高流量体外二氧化碳清除（ECCO2R）中引流插管位置与构型对再循环及体外脱羧效果的影响

《Journal of Artificial Organs》：Impact of draining cannula position and configuration under high-flow extracorporeal CO2 removal (ECCO2R) on recirculation and extracorporeal decarboxylation

　　

本研究的主要目标是论证高流量体外二氧化碳清除（ECCO2R）中引流插管位置及构型对再循环和体外脱羧的影响。这项单中心回顾性研究于2018年1月至2024年5月期间开展。所有接受高流量ECCO2R（体外血流量≥2 L/min）的患者均被纳入。四种构型均使用一台体外膜肺氧合（ECMO）设备、两根单腔插管以及同侧插管部位：中心引流构型（中心颈静脉-颈静脉和中心股静脉-股静脉）和远端引流构型（远端颈静脉-颈静脉和远端股静脉-股静脉）。研究人员评估了这些构型之间的再循环系数和CO2清除量。通过多变量混合线性模型研究了构型和再循环系数对CO2清除的影响。18名患者接受了高流量ECCO2R治疗。体外血流量（中位数2.6 L/min [IQR，2.0?2.6 L/min]）在各构型之间具有可比性（P=0.33），尽管在中心引流构型中观察到了高于2.5 L/min的数值。中位CO2清除量为110 mL(STPD)/min（IQR，83?149 mL(STPD)/min）。远端引流构型的再循环系数显著更高（分别为59% [IQR，51?71%]对比9% [IQR，15?22%]；P<0.001）。因此，远端引流构型的CO2清除量显著更低（分别为58 mL(STPD)/min [IQR，44?72 mL(STPD)/min]对比122 mL(STPD)/min [IQR，96?159 mL(STPD)/min]；P=0.003）。在多变量分析中，远端引流构型和高再循环系数均与CO2清除量减少显著相关（P<0.001）。研究人员评估了使用单腔插管允许中心或远端引流的四种不同高流量ECCO2R构型。中心引流构型提供了更好的血流动力学条件和更低的再循环，从而实现了更好的体外脱羧效果。

论文解读

研究背景与目的

体外二氧化碳清除（ECCO₂R）作为一种重症监护治疗手段，自20世纪70年代末首次被描述以来，临床应用仍相对有限。长期高碳酸血症已被证实具有多种有害效应。ECCO₂R在急性呼吸衰竭（ARF）的救治管理中可能发挥重要作用，尤其是在急性呼吸窘迫综合征（ARDS）患者中，可允许采用更低强度的机械通气和超保护性肺通气策略，从而减少呼吸机相关性肺损伤。此外，ECCO₂R还可减少或避免慢性阻塞性肺疾病（COPD）急性加重或低通气相关呼吸衰竭患者的气管插管需求。

早期的ECCO₂R基于无泵的动-静脉体外肺辅助系统，现已转向静脉-静脉离心泵或对角旋转泵，产生不同的压力和流量模式。设备、导管直径和构型的差异导致了血流动力学条件和脱羧性能的显著差异。体外脱羧的主要决定因素已被证实包括吹扫气流速、氧合器表面积、固有特性以及入口二氧化碳（CO₂）含量。再循环现象也可能对脱羧产生显著影响，但设备和构型的广泛多样性阻碍了对其影响的论证。近期，体外血流量被强调为体外脱羧的另一个主要决定因素，从而区分了低流量和高流量ECCO₂R系统。近期试验支持只有使用高流量的静脉-静脉ECCO₂R设备才能成功管理严重呼吸性酸中毒或显著降低机械通气参数的观点。

插管的种类、直径以及引流插管的定位对ECCO₂R治疗中的体外泵流量和脱羧剂量有重大影响。然而，这些不同参数尚未被直接研究以确定其对体外脱羧及其临床后果的影响。此外，单腔插管和中心定位在此背景下的研究甚少。因此，评估不同高流量ECCO₂R构型下的血流动力学参数和脱羧效果，并研究引流插管位置对再循环和体外脱羧的具体影响，具有重要的临床意义。

研究设计与方法

该研究为单中心回顾性研究，在蒙彼利埃Lapeyronie大学医院重症监护病房进行，时间跨度为2018年1月至2024年5月。研究经当地伦理委员会批准。纳入标准为研究期间在该病房接受高流量ECCO₂R（体外血流量≥2.0 L/min）治疗的所有需要体外呼吸支持的患者。排除标准包括年龄小于18岁、妊娠或正在接受司法保护。最终共纳入17名患者进行分析。

高流量ECCO₂R使用ECMO设备（CardioHelp HLS 5.0氧合器[Maquet?；表面积1.3 m²]或X-Lung? 230氧合器[Novalung?；表面积1.9 m²]）和两根单腔插管（3/8″接口）置于同一穿刺部位（同侧插入）。根据插入部位和引流插管位置定义了四种ECCO₂R构型：中心引流构型（中心颈静脉-颈静脉和中心股静脉-股静脉）和远端引流构型（远端颈静脉-颈静脉和远端股静脉-股静脉）。构型的选择由临床医生根据不同标准自行决定。股-股构型是清醒自主呼吸患者的一线选择，而颈-颈构型是通气患者的一线选择。所有引流插管在远端10厘米段均具有多级侧孔，除远端颈静脉-颈静脉构型外。最小体外泵流量设定为2.0 L/min。

数据从医疗记录和重症监护病房记录中回顾性提取。体外CO₂清除量通过标准公式计算，考虑体外循环入口和出口之间CO₂含量的差异乘以血流量。再循环系数通过公式计算：(S_inO₂–SvO₂)/(S_outO₂–SvO₂)，其中SvO₂采用先验值65%。统计分析采用线性混合模型，考虑数据的配对性质。多变量线性混合回归模型用于评估构型和再循环对体外脱羧的影响。

研究结果

患者特征与ECCO₂R构型：17名研究患者的中位年龄为51岁（IQR，43?59岁），13名（76%）为男性。住院原因包括COPD急性加重（5/17，29%）、严重创伤（5/17，29%）、病毒性肺部感染（3/17，18%）、细菌性肺炎（2/17，12%）或其他病因（2/17，12%）。入院时中位SAPS II评分为41（IQR，27?71）。初始高流量ECCO₂R构型分布为：11名（65%）为中心颈静脉-颈静脉，2名（12%）为远端颈静脉-颈静脉，3名（18%）为中心股静脉-股静脉，1名（5%）为远端股静脉-股静脉。因此，14名（82%）为中心引流构型，3名（18%）为远端引流构型。

血流动力学参数与ECCO₂R构型：队列中位体外血流量为2.6 L/min（IQR，2.0?2.6 L/min），各构型间无显著差异（P=0.34）。然而，中心引流构型中观察到更高的体外血流量，所有值均高于2.5 L/min。入口压力在中心引流构型中倾向于低于远端引流构型（P=0.09）。出口压力在股-股构型中显著更高（P<0.003）。队列中位S_inO₂为69%（IQR，67?72%），揭示中位再循环系数为18%（IQR，9?30%）。远端引流构型的S_inO₂和再循环系数显著高于中心引流构型：分别为79%（IQR，84?90%）对比68%（IQR，67?71%；P<0.001）和59%（IQR，51?71%）对比9%（IQR，15?22%；P<0.001）。考虑再循环现象后，远端引流构型的有效体外血流量显著低于中心引流构型（0.9 L/min [IQR，0.6?1.1 L/min]对比2.1 L/min [IQR，1.7?2.4 L/min]，P<0.001），尤其是远端股-股构型，其中位值为0.5 L/min（IQR，0.4?0.8 L/min）。

再循环与CO₂清除：队列中位CO₂清除量为110 mL(STPD)/min（IQR，83?149 mL(STPD)/min）。远端引流构型的CO₂清除量显著低于中心引流构型（58 mL(STPD)/min [IQR，44?72 mL(STPD)/min]对比122 mL(STPD)/min [IQR，96?159 mL(STPD)/min]，P=0.003）。高再循环系数值与较低的CO₂清除量相关（P<0.001）。当再循环系数达到35%或更高时，未观察到任何CO₂清除量值超过100 mL(STPD)/min。多变量线性混合回归分析显示，对于给定的脱羧指数，ECCO₂R构型和再循环系数均可能显著改变CO₂清除量（P<0.001）。每增加一个单位的脱羧指数，远端引流构型下的CO₂清除量增加幅度比中心引流构型低5.2倍（P<0.001）。与中心颈静脉-颈静脉构型相比，每单位脱羧指数的CO₂清除量在其他构型下显著更低：中心股-股构型为?0.3 mL(STPD)/min（CI 95% ?1.3?0.7 mL(STPD)/min；P=0.60），远端颈-颈构型为?3.2 mL(STPD)/min（CI 95% ?4.4??2.1 mL(STPD)/min；P<0.001），远端股-股构型为?5.2 mL(STPD)/min（CI 95% ?7.0??3.4 mL(STPD)/min；P<0.001）。

ECCO₂R撤机、特定并发症与结局：ECCO₂R植入后，2名患者因迟发性难治性低氧血症需要VV-ECMO支持。总体而言，14名患者（82%）成功脱离体外呼吸支持，3名（17%）在接受高流量ECCO₂R治疗期间死亡。中位高流量ECCO₂R支持持续时间为8天（IQR，3.5–13.5天）。未观察到重大插管事件或局部感染。9名患者（53%）被诊断有一个或多个血栓栓塞事件，均发生在中心引流构型患者中，表现为插管相关深静脉血栓。未观察到肺栓塞或感染性血栓性静脉炎。

讨论与结论

该研究报道了17名ICU患者接受高流量ECCO₂R治疗的四种不同构型的临床经验。所有构型均使用ECMO设备、大表面积氧合器（1.3或1.9 m²）和两根同侧插入的单腔ECMO插管，使所有病例都能达到高于2 L/min的体外血流量并实现一致的CO₂清除。中心引流构型被证明具有低再循环现象，导致体外脱羧的改变较小。相比之下，远端引流构型具有更高的再循环系数和更低的体外血流量，导致体外脱羧的显著改变。远端引流构型中没有任何CO₂清除量值达到110 mL(STPD)/min，这解释了当需要显著脱羧剂量时这些构型的潜在临床局限性。

研究结果表明，体外血流量虽是保证ECCO₂R支持下脱羧剂量的关键决定因素，但优化该参数并不足够。CO₂清除量直接受到构型类型以及再循环系数大小的影响。当再循环系数低时（本队列中<35%），未观察到可见的临床后果。远端引流构型与本队列中的高再循环系数明确相关，降低了其清除CO₂的能力。研究人员假设远端引流构型与临床实践中大多数ECCO₂R构型中使用的单根双腔插管具有相似特征。远端引流构型性能不佳的可能解释包括：下腔静脉或上腔静脉远端的体外引流血流动力学条件不佳，阻抗增加；远端静脉血回流较低，使来自体外回输的血液引流比例迅速占主导，导致高体外再循环和有效体外血流量减少；高再循环引起的入口CO₂含量降低减少了CO₂跨膜扩散的潜力。

该研究显示了ECCO₂R治疗中通过使用两根单腔插管实现引流和回输区域分离的相关性。中心引流插管提供更有效的静脉引流并捕获更大比例的富含CO₂的血液。中心颈静脉-颈静脉构型遵循下腔静脉至右心房路径，这是VV-ECMO下最常用的路径，在减少再循环和优化引流条件方面具有最佳性能。然而，颈-颈入路在ECCO₂R植入期间存在若干局限性，包括需要镇静和更长的放置时间。中心股-股构型在患者中被证明可靠，提供高且稳定的体外血流量和可接受的再循环，在清醒患者中似乎更易实施。

研究中报道的唯一与ECCO₂R相关的严重不良事件是高发生率的深静脉血栓，主要发生在颈静脉部位。中心引流构型患者中有三分之二被诊断有深静脉血栓。这些不良事件未在本队列中引起后果，但引发了关于该技术风险-获益比的问题。研究人员推测抗凝策略可能不足，建议应针对更高程度的低凝状态。同侧放置的选择可能通过改变静脉血流影响血栓形成。这些插管相关深静脉血栓由拔管时内皮损伤激活凝血级联反应产生。

该研究存在若干局限性：单中心回顾性设计，患者数量有限，提供有限的推广性和安全性分析效力不足；各组间基线特征无法可靠确定；组间明显不平衡限制了对远端引流性能的可靠评估；远端构型数量少可能反映了先前的临床偏好，构成选择偏倚；分析仅聚焦于ECCO₂R治疗的前72小时；SvO₂值先验确定为65%可能引起分类偏倚；研究未涉及临床结局；使用了两种不同膜表面积的氧合器；研究期间可能发生轻微的设计更新或制造变异性。

结论：该研究报告了使用ECMO设备、两根单腔插管和同侧插管的四种不同高流量ECCO₂R治疗构型的可行且有效的临床经验。这一技术选择使得引流和回输区域得以分离。引流插管因此可以被精确地放置在中心或远端位置。中心引流构型展示了更高的体外泵流量和低体外再循环，从而实现了更好的CO₂清除性能。相比之下，远端引流构型与通常的单根双腔插管相对相似，似乎与高再循环现象相关，导致脱羧的显著改变。