ECMO的裝置与准备

周岳廷

医院

ECMO的装备大部份来自于体外循环的观念,其组成包括替代循环系统动力部份之驱动装置(血液泵)，替代呼吸系统功能之气体交换装置(一般被误称为氧合器)，替代循环系统回路之动静脉导管及管路，气体与氧器混合调节器，加热器，各种血液参数监测器，各种安全监测器与其他附加装置。

第一节驱动泵(血液泵)

目前应用在ECMO之血液泵可分为滚轴泵(rollerpump)与离心泵(centrigugel;radialpump)两大类.

体外循环之滚轴泵在临床多年的使用中不断地改进和完善，从最简单的单向平流型血液泵发展为当今现代化的由计算机控制，亦可双向驱动以及产生搏动血流的装置。使得灌注更趋于安全、有效和生理。但应用在ECMO上除了传统的滚轴泵组件，包括由泵头、泵控制面板、电气传动装置外，还须要回馈调节血液泵装置等部分组成。

一、滚轴泵

（一）原理

1．泵头(pumphead)分滚轮压轴和泵槽二大部分。泵管路放入泵槽中，通过滚轮压轴对泵管路外壁的滚动方向挤压，推动管内的液体向一定的方向流动，滚轴泵通过压迫管道而推动血液。当滚轴泵推动血液向前时，其后方产生的负压将血液从储血罐吸入管道。要求泵管路有很好的弹性和抗挤压能力，一般使用硅胶管路，也可使用具有良好弹性和耐久性的PVC管路。在灌注过程中滚轮压轴有可调性，即快速可达每分钟转，慢则每分钟1转。泵的流量和泵的转速成正比，泵槽半径越大，泵管道内径越大，每圈滚压灌注的流量越多。滚轴泵的输出量取决于泵管路的尺寸、泵的阻力、泵的转速和供应血液总量。使用滚轴泵必须调整泵管路的尺寸，以提供足够的输出量。使用直径较大的泵管路能降低转速、减少管路磨损。为此，新生儿、儿童和成人患者要使用不同直径的泵管路。对新生儿和体重14kg的儿童，使用内径1/4英寸的泵管路。这种管路能传输约9.7ml/rpm的流速（使用6英寸泵头）。体重15~30kg的患者，使用内径3/8英寸的泵管路，传输约22ml/rpm。体重30kg的患者，使用内径1/2英寸的泵管路，传输约39ml/rpm。必须根据所选管路的直径来设定lpm的显示。lpm的显示数值基于泵的转速。在最新的灌注系统中会自动设定，而老的系统中需手动设定。

　　2．血囊支架(Bladder)有如静脉血液储存的功能并保持着负压，将静脉的血液吸吮出来。假如静脉血液回流不好，Bladder会坍塌，当Bladder坍塌会启动Bladderholder即是泵控制器，会发出警报声音并降低泵流量甚至停止泵。泵灌注系统将会有压力模块，以测量监视ECMO管路内的压力是否太高，以便控制泵血流量，若压力太高即会降低泵血流或量甚至停止泵。

　　Bladder有两种厂牌：①OriGenbladdercontroller(BladderBox)；②Better-Bladder(CirculatoryTechonologyInc,OysterBay,NY)。[t1]

图1血囊支架

血囊支架可作为血液泵控制器的一部分（如OriGen血囊控制器），也可仅作为血囊的支架。大部分中心将血囊支架放置在血液泵控制台上尽可能低的位置以利于重力引流，通过压力监测装置产生随动调节。各家厂商（如Stockert和Jostra）已在最新一代的灌注系统中加入这些随动调节装置。

OriGen的产品中血囊支架，被用作随动调节和安全装置。这个装置由两部分组成：支架和控制盒。血囊放置在支架中，支架后壁中安装了压力敏感开关，有电缆将其与控制器连接。如果从血囊中流出的血液超过了流入的血液，血囊会陷闭。当血囊陷闭时，开关上的压力降低，与滚压泵相连的控制器会发出警报并使血泵停止。一旦血囊压力增加压迫开关，则血液泵恢复转动。

新一代的灌注系统有压力模块，通过压力换能器监测管路压力并调节滚轴泵。这就不需要血囊支架的随动调节。压力控制模块与血囊相连，作为压力调节器和流量限制器。设定最小血囊压力后，当血囊压力降至该值，模块就会报警，血液泵就会减慢或停止转动。

在全世界的各个ECLS中心，两种系统都在使用。两种系统都为滚轴泵提供了更安全的操作。OriGen的血囊控制器仅仅是一个开/关装置，会造成血流的突然变化。所谓“bladderchatter”现象就是压力开关打开或关闭的声音。而使用压力模块反馈控制，当静脉回流减少时，压力模块降低血流而不是停止血泵，既提供了监测又提供了调节。新的压力模块控制灌注系统能有效调节血流，因此目前许多ECLS中心已不用血囊。

3．泵管路(pumptube)将血液往前推进，滚轮的前面是正压，后面是负压。一般体重＜14kg使用1/4英吋内径的SuperTygonPVC管路，体重15~30kg使用3/8英吋内径的SuperTygonPVC管路，体重＞30kg使用1/4使用1/2英吋内径的SuperTygonPVC管路。泵挤压PVC管路的松紧必须校正适当的松紧度，以确保血流的足够并降低挤压红细胞而溶血。一般SuperTygonPVC管路泵转甚至更快，可以使用小时或更多。

（二）滚轴泵优点和缺点

　　滚轴泵在低流量的流速准确而较少发生溶血。但必须要有压力控制泵流量，以免压力过大造成爆管，或过度负压而产生小气泡。

图2.滚轮压轴和泵槽

二、离心泵

（一）原理和结构

　　1．原理物体在作同心圆运动时产生一向外的力，为离心力，其大小与转速和质量成正比，离心泵即是根据此原理设计的。在密闭圆形容器（泵头）的圆心和圆周部各开一孔，当其内圆锥部高速转动时，圆心中央部为负压，可将血液吸入，而圆周部为正压，可将血液甩出。

2．结构

　　（1）驱动部分：由电机和泵头组成。电机具有体积小、重量轻、噪音小、磨损小等优点。电机带动磁性转子高速旋转，转子磁力带动密封泵头内的磁性轴承及其上的圆锥部旋转产生离心力。早期的泵头为涡流剪切力式，分层塔状锥体形设计，利用液体剪切应力使其产生流动。为了增加液体运动，减弱转速，减少产热，中期的离心泵头内设计有转子叶片，泵效率高，目前新型离心泵头平滑，预充体积小为了减少长期使用会产生血栓的缺点甚至设计为没有中轴的磁浮结构。离心泵的转子与电机用导线连接，增加了活动性，可进行远距离操作。泵头内采用了肝素结合技术，生物兼容性好，可不用或少用肝素，更增加了离心泵的安全性。

　　（2）控制部分：要求操作简便、调节精确、观察全面。所有的离心泵均采用计算机技术以达到上述要求，可对自身状态进行检测，一旦出现问题，及时报警并出现提示信息以利调整，且所有离心泵都有流量、转速二个窗口同时显示。为了预防意外断电，有些离心泵还备有内部电池，在断电时能在5.0L/min流量下工作近30分钟。为了使灌注更接近生理，靠微处理机控制电机在高速和低速交替运转而使血流形成脉冲，离心泵还可进行搏动灌注。每个离心泵配有一个流量传感器，分为电磁传感和超声多普勒两种类型。电磁流量传感器精确度高，干扰因素小，但需要一次性消毒特制探头；超声多普勒传感器不需要探头，可反复使用。

图3.离心泵

(3)种类:

　　MaquetRotaflow(clearedforupto6hoursofusebytheUSFDAforCPB,CEMark)

　　经过美国FDA及欧洲CE认证可以在体外循环使用超过6小时以上

　　SorinRevolution(clearedforupto6hoursofusebytheUSFDAforCPB,CEMark)

　　经过美国FDA及欧洲CE认证可以在体外循环使用超过6小时以上

　　MedtronicBPX-80andBPX-50(clearedforupto6hoursofcontinuoususebyFDA,CEMark)

　　经过美国FDA及欧洲CE认证可以在体外循环使用超过6小时以上

LevitronixCentrimagPump(clearedforupto6hoursofcontinuoususebyUSFDAforCPB,30daysasaRVAD.CEMark)

经过美国FDA及欧洲CE认证可以在体外循环使用超过6小时以上及当成室辅助器30天

MedosDeltaStream(NotavailableintheUSA,6hoursCPB-CEMarK)

经过欧洲CE认证可以在体外循环使用超过6小时以上

图4.MaquetRotaflow

图5.SorinRevolution

图6.MedtronicBPX-80

图7.evitronixCentrimagPump

图8.MedosDeltaStream

Terumocapioxspcentrifugalpump

图9.CapioxSPcentrifugalpump

（二）离心泵优点和缺点

　　与滚轴泵相比，离心泵的特点是驱动一定量的血液所需的能量较少，在高流量时需要的机械能较少。另外，通常不会产生过大的负压而造成血液空泡，也不会产生过大的正压。然而在高转速时，流入量突然减少会造成红细胞破坏。此外，离心泵能俘获少量气体，使其留在泵头中。

　　虽然离心泵不会产生过大的负压或正压，增强了它的安全性。但如希望维持设定的流量，这些限制也就是缺点。任何流出阻力增加的情况都会减少流至患者的血流量。患者体循环血管阻力或血压上升、动脉插管扭折、患者翻转时压迫胸腔都会导致泵输出量明显降低。同样地，血压或全身循环阻力降低、低血液容量、静脉回流管路扭折也会导致泵输出量降低。此外，有报导在低流量（0.3LPM）时，相比滚轴泵，使用离心泵时溶血指标显着升高。这是由于离心泵的高转速和产生的热量所造成的。

第二节氧合器

一、气体交换装置分类

　　一般目前ECLS所使用的气体交换装置，通常被不正确的称为氧合器。其功能与氧合器类似，有排除二氧化碳、氧气交换与血液温度调节功能。根据其制造材质可分为两大类：硅胶膜与中空纤维。

（一）硅胶膜氧合器(siliconerubber):MedtronicAVCOR

　　硅胶膜氧合器目前只有一种，在美国，美敦力生产的硅胶膜氧合器唯一被美国FDA允许长期使用。硅胶膜缠绕在聚碳酸酯核心外面，装在硅胶套筒内。这样的构造使得血流从一端通过与另一端反方向通过的气体进行交换，使气体交换最大。这种硅胶膜的气体交换效率非常高。调节二氧化碳的方法有几种。吹入的气体内添加氧气和5％二氧化碳的混合气或纯二氧化碳提高血液循环中的二氧化碳分压，使之达到正常生理水平。或者可以通过改变每分钟通气量或气体流量来调节。添加二氧化碳后，建议不断地监测氧合器后血液气体以分析确保血液酸碱值和二氧化碳分压在标准范围内。这种氧合器气体交换表面积的规格范围从0.4~4.5m2。根据患者的体型和预期需要的血流量选择氧合器的规格。最大血流量等于1.5倍氧合器膜表面积，最大的吹入气体流量限制在3倍氧合器膜表面积。例如，0.8m2氧合器的最大血流量是2.4lpm。

　　膜肺功能的两个基本指针是膜肺前后压差和气体交换能力。血流产生的跨氧合器压力可以提供关于患者、管路和氧合器功能的重要信息，因此膜肺前、后压力监测很重要。氧合器前、后压力均上升表明氧合器后阻力增加。可能的原因包括动脉插管扭折、患者高血压或高血容量。两个压力均降低表明泵血流减少，可能是泵头之松紧度太松、低血压或低血容量。压力差增大表明氧合器阻力增加。最可能的原因是血栓形成其中。但是此种气体交换装置已停止生产。

图10.Siliconeoxygenator

（二）中空纤维氧合器(hollowfiber)

　　目前使用在中空纤维氧合器有两大类：

　　聚丙烯(polyproylene)含有微孔型材质:Medtronic

MedtronicECMOandMedtronicSurgicalMembraneOxygenators(ECMOunitsclearedfor6hoursofcontinoususebyUSFDA,CEMark.Surgicalunitsclearedfor6hoursofusebyUSFDA,CEMark)

经过美国FDA及欧洲CE认证可以在心脏手术和ECMO使用超过6小时以上

聚甲基戊烯(polymethylpentene)之PlasmaTight与DiffusionType无孔型氧合器:QuadroxID,MedosHiliteLT,Novalung,SorinLilliput,Terumo,Niprobiocube

A.MaquetQUADROX-iD(CEMark,clearedforupto6hoursofcontiuoususebyUSFDA)

经过美国FDA及欧洲CE认证可以连续使用超过6小时以上

B.MedosHiliteLT(notavailableintheUSA,CEMark)

通过欧洲CE认证,尚未通过美国FDA认证长期使用

C.NovalungLungAssistDevices(CEMark.iLAdevicesnotavailableinUSA,sLAdevicesclearedfor6hoursofcontinoususebyUSFDAforCPB,notavailableoutsidetheUSA)

通过欧洲CE认证,sLA装置通过美国FDA认证可以在体外循环使用超过6小时以上,iLA装置尚未通过美国FDA认证长期使用

D.SorinLilliput2ECMO(CEMark.NotavailableintheUSAorJapan)

通过欧洲CE认证,尚未通过美国FDA及日本认证长期使用

E.NiproBiocube(availableinJapanandBrazil)

通过日本及巴西认证长期使用

F.Euroset

中空纤维氧合器被应用在长期支持ECMO病人身上，正逐渐被ECMO团队所接受。在美国，目前没有传统聚丙烯微孔中空纤维氧合器被允许长期使用。事实上，聚丙烯微孔中空纤维氧合器在美国被批准持续使用不超过8小时，这是因为中空纤维实际上有许多微孔。气体交换就是通过毛细管的微孔进行，这种结构使得中空纤维氧合器容易产生血浆渗漏而很快失去功能。有报导这种情况在患者静脉输入脂肪类液体时会更快发生。但由于材质改善与特性，新一代聚甲基戊烯之PlasmaTight与DiffusionType无孔型氧合器的诞生是ECLS之气体交换装置革命性变化。

　　越来越多的ECMO中心把新一代中空纤维氧合器使用在ECMO系统中。经验表明中空纤维氧合器可以使用72小时或更长时间。因为使用中空纤维氧合器有很多好处。首先是易于预充，一个有经验的操作者可以在5分钟内完成预充排气。其次是纤维表面易于涂层的优点，中空纤维氧合器可以涂层以减少血液接触异物产生活化的发生。第三，它有更小的表面积却有更好的气体交换。减小表面积可以减少血小板活化，结合了涂层后更是如此。最后，极低的阻力又是另一个优点。一般而言跨硅胶膜的压差往往维持在~mmHg，然而跨中空纤维氧气合器的压差在10~20mmHg。阻力越低红细胞破坏越少。

图11.MedtronicAffinityoxygenator

图12.MaquetQUADROX-iDoxygenator

图13.MedosHiliteLToxygenator

图14.NovalungLungAssistDevicesoxygenator

图15.SorinLilliput2oxygenator

图16.NiproBiocubeoxygenator

图17.Terumooxygenator

图18.Eurosetoxygenator

二、气体交换装置的病理生理学

　　肺的功能容易受到水肿、栓塞和扩张不张的影响。这些状况同样会影响气体交换装置，会改变了膜一侧的血液与另一侧的气体之间的匹配性，引起通气灌注比例失调。实际上，气体交换装置的与人的肺一样，交换二氧化碳比交换氧气气更有效率。

　　膜的气体一侧发生的变化包括气腔陷闭（不张）或水冷凝（水肿）；这可在气体流速过慢时发生。在这种情况下，首先在氧合器后的血液中二氧化碳分压或浓度逐渐升高，直到交换面积明显减少，氧气的交换才会下降。

　　膜的血液一侧发生的变化主要由栓塞引起。这导致通气灌注比例升高，首先膜后的血液氧气分压下降。如果交换面积减少很多，二氧化碳的交换才会受影响。有明显栓塞的另一征象是膜前后的压力差会升高。

表1小儿患者应用Avecor膜肺血流量和气体交换要求

患者大小（kg）

Medtronic膜肺表面积大小

核定流量（l/min）

气体交换（ml/min）

3~10

0．4

0．5

0．8

10~30

1．5

2．5

3．5

4．5

第三节插管和管道

一、ECMO的管路

　　ECMO的管路由PVC管组成。管道的尺寸从新生儿用的内径1/4英寸到儿童和成人用的3/8英寸或1/2英寸。每个ECMO中心会设计一种最符合本单位需求的ECMO管路。监测探头和注射孔可以放置在不同的位置。ECMO管路设计应符合几条基本的原则。

（一）管路越短越好

　　管路中的阻力与长度成正比。而且，ECMO管路越长，增加血液与与异物表接触的表面积、增加预充液体总量和增加热量损失。管路应刚好够从泵到患者，能保证患者安全运送。其次，接头越少越好。管路中每一个接头增加了湍流的可能。这些湍流的部位就是血栓形成的部位与会使得红细胞破坏。另外，制造商应尽可能完善每一个接头。厂商制造的接头用化学方法密封，减少高压状态下接头脱落的可能性。

（二）表面涂层

　　人体将ECMO管路及其他组成部件视为异物，血液接触异物表面启动血小板、补体及其他发炎性介质。一种降低此反应的技术就是白蛋白预充于管路中，白蛋白被覆于管路表面降低炎症反应。

　　补体系统启动和炎症介质的释放造成急性呼吸窘迫症状和其他器官功能不全的发生。因此，几家厂商已生产出表面结合物质减少补体、血小板及炎性介质启动。这些物质也能减少血栓形成。

　　最常用的是Carmeda?涂层，肝素分子共价结合于塑料表面，而抗血栓结合位点与血液接触。表面涂层标准原则为凡是接触患者血液之人工制造装置都应该为表面涂层，另外更重要为需要某种程度的全身肝素化。有些中心使用Carmeda涂层管路时甚至到12小时后才开始使用肝素，开始使用肝素时剂量也比较低。虽然并没有确凿的研究表明这能降低ECMO人群的死亡率和并发症发生率，但许多研究者已经证明肝素能减少血小板和补体系统的启动。在Svenmarker等的研究中，使用肝素涂层的管路降低了平均住院时间、术后辅助通气时间、术后出血量，减少了输血、术后凝血功能障碍、神经系统并发症和心房颤动。对手术期血小板计数、术后发热和5年生存率无影响。

二、ECMO插管

　　ECLS体外循环生命支持的建立，必须由病患年龄、体重、临床上依情况先决定VVECMO或VAECMO，再决定插管的位置，以便顺利进行ECLS。

（一）原则

　　ECLS前对于病患的处理，是非常有挑战性的决定。可加护病房、急诊室或手术室都可进行ECMO。患者必须要有监视器及护士看护。必须考虑病患转床移动时血流动力学如血压、心输出量是否稳定，还有呼吸机的使用转床移动时是否方便等，还必须考虑地点是否适当，ECMO所使用的管路、动静脉导管及手术器械，开刀房护士与操作ECMO的人员必须能够到场。

当病患须要紧急使用ECMO时，必须向家属解释清楚明白并取得知情同意后，才能进行，另外必须紧急备血联系血库，须要浓缩红细胞、血浆或血小板，病患在麻醉下安全有效率差入气管内管，避免病患不舒服焦虑，一般联合应用麻醉剂（芬太尼）和肌肉松弛剂。为了避免血栓形成，插管前先给予肝素体重每公斤单位(units)，三分钟后才进行插入动静脉导管。

　　ECMO插管是提供理想的ECMO流量的主要限制因素之一。因为血流阻力随插管内径减小而增加，所以为了确保足够的血流量，要放置尽可能粗的插管。通常，泵的流量应保持在60~ml/(kg.min)。插管太小会造成不能提供足够的支持。因为动脉插管端的血流是ECMO泵所驱动的，所以动脉端阻力不及静脉端阻力来得关键。但还是要尽量减小阻力以减少溶血、管路破裂的发生，并降低ECMO系统的后负荷，后者在使用离心泵时尤其重要。

　　插管规格以法制单位（F）来表示，表明了插管的外径；管壁厚度和插管的长度也必须考虑。不同厂家生产的相同规格的插管，内径可能并不相同。M系数（M-number）根据长度、内径和侧孔位置来描述了插管的流量-压力特性，可测定各种规格插管的阻力。

静脉插管一般末端和侧面都有孔，即使末端堵塞血流也可通过。双腔VV插管为VV-ECMO支持提供了一个简便的方法。这种插管通过颈内静脉进入右心房，确保氧气合血有效地输入右心房。目前最大的双腔插管是18F，更大的插管正在研发中。其位置一般在颈内静脉、上下腔静脉、右心房与股静脉。

　　动脉插管一般只有末端孔以防止动脉损伤。虽然插管需要薄壁、可弯曲以尽可能减少阻力，但应不会扭折。带金属丝的插管如Bio-Medicus（Medtronic，Minneapolis，MN）非常有弹性不易扭折，但薄壁双腔插管比较容易扭折。其位置一般在颈动脉、升主动脉、股动脉、锁骨下动脉与腋下动脉等。

（二）支持类型

　　其辅助模式有两类：静脉-静脉(V-V)模式与静脉-动脉(V-A)模式。静脉-静脉(V-V)，将病患缺氧血血液由循环系统之腔静脉利用静脉导管引流到体外，经由动力血液泵打入人工制造之气体交换装置氧合并移除二氧化碳后，在利用静脉导管将氧合后之含氧血血液打入人体腔静脉，以达到暂时辅助或支持人体肺脏功能。静脉-动脉(V-A)，将病患缺氧血血液由循环系统之腔静脉利用静脉导管引流到体外，经由动力血液泵打入人工制造之气体交换装置氧合并移除二氧化碳后，再利用动脉导管将氧合后之含氧血血液打入人体大动脉，以达到暂时辅助或支持人体心脏与肺脏功能。

（三）插管技术的选择

VA模式需要动脉结扎以防止血管切开引起的插管周围渗血以及血液从插管旁流过引起的远端栓塞。在婴幼儿中，颈动脉一般可以安全地在远端结扎，不会留下严重后遗症。在英国CollaborativeECMOTrial中，颈动脉结扎后ECMO存活患儿的神经系统损伤发生率与常规治疗患儿的相似。Schumacher等发现颈动脉结扎后出现脑部损害较常累及右半球。但在另一项74例颈动脉结扎婴儿的研究中没有发现这种偏向性。VV模式既可以使用静脉结扎技术也可通过经皮或半开放技术而避免血管结扎。虽然颈静脉结扎一般耐受良好，但有证据表明静脉结扎会使静脉压升高、可导致脑缺血。经皮置管使用Seldinger技术。因为不知道要置管的血管尺寸，有血管破裂的危险。因此，推荐使用半开放技术。该技术通过一个小切口看到静脉尺寸，帮助选择正确的插管型号。也可以通过切口看到置管过程。该技术不做血管结扎。这有几个优点：插管中的头向血流使进入旁路循环的未氧气合血液的量增加；血管在拔管后保持开放（如有需要可再置管）；插管扭折的风险降低，因为插管和血管没有靠结扎固定在一起、插管没有扭转的支点。调整插管的深度也容易得多。

（四）插管种类

　　1.新生儿ECLS的插管新生儿ECLS的血管置管特别有挑战性，因为他们的血管很细小。置管的入路依采用的方法而定。如同时需要心肺支持或VV模式的置管无法做（例如静脉太过细小），则适用VA模式。在VA模式中，静脉引流的推荐位置是经右颈内静脉至右心房，动脉回输的推荐位置是经右颈总动脉至主动脉弓。颈内静脉和颈动脉是新生儿相对较粗大的血管，一般容易置管。在VV模式中，经右颈内静脉放置双腔导管至右心房。该方法受静脉尺寸的限制，因为目前最小号的插管是12F。

（1）静脉-动脉(V-A)模式:

　　1）术前：在新生儿ICU中，给予适当的镇静和神经肌肉阻滞后实施血管置管和拔管。神经肌肉阻滞对于预防静脉置管过程中可能并发的致命性空气栓塞特别重要。器械和消毒措施与手术室所用的相同。抽好肝素钠（U/kg）备用。1％利多卡因局部麻醉。

　　2）手术部位：患儿仰卧位，头偏向左侧。肩下横置一个布卷。特别注意气管插管的位置以防在操作过程中其在铺巾下扭折。将一段吸引管纵向剖开，在接头处包在气管插管上可防止扭折。胸部、颈部和右侧面部消毒铺巾。

　　3）切口：在锁骨上一横指处、右胸锁乳突肌下部的表面做一个长约2~3cm的横切口。

　　4）颈血管鞘的暴露：用电刀分开颈阔肌和皮下组织、暴露胸锁乳突肌。钝性分离胸锁乳突肌的胸骨头和锁骨头。上方可见肩胛舌骨肌。可能需要切开肩胛舌骨肌的肌腱，暴露颈血管鞘。使用两个交叉放置的自动拉钩。

　　5）血管解剖：打开颈血管鞘，分离颈内静脉、颈总动脉和迷走神经。沿血管分离近端和远端，先分离静脉。分离静脉时要特别小心，避免血管痉挛，因这会给下一步置入粗大的静脉插管带来困难。必须尽量减少对静脉的操作。在颈内静脉的内侧面常有一个分支，一定要结扎。在颈内静脉的近端和远端放置2-0的结扎丝线。颈总动脉在颈内静脉的内后方，没有分支，可以安全地分离其近端和远端。围绕动脉也放置2-0的结扎丝线。一旦血管分离完成，静脉给予肝素（U/kg）并等待3分钟。在此期间，在切口内注入罂粟碱以促进静脉扩张。必须识别迷走神经。

　　6）动脉切开/静脉切开：VA模式时，选好动脉插管（最常用10F），结扎1根2-0的丝线做为深度标记，使插管的顶端正好位于头臂干的开口处（~2.5cm），且不要剪断。静脉插管（常用12~14F）同样做好标记，使深度等于静脉切开处到右心房的距离（~6cm）。静脉插管中放入管芯防止置管过程中血液从侧孔流出。结扎颈总动脉的远端。近端用弯头血管钳阻断。在靠近远端结扎处横向切开动脉。近侧切缘以6-0的聚丙烯缝线穿过全层、留置，防止插管过程中内膜分离。动脉置管后，用同样的方法切开静脉。轻柔地收紧静脉的近端结扎线，使静脉切开和置管的过程不需要使用血管钳。静脉置管也不是常规需要留置缝线的。

　　7）置管：将插管小心置入动脉和静脉，用两道2-0丝线结扎确保固定。可在结扎线内垫1小片硅胶血管环，防止在拔管过程中剪断结扎线时造成血管损伤。用于标记的结扎线与远端的结扎线系住以进一步确保固定。通过回血将插管仔细排气并注入肝素化生理盐水。在VV模式中，静脉切开置入双腔导管，顶端到达右心房中部。极为重要的是在固定插管时要保持动脉血回输（红色）管在前，以减少回输血液的重复循环。

　　8）切口关闭：切口以生理盐水冲洗并止血。连续单股线缝合皮肤，纱布覆盖。以数根2-0丝线将插管缝在皮肤上。特别注意将插管安全地固定在床上。

(2)静脉-静脉(V-V)模式:

　　1)切口和静脉暴露：在右胸锁乳突肌的两个头之间、锁骨上2cm处做一个1.5~2cm长的横切口。用电刀切开颈阔肌，尽量少做分离，暴露出颈内静脉的前壁。观察血管，选择12F或15FOriGenVVECMO插管。

　　2)导丝放置：插管的皮肤进口位置已选定，当头转回中位时插管将位于右耳后面。穿刺针在切口上方2cm处穿过皮肤进入颈内静脉，进入点可以在皮瓣下也可以在切口内。去除针芯，插入直径为0.英寸的导丝，退出穿刺针。在导丝外套上特富龙导引管芯插入血管和右心房。用手术刀稍稍扩大皮肤进口。

　　3)插管放置：给予肝素（U/kg），等待3分钟。在特富龙管芯外面套上选好的插管，在直视下确保其插入静脉内。插管的动脉（红色）管必须位于前面，以使动脉血直接流向三尖瓣，减少重复循环。插管顶端离皮肤切口6~9cm。

　　4)切口关闭和插管固定：静脉压力相对较低，静脉切开处无须结扎即可止血。这防止了薄壁插管的扭折，如果在血管外结扎，该处常发生扭折。插管重新定位只需剪掉皮肤缝线，复位位后再与皮肤缝住即可。用数根2-0丝线将插管固定在皮肤上。单股线缝合切口。

　　5)拔管：脱机并决定结束ECLS后，剪掉皮肤缝线、拔出插管、按压穿刺点5分钟或直至出血停止。必须注意要快速拔出整根插管，以防止插管末端还在血管内时空气从侧孔进入。

　　2.儿童ECLS的插管10kg的患儿对旁路循环的要求与成人相同。他们的血管较粗大，可选的置管方式更多。推荐使用VV模式给予呼吸支持。VA模式用于心脏支持，包括心脏手术后不能脱离CPB的患儿。还不会行走的幼儿股动静脉非常细小，不适于置管。因此，10kg的患儿VV模式必须使用颈静脉双腔插管，VA模式必须使用颈静脉和颈动脉的单腔插管。偶尔，有呼吸衰竭的幼儿颈静脉太细，不能置入VV模式所需的双腔插管，则必须代之以VA模式。

　　（1）VV模式:如上所述，10kg患儿的VV模式可采用改良的Seldinger技术，如判断静脉适于置管也可采用完全经皮穿刺。10kg的患儿一般静脉够粗，可以采用双管技术将插管置于股静脉和颈静脉内。插管的选择也有两条标准：静脉中能置入的最粗的插管；根据M-number估算引血管能提供足够的流量（ml/(kg.min)）。选择引血和回输的血管有两种考虑。颈静脉插管一般引血较多。如果插管的顶端在心房内且前负荷足够，它能一直引血直到心房陷闭，泵内的血流靠随动调节来中止。这种情况下流量较高，因为相比于圆柱形的股静脉或髂静脉，心房的形状是球形的。但是，如果泵内的血液回输入股静脉，常有较明显的重复循环。这可能因为从下腔静脉流入右心房的血液在混合前优先进入了颈静脉插管。Rich等发现从股静脉引血、从颈静脉回输能使动脉血氧饱和度较高（氧气输出较多），尽管总的流量较低，但重复循环最少。推荐使用这种方法，并使股静脉插管到达肝区的下腔静脉，此处血管粗大不会陷闭。

　　（2）VA模式:心功能衰竭的患儿大部分使用颈静脉和颈动脉切开置管的方法，详见前述的新生儿ECLSVA模式的开放置管技术。对于心脏手术后的患儿，医生可以使用胸部的CPB插管部位。

3.成人ECLS的插管

　　（1）VV模式:成人VV模式使用两根插管置入颈静脉和股静脉。都可以用经皮穿刺的方法安全置管。应使用大插管（23~29F）引血，用相对较小的插管（21~23F）静脉回输。特别重要的是引血管除顶端开孔外还要有侧孔以增加流量，如果顶端孔堵塞血流也不中断。正在研发成人规格的双腔插管，不久可投入应用。重复循环的问题可以解决，如儿童置管一节中所述，从股静脉引血、回输入右心房。

　　（2）VA模式:成人VA模式可使用几种不同的插管方式。颈静脉到颈动脉旁路效果良好，尤其在同时心肺支持时。它能为主动脉弓和远端主动脉的所有分支提供良好灌注，但它升高了主动脉压而增加后负荷。颈静脉到股动脉旁路能提供充分的远端灌注，但如果原本心功能好就不能灌注主动脉弓。如果肺功能差，左心室射出的血液没有氧气合，主动脉弓不能得到充分氧气合的泵血，会导致身体的上半部分低氧气。可以另加一根回输管到静脉循环（颈静脉或股静脉）产生静脉动脉静脉（VAV）旁路来解决这个问题。这像VV模式一样增加了右心室血液的氧气合，又能提供VA模式的血流动力学支持。VA模式中后负荷增加，使衰竭的左室不能射血，导致左房压升高和肺水肿。可胸部切开直接在左心房置管或用球囊导管房间隔造口，将左房血液引流入旁路循环的静脉侧，来解决这个问题。

　　可经皮或直接血管切开来完成动脉置管。无论哪种方法，如果插管较粗阻断血流，可能导致远端缺血。有几种方法可以解决这个问题。切开置管时，在插管侧壁用接头连一根远端灌注导管，在切口处将导管插入远端的血管。经皮穿刺时，可将一根动脉导管切开置入足背动脉或胫后动脉并测量远端压力。如果压力50mmHg，管路的回输支会向导管内灌注血液。

　　静脉拔管可用如前所述的办法（经皮穿刺则直接按压，颈静脉切开则结扎）。动脉拔管较复杂。经皮穿刺的动脉插管可以直接按压。动脉插管越粗大，越可能引起假性动脉瘤或动脉狭窄。另一种方法是静脉补片血管成形术，用于切开置入的动脉插管的拔管。在这种方法中，用血管钳阻断血管后拔出插管，将一片钻石形的静脉补片缝在缺口上，既关闭了破口又防止了修复部位的狭窄。

　　4.经胸置管有些情况下，VA模式的经颈部或股部置管不可能或不现实，尤其是不能脱离CPB的患者或胸骨切开后进行复苏的患者。此时，使用CPB的标准技术直接动静脉置管。在升主动脉和右心房上做荷包缝合，通过圈套器使缝线紧绕插管并固定，防止插管周围漏血，在静脉侧则是防止空气进入循环系统。在手术室置放的插管常常随便地固定在床单上或拖在地上，如较长时间的体外支持一定要确保插管更稳固，特别是运送时的安全。通常将插管缝在胸壁上，用敷料覆盖切口。当患者清醒开始活动或试图呼吸、咳嗽时，胸骨的边缘会分离并对插管施压。可通过持续神经肌肉阻滞或用1~2根粗缝线或胸骨金属丝绑住胸骨两边来防止这个问题。后一种方法能给体外支持装置提供足够的稳定性，常优于神经肌肉阻滞。

（五）插管大小选择

　　在ECLS时，很重要的一点是尽可能使用管腔最大、长度最短的引血（静脉）管，因为静脉引血仅靠重力虹吸作用实现。在这种系统中，如前负荷适当，最大流量的决定因素是插管的阻力，其与长度成正比、与管腔半径成反比。但如果插管的形状不标准，这种简单的关系会变得比较复杂。目前插管的型号是根据其外径而定的，但是一定型号的插管因管壁厚度不同而内径各异。已建立了一种简单的方法来确定插管的压力-流量特性。检测插管的压力-流量关系并确定一个“M-number”来代表阻抗因素，用于估算某一压力时的预计流量。各种不同厂商所制造的插管也有一些差异存在,插管的基本原则就是根据厂商所提供的流量-阻力图型来选择,目前相关的分类如下:

静脉单腔管:

Biomedicus

DLP

RMI

Maquet

Sorin

Terumo

Medos

静脉双腔插管:

Origen

Avalon

动脉插管

Biomedicus

DLP

RMI

Maquet

Sorin

Terumo

Medos

图19.Origencannula

图20.Origencannula

表2VV-ECMO插管管径大小（根据病人体重）

患者体重（kg）

静脉引流（右颈内静脉/头侧插管/股静脉）

静脉供血管-非双腔管

（右颈内静脉/股静脉）

附加静脉引流管（如需要）

2.0~≤3.0

12F双腔

不适用

10F头侧（动脉插管）

3.0~≤6.5

14~15F双腔

不适用

10~12F头侧（动脉插管）

6.5~≤12

18F双腔

14F

14F头侧（动脉插管）

12~≤15

18F双腔+附加引流

15F

15~17F头侧或股静脉

~≤20

18F双腔+附加引流21F

15~17F

19F头侧或股静脉

20~≤30

21~23F双腔

17~19F

19~21F头侧或股静脉

30~≤60

23~27F双腔

19F

21~23F股静脉

27~29F双腔

21F

23F股静脉

插管选择根据Egleston的Atlanta医院的使用选择，此表仅供参考。双腔插管同时提供引流和供血。头侧插管置于右颈内静脉。动脉插管类型为头侧使用

表9-3基于患者体重的管路不同组成部分的尺寸

体重（kg）

2-8

8-12

12-20

20-30

引流管尺寸（英寸）

1/4

3/8

1/2

滚压泵（英寸）

1/4

3/8

1/2

调节囊

1/4

3/8

氧合器：

Medtronic（m2）

0.8

1.5

2.5

3.5

4.5*

MedosHiliteLT

静脉插管

10-14

动脉插管

8-10

（六）插管的问题

　　ECMO患者的置管颇有挑战性，经常遇到问题。预先充分准备常可避免并发症。对操作的外科医生给予适当的培训和技术支持可使大多数问题得以解决而不造成不良的后果。

　　静脉插管有可能插不进，因为静脉太细、插管太粗或者有1根左侧的上腔静脉而没有无名静脉。如果患者头部过伸或过旋，有时锁骨或第一肋骨会阻挡插管，因此需要重新摆放头部的位置。也可能有严重的纵隔摆动、膈疝、气胸或胸腔积液。

　　1.静脉破裂尤其在小新生儿中，静脉插管很困难，在此过程中静脉可能破裂，使插管更加困难。首先要控制出血，最好的办法是用血管钳。一旦控制住，在导丝的帮助下置入插管。在置管过程中使用牵引缝线。在静脉外周结扎系住插管。在拔管时可做一个荷包缝合以止血。

　　2.近端静脉在纵隔内断裂当静脉置管比较困难时，如果阻力突然消失可能是静脉断裂缩入纵隔。可直接指压控制出血。如果可以用镊子重新找到静脉断裂端，可用上述静脉破裂时用的方法置管。如果找不到其他合适的血管，可能需要胸骨正中切开经胸插管。如果能找到其他血管，可以缝合筋膜补住静脉断端并直接按压控制出血。

　　3.没有静脉回血如果置管后没有回血，应该检查插管和回路有无扭折。胸片和透视可用来估计静脉插管的位置，如有需要则调整位置或重新插管。

　　4.胸内静脉穿孔血流突然停止伴血流动力学不稳定可能是因为胸腔内血管穿孔。这需要立即胸骨正中切开、血管修复、随后切开置管。

第四节变温水箱

一、热交换器

　　因为血液在管路中流动时接触的表面积很大，很多热量在体外循环过程中丢失。虽然手术室中常规使用低温，但一般ECMO的目标是常温。所有的ECMO系统有一个热交换器，置于氧气合器后或整合于氧气合器中。Medtronic和Gish生产最常用的热交换器。ECMO的热交换器是不锈钢管外包裹一个透明、中空的聚碳酸酯壳。血液在不锈钢管内流动，管外流动的37~40℃的水为血液加温。ECMO设备使用不锈钢是因为，铝长期暴露于血液可能会锈蚀。热交换器还有第二个用途。如置于氧气合器后可作为气泡俘获器。

　　ECMO的加热器应能将血液加热至略高于体温，上限约为42℃以避免溶血和气泡形成。另外，其内的水流必须为低压，通常约为3~4psi。这保证了在热交换器有破漏时，血液流入水浴而不是相反方向的流动。许多加热器有微处理器控制的温度感受器和调节装置。控制器可设定所需的血液温度，加热器相应地将水浴加热。与ECMO的大多数设备相同，流过热交换器的热水流与血流相向而行以尽可能保持最大温度阶差。这确保了热量转移入血液中。CincinnatiSubZero生产不同体型规格的加热器。血液从加热器回到患者体内。

二、变温水箱

虽然有诸多因素影响到热交换器的变温效能，但影响降、复温速度较为重要的是通过热交换器达到最大效率的水流量。因此，为了能迅速达到满意的温度，不仅要有一个效能良好的变温器，而且还要有一个能提供足够水流量的变温水箱。一般热交换器达到最大效率的满意水流量为15～20L/min。

（一）普通变温水箱

普通变温水箱不具有自动降、复温功能,而仅起加温和泵水作用。代表产品为Sarns水箱。Sarns水箱是一专用的供水系统，可将冰水、温水或非加温水以高达28L/min的流量泵至热交换器内。它有分别循环冷、热水的管道，降温有4种泵速度控制，以使患者温度逐渐改变。加热有4个温度档(30℃、38℃、40℃、42℃)，可据需要而选择。温度控制器在加热至42℃时能自动停泵和停止加热，超温报警灯亮，以防血温过高给患者造成损害甚至死亡。最大水压为0.77kg／cm2，但这种水箱仅是一个泵水和加温系统，不能制冰制冷，因此降温时需往水箱内加冰块方可达到目的。

（二）全自动变温水箱

全自动变温水箱具有自动制冷、制冰、加温、温度显示及温控报警功能。Sarns新近推出的温度控制及监护系统(TCM)则是一个多功能的供水系统TCM可同时进行动脉血热交换，病人变温水毯和心脏停跳液输送系统的回圈水温度的控制。TCM除对回圈水进行极大范围内的降温和变温外，还可按所编制的程序保持温度比。温度选择0～42℃，内藏式制冷，淘汰了运送冰块的工作；变温毯水温的供给与动脉血热交换器的输送是相同的，其自动化开关设备与目前各种医疗用变温毯都可通用；心脏停跳液冷却水变数由3个帮派速度供给，心脏冷停跳液的温度显示在主控制盘上；连续显示/遥控微型组件可通过9个温度探头，连接显示出所需的度数，有3个探头对回圈温度的探测，可发生极限报警，温度显示也可以提供灌注师所选择的随着6℃或10℃不同的静脉血温度变化率而复温，即6℃变化率为：复温水的温度控制在比进入的静脉血温最多高6℃；10℃变化率为：复温水的温度，控制在比进入的静脉血温最多高10℃。TCM最大流速性能（1/8马力泵）：热交换器输出口21.0L/min，从零点起，最大压力mmHg/in2；供应变温毯的输出口2.1L/min，最大压力mmHg/in2；心脏停跳液供应口7.8L/min最大压力mmHg/in2。StockertShiley变温水箱，与其他水箱的结构有所不同，它是由一个基本单元（主机）和控制单元两部分组成。这样水箱就可远离体外回圈机工作。其主机特性为密闭的双水循环系统，可将水泵至热交换器和超低温毯。其泵水流量为24L/min。该单元泵出的最低水温1.5℃可用于心肌保护液的冷却。降温时不需冰水，其降温速度为40→30℃1.5分钟,30→20℃1.9分钟,20→10℃2.3分钟,10→5℃1.5分钟。控制单元可数位显示出3个不同温度值，即：①预设的温度值，该数值可据需要而调节；②水温有加热或制冷状态指示；③病人体温。该控制单元还具有报警功能，当温度过高时，加热部分自动关机，制冷部分开动，通过冷热水的混合以达到所需要的温度。

总之，变温器和变温水箱的性能越好，升降温的速度越快，产品设计以此为目的。但实际临床上ECMO病患通常只会应用到升温的功能，但在台湾曾经有对脑伤的病患使用微降温以减少脑部损伤，得到良好效果，因此未来ECMO病患之变温器选择可能更有弹性。

第五节空氧混合调节器

　　目前有机械式或电子式空氧混合调节器。提供设定流速与氧气百分比的气体给气体交换装置。气体流速大小会影响病患血液二氧化碳排除的程度，氧气百分比大小决定ECMO气体交换装置供氧的大小。

第六节监测系统

　　ECMO的附加设备包括监测器和安全装置。ECMO的任一组件失灵都会导致病人生命的危险。所以监测ECMO系统，不单是监测功能是否恰当，还要监测是否有失灵的征象。最重要的监测者是ECMO专业人员。只有注意细节、持续监测ECMO系统和患者情况，才能降低设备失灵的风险，或在失灵时快速反应。其监测系统如下：

一、ECMO管路上持续性血液气体分析与氧饱和度监测器

　　要监测ECMO对病患之心肺支持是否有效，需在一定时间采集检查动脉和静脉血液气体分析。ECMO系统能在静脉端和动脉端持续监测血液酸碱值(pH)、氧饱和度(SatO2％)、氧气分压(PO2)和二氧化碳分压(PCO2)，这些资料可为临床医生提供有价值的资料。大多数中心监测静脉血的氧饱和度(SvO2)。ECMO系统中动脉端氧气分压(PO2)、氧饱和度(SaO2)和二氧化碳分压(PCO2)直接代表气体交换装置的功能，间接反应病患心脏与肺脏功能。静脉端氧饱和度(SvO2)，直接反映了氧气气输送的有效性、病患氧气消耗状况与病患肺脏功能，目标是SvO2在70％~75％左右。监测器可使用双波长装置或内置导管。双波长监测器与脉氧气仪相似，使用红光和红外波长。这些光波透射过血流，根据血液吸收的光计算氧饱和度。也可使用内置光纤导管测定静脉血氧饱和度。通过旋转止血阀将探头伸入管路的血流中，探头就是一个反射性分光亮度计。光学模组测量反射光并将其转化为电子信号，显示计算所得的饱和度。两种装置都有极佳的监测能力，在氧饱和度过低或过高时发出警报。

在CPB设备中，持续动静脉pH、血气和氧饱和度监测正逐渐标准化。一般将一个血流可通过的小室置入管路中，其内有一层半透膜，允许气体和离子透过而到达感受器。pH、氧气和二氧化碳的微型感受器连接到一根光纤上。传到感受器上的信号强度与血液中的氢离子、氧气和二氧化碳量相对应。计算得到动脉的碳酸氢盐和静脉的氧饱和度，与pH、PCO2和PO2一起显示在监视器上。泵流量、膜氧气合器功能和患者状态的变化反映在氧气和二氧化碳的分压。氧气合器功能降低、气流断续、患者代谢需求增加或使用VV-ECMO的患者需要吸痰的早期征象都可以反映在监视器显示的参数中。

二、流量测定装置

　　超声流量测定装置精确提供泵的流量。这在ECMO系统中有旁路如血液过滤装置时非常有用。用超声透过时间测定血流的体积。在产生超声波束的感测器之间是血流管。流量表根据液体的流动得出超声波从一个感测器穿行到另一个感测器的精确时间。这种透过时间测定的是流量。TransonicHT采用可重复使用的、夹式流量感受器，流量过高、过低时可报警。也可以使用一个气泡探测器。

三、气泡探测器

　　气泡探测器用来探测是否有空气进入ECMO系统并报警。这是一个严重的问题，尤其是在VA-ECMO模式中，空气能进入动脉系统、直接流入脑循环。气泡探测器使用超声或红外技术。超声感测器将信号经过管道发送至接收器。穿过液体的信号成为参照值。这个信号发生变化就认为有空气并发出警报。最少~ul的气泡就能触发报警。必须注意快速输入不同密度的液体（如血小板）也会触发报警。红外感受器使用吸收光作为参照。液体中流过的气泡会改变吸收光而触发报警。使用红外技术能发现最少ul的空气量。

四、ACT测定

　　与人造物表面接触的血液会形成血块，所以要输注肝素抗凝。为确保凝血时间保持在可接受的范围内，每一小时从管路中抽取少量血液，测定启动的凝血时间（ACT）。根据ACT结果调整肝素或其他抗凝药物。在床旁测定ACT，可使用多种机型，如Hemochron或ACTPlus。市场上的新机型有HemochronSignaturePlus。一些较新的机型能记录资料，锁定非授权用户，确保符合CLIA和（或）CAP标准。

　　目前在各ELSO中心之间，使用多种方法不同的机型测定ACT。这些中心面临的问题是确定标准的ACT范围。以前，因为大多数中心使用相似的机型，公认ACT在~秒之间是一个合理的标准。现在使用多种机型，难以建立一个可被广泛接受的标准。目前监测患者的凝血状态比监测患者的抗凝状态可能来的更重要，例如，可以利用TEG机器监测病患血液实际凝血状态(纤维蛋白、凝血因子、血小板数目与功能)。

第七节其他附加装置

一、压力监测器

（一）负压监测器

可以监测静脉引流是否足够，负压30mmHg容易造成病患血液溶血，因此可以监测病患血量是否足够，帮助判断静脉插管位置是否正确，以及监测病患心脏功能。

（二）正压监测器

进出气体交换装置的压力与压力差这三种正压监测，可得知病患血量及血压高低、动脉插管是否受、阻氧合器中是否有血块、循环管路是否有血块。例如：气体交换装置进出口压力上升了，可能病患动脉管扭折或高血压及高血容量;气体交换装置进出口压力下降了，可能泵松紧度过松或低血容量;气体交换装置进出口压力差上升，最有可能是有血块形成在气体交换装置中。

二、血液温度监测器

可以监测进入病患前血液温度而得知变温器效能。

三、血液逆流监测器

是一种安全装置，当ECMO动力因机械故障而无法转动会使得病患动静脉导管形成一个大的分流，进一步危害病患，血液逆流监测器可以在这时候阻止逆流。

四、游离血红素监测器

长期使用ECMO会对病患血液产生破坏，其中最严重为溶血，持续使用游离血红素监测器可以得知目前病患使用ECMO中之溶血程度，可作为更换氧合器指标。

五、TEG监测器

可以进一步评估ECMO病患凝血机转病理变化，包括纤维脢原形成、血块形成、血块稳定、血小板功能及溶解血块功能。

图20.变温器图21.游离血红蛋白监测器

图22.压力监测器图23.气体调节器

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