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【摘要】 目的 探讨体外膜肺氧合(ECMO)治疗重症急性呼吸窘迫综合征(ARDS)期间的氧代谢、乳酸水平的变化与预后的关系。方法 回顾性分析17例机械通气效果不佳、应用体外膜肺氧合治疗的急性呼吸窘迫综合征患者,以应用ECMO后30 d为观察终点,分为存活组和死亡组,统计分析治疗前后两组患者的氧代谢、血乳酸水平变化,分析各项指标与预后的关系。结果 应用体外膜肺氧合后,患者氧代谢情况明显改善,10例患者治愈,7例死亡。两组患者应用ECMO后氧供、氧耗均明显增加,存活组患者的氧摄取率基本维持在正常水平,乳酸水平呈下降趋势。死亡组患者的氧摄取率明显提高,乳酸水平未见明显下降。结论 体外膜肺氧合治疗重症急性呼吸窘迫综合征,氧摄取率维持在正常水平、乳酸水平逐渐下降提示预后良好。
【关键词】
体外膜肺氧合;急性呼吸窘迫综合征;氧代谢
The Relationship Between Oxygen Metabolism and Prognosis in Critical Acute Respiratory Distress Syndrome patients treated by Extracorporeal Membrane Oxygenation
XIAO Qianxia,ZHANG Zhigang,LI Binfei,et al.Department of Surgical Intensive Care Unit,Zhongshan City People’s Hospital,Zhongshan,528403,China.
【Abstract】 Objective To obtain oxygen metabolic parameters and lactic acid concentration in Acute Respiratory Distress Syndrome(ARDS)patients treated by Extracorporeal Membrane Oxygenation(ECMO),and to evaluate relationship between these variables and prognosis.Methods 17 ARDS patients treated by ECMO after failure of conventional ventilation therapy,were analyzed retrospectively.All the patients were divided into survival group and nonsurvival group according to the situation in the 30th day after ECMO.The oxygen metabolic paraters,lactic acid concentration were calculated and measured.Results 10 patients survived,7 died.Oxygen delivery(DO2),Oxygen consumption(VO2)were improved after ECMO in both groups.Oxygen extraction rate(ERO2)was mantained within normal range,lactic acid concentration decreased in survival group.ERO2 was improved,lactic acid concentration did not decreased in nonsurvival guoup.Conclusion In critical ARDS patients treated by ECMO,ERO2 within noumal range and decreasing trend in lactic acid concentration predict good prognosis.
【Key words】
Extracorporeal Membrane Oxygenation(ECMO);Acute Respiratory Distress Syndrome(ARDS);Oxygen Metabolism
DOI:10.3760/cma.j.issn 16738799.2010.01.04
基金項目:中山市科技局立项(项目编号:20071C018)
作者单位:528403广东省中山市人民医院
急性呼吸窘迫综合征(ARDS)是感染、创伤等诱发的全身炎症反应综合征在肺部的表现,是多器官功能功能障碍综合征的一个组成部分,晚期多并发多脏器功能衰竭,临床上常规的机械通气策略下ARDS的死亡率仍高达50%~70%[1]。应用体外膜肺氧合(ECMO)治疗机械通气效果不佳的重症ARDS患者能改善患者预后[2],本院于2006~2008年间,共应用体外膜肺氧合(ECMO)治疗机械通气效果不佳的重症ARDS患者17例。本文旨在探讨ECMO治疗期间氧代谢、乳酸水平变化与预后的关系。
1 资料与方法
1.1 一般资料 男12例,女5例,平均年龄(46.48±7.22)岁,原发病分别为重症胰腺炎6例,重症肺炎3例,多发伤8例,入院时急性生理与慢性健康评分(APACHEⅡ)17~42分,平均(25.4±8.6)分,全部病例均符合急性呼吸窘迫综合征的诊断标准[3,4]。
1.2 方法 所有患者均给予气管插管机械通气治疗,肺外器官功能支持,包括限制液体入量、营养代谢支持等,平均经过机械通气2.5 d,效果不佳,遂应用ECMO。采用Medtronic公司提供的Cameda肝素涂抹ECMO套装,管路预充生理盐水400 ml,预充液中加入20 mg肝素。17例患者均采用静脉动脉转流,转流途径为:股静脉→离心泵→膜肺→股动脉。持续应用肝素维持活化凝血时间(ACT)在160~200 s左右,流量2~4 L/min,血温维持在36.5℃~37.5℃。流量随血气分析结果调整。共转流3~8 d。转流期间检测动、静脉血气分析,血红蛋白,血小板,红细胞压积及出凝血指标,维持血红蛋白100 g/L以上,血小板维持40×109/L以上。转流期间采用保护性通气策略,常规检测穿刺置管侧下肢血运情况,撤离ECMO后继续给与机械通气治疗和肺外器官功能支持等综合治疗。
1.3 观察指标 全身氧代谢监测:穿刺左锁骨下静脉置入8F SwantGanz导管达肺动脉,利用多功能监测仪进行监测,分别于ECMO治疗前、治疗后1、8、24 h测定心率(HR)、心输出量(CO)等,计算心脏指数(CI)等。ECMO治疗前后经桡动脉抽取动脉血测定动脉血PH、血氧分压(PaO2)、二氧化碳分压(PaCO2)、血氧饱和度(SaO2)、血乳酸值,经肺动脉导管抽取混合静脉血,测定静脉血PH、血氧分压(PvO2)、二氧化碳分压(PvCO2)、血氧饱和度(SvO2),按公式计算动、静脉血氧含量(CaO2、CvO2)、氧输送指数(DO2)、氧耗指数(VO2)和氧摄取率(ERO2)。计算公式如下:
CaO2=Hb×1.36×SaO2+0.003PaO2;CvO2=Hb×1.36×SvO2+0.003PvO2;VO2=CI×(CaO2CvO2);DO2=CI×CaO2;ERO2=VO2/DO2。
1.4 统计学方法 数据处理 所有结果均以(x±s)表示,采用SPSS10.0统计软件包,假设检验方法包括方差分析,χ2检验,P<0.05为差异有显著性意义,P<0.01差异有非常显著意义。
2 结果
以ECMO治疗后30 d为观察终点,17例患者中10例存活,7例死亡,据此将患者分为存活和死亡两组。两组患者应用ECMO治疗后氧供、氧耗均明显升高(P<0.01),存活组氧摄取率治疗前后无明显变化(P>0.05),基本保持在正常范围,血乳酸值逐步降低(P<0.05),死亡组氧摄取率显著提高(P<0.05),血乳酸值未见明显下降(P>0.05)。两组患者ECMO治疗前及治疗后2、8、24 h氧代谢、血乳酸参数对照结果如下:
表1
治疗前后氧供比较(x±s)(ml•min1•m2)
治疗前治疗后2 h治疗后8 h治疗后24 h
存活组477.5±85.2580.5±10.5*680.6±12.0*668.8±9.4*
死亡组466.3±76.5560.1±5.4*637.7±6.2*645.4±3.1*
P值>0.05>0.05>0.05>0.05
注:与本组治疗前比较:*P<0.01
表2
治疗前后氧耗比较(x±s)(ml•min1•m2)
治疗前治疗后2 h治疗后8 h治疗后24 h
存活组140.7±19.2182.3±10.5*210.6±12.0*206.4±9.4*
死亡组160.3±41.5200.1±5.4*251.7±6.2*243.4±3.1*
P值>0.05>0.05>0.05>0.05
注:与本组治疗前比较:*P<0.01
表3
治疗前后氧摄取率比较(x±s,%)
治疗前治疗后2 h治疗后8 h治疗后24 h
存活组29.7±2.431.±10.5*32.6±12.0*30.8±9.4*
死亡组32±1.838.1±5.4●40.7±6.2●42.4±3.1●
P值>0.05<0.05<0.01<0.01
注:与本组治疗前比较:*P>0.05,●P<0.05
表4
治疗前后血乳酸比较(x±s)(mmol/L)
治疗前治疗后2 h治疗后8 h治疗后24 h
存活組7.08±2.46.68±2.2●6.14±2.5●4.89±1.4△
死亡组7.21±3.047.53±5.4*7.86±6.2*7.24±3.1*
P值>0.05<0.05<0.01<0.01
注:与本组治疗前比较:*P>0.05,●P<0.05,△P<0.01
3 讨论
ARDS是感染、创伤等导致MODS的一个重要组成部分,其治疗原则是纠正组织缺氧,提高全身氧输送,维持组织灌注,防止组织进一步损伤。自1971年Hill[5]首次应用ECMO治疗1例ARDS患者获得成功,ECMO治疗呼吸衰竭已有30多年历史,应用ECMO技术,机体的氧供不依赖于肺泡气体交换,能迅速改善全身组织的氧供状态,同时呼吸机参数可相应降低,减少气压伤、氧中毒的发生,减少机械通气对循环的影响,并给肺脏一个休息、恢复的时机,减少多脏器功能衰竭的发生率,降低ARDS患者的死亡率。最近十年,体外生命支持组织报道应用ECMO治疗严重呼吸衰竭,在新生儿中生存率大于80%,而成人中约50%~60%[6]。
正常状态下氧供和氧耗是相匹配的,即使氧供发生较大改变,氧耗仍可维持较恒定的水平。但在ARDS、感染、创伤等情况下,氧供增加或正常,氧耗仍保持恒定,当氧供降到临界值以下时,氧耗随氧供变化而变化,出现病理性依赖,此时说明机体氧供不足,存在氧债,是组织细胞的氧摄取与利用功能障碍,细胞对氧的需求增加而得不到满足的结果。氧供水平受血红蛋白浓度、动脉氧分压、动脉血氧饱和度、心排指数等因素的影响,其中任何一项的改变都可以导致氧供的变化。应用ECMO后,动脉氧分压、动脉血氧饱和度等指标不依赖于肺泡气体交换,通过人工膜肺的气体交换使动脉氧分压、动脉血氧饱和度迅速上升,从而使机体的氧供显著提高。而由于此时机体存在氧债,氧耗也同步升高。本研究显示,应用ECMO治疗后,存活组和死亡组患者的氧供、氧耗均明显增加,提示ECMO治疗可以显著提高氧供水平。
ERO2的升高常提示相对性氧供不足和氧耗增加,氧债持续存在。本研究显示,死亡组患者的ERO2随着氧供的升高而逐渐升高,说明氧债持续存在,其中1例患者在应用ECMO后O2ER下降,说明组织细胞对氧的摄取利用严重障碍,氧债得不到偿还,该患者最后死于多器官功能衰竭;存活组患者的O2ER则维持在相对正常水平,说明氧债逐渐偿还,各器官功能得以逐渐恢复。提示O2ER异常升高者预后欠佳。
组织缺氧,无氧代谢增加,血乳酸水平也会相应增高,血乳酸是反映组织缺氧的良好指标,存活组和死亡组的患者应用ECMO前血乳酸水平均明显高于正常值,提示组织始终处于缺氧状态,无氧代谢持续存在。存活组血乳酸水平存在下降趋势,死亡组血乳酸水平未见明显下降,提示死亡组患者处于严重高代谢状态,机体利用氧的能力远不能满足组织的氧需要量,氧债严重,最终发生多器官功能衰竭而死亡;存活组氧债较轻,脏器损伤小,当治疗产生作用后,氧债将逐步得到逆转,因而预后较好;提示血乳酸水平的变化趋势能较好的反映患者预后。
综上所述,ECMO治疗重症ARDS期间,ERO2维持在正常水平、血乳酸呈下降趋势者预后良好。但由于本文观察病例数尚少,未能全面反应氧代谢变化与预后的关系,确切结论尚待多中心临床试验进一步论证。
参考文献
[1] Richard S,Hotchkiss E,Trene E,et al.The pathophysiology and treatment of sepsis.The New England Journal of Medcine,2003,2(348)138150.
[2] 肖倩霞,张志刚,李斌飞,等.体外膜肺氧合治疗重症急性呼吸窘迫综合征的临床研究.中国医师进修杂志,2006,29(5):2325.
[3] Bemard GR,Artigas A,Brigham KL,et al.The American European SensusConference ARDS:definitions,mechanisms,relevant outcomes,and clinical trial coordination.AM J respir Crit Care Med,1994,149(3):818824.
[4] 中华医学会呼吸病学分会.急性肺损伤/急性呼吸窘迫综合征的诊断标准.中华结核和呼吸杂志,2000,23(4):203.
[5] Hill JD.Prolonged extracorporeal oxygenation for acute posttrauma respiratory failure(shock lung syndrome).N Engl J Med,1972,286:629.
[6] Kolla S,Awad S,Rich PB,et al.Extracorporeal life support for 100 adult patients withsevere respiratory failure.Ann Surg,1997,226(4):54464.
【关键词】
体外膜肺氧合;急性呼吸窘迫综合征;氧代谢
The Relationship Between Oxygen Metabolism and Prognosis in Critical Acute Respiratory Distress Syndrome patients treated by Extracorporeal Membrane Oxygenation
XIAO Qianxia,ZHANG Zhigang,LI Binfei,et al.Department of Surgical Intensive Care Unit,Zhongshan City People’s Hospital,Zhongshan,528403,China.
【Abstract】 Objective To obtain oxygen metabolic parameters and lactic acid concentration in Acute Respiratory Distress Syndrome(ARDS)patients treated by Extracorporeal Membrane Oxygenation(ECMO),and to evaluate relationship between these variables and prognosis.Methods 17 ARDS patients treated by ECMO after failure of conventional ventilation therapy,were analyzed retrospectively.All the patients were divided into survival group and nonsurvival group according to the situation in the 30th day after ECMO.The oxygen metabolic paraters,lactic acid concentration were calculated and measured.Results 10 patients survived,7 died.Oxygen delivery(DO2),Oxygen consumption(VO2)were improved after ECMO in both groups.Oxygen extraction rate(ERO2)was mantained within normal range,lactic acid concentration decreased in survival group.ERO2 was improved,lactic acid concentration did not decreased in nonsurvival guoup.Conclusion In critical ARDS patients treated by ECMO,ERO2 within noumal range and decreasing trend in lactic acid concentration predict good prognosis.
【Key words】
Extracorporeal Membrane Oxygenation(ECMO);Acute Respiratory Distress Syndrome(ARDS);Oxygen Metabolism
DOI:10.3760/cma.j.issn 16738799.2010.01.04
基金項目:中山市科技局立项(项目编号:20071C018)
作者单位:528403广东省中山市人民医院
急性呼吸窘迫综合征(ARDS)是感染、创伤等诱发的全身炎症反应综合征在肺部的表现,是多器官功能功能障碍综合征的一个组成部分,晚期多并发多脏器功能衰竭,临床上常规的机械通气策略下ARDS的死亡率仍高达50%~70%[1]。应用体外膜肺氧合(ECMO)治疗机械通气效果不佳的重症ARDS患者能改善患者预后[2],本院于2006~2008年间,共应用体外膜肺氧合(ECMO)治疗机械通气效果不佳的重症ARDS患者17例。本文旨在探讨ECMO治疗期间氧代谢、乳酸水平变化与预后的关系。
1 资料与方法
1.1 一般资料 男12例,女5例,平均年龄(46.48±7.22)岁,原发病分别为重症胰腺炎6例,重症肺炎3例,多发伤8例,入院时急性生理与慢性健康评分(APACHEⅡ)17~42分,平均(25.4±8.6)分,全部病例均符合急性呼吸窘迫综合征的诊断标准[3,4]。
1.2 方法 所有患者均给予气管插管机械通气治疗,肺外器官功能支持,包括限制液体入量、营养代谢支持等,平均经过机械通气2.5 d,效果不佳,遂应用ECMO。采用Medtronic公司提供的Cameda肝素涂抹ECMO套装,管路预充生理盐水400 ml,预充液中加入20 mg肝素。17例患者均采用静脉动脉转流,转流途径为:股静脉→离心泵→膜肺→股动脉。持续应用肝素维持活化凝血时间(ACT)在160~200 s左右,流量2~4 L/min,血温维持在36.5℃~37.5℃。流量随血气分析结果调整。共转流3~8 d。转流期间检测动、静脉血气分析,血红蛋白,血小板,红细胞压积及出凝血指标,维持血红蛋白100 g/L以上,血小板维持40×109/L以上。转流期间采用保护性通气策略,常规检测穿刺置管侧下肢血运情况,撤离ECMO后继续给与机械通气治疗和肺外器官功能支持等综合治疗。
1.3 观察指标 全身氧代谢监测:穿刺左锁骨下静脉置入8F SwantGanz导管达肺动脉,利用多功能监测仪进行监测,分别于ECMO治疗前、治疗后1、8、24 h测定心率(HR)、心输出量(CO)等,计算心脏指数(CI)等。ECMO治疗前后经桡动脉抽取动脉血测定动脉血PH、血氧分压(PaO2)、二氧化碳分压(PaCO2)、血氧饱和度(SaO2)、血乳酸值,经肺动脉导管抽取混合静脉血,测定静脉血PH、血氧分压(PvO2)、二氧化碳分压(PvCO2)、血氧饱和度(SvO2),按公式计算动、静脉血氧含量(CaO2、CvO2)、氧输送指数(DO2)、氧耗指数(VO2)和氧摄取率(ERO2)。计算公式如下:
CaO2=Hb×1.36×SaO2+0.003PaO2;CvO2=Hb×1.36×SvO2+0.003PvO2;VO2=CI×(CaO2CvO2);DO2=CI×CaO2;ERO2=VO2/DO2。
1.4 统计学方法 数据处理 所有结果均以(x±s)表示,采用SPSS10.0统计软件包,假设检验方法包括方差分析,χ2检验,P<0.05为差异有显著性意义,P<0.01差异有非常显著意义。
2 结果
以ECMO治疗后30 d为观察终点,17例患者中10例存活,7例死亡,据此将患者分为存活和死亡两组。两组患者应用ECMO治疗后氧供、氧耗均明显升高(P<0.01),存活组氧摄取率治疗前后无明显变化(P>0.05),基本保持在正常范围,血乳酸值逐步降低(P<0.05),死亡组氧摄取率显著提高(P<0.05),血乳酸值未见明显下降(P>0.05)。两组患者ECMO治疗前及治疗后2、8、24 h氧代谢、血乳酸参数对照结果如下:
表1
治疗前后氧供比较(x±s)(ml•min1•m2)
治疗前治疗后2 h治疗后8 h治疗后24 h
存活组477.5±85.2580.5±10.5*680.6±12.0*668.8±9.4*
死亡组466.3±76.5560.1±5.4*637.7±6.2*645.4±3.1*
P值>0.05>0.05>0.05>0.05
注:与本组治疗前比较:*P<0.01
表2
治疗前后氧耗比较(x±s)(ml•min1•m2)
治疗前治疗后2 h治疗后8 h治疗后24 h
存活组140.7±19.2182.3±10.5*210.6±12.0*206.4±9.4*
死亡组160.3±41.5200.1±5.4*251.7±6.2*243.4±3.1*
P值>0.05>0.05>0.05>0.05
注:与本组治疗前比较:*P<0.01
表3
治疗前后氧摄取率比较(x±s,%)
治疗前治疗后2 h治疗后8 h治疗后24 h
存活组29.7±2.431.±10.5*32.6±12.0*30.8±9.4*
死亡组32±1.838.1±5.4●40.7±6.2●42.4±3.1●
P值>0.05<0.05<0.01<0.01
注:与本组治疗前比较:*P>0.05,●P<0.05
表4
治疗前后血乳酸比较(x±s)(mmol/L)
治疗前治疗后2 h治疗后8 h治疗后24 h
存活組7.08±2.46.68±2.2●6.14±2.5●4.89±1.4△
死亡组7.21±3.047.53±5.4*7.86±6.2*7.24±3.1*
P值>0.05<0.05<0.01<0.01
注:与本组治疗前比较:*P>0.05,●P<0.05,△P<0.01
3 讨论
ARDS是感染、创伤等导致MODS的一个重要组成部分,其治疗原则是纠正组织缺氧,提高全身氧输送,维持组织灌注,防止组织进一步损伤。自1971年Hill[5]首次应用ECMO治疗1例ARDS患者获得成功,ECMO治疗呼吸衰竭已有30多年历史,应用ECMO技术,机体的氧供不依赖于肺泡气体交换,能迅速改善全身组织的氧供状态,同时呼吸机参数可相应降低,减少气压伤、氧中毒的发生,减少机械通气对循环的影响,并给肺脏一个休息、恢复的时机,减少多脏器功能衰竭的发生率,降低ARDS患者的死亡率。最近十年,体外生命支持组织报道应用ECMO治疗严重呼吸衰竭,在新生儿中生存率大于80%,而成人中约50%~60%[6]。
正常状态下氧供和氧耗是相匹配的,即使氧供发生较大改变,氧耗仍可维持较恒定的水平。但在ARDS、感染、创伤等情况下,氧供增加或正常,氧耗仍保持恒定,当氧供降到临界值以下时,氧耗随氧供变化而变化,出现病理性依赖,此时说明机体氧供不足,存在氧债,是组织细胞的氧摄取与利用功能障碍,细胞对氧的需求增加而得不到满足的结果。氧供水平受血红蛋白浓度、动脉氧分压、动脉血氧饱和度、心排指数等因素的影响,其中任何一项的改变都可以导致氧供的变化。应用ECMO后,动脉氧分压、动脉血氧饱和度等指标不依赖于肺泡气体交换,通过人工膜肺的气体交换使动脉氧分压、动脉血氧饱和度迅速上升,从而使机体的氧供显著提高。而由于此时机体存在氧债,氧耗也同步升高。本研究显示,应用ECMO治疗后,存活组和死亡组患者的氧供、氧耗均明显增加,提示ECMO治疗可以显著提高氧供水平。
ERO2的升高常提示相对性氧供不足和氧耗增加,氧债持续存在。本研究显示,死亡组患者的ERO2随着氧供的升高而逐渐升高,说明氧债持续存在,其中1例患者在应用ECMO后O2ER下降,说明组织细胞对氧的摄取利用严重障碍,氧债得不到偿还,该患者最后死于多器官功能衰竭;存活组患者的O2ER则维持在相对正常水平,说明氧债逐渐偿还,各器官功能得以逐渐恢复。提示O2ER异常升高者预后欠佳。
组织缺氧,无氧代谢增加,血乳酸水平也会相应增高,血乳酸是反映组织缺氧的良好指标,存活组和死亡组的患者应用ECMO前血乳酸水平均明显高于正常值,提示组织始终处于缺氧状态,无氧代谢持续存在。存活组血乳酸水平存在下降趋势,死亡组血乳酸水平未见明显下降,提示死亡组患者处于严重高代谢状态,机体利用氧的能力远不能满足组织的氧需要量,氧债严重,最终发生多器官功能衰竭而死亡;存活组氧债较轻,脏器损伤小,当治疗产生作用后,氧债将逐步得到逆转,因而预后较好;提示血乳酸水平的变化趋势能较好的反映患者预后。
综上所述,ECMO治疗重症ARDS期间,ERO2维持在正常水平、血乳酸呈下降趋势者预后良好。但由于本文观察病例数尚少,未能全面反应氧代谢变化与预后的关系,确切结论尚待多中心临床试验进一步论证。
参考文献
[1] Richard S,Hotchkiss E,Trene E,et al.The pathophysiology and treatment of sepsis.The New England Journal of Medcine,2003,2(348)138150.
[2] 肖倩霞,张志刚,李斌飞,等.体外膜肺氧合治疗重症急性呼吸窘迫综合征的临床研究.中国医师进修杂志,2006,29(5):2325.
[3] Bemard GR,Artigas A,Brigham KL,et al.The American European SensusConference ARDS:definitions,mechanisms,relevant outcomes,and clinical trial coordination.AM J respir Crit Care Med,1994,149(3):818824.
[4] 中华医学会呼吸病学分会.急性肺损伤/急性呼吸窘迫综合征的诊断标准.中华结核和呼吸杂志,2000,23(4):203.
[5] Hill JD.Prolonged extracorporeal oxygenation for acute posttrauma respiratory failure(shock lung syndrome).N Engl J Med,1972,286:629.
[6] Kolla S,Awad S,Rich PB,et al.Extracorporeal life support for 100 adult patients withsevere respiratory failure.Ann Surg,1997,226(4):54464.