翻译：王征娴编辑：顾乔
摘要
静脉-动脉体外膜肺氧合（VA-ECMO）是一项救命技术，可为严重心源性休克或难治性心脏骤停的患者提供短暂的呼吸和循环支持。在其潜在并发症中，VA-ECMO可能通过各种病理生理学机制对肺功能产生不利影响。血液成分与体外膜肺生物材料的相互作用会引发全身炎症反应，这可能会增加肺血管通透性并促进肺实质内中性粒细胞的俘获。同时，VA-ECMO通过胸主动脉内的逆向血流增加左心室（LV）后负荷，导致LV充盈压增加和肺充血。此外，由于肺循环的部分分流和支气管循环内搏动性血流的减少，VA-ECMO可能导致长期的肺缺氧。最终，这些异常可能导致持续的肺部炎症和纤维化改变，并伴随功能损害，这可能会有损VA-ECMO的脱机，并可能导致长期的肺功能障碍。这篇综述介绍了VA-ECMO下肺损伤和功能障碍的机制，并讨论了预防和治疗这些改变的潜在策略。
关键词：体外膜肺氧合，心源性休克，肺损伤
介绍
静脉-动脉体外膜肺氧合（VA-ECMO）是一项救命技术，可为难治性心源性休克或心脏骤停的患者提供呼吸和循环支持，这可能会给未来的治疗决策争取时间，比如植入长期的心脏辅助装置或心脏移植(HTX)。尽管VA-ECMO具有潜在的获益，但仍具有很高的发病率和死亡率。其部分是由于患者的病情危重，也归因于VA-ECMO相关的并发症，尤其是肾衰竭、脓毒血症、出血、血栓栓塞、肢体缺血和多脏器衰竭。
除了胸主动脉内VA-ECMO逆行血流引起左心室压力超负荷导致的肺充血外，VA-ECMO引起的肺部并发症较少被认识到。除了这个特定方面，在VA-ECMO装置中，也有其他机制可能导致肺部损伤和功能障碍。后者可以被比作一个简化的体外循环（CPB）回路，这两种技术在肺部生理学方面都有共同的缺陷。CPB可能会通过生物材料依赖和非生物材料依赖的因素、术中肺塌陷、肺循环分流以及CPB撤机后肺再灌注损伤现象来促进炎症反应，从而导致心脏手术后肺功能的改变。尽管这种过程在VA-ECMO期间减弱了，但它们仍在支持的不同阶段有不同程度的发生，并且可能持续数天或数周。在这种情况下，慢性炎症反应、肺充血和肺缺血的联合作用可能会导致巨大的形态和功能改变，从而可能干扰患者的康复并损害计划的整体治疗策略。在这篇综述中，我们讨论了VA-ECMO相关的肺部并发症的病理生理学机制以及潜在的临床意义。
VA-ECMO相关的全身炎症反应综合征
血液与生物材料的接触诱发全身性炎症反应综合征（SIRS）是体外循环的典型结果。尽管在CPB领域已经得到了广泛研究，但最近在VA-ECMO中也证实了这一点。此外，接受VA-ECMO的患者病情都很危重，并有严重的心源性休克，这本身就能促进SIRS的发展。由于肺部广泛的毛细血管床和实质内大量免疫细胞的存在，导致肺是SIRS背景下炎性损伤的主要靶标。因此，在ECMO下SIRS的发生为急性肺损伤的发展提供了非常有利的环境。引发对生物材料的炎性反应的主要机制如下。
体液瀑布
血液与VA-ECMO环路接触会激活接触系统（CS）和补体系统（图1）。CS产生激肽释放酶，其激活单核细胞和多形核细胞（PMN），并触发内源性的凝血级联反应，从而迅速在循环系统中产生凝血酶和纤维蛋白。凝血酶会激活血小板和内皮细胞（EC），并诱导分泌促炎介质和生长因子，如白介素6（IL-6）、白介素8（IL-8）或血小板源性生长因子（PDGF）。外源性凝血途径的活化程度较小，主要是通过活化的单核细胞和ECs释放的组织因子（TF）来激活。CS还会产生缓激肽，从而激活ECs和白细胞，并引起血液动力学的改变，包括全身血管舒张和肺血管收缩。补体的激活通过替代途径发生，产生了能激活ECs的过敏毒素C3a和C5a。C5a还是白细胞趋化性的有效调节者。补体激活的高峰发生在ECMO开始后的1-2小时内，并在随后的2到3天内逐渐下降。
图1：VA-ECMO诱发肺损伤和功能障碍的主要机制。左侧：SIRS由血液与管路表面接触引发。它激活体液级联反应、血小板和白细胞，最终导致EC损伤并使激活的PMN俘获进入肺实质。右侧：EC损伤易于液体渗入肺泡腔和肺实质，导致肺水肿，并由于肺静脉压力增加而加剧。肺泡水肿和肺动脉灌注减少导致肺实质缺血，继而维持慢性炎症并促进血管新生和纤维化的产生。
血液-生物材料相互作用触发的体液反应包括多种细胞因子的释放。而促炎和抗炎细胞因子之间的平衡在VA-ECMO启动后数小时就达到了，最初的失衡有利于促炎细胞因子TNF-α、IL-1β和IL-6对ECs的激活，并促进肝脏释放多种炎性蛋白，例如纤维蛋白原、补体和C反应蛋白。TNF-α通过上调促炎细胞因子和前列腺素的合成，激活PMNs和ECs，以及刺激活性氧（ROS）的产生，在早期炎症反应的扩大中起重要作用。
细胞激活
血小板通过与管壁表面接触以及凝血酶和补体得到激活。活化的血小板促进了促炎细胞因子、血栓素A2（TXA2）、血小板活化因子（PAF）、P-选择素和血清素的生成。TXA2介导ECs激活和局部血管收缩，而血清素和P-选择素促进PMN-内皮相互作用。血小板在VA-ECMO开始时活化程度最大，在数小时至数天内逐渐降低，但会持续存在。EC激活导致它们从基底膜脱离并松解紧密连接，随着内皮下水肿的进展引起血管通透性增加。此外，活化的ECs会上调粘附分子的表达，有利于PMN粘附和跨内皮迁移，同时它们还会释放细胞因子、组织因子和ROS。循环中的PMN、单核细胞和巨噬细胞会自发的被管道表面激活。此外，PMNs还会被补体、组胺、血清素和PAF激活，从而促进它们与ECs的粘附、渗出、组织浸润以及释放细胞毒性介质，包括蛋白酶、细胞因子和ROS。
VA-ECMO期间SIRS的调节
与CPB不同的是，VA-ECMO通常会维持数天。最初的显著SIRS会逐渐降低，主要是通过逐步建立反调节机制导致代偿性抗炎反应和可能的生物材料失活。当然，在VA-ECMO实施后数天仍能观察到延迟的持续性炎症反应，其潜在的机制可能是由于循环内存在低浓度的内毒素，这可以维持补体的激活、细胞因子的释放和ROS的生成，从而引发败血症样炎症反应。肺部低血流量引起的低水平炎症反应是另一个潜在的机制（见下文）。
VA-ECMO期间降低SIRS介导的肺损伤的策略
在这种情况下，已经提出了一些潜在的治疗方法来下调炎症反应并可能改善肺的结局。用聚甲基戊烯氧合器代替硅氧合器可减少胸部X线片上肺部炎症的放射学表现，VA-ECMO的患者服用类固醇可缩短机械通气时间，尽管这没有任何生存获益。
VA-ECMO相关的肺充血
病理生理学
外周（股-股）VA-ECMO提供了非生理性血流，导致了显著的血流动力学不稳定（图1）。胸主动脉内逆行注入的血液会增加LV后负荷，并阻碍主动脉瓣的打开，同时增加心肌需氧量。在发生心源性休克的情况下，这些失调可能会使左室功能恶化，并显著降低左室心搏量。此外，如果LV残余功能不足以允许主动脉瓣打开，则会发生进行性的LV扩张，这是由于肺和支气管静脉有持续不断的静脉血液回流进入左心房，以及通过心最小静脉进入LV，导致LV舒张末期压力进行性增加。最坏的是，扩张的左心腔内血液瘀滞可能会促进血凝块的形成，并诱发肺静脉血栓形成。
肺充血的连续发展是由于左室压力升高的被动上行传导而来的。在VA-ECMO诱导的SIRS环境下，血管通透性的增加加强了肺血管外水的积聚。后负荷增加、左心室扩张和肺充血的程度取决于几个参数，包括VA-ECMO流量、全身血管阻力和左心室残余功能。
肺充血可能通过两种机制危害肺实质细胞的氧合功能。首先，间质水肿增加了肺泡-毛细血管屏障的厚度，也就是氧在肺泡与实质细胞之间的扩散距离，而氧合主要取决于氧从肺泡间隙的扩散。其次，肺泡水肿导致局部肺泡PO2（PAO2）明显降低。肺泡上皮细胞正常暴露于mmHg以上的PAO2中，对PAO2低于50mmHg的缺氧很敏感，这种情况可能发生在肺水肿充血的肺泡中。肺泡缺氧会破坏细胞间的连接，损害屏障通透性，阻碍肺泡液的清除和肺细胞产生表面活性剂，诱导局部血管收缩和血管新生，最终引发局部和全身的炎症。因此，VA-ECMO期间的肺充血形成了一个恶性循环，VA-ECMO引起的SIRS和LV压力超负荷促进了肺水肿，肺水肿导致的肺泡缺氧进而维持了SIRS。肺泡出血是肺充血和ECLS期间抗凝治疗的另一个常见后果。虽然大咯血很少发生，但局部肺泡出血很常见，并维持了局部的炎症变化。
VA-ECMO期间肺充血和心脏超负荷的评估
胸部X线是评估肺充血的最简单检查，虽然片子解读会因常见的异常情况如肺炎、肺不张或肺泡出血而变得复杂。胸部超声是评估间质水肿、胸腔积液和肺实变的一种有效且可靠的替代方法。超声心动图检查应该是强制性的，因为它可以显示左心扩张和心脏充血的间接征象，例如自发的对比回声或心腔中“淤滞”的存在，以及主动脉瓣关闭不全。在心源性休克患者中使用肺动脉导管（PAC）进行血流动力学监测可以改善生存率，特别是在机械心脏支持的病例中。PAC通过显示升高的左侧充盈压，特别有助于识别患者的心脏扩张。已经被证实，将肺动脉舒张压值25mmHg（作为肺毛细血管楔压的替代）与胸部X线检查发现的肺水肿影像相结合，可以识别出亚临床性LV扩张的患者。尽管这些数据需要进一步验证，但现在大多数专家都主张采用PAC来帮助管理VA-ECMO患者。
VA-ECMO期间降低肺充血的策略
VA-ECMO期间严重的肺充血与预后不良相关，必须进行治疗。正性肌力药物增加心脏收缩力，促进主动脉瓣打开，并降低LV扩张和充盈压。只要存在残余左室射血并能维持外周血液灌注，就应考虑减少VA-ECMO流量以降低左心室后负荷。主动脉内球囊反搏（IABP）的置入是减少LV后负荷的进一步选择。如Bréchot等人所证实的，IABP联合VA-ECMO相对于单独使用VA-ECMO与较低的静水性肺水肿发生率和较短的机械通气时间独立相关。最近的一项meta分析发现，联合使用IABP可以降低院内死亡和住院时间。
如果先前的步骤未能减轻肺水肿，则必须通过经皮房间隔方法或通过外科手术或经主动脉的办法从左心房或LV尖置入排放管，对左心腔进行直接减负荷（“排空”）。另外Impella装置（Abiomed，Danvers，MA）可能是另一种允许左心室卸载的有效装置。最近Eliet等人发现，Impella?不仅可以降低左室舒张容积，还可以增加肺血流量。这些VA-ECMO期间心脏卸载的不同方法是最近几篇综述广泛