7]ml/kg，驱动压力从12[9-15]降至8[6-11]cmH2O。他们的结论是:大约2/3的中重型ARDS患者可应用超低潮气量通气，2例(6%)患者出现急性肺心病，11例(32%)患者出现一过性重度酸中*（pH7.15）。驱动压力的中位数已降低到4cmH2O，代价是一过性的严重酸中*。因此，这一策略对于大多数采用常规IMV的ARDS患者是不可行的。因此,使用ECCO2R可使VT6ml/kg，从而在不升高PaCO2且维持PH值在生理标准内的同时降低Pplat、驱动压力和机械功率。
技术原理
实施这项技术需要置入导管或套管ECCO2R有两种操作方式，第一种是所谓的动脉-静脉技术，在股动脉和股静脉中分别置入15Fr型号导管，这种方式可以在没有泵的情况下清除二氧化碳，治疗时设备内的血流完全取决于患者的心输出量，所以治疗时患者的氧合情况差异较大，而交换膜1.3m2的表面积使它具有良好的的脱羧能力。第二种技术称为静脉-静脉技术，需要使用泵(图2)。静脉-静脉技术使用低或极低的血流量。目前ECCO2R多采用静脉-静脉技术，使用滚轮泵、离心泵、斜压泵、电动泵或电磁泵。图3显示了不同ECCO2R系统的示意图。
气体交换膜是一种由中空纤维构成的具有复杂几何结构的装置。所使用的材料是聚-4-甲基-1-戊烯(PMP)。静脉-静脉系统的交换表面大小从0.32到0.65m2不等，动脉-静脉系统采用交换膜的表面积一般为1.3m2。交换膜和管路表面都涂抹了肝素以获得更好的生物相容性，以便更好的气体交换和更少的毛细血管渗漏。二氧化碳的清除是通过不含二氧化碳的新鲜气体(O2或医用空气)进行。目前用于清除二氧化碳的系统一般采用静脉-静脉技术，使用双腔静脉导管/套管。经典的静脉入路是超声引导下置入右颈内静脉或股静脉。导丝和套管的放置需要经食管或剑骨下经胸超声心动图控制(图4)。
抗凝治疗是必须的(维持抗Xa活性在0.3~0.6IU/L之间)，以避免管路中血栓形成。因此，任何有抗凝治疗禁忌症的患者都不能从ECCO2R中获益。目前市面上有不同类型的机器。由VV-ECMO改造而来的设备对清除二氧化碳非常有效，但需要在置入18~19Fr型号导管以使血流量在~ml/min之间。最新的ECCO2R设备使用起来相对简单，因为它们只需要插入更小的双腔插管(最高13~15Fr)，并且工作时的血流量非常低(0.2~0.5L/min)，但清除CO2的效率有限。
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浙大杭州市一重症
