抽象
呼吸性酸中毒在严重肺衰竭的保护性通气过程中会成为一个严重的问题。用于体外二氧化碳清除的无泵动静脉介入肺辅助器(iLA)已越来越多地用于控制危急的呼吸情况。本研究旨在评估影响iLA疗效的因素,并计算其对气体交换的贡献。
在96例严重急性呼吸窘迫综合征,血液动力学参数,氧消耗和二氧化碳生产以及气体传送通过所述ILA一个队列进行分析。
结果表明血流显著依赖通过iLA装置对套管大小的影响(均数±)SD1.59±0.52 L·分钟-1for 15 French (Fr), 1.94±0.35 L·min-1for 17 Fr, and 2.22 ±0.45 L·min-1为19fr)和平均动脉压。平均传氧容量为41.7±20.8 mL·min-1,二氧化碳去除率为148.0±63.4 mL·min-1。在两小时内ILA治疗,动脉氧分压/吸入氧分数比显著增加,并且观察到动脉二氧化碳分压和pH快速改善。
介入肺协助消除计算的总二氧化碳产量的〜50%与呼吸性酸中毒的迅速恢复正常。尽管氧转移贡献有限,可能允许严重呼吸衰竭更具保护性的通风。
首次成功地延长体外氧合在年轻患者创伤后急性呼吸衰竭报告超过35年前1。由于技术要求都非常苛刻,早期使用体外膜肺氧合(ECMO)仍局限于一些有经验的中心。在急性呼吸窘迫综合征(ARDS)成人两个对照前瞻性临床研究不能证明一个显著的生存优势2,3。由于前期设备的国外大型表面需要全身抗凝导致在这些试验中严重出血并发症。因此,ECMO治疗成人没有得到广泛的认可。在20世纪80年代的动物实验证明,总体外二氧化碳去除是可能的,一个无泵动脉 - 静脉分流4。优化技术设计,尤其是低阻力供氧器的发展,取得了人类可以利用的无泵设备。在小编的患者早期临床结果令人鼓舞五-8同时介入肺协助(ILA)已成为市场上买到。前瞻性对照试验,其仍然缺乏,已要求9最近已经开始。
低潮气量通气是目前治疗急性肺衰竭的常用方法,常伴有高碳酸血症和呼吸性酸中毒。在这种情况下,消除体外二氧化碳可能是避免潜在危险的pH值下降的一个机会。
迄今为止没有出现过调查,系统分析决定ILA在临床使用疗效物理和血流动力学因素。它不完全是有效的贡献ILA具有脱除二氧化碳和氧的关系转移到肺部的气体传输闻名。为了解决这些问题,本文作者在ARDS患者ILA治疗期间血液动力学分析和气体交换参数。
方法
技术数据和ILA植入
从1996年至2007年,共有168例患者采用介入治疗肺辅助装置(ILA; NovaLung有限公司,塔尔海姆,德国)在本作者的机构(雷根斯堡大学附属医院,雷根斯堡,德国)。关于ILA技术数据,以及注入的过程进行了详细描述最近8。本研究使用的一些数据集包含在先前报道的Bein患者结局数据中et al。8因此患者结果数据的表示不是本研究的意图。In principle, iLA is an artificial arteriovenous shunt with an interposed membrane oxygenator (fig. 1⇓)。经超声测量股动脉和对侧股静脉后,采用自定格技术植入导管。动脉插管的尺寸必须小于血管的直径,以保证足够的外周血流。静脉套管一般是2法氏(Fr)大,以实现低流动阻力。充氧器,总交换面1.3 m2和一个非常低的固有阻力,然后连接到冲洗套管。氧合器的膜由聚甲基戊烯制成,具有不漏电浆的优点。由于整个系统都涂有肝素,因此不需要强的全身性抗凝,而1.5倍于正常值的活化部分凝血活酶时间通常就足够了。采用氧气作为扫气,流量可达12 L·min-1。通过iLA的血流是由动静脉压差产生的,因此不需要泵。使用iLA的先决条件是正常的左心室功能,平均动脉压为>70 mmHg。对于心功能不全或周围动脉粥样硬化的患者,iLA的使用是禁忌的。
![图1 -](http://www.qdcxjkg.com/content/erj/33/3/551/F1.medium.gif)
介入肺辅助装置(ILA; NovaLung GmbH公司塔尔海姆,德国)。
计算氧气和二氧化碳的交换
168例患者中,共有96例因临床原因使用了肺动脉导管(Swan Ganz导管;并计算了这些患者的总耗氧量和二氧化碳排放量。严重ARDS患者(均数±±)SD动脉血氧分压(P啊,一个2)/吸入氧分数(FI,O2) 69±29 mmHg, arterial carbon dioxide partial pressure (P,有限公司2) 66±25mmhg,正的末吸气压38±6cmh2Ø,positive end-expiratory pressure 16±5 cmH2Ø,tidal volume 458±131 mL). By measuring the content of oxygen and carbon dioxide before and after the iLA simultaneously, the relative contribution of the iLA to total gas transfer通过肺是可以计算的。进行了测量:在iLA开始之前;iLA植入后2 h、24 h、48 h;在iLA治疗停止前;iLA治疗结束后1天。
动脉血氧含量(C啊,一个2)根据下面的公式,其中血红蛋白是血红蛋白和计算的小号啊,一个2为动脉血氧饱和度:
C啊,一个2 = (Hb × 1.31 ×小号啊,一个2)+(P啊,一个2×0.003)(1)
氧输送能力(DØ2)每分钟计算如下,其中CO为心输出量:
dØ2= C啊,一个2×CO×10 (2)
混合静脉血氧含量(CV,Ô2)以类似的方式被确定。动脉和混合静脉血氧输送能力之间的差被用来得到氧消耗(V'Ø2),其等效于氧传递通过肺:
V'Ø2= (C啊,一个2- CV,Ô2)×CO×10(3)
的ILA(氧转移的氧传递能力ILA)计算方法是将前ila (即C一个Ø2)和后ila (C阿,post-iLA2)通过经由ILA(血流的血液流动ILA):
氧传递ILA= (C阿,post-iLA2- C啊,一个2)×血流量ILA×10(4)
V'Ø2iLA植入术后按自然肺氧转移与膜肺氧转移联合计算:
V'Ø2= (C啊,一个2- CV,Ô2)×CO×10 + (C阿,post-iLA2- C啊,一个2)×血流量ILA×10(5)
CO是使用热稀释法测定,并通过ILA血流通过超声(NovaFlow超声波流量计; NovaLung GmbH)中进行测定。血气分析进行了使用辐射计700和615分析仪(辐射计,哥本哈根,丹麦)。等离子体中的二氧化碳含量通过这些分析仪计算,考虑到亨德森 - 哈格德方程式,通过测量二氧化碳分压(PCO2)和pH.像氧含量一样,二氧化碳含量在三个部位测量:动脉前ila、后ila和混合静脉血。利用已知的二氧化碳和通过iLA的血液流动,计算出肺和iLA装置产生的二氧化碳总量和二氧化碳去除量。
本研究获得了雷根斯堡大学(德国雷根斯堡)伦理委员会的批准。
统计分析
变量是以平均值±SD除非另有说明,并且使用成对或不成对t-检验进行比较。依赖变量之间的关系是通过ANOVA秩和线性回归分析评估。p值<0.05被认为是统计学显著。
结果
血液流经iLA
总共评估了96名患者在不同时间进行的326次血流测量:其中17次测量在动脉15-Fr插管中进行,175次测量在动脉17- fr插管中进行,134次测量在动脉19-Fr插管中进行。通过iLA的血流平均为1.59±0.52 L·min-1与15-Fr插管。17-Fr套管的血流量为1.94±0.35 L·min-1一个nd with 19-Fr cannulae it was 2.22±0.45 L·min-1(P <0.001)。
Mean arterial pressure (MAP) was 85.0±16.6 mmHg and was similar between the three groups with different cannula sizes. In analysing the dependency of blood flow through the iLA upon MAP a linear correlation was found (fig. 2⇓;r = 0.53, p<0.01).
![图2 -](http://www.qdcxjkg.com/content/erj/33/3/551/F2.medium.gif)
通过介入肺辅助装置(iLA)的血流对不同套管大小的平均动脉压(MAP)的依赖性。回归线为17-French (Fr)和19-Fr套管。•:15-Fr插管;○:17-Fr插管;▾:19至周五套管。
COwas documented simultaneously with 262 iLA blood flow measurements and was 9.1±2.6 L·min-1所有患者平均去甲肾上腺素剂量为1.67±2.18 mg·h-1)。P一个tients with a 19-Fr cannula had a higher CO (9.6±2.6 L·min-1) 17-Fr套管组(8.9±2.7 L·min)-1;(p<0.05)或15-Fr套管(8.5±2.0 L·min)-1)。图3⇓有显著性(r = 0.22, p<0.01),但CO与iLA内血流相关性不明显。
通过ILA血流上的心输出量在不同的套管尺寸的依赖性。回归线为17-French (Fr)和19-Fr套管。•:15-Fr插管;○:17-Fr插管;▾:19至周五套管。
CO从8.76±2.6 L·min上升-1before iLA implantation to 9.45±2.6 L·min-12 h after implantation (p<0.001). The Horowitz index (P啊,一个2/FI,O2) increased rapidly from 68.9±29.9 mmHg before implantation to 93.7±48.4 mmHg 2 h after implantation of the device (p<0.001).
对氧气输送的影响
总之在所有326次测量,氧转移通过the iLA averaged 41.7±20.8 mL·min-1。在治疗期间,氧分压(PØ2)平均83±26毫米汞柱在设备进口和500±85毫米汞柱在出口。表1⇓总结iLA植入后2小时、第1天和第2天以及移除前影响氧转移的结果和因素。氧转移随时间减少,以33.6±11.7 mL·min计算-1除去ILA(对的<0.005前不久与植入后2小时)。这反映了一个明显较低的血流量和一个较高的小号啊,一个2。的ILA的氧传递能力取决于小号啊,一个2(r = -0.78), the blood flow through the device (r = 0.43) and the haemoglobin content of blood (r = 0.23; each p<0.01; fig. 4a–c⇓)。A slight correlation was found with sweep gas flow through the device (r = 0.22; data not shown). Therefore, oxygen transfer was increased with lower小号啊,一个2通过该系统更高的血流量和血液更高的血红蛋白含量。
![图4-](http://www.qdcxjkg.com/content/erj/33/3/551/F4.medium.gif)
一的影响)血流量,b)中的动脉血氧饱和度(小号啊,一个2)和c)通过所述介入肺上氧转移血红蛋白含量辅助装置(ILA)。
动脉DØ2rose from 1,024±338 mL·min-1iLA治疗前为1187±350 mL·min-1iLA植入后2 h (p<0.001)。总计V'Ø2272次,295.4±97.8 mL·min-1对所有的病人。未见明显变化V'Ø2随着时间的推移。通过比较V'Ø2通过所述ILA氧转移,计算所述设备的总的相对贡献V'Ø2是预测。平均而言,这一贡献为16.0±8.3%。在摘除装置之前,它下降到10.7±2.4%。
二氧化碳消除和pH的影响
ILA治疗开始前,所有患者均有明显的高碳酸血症,用P,有限公司266.7±25毫米汞柱。在iLA植入后2小时,P,有限公司2decreased to 39.5±12.1 mmHg (p<0.001), and it declined further to 35.8±7.6 mmHg (p<0.005) 24 h later.P,有限公司2在持续iLA治疗期间保持稳定,并在切除iLA后升高至49.8±14.7 mmHg (p<0.001)。
在iLA治疗期间进行所有测量(n = 243),PCO2平均37.5毫米汞柱在iLA进口和23.5毫米汞柱在出口。取药148.0±63.4 mL·min-1carbon dioxide, which is equal to ∼50% of the calculated total carbon dioxide production of 291±124 mL·min-1。的ILA的除去二氧化碳的能力与更高的增加P,有限公司2(r = 0.34, p<0.01), higher sweep gas flow (r = 0.27, p<0.01) and higher blood flow through the device (r = 0.23, p<0.01; fig. 5a–c⇓)。没有发现相关的血液血红蛋白含量(数据未显示)。A carbon dioxide elimination of 135.6±30.2 mL·min-1出现15-Fr套管,与144。1±68.6 mL·min-1with 17-Fr cannulae, and 154.3±58.1 mL·min-1与19-星期五套管(P <0.001)。
![图5-](http://www.qdcxjkg.com/content/erj/33/3/551/F5.medium.gif)
一的影响)动脉二氧化碳张力(P,有限公司2)、b)清扫气体流动,c)二氧化碳通过介入肺辅助装置(iLA)转移的血流。
减少P,有限公司2导致呼吸性酸中毒的快速和持续正常化。The pH rose within 2 h after iLA implantation, from 7.24±0.13 to 7.41±0.12 (p<0.001; fig. 6⇓)。在体外二氧化碳去除,pH值保持稳定。ILA终止后,pH值显著下降至7.36±0.09(P <0.001)。
![图6-](http://www.qdcxjkg.com/content/erj/33/3/551/F6.medium.gif)
介入肺辅助治疗(iLA)前、中、后动脉pH值。* * *:p < 0.001。
讨论
目前的研究是第一个系统地研究iLA对大量严重ARDS患者的氧转移能力和二氧化碳去除效果的研究。它提供了关于影响iLA表现的因素的详细信息,并支持在重度肺损伤合并高碳酸血症和呼吸性酸中毒时使用iLA作为一种高效方法。
血液流经iLA
通过iLA的血液流动既取决于设备的总固有阻力,也取决于整个系统的压差。氧合器的流动阻力很低,当血流量为2 L·min时,可引起~ 10 mmHg的压降-1。因此,插管的流动阻力是装置的总电阻的主要因素。根据泊肃叶定律,血流最强烈插管,其中,ΔP是压力差的影响直径,r为所述套管的半径,l为所述套管的长度和η是粘度:
血流量=(π×Δp×r4)/(8×L×η)(6)
目前的在活的有机体内测量证实这些考虑,以及此前公布的动物试验数据10,11。A 2-Fr increase in cannula size resulted in an additional flow of ∼300 mL·min-1。这意味着使用15 fr的动脉插管,血液流量为∼1.6 L·min-1可以在85毫米汞柱的地图上实现,与∼1.9 L·min-1using a 17-Fr cannula and ∼2.2 L·min-1使用19-Fr套管。
对于通过该装置的血流的第二个重要因素是前(MAP)和系统(中心静脉压(CVP))后的压力之间的差。如CVP接近限度内变动,MAP是用于血液流动和具有强相关性的决定性变量是MAP,并通过ILA血流之间证实。在临床实践中,MAP是能够在给定的套管尺寸的影响ILA流的唯一相关参数。
CO本身是不是在确定通过所述ILA血流重要。平均而言,血流达CO的20%与15-星期五套管和至多具有19至周五套管CO的25%。可比数字已在动物实验中被证实12,13。In patients with lower CO and normal MAP due to high systemic vascular resistance, a higher proportion of CO is diverted through the iLA, which may amount to >30 % of CO (fig. 7⇓)。在大多数患者中,观察到iLA开始后CO显著升高。这可以用两种机制来解释:第一,人工低阻力动静脉分流术的产生;其次,迅速纠正酸中毒,改善血管紧张和可能的心脏泵功能。
![图7](http://www.qdcxjkg.com/content/erj/33/3/551/F7.medium.gif)
Blood flow through the interventional lung assist device (iLA; expressed as % of cardiac output (CO)) and total CO. r = -0.74, p<0.01.
对氧气输送的影响
The average iLA oxygen transfer capacity of 42 mL·min-1目前患者的测量结果与齐克提供的动物数据吻合良好et al。12和Brederlauet al。14。Another study mentioned an oxygen transfer rate of up to 225 mL·min-115,其不对应于本发明的结果和在物理上是不可行的。的ILA的氧传递能力是由以下事实动脉血,早已氧合的,被馈送到设备中,并且因此仅氧的小的附加量可以被绑定到血红蛋白主要限制。
大多数对人类的研究都表明P啊,一个2实施ILA治疗后6-8,16-18。在目前的研究中评估的患者有P啊,一个2/FI,O2ratio of 69 mmHg before iLA treatment, which increased to 94 mmHg within 2 h (p<0.001). This rise inP啊,一个2根据道尔顿定律,主要是由降低的肺泡PCO2并伴随肺泡的增加PØ2。因为P啊,一个2是一个不准确的供氧参数,目前作者计算动脉供氧,DØ2。在d崛起Ø2从1024毫升·分钟-1before iLA treatment to 1,187 mL·min-12 h after iLA implantation (p<0.001) was caused by a small increase in CO and a higher C啊,一个2。然而,考虑CO的一部分是通过ILA人工动静脉瘘转移,因此不参与外周灌注是很重要的。有效dØ2,这是提供给供给生物体,甚至可能比ILA在植入前小。This is to be expected particularly in patients with a low CO and high-dose vasopressors, when a comparatively high proportion of CO will flow through the iLA (fig. 7·)。患者具有降低的CO,因此,ILA疗法可能是不指示。Brunstonet al。19通过无泵体外膜式氧合器采用彩色微球分析在不同的血流量器官灌注和报道在结束器官灌注轻度减少。然而,在一个最大分流量的CO,高达26%,高达43%的骨骼肌中观察到的大脑的减小灌注的25%。
总V'Ø2目前的患者被计算在295毫升·分钟-1。这与早期对危重病人的研究结果相当20,21。在体外治疗初期,通过iLA的氧转移占16%V'Ø2。在iLA处理结束时,氧转移量达11%V'Ø2。这些结果是根据动物实验,结果发现ILA治疗总的相对份额V'Ø2介于12.5%和19.5%之间12,14。然而,由于目前的作者只对耗氧量和二氧化碳的产生进行了血相计算,没有考虑肺本身的代谢率。因此,相对数量可能被高估了。
iLA治疗后2小时内混合静脉血氧饱和度由62%上升至74% (p<0.001)。肺动脉供氧增加,以及pH值迅速恢复正常,其后果尚未在人类身上进行研究。
二氧化碳消除影响
加蒂诺尼et al。22demonstrated 20 yrs ago using a pump-driven device that extracorporeal carbon dioxide removal can allow a more protective ventilation, albeit they were unable to show a survival benefit. As the necessary blood flow for clinically significant extracorporeal carbon dioxide removal is relatively small, the application of a pumpless arterio-venous system with a low inherent flow resistance is possible. Brunston and coworkers10,23证明了在绵羊体内使用该系统可以实现近完全的二氧化碳消除。在目前的病人,一个快速的初步减少P,有限公司2was seen, from 67 mmHg pre-iLA to 40 mmHg 2 h after iLA implementation. During the following 24 h a further, smaller reduction inP,有限公司2被观测到。这可能是由于二氧化碳,其在物理溶液输送的运输和储存动力学解释,蛋白结合和碳酸氢盐的形式。物理溶解的比例,其可以作为待测量P,有限公司2,可以快速消除。然而,二氧化碳的主要部分是以碳酸氢盐离子的形式储存和运输的,而碳酸氢盐离子必须在碳酸酐酶的作用下在红细胞内解离。由于碳酸氢盐从缓慢的隔间中释放出来,需要几个小时才能使二氧化碳水平达到新的稳定平衡。
这种二氧化碳的双相消除动力学反映在一些临床报告中8,16,24,25。本例患者经iLA清除的二氧化碳量为148 mL·min-1,占总计算二氧化碳的产生的〜50%。康拉德et al。26和Zwischenbergeret al。24在他们的小型临床试验中,分别报道了8例和5例患者使用亲合氧合器(美敦力,明尼阿波利斯,明尼苏达州,美国)完全去除二氧化碳和70%去除二氧化碳。这个氧合器的表面积是2。5米2,这是Novalung充氧的几乎两倍。With arterial 12-Fr cannulae a maximal blood flow of 1 L·min-1was reached through the device, producing a carbon dioxide removal of >100 mL·min-1,在扫气流量出口和呼出的风机气体中测量。这种测定一氧化碳的方法2去除不同于本研究中,在其中的血液中的二氧化碳含量和之前分别ILA和肺,之后计算的。使用亨德森 - 哈格德方程式中,二氧化碳含量通过血气分析仪具有已知pH值,碳酸氢盐,血红蛋白和计算的PCO2。The calculated total carbon dioxide production of 291 mL·min-1目前的病人与测量值吻合良好V'Ø2296毫升·敏-1。In animal studies, an extracorporeal carbon dioxide elimination of 62–104 mL·min-1在猪身上13一个nd up to 120 mL·min-1在羊23,27已经被报道。被除去的二氧化碳的量是密切相关的P,有限公司2和吹扫气体根据当前数据流。康拉德et al。26在它们的起作用的因素二氧化碳分析中观察到转移显著回归P,有限公司2,pH值,扫气流量和血流通过该装置。
体外二氧化碳去除导致呼吸性酸中毒的迅速改善。回顾性临床试验表明,随着pH上升升压药的剂量可能会降低机械通气的侵袭下降8。在大型动物模型ARDS,体外二氧化碳去除启用更少侵入性通气具有减少炎性细胞因子的水平28,29。
结论
总之,本作者发现的总产量的〜50%的平均体外二氧化碳消除是可能的介入肺辅助装置在急性呼吸窘迫综合征。为了实现这一点,使用15或17的法国大小的动脉插管就足够了。较大的套管可能引起不期望的大动静脉分流和携带血管并发症的风险较高,如先前报道8。在一些体重较轻和呼吸性酸中毒较轻的患者中,甚至可以使用13根法国套管,但这些可能会由于血流量较低而导致氧合器早期闭塞。动脉二氧化碳分压的迅速降低和pH值的正常可能使更低的潮气量的更有保护性的通气,因此可能减少由呼吸机引起的肺损伤。介入肺辅助确实可以改善动脉血氧合和转运~ 45ml·min-1氧;然而,这并不一定意味着氧气交付,以及增加。因此,根据当前的数据,介入肺协助可能不应该在患者最严重受损氧合或患者的心输出量减少使用。无论是生存急性呼吸衰竭可与介入肺脏的实施可以提高协助,以减少通风的侵袭需要通过对照临床试验进一步研究的方法。
利益声明
对T.穆勒感兴趣的说明可以在这里找到www.www.qdcxjkg.com/misc/statements.shtml
- 收到了2008年8月11日。
- 公认2008年9月27日。
- ©ERS期刊有限公司