Экстракорпоральная мембранная оксигенация

Экстракорпоральная мембранная оксигенация (ЭКМО) является методикой жизнеобеспечения, при которой используется видоизмененный экстракорпоральный контур для искусственного кровообращения. Первый аппарат искусственного кровообращения был разработан Gibbon в 1951 году. Он позволял проводить ИК, продолжительностью, достаточной для выполнения вмешательств на сердце [1]. Длительное замещение оксигенирующей функции легких стало возможным после разработки качественно новых видов оксигенаторов. Хотя Rashkind в 1965 году применял пузырьковые оксигенаторы для замещения оксигенирующей функции легких, адекватное долговременное проведение ЭКМО стало возможным лишь после внедрения в клиническую практику мембранных оксигенаторов. Оксигенаторы, в которых за счет использования силиконовой мембраны происходит разделение газовой и кровяной фаз, впервые применили Kolobow и другие исследователи [3-6]. При использовании мембранных оксигенаторов травма крови ограничивалась минимальным разрушением тромбоцитов. Выраженного повреждения эритроцитов не наблюдалось. Оксигенаторы, разработанные Kolobow, стали коммерчески доступными и применяются в клинической практике с 1970-х годов. В Европе оксигенаторы для ЭКМО производились фирмой Jostra, при этом их устройство существенно не отличалось от оксигенаторов, разработанных Kolobow. ЭКМО впервые была использована при лечении выраженной дыхательной недостаточности (ДН) у взрослых в 1970 - х годах. В 1972 году Hill и соавт. впервые успешно применили ЭКМО у взрослого пациента [7]. Несмотря на то, что ЭКМО считалась перспективным методом для лечения ДН у взрослых, многоцентровое исследование, проведенное Национальным Институтом Здоровья США, показало, что ее использование существенно не влияет на исход у этой категории больных [8]. По этой причине ЭКМО перестала широко использоваться у взрослых. Итальянский исследователь Gattinoni отмечает, что ЭКМО является вспомогательным методом для удаления углекислого газа при использовании низкочастотной ИВЛ с низким пиковым давлением [9]. Однако, в исследовании, проведенном Gattinoni и соавт., положительные эффекты от применения ЭКМО не являлись статистически значимыми.

Одновременно с попытками оценить значение ЭКМО при лечении ДН у взрослых были проведены исследования у детей [10-12]. Bartlett и соавт. из Ирвина (Калифорния) сообщают о первом успешном использовании ЭКМО у новорожденных [12]. Позже эта исследовательская группа продолжила изучение ЭКМО у новорожденных в Ирвине и Клинике Мичиганского Университета [13]. Несмотря на то, что это исследование показало статистически значимые результаты, многие авторы считают их сомнительными [14]. Другое исследование было проведено в Бостоне, но полученные данные также остаются предметом спора. В настоящее время ЭКМО считается стандартом лечения ДН у новорожденных в Северной Америке, однако, европейские и австралийские неонатологи продолжают относиться к данному методу скептически [15]. В Великобритании перед широким внедрением ЭКМО в клиническую практику с 1992 по 1995 была проведена статистическая оценка этого метода, которая показала, что ЭКМО имеет полезное значение при лечении ДН во всех группах больных [16,17]. Хотя многие исследования показали,что ЭКМО является полезной при лечении ДН у новорожденных и детей ранних возрастных групп, ее значение для детей старших возрастных групп и взрослых остается неясным [18,19]. 

Показания к ЭКМО 

Теоретически, ЭКМО может быть показана любому больному с потенциально обратимой формой дыхательной, сердечной или сердечно - легочной недостаточности. Очень важным является отбор пациентов для проведения ЭКМО. С одной стороны необходимо правильно оценить степень снижения сердечно - легочного резерва с целью определения показаний для применения этого метода, а с другой стороны исключить группу больных, у которых прогноз является явно безнадежным и для которых проведение ЭКМО не имеет смысла. Основным критерием для отбора новорожденных, которым необходимо проведение ЭКМО, является индекс оксигенации. Для старших возрастных групп больных показания для ЭКМО остаются неясными и требуют более тщательного исследования. В целом, принципы отбора больных существенно не отличаются для различных возрастных групп:
1) Является ли имеющаяся у больного легочная, сердечная или сердечно - легочная недостаточность потенциально обратимой?
2) Позволяет ли неврологический статус или функциональное состояние органов и систем надеяться на благополучный исход?
3) Имеются ли противопоказания для использования даже минимального уровня гепаринизации?
4) Можно ли достигнуть благополучного исхода, применяя консервативное или хирургическое лечение?
Важно учитывать повреждающее действие ИВЛ с высоким пиковым давлением. Мы и другие исследователи полагают, что длительность ИВЛ является важным критерием для отбора больных [20]. Мы считаем, что максимально допустимая продолжительность ИВЛ у новорожденных составляет 10 дней, а у старших детей и взрослых - 7 дней. Проведение ИВЛ с большей продолжительностью часто сопровождается неблагоприятными исходами [21].
Если ЭКМО используется при сердечной недостаточности, то она более эффективна в случае, когда у больного имеет место правожелудочковая недостаточность, которая является следствием легочной гипертензии и сопутствующей гипоксии. На практике ЭКМО часто используется в качестве метода вспомогательного кровообращения:
1)после операций на сердце, обычно после хирургической коррекции врожденных пороков сердца,
2)при трансплантации сердца или легких,
3)при миокардите или при реакции отторжения трансплантата.
Перед отбором больных для выполнения ЭКМО в качестве метода вспомогательного кровообращения, важно правильно оценить возможность восстановления функции сердца. С развитием современных кардиохирургических методик случаи послеоперационной сердечной недостаточности, рефрактерной к инотропным препаратам, стали довольно редкими. Поэтому ЭКМО в качестве метода вспомогательного кровообращения чаще применяется при кардиальной патологии, по поводу которой не проводилось какого-либо лечения. 

Экстракорпоральный контур для ЭКМО 

Хотя основные составляющие экстракорпорального контура для ИК и ЭКМО не отличаются, компоненты контура для ЭКМО имеют свои технические особенности. Эти компоненты способны поддерживать нормотермию и функционировать длительное время. Магистрали контура для ЭКМО разработаны таким образом, что в них отсутствуют области застоя крови и они позволяют применять минимальный уровень гепаринизации.
Наиболее важным компонентом экстракорпорального контура для ЭКМО является газообменное устройство или оксигенатор, остальные составляющие контура служат для обеспечения его работы. В настоящее время стандартные оксигенаторы, выпускаемые компанией Avecor существенно не отличаются от оксигенаторов, разработанных Kolobow в 1970 годах. Имеются оксигенаторы для ЭКМО с поверхностью газопереноса от 0.4 до 4.5 м2. Обычно мы используем оксигенаторы типа Ultrox Series (а также и Avecor) с различной поверхностью газопереноса. При подборе оксгенатора обязательно необходимо учитывать антропометрические данные больного и вид предполагаемой перфузии: веновенозная или веноартериальная. Обычно при веновенозной ЭКМО применяют оксигенаторы с поверхностью газопереноса вдвое большей, чем при веноартериальном виде ЭКМО. Jostra производит силиконовые мембранные половолоконные оксигенаторы, которые широко применяются в Европе при ЭКМО у новорожденных. Medtronic выпускает мембранные оксигенаторы с гепариновым покрытием, часто использующиеся при ЭКМО у взрослых. Однако проблема пропотевания плазмы при применении мембранных оксигенаторов остается неразрешенной. По этой причине мы стараемся не использовать оксигенаторы этого типа.
При необходимости, теплообменник включается в контур для ЭКМО для поддержания температуры больного. Теплообменник предпочтительнее расположить после оксигенатора, как можно ближе к больному. Лучше использовать теплообменник из нержавеющей стали, чем алюминиевый, поскольку алюминий со временем окисляется и начинает разрушаться. Теплообмен осуществляется между кровью и водой, циркулирующей в противоположном кровотоку направлении.
Большинство центров при ЭКМО применяют роликовые насосы такие, как Cobe Stockert. Некоторые клиники используют центрифужные насосы, обычно это Biomedicus (Medtronic). При использовании роликовых насосов важно, чтобы насосный сегмент был прочным. Единственным полимером, подходящим для длительного использования, является поливинилхлорид (ПВХ) типа Supertygon S65HL (Norton Performance Plastics). Необходимо правильно отрегулировать степень оклюзии роликового насоса, поскольку избыточная оклюзия сопровождается высоким сдвиговым напряжением полимера насосного сегмента и увеличивает его износ. Важно, чтобы насосный сегмент был достаточной длины, так как во время работы насоса с большой частотой оборотов, например у взрослых больных, происходит постепенное перемещение насосного сегмента в сторону вращения роликового насоса. При этом необходимо помнить, что смещенный насосный сегмент нельзя возвращать в исходное положение, его необходимо заменить.
При использовании центрифужного насоса необходимо осуществлять контроль давления в приточной линии. Если происходит снижение притока, а насос работает с высокой частотой оборотов, может возникать выраженное разрежение в головке насоса, сопровождающееся гемолизом. Другой тип насосов - насосы перистальтического типа. Перистальтические насосы Sofracob широко применялись во Франции, в настоящее время они доступны во всем мире. Недавно разработан насос Avecor M Pump, действующий по тем же принципам, но имеющий другое устройство насосного ложа. Этот насос можно применять при длительной ЭКМО.
Когда используют роликовые насосы, в экстракорпоральный контур включают небольшой резервуар, который облегчает заправку контура. Этот резервуар должен быть устроен таким образом, чтобы при его использовании не возникало областей застоя крови. Такие силиконовые резервуары производятся Avecor.
Большинство центров применяют собранные по определенной схеме стерильные системы для ЭКМО. В каждом центре имеется аппарат для ЭКМО, в состав которого входит аккумуляторный блок, а также штативы для инфузии, освещение и полки. 

Протоколы заполнения экстракорпорального контура

Существует множество способов заполнения экстракорпорального контура для ЭКМО. Однако, необходимо обратить внимание на некоторые особенности. Перед заполнением контура растворами, необходимо произвести его вентиляцию углекислым газом. Это в значительной мере снизит степень образования пузырьков при последующем заполнении контура различными растворами. Заполнение осуществляют в три этапа. Сначала контур заполняют 20% раствором альбумина. При этом на стенках магистралей из ПВХ образуется белковый слой, который уменьшит нежелательную реакцию организма больного на синтетические материалы, из которых изготовлен экстракорпоральный контур. Затем контур заполняют растворами кристаллоидов (таких, как Plasmalyte A, Hartmann's Solution). После того, как контур полностью заполнен и произведено удаление пузырьков воздуха, в него добавляют кровь вместе с гепарином. Примерно 250 мл крови требуется для заполнения контура для ЭКМО у новорожденных и детей младших возрастных групп. Для заполнения контуров с большим объемом заполнения, применяемых у детей старших возрастных групп и у взрослых, требуется около 500 мл крови. Кислотно-основное состояние больного корригируется добавлением 8.4% раствора бикарбоната натрия или трисамина (ТНАМ). Дополнительно в заправочный объем включают раствор кальция, который предупреждает развитие гиперкалиемии. 

Каннюляция для ЭКМО 

Существует два вида ЭКМО - веновенозная (ВВЭКМО) и веноартериальная (ВАЭКМО). ВА-ЭКМО используется, когда существует, по крайней мере, частичная необходимость в проведении вспомогательного кровообращения. ВВЭКМО применяют, когда имеет место изолированная ДН. Правильная постановка канюль необходима для обеспечения адекватной перфузии и предотвращения гемолиза. В настоящее время используются тонкостенные канюли, стенки которых усилены металлической спиралью, что предотвращает возникновение перегибов канюли. Для проведения ВАЭКМО у новорожденных применяют усиленные металлической спиралью катетеры Biomedicus (Medtronic), диаметром от 8 Fr до 14 Fr. Для ВВЭКМО используют двухпросветные каннюли, выпускаемые фирмой Jostra, диаметром 12 Fr и 15 Fr. Часто канюляция для ВВЭКМО у новорожденных представляет собой небольшую хирургическую операцию. Однако можно произвести катетеризацию вены двухпросветной канюлей при помощи проводника. У старших возрастных групп канюли для ВВЭКМО часто устанавливают чрескожно при помощи проводника. Когда требуется канюляция артерии (при ВАЭКМО), чрескожная пункция сосуда и введение каннюли с помощью проводника невозможны, для этого необходимо хирургическое выделение артерии. Важно учитывать, что необходим тщательный гемостаз при выполнении канюляции, поскольку это предотвратит кровопотерю. Если после операции невозможно перевести больного с ИК на самостоятельное дыхание, то ЭКМО проводят при открытой грудной полости. В этом случае не всегда удается избежать кровопотери.
Удаление канюли требует хирургического вмешательства, если применялась ВАЭКМО. Если канюляция была произведена с помощью проводника и без лигирования сосуда, то после удаления канюли необходимо лишь наложить кожный шов. 

Газообмен и гемодинамика 

Гемодинамические эффекты ВВЭКМО и ВАЭКМО отличаются. При ВАЭКМО сердечный выброс представляет собой сумму собственного сердечного выброса больного и объемной скорости ЭКМО. Поскольку существует смешивание крови в периферической артерии, наиболее точным методом оценки адекватности доставки кислорода является измерение насыщения кислородом смешанной венозной крови. Насыщение крови кислородом, взятой из венозной линии, более 70% указывает на адекватную оксигенацию. ВВЭКМО не влияет на сердечный выброс больного. При этом типе ЭКМО происходит рециркуляция и смешивание венозной крови в большей степени, чем при ВАЭКМО. Поэтому для оценки адекватности ВВЭКМО необходимо производить анализ газового состава артериальной крови больного. 
При увеличении скорости кровотока через оксигенатор возрастает количество кислорода, доставляемого больному. Чтобы удалить больший объем СО2 необходимо увеличить поток газовой смеси. Одним из основных отличий между современной и ранее применявшейся методикой ЭКМО является принцип сохранения функционального покоя легких. Во время ЭКМО легкие больного раздуты, но не перерастянуты. Более того, важно, чтобы ИВЛ осуществлялась при низком пиковом давлении, с низкой частотой и низкой фракциональной концентрацией кислорода во вдыхаемой смеси. Обычно при ЭКМО используют следующий режим ИВЛ:
- частота вентиляции - 10 в минуту,
- FiO2 - 0.3
- пиковое давление - 20 см. вод. ст.
- РЕЕР (ПДКВ) около +10 см. вод. ст.

Протоколы ведения больных при ЭКМО 

Во время ЭКМО необходимо производить точный мониторинг водного баланса больного. Важно максимально уменьшить поступление жидкости, что достигается ограничением внутривенных назначений, применением диуретиков и гемофильтрации. 
Для предотвращения свертывания крови в экстракорпоральном контуре необходима инфузия гепарина, при этом ориентируются на значения АСТ, производя забор проб каждый час. При ЭКМО, если у больного нет кровотечения, АСТ обычно поддерживают в пределах 160 - 200 с. В случае кровотечения АСТ должно поддерживаться на меньших значениях. При необходимости назначают апротинин (трасилол) - нагрузочная доза- 1 мл/кг, после чего проводят постоянную инфузию из расчета 1 мл/кг в час. Гемоглобин у больного поддерживают на высоких значениях. Обычно во время ЭКМО мы поддерживаем концентрацию гемоглобина около 14 г/дл. Основной причиной кровопотери при ЭКМО является взятие проб крови, поэтому объем заборов крови должен быть минимальным. Во время ЭКМО происходит разрушение тромбоцитов в экстракорпоральном контуре, что делает необходимым их постоянное возмещение. Обычно при ЭКМО число тромбоцитов поддерживают выше 75000 в мм3. Если у больного имеет место кровотечение, необходимо придерживаться более высоких значений концентрации тромбоцитов.

Cписок литературы.  Gibbon J.H. "Application of mechanical heart and lung apparatus to cardiac surgery." Minn. Med. 1954;37:171-85. Rashkind W.J., Freeman A., Klein D. et al. "Evaluation of a disposable plastic, low volume, pumpless oxygenator as a lung substitute." J. Pediatr. 1965; 66:94-102. Kolobow T., Bowman R.L. "Construction and evaluation of an alveolar membrane artificial heart lung." ASAIO Trans. 1963; 9:238. Lande A.J., Dos S.J., Carlson R.G. et al. "A new membrane oxygenator-dialyser." Surg. Clin. North Am. 1967; 47:1461-70.  Bramson M.L., Osborn J.J., Main F.B. et al. " A new disposable membrane oxygenator with integral heat exchanger." J. Thor. Cardiovasc. Surg. 1965; 50: 391.  Pierce E.C. "Modification of the Clowes membrane lung. J. Thor. Cardiovasc. Surg. 1960; 39:438.  Hill J.D., O'Brien T.G., Murray J.J. et al. "Extracorporeal oxygenation for acute post-traumatic respiratory failure (shock-lung syndrome): Use of Bramson Membrane Lung." N. Engl. J. Med. 1972;286:629-34.  Zapol W.M., Snider M.T., Hill J.D. et al. "Extracorporeal membrane oxygenation in severe respiratory failure." JAMA 1979; 242:2193-96.  Gattinoni L., Pesenti A., Mascheroni D. et al. "Low frequency positive pressure ventilation with extracorporeal CO2 removal in severe acute respiratory failure." JAMA 1986; 256:881-85.  Dorson W.Jr., Baker E., Cohen M.L. et al. "A perfusion systems for infants." ASAIO Trans. 1969; 15:881-85.  White J.J., Andrews H.G., Risemberg H. et al. "Prolonged respiratory support in newborn infants with a membrane oxygenator." Surgery 1971; 70: 288-96.  Bartlett R.H., Gazzaniga A.B. et al. "Extracorporeal membrane oxygenation (ECMO) cardiopulmonary support in infancy." ASAIO Trans. 1971;22:80-88.  Bartlett R.H., Gazzaniga A.B., Toomasian J.M. et al. "Extracorporeal membrane oxygenation (ECMO) in neonatal respiratory failure: 100 cases." Ann. Surg. 1986; 204:236-45.  Bartlett R.H., Roloff D.W., Cornell R.G., Andrews A.F., Dillon P.W., Zwischenberger J.B. "Extracorporeal circulation in neonatal respiratory failure: A prospective randomized study." Pediatrics 1985; 4:479-87.  O'Rourke P.P., Crone R., Vacanti J. et al. "Extracorporeal membrane oxygenation and conventional medical therapy in neonates with persistent pulmonary hypertension of the newborn: A prospective randomized study." Pediatrics 1989; 84:957-63.  UK Collaborative ECMO (Extracorporeal Membrane Oxygenation) Trial Group. "UK Collaborative randomized trial of neonatal extracorporeal membrane oxygenation." Lancet 1996; 348:75-82.  UK Collaborative ECMO (Extracorporeal Membrane Oxygenation) Trial Group. "UK Collaborative randomized trial of neonatal extracorporeal membrane oxygenation: follow-up to one year of age." Pediatrics 1998; 101:1-10.  Green T.P., Timmons O.D., Fackler J.C. et al. "The impact of extracorporeal membrane oxygenationon survival in pediatric patients with acute respiratory failure. Pediatric Critical Care Study." Crit. Care Med.1996; 24:323-29.  Morris A.H., Wallace C.J., Clemmer T.P. et al. "Randomized clinical trial of pressure-controlled inverse ratio ventilation and extracorporeal CO2 removal for adult respiratory distress syndrome." Am. J. Respir. Crit. Care Med. 1994; 149:295-305.  Pranikoff T., Hirschl R.B., Steimle C.N. et al. "Mortality is directly related to the duration of mechanical ventilation before the initiation of extracorporeal life support for severe respiratory failure." Crit. Care Med.1997; 25:28-32.  Gattinoni L., Pesenti A., Bombino M., Pelosi P., Brazzi L. "Role of extracorporeal circulation in adult respiratory distress syndrome." New. Horizons 1993;1:603-12.  Vilardi J. "Defining a new expanded role for staff nurses: Role development and clinical practice issues for the ECMO specialist." J. Perinat. Neonatal Nurse 1991; 5:51-60.