刁力為 李溫斌 師啟眾 張保全 樊宏哲 劉 誡 李陽(yáng)陽(yáng) 楊英杰 吳本清吳一彬

2019 新型冠狀病毒(novel coronavirus，2019-nCoV)引起的新型冠狀病毒肺炎(2019 novel coronavirus，COVID-19)在短短幾個(gè)月內(nèi)肆虐全球，輕型及普通型患者可以通過對(duì)癥治療自愈，重癥及危重癥患者需要呼吸機(jī)甚至體外肺膜(extracorporeal membrane oxygenation，ECMO)支持，但重癥患者死亡率仍高達(dá)61.5%[1]，死亡的主要原因是急性呼吸窘迫綜合征(acute respiratory distress syndrome，ARDS)基礎(chǔ)上合并肺部感染和循環(huán)衰竭。 因此，提高ARDS的搶救成功率是降低COVID-19 患者以及各種非心源性原因引起的ARDS 患者病死率的關(guān)鍵。 VAECMO 是搶救左心功能衰竭患者的有效手段之一，但是ARDS 合并左心功能衰竭患者同時(shí)合并嚴(yán)重的低氧血癥，常規(guī)VA-ECMO 無法緩解上半身尤其冠狀動(dòng)脈乏氧的問題，VAV-ECMO 又難以控制各個(gè)管路的流量，同時(shí)左心減壓的問題也得不到很好的解決，是VA-ECMO 治療ARDS 合并循環(huán)衰竭患者的主要死亡原因[2]。 房間隔造口術(shù)通過在房間隔卵圓孔位置人造一個(gè)房間隔缺損，形成了一個(gè)左心到右心的通道，相當(dāng)于心臟術(shù)后常規(guī)應(yīng)用的左心引流，是促進(jìn)心臟復(fù)跳、改善左心功能的有效手段，也有用于VA-ECMO 支持等待心臟移植患者的成功報(bào)道[3]，然而尚未見到這種方法治療ARDS 合并左心衰竭患者的臨床或者實(shí)驗(yàn)研究。 我們分析房間隔造口加VA-ECMO 能夠通過左向右分流，達(dá)到:①減壓左心(左心引流的另外一種形式，避免了開胸左心引流導(dǎo)致的出血、感染等并發(fā)癥)，使其充分得到休息；②改善肺循環(huán)、減輕肺水腫，增加氧供尤其冠狀動(dòng)脈及腦部的氧供；③實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)左、右心房壓力，平衡體肺循環(huán)血流量，從而提高ARDS 合并左心衰竭甚至全心衰竭患者的搶救成功率，因此設(shè)計(jì)本研究，用于檢驗(yàn)VA-ECMO 加房間隔造口術(shù)對(duì)ARDS合并左心功能不全患者的療效。

材料與方法

1.實(shí)驗(yàn)動(dòng)物 通過中國(guó)科學(xué)院大學(xué)深圳醫(yī)院動(dòng)物倫理委員會(huì)審查后，取健康成年綿羊5 只，為大動(dòng)物實(shí)驗(yàn)動(dòng)物，雄性，體質(zhì)量(55±3.2)kg。 在領(lǐng)先動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中心(深圳)完成實(shí)驗(yàn)，該中心具有大動(dòng)物實(shí)驗(yàn)資質(zhì)。

2.實(shí)驗(yàn)方法 (1)建立急性呼吸窘迫綜合征(acute respiratory distress syndrome，ARDS)動(dòng)物模型:應(yīng)用脂多糖(lipopolysacchatide，LPS)靜脈泵入全麻插管狀態(tài)下的綿羊，制作急性肺損傷(acute lung injury，ALI)性急性肺水腫或ARDS 模型。 該方法制作的肺損傷動(dòng)物模型已得到國(guó)際公認(rèn)[4]。 LPS 用量為3 μg/kg，1 h 左右即可產(chǎn)生嚴(yán)重的肺損傷，3 h 達(dá)到ARDS 標(biāo)準(zhǔn):PaO2/FiO2＜300。 LPS 制作的綿羊ARDS 模型非常穩(wěn)定，是研究重癥感染導(dǎo)致的ARDS最理想的動(dòng)物模型。 由于無法應(yīng)用2019-nCoV 建立動(dòng)物模型，因此該模型是最接近2019-nCoV 感染導(dǎo)致的ARDS 的大動(dòng)物模型。

(2)左心功能不全動(dòng)物模型的建立:在ARDS模型建立后，在明顯的低氧血癥狀態(tài)下，右側(cè)開胸，經(jīng)上下腔靜脈和升主動(dòng)脈插管建立體循環(huán)，經(jīng)右上肺靜脈置入左心房測(cè)壓管，體外循環(huán)開始前，誘導(dǎo)心室顫動(dòng)，依賴低氧血癥造成心肌損傷!

(3)ASD 的制作方法:心室顫動(dòng)20 min 后開始體外循環(huán)，切開右心房，在房間隔卵圓窩處切除部分膜狀間隔組織，大小約1.5CM，在新建的ASD 邊緣上應(yīng)用2/0 滑線褥式縫合一針，用于開閉ASD 使用，以便對(duì)比分析房間隔開放前后各項(xiàng)指標(biāo)的變化，判斷ASD 在應(yīng)用體外循環(huán)模擬VA-ECMO 的情況下對(duì)機(jī)體心肺循環(huán)的影響。 之后，縫合右心房切口，完成手術(shù)。

(4)觀察指標(biāo):①動(dòng)物血液動(dòng)力學(xué)一般指標(biāo)；②動(dòng)脈血?dú)庵笜?biāo)及混合靜脈血?dú)庵笜?biāo)；③漂浮導(dǎo)管和PICCO 監(jiān)測(cè)體肺循環(huán)血流動(dòng)力學(xué)指標(biāo)和肺水變化情況；④食道和心外膜UCG

3.統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 選用SPSS 19 軟件處理數(shù)據(jù)。計(jì)量資料采用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，采用t 檢驗(yàn)。 計(jì)數(shù)資料以頻數(shù)(率)表示。 以P＜0.05 為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié) 果

在體外循環(huán)開始前，實(shí)驗(yàn)動(dòng)物羊在呼吸機(jī)100%氧濃度模式下，外周動(dòng)脈血?dú)怙@示PaO2:(198.3±37.2)mmHg(1 mmHg ＝0.133 kPa)，SaO2:(93.1±1.3)%，PaO2/FiO2:(198.3±37.2)，HR:(87±17)次/min，MAP:(61.5±13.2)mmHg。 體外循下完成的房間隔造口(ASD)直徑為(術(shù)中測(cè)量):(11.3±2.2)mm； ASD 手術(shù)完成后，心臟除顫復(fù)跳，在關(guān)閉ASD 情況下并行循環(huán)30 min，見心臟跳動(dòng)無力，處于蠕動(dòng)狀態(tài)，說明心肌嚴(yán)重受損，難以停機(jī)，血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)、血?dú)庵笜?biāo)等均顯示ARDS 及左心功能不全動(dòng)物模型建立成功。 開始繼續(xù)體外循環(huán)輔助模擬VA-ECMO，上下腔的血液經(jīng)重力引流到人工膜肺氧合后被ECMO 經(jīng)頭臂干的動(dòng)脈插管射入頭臂干動(dòng)脈，經(jīng)此動(dòng)脈進(jìn)入主動(dòng)脈弓部，如此可以模擬VA-ECMO。 30 min 后心臟仍收縮乏力，不能停用體外循環(huán)，之后打開ASD，繼續(xù)模擬VA-ECMO 支持心臟工作，15 min 后心肌收縮增強(qiáng)、循環(huán)穩(wěn)定，心臟功能明顯改善，順利停機(jī)。 之后保留上下腔靜脈管和頭臂干動(dòng)脈插管，繼續(xù)模似VA-ECMO 工作，在各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)條件不變的情況下，僅開放和關(guān)閉ASD 對(duì)比觀察房水平分流方向及血液動(dòng)力學(xué)指標(biāo)(體外循環(huán)及ECMO 過程中由于PICCO 數(shù)值受到影響因此不再采集PICCO 的相關(guān)參數(shù))，以及血?dú)鈾z查，結(jié)果如下:應(yīng)用食道和心外膜UCG 的全程監(jiān)測(cè)，在閉合ASD 的情況下，未見房水平分流(圖1)，僅應(yīng)用VAECMO 輔助下可見動(dòng)物在吸入40%氧的情況下，HR:(108±17)次/min，MAP:(49.3±13.5)mmHg，PAP:(28.9±12.7)mmHg，PVRI:(45.2±9.2)N·S·M-2·L-1，CO:(2.4±1.4)，外周動(dòng)脈PaO2為(141.2±21.4)mmHg，SaO2:(96.1±1.3)%，PaO2/FiO2:(353.0±53.5)，心臟飽脹，運(yùn)動(dòng)幅度較小，顯得無力；在其他實(shí)驗(yàn)條件不變的情況下，僅打開ASD 后房水平出現(xiàn)左向右分流，MAP:(68.2±16.1)mmHg，PAP:(18.1±7.8)mmHg，PVRI:(33.4±7.2)N·S·M-2·L-1，CO:(3.1±1.3)L/min，外周動(dòng)脈PaO2明顯上升至(169.3±18.9)mmHg，SaO2:(98.2±1.1)%，，PaO2/FiO2:(423.3±47.3)，HR:(98±18)次/分，心臟運(yùn)動(dòng)幅度明顯加大，心臟跳動(dòng)顯得輕松，體循環(huán)狀態(tài)明顯好轉(zhuǎn)。 與ASD 關(guān)閉時(shí)比較，在ASD開放后MAP， PaO2， SaO2， PaO2/FiO2明顯上升；PAP，PVRI 明顯下降，二者間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.01)。 CO 變化不大(P＞0.05)。 其他更多指標(biāo)的變化詳見表1～3。

表1 ASD 開及閉前后血流動(dòng)力學(xué)一般參數(shù)變化

表1 ASD 開及閉前后血流動(dòng)力學(xué)一般參數(shù)變化

項(xiàng)目 ASD 開放 ASD 閉合 P 值HR/(次/min) 98±18 108±17 0.129 0 MAP/mmHg 68.2±16.1 49.3±13.5 0.001 6 PAP/mmHg 18.1±7.8 28.9±12.7 0.009 0 LAP/mmHg 11.4±2.1 13.6±3.3 0.038 0 RAP/mmHg 10.2±3.6 12.5±3.3 0.078 8

表2 ASD 開及閉前后血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)變化

表2 ASD 開及閉前后血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)變化

注: PAWP:肺動(dòng)脈楔壓；SVRI:體循環(huán)阻力指數(shù)；PVRI:肺血管阻力指數(shù)；ELWI:血管外肺水指數(shù)

項(xiàng)目 ASD 開放 ASD 閉合 P 值CO/(L/min) 3.1±1.3 2.4±1.4 0.166 9 PAWP /mmHg 11.8±2.1 13.5±3.2 0.096 4 SVRI/(N·s·m-2·L-1) 270.1±113.6 268.3±107.9 0.964 8 PVRI /(N·s·m-2·L-1) 33.4±7.2 45.2±9.2 0.000 5 ELWI/(mL/kg) 16.6±6.2 18.2±6.1 0.482 1

表3 ASD 開及閉前后肺氣體交換和氧代謝指標(biāo)參數(shù)變化

表3 ASD 開及閉前后肺氣體交換和氧代謝指標(biāo)參數(shù)變化

注: DO2:氧輸送，VO2:氧耗，O2ext:氧攝取率

項(xiàng)目 ASD 開放 ASD 閉合 P 值PaO2/mmHg 169.3±18.9 141.2±21.4 0.000 7 PaCO2/mmHg 38.2±4.2 40.1±3.4 0.184 1 SaO2/% 98.2±1.1 96.1±1.3 0.000 1 PaO2/FiO2 423.3±47.3 353.0±53.5 0.000 7 DO2/(mL·min-1·m-2) 411.2±166.8 398.5±108.3 0.786 4 VO2/(mL·min-1·m-2) 47.1±30.1 48.6±30.5 0.971 0 O2ext/% 13.1±4.6 12.9±4.4 0.698 7

圖1 ASD 閉合狀態(tài)下，無房水平分流；圖2 ASD 開放后出現(xiàn)左向右分流，缺損1.3 cm

討 論

LPS 是革蘭氏陰性菌內(nèi)毒素的主要成分，靜脈或吸入該藥物均可制作出急性ARDS 的動(dòng)物模型，是目前常用的動(dòng)物模型[5]。 ARDS 動(dòng)物模型對(duì)研究類似于COVID-19 的肺損傷的發(fā)病機(jī)制、病理生理改變、診斷和治療等方面具有重要意義。 COVID-19引起的肺損傷的病理改變主要為肺間質(zhì)和肺泡損傷后出現(xiàn)肺水腫、肺泡水腫，嚴(yán)重者可以發(fā)展為肺泡透明膜形成，出現(xiàn)為ARDS 的病理和臨床表現(xiàn)。 患者因嚴(yán)重通氣/血流比例失調(diào)、肺內(nèi)分流和彌散障礙，造成頑固性低氧血癥和呼吸窘迫。 為緩解低氧血癥，氧療是必需的措施，但危重癥患者，呼吸機(jī)給氧都難以糾正低氧血癥! 我們?cè)谠搶?shí)驗(yàn)中應(yīng)用LPS靜脈泵入的方法成功地制作出了ARDS 的動(dòng)物模型，并進(jìn)行了體外循環(huán)實(shí)驗(yàn)。 從病理和病理生理方面分析，該模型的病理改變可以模擬COVID-19 的肺部及全身病變，與吸入LPS 所致的動(dòng)物模型相比，能夠更很好地模擬COVID-19 病理和病理生理改變。

對(duì)于ARDS 合并LVF 患者，VA-ECMO 不失為一種有效改善氧合的治療方案，但臨床資料顯示目前安裝ECMO 患者死亡率很高，目前尚沒有文獻(xiàn)報(bào)道的詳細(xì)數(shù)據(jù)，并且在終末期大部分患者會(huì)出現(xiàn)左心臟功能不全，對(duì)于這類危重癥患者安裝VA-ECMO或VAV-ECMO 治療，但狀態(tài)并不樂觀，甚至加重，逐漸發(fā)生多臟器衰竭(MODS)致死! 我們分析原因認(rèn)為是VA-ECMO 工作模式下，氧合的靜脈血不能到達(dá)主動(dòng)脈根部，心腦的供血還是從肺循環(huán)過來的低氧血液，所以，患者的癥狀難以緩解，甚至加重! 為解決該問題，可以應(yīng)用VAV-ECMO 模式，但向動(dòng)脈和靜脈分流量難以控制，也不能很好地解決心臟供血問題，對(duì)心肺功能的支持有限，臨床很少使用。 針對(duì)以上分析，我們?cè)赩A-ECMO 基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一種房間隔開孔術(shù)，就像心臟術(shù)后常規(guī)應(yīng)用左心引流以改善左心功能一樣，ASD 的存在可以允許左心房血液分流入右心房經(jīng)ECMO 進(jìn)入主動(dòng)脈，同時(shí)還能明顯減輕左心室前負(fù)荷，保證左心室處于低負(fù)荷狀態(tài)，甚至是空跳，主動(dòng)脈瓣不開放，經(jīng)ECMO 氧合的血液也可以到達(dá)主動(dòng)脈根部，同時(shí)左心房壓力下降、肺水腫減輕，肺循環(huán)得到改善，保證心腦的氧供，從而改善心臟功能和全身臟器和組織的血供[6]。 本實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了我們分析內(nèi)容是正確的。

房間隔穿刺打孔術(shù)是心臟介入科的常規(guī)技術(shù)，可以在X-線和/或血管內(nèi)或食道或體表UCG 的輔助下安全實(shí)施[7]! 1 ～2 cm 大小的人造房間隔缺損不會(huì)對(duì)患者后期的心臟功能產(chǎn)生影響[8]，因此多數(shù)情況下，這些患者恢復(fù)后無需再行房間隔閉合手術(shù)，如果在后期的隨訪過程中發(fā)現(xiàn)患者有因?yàn)榉块g隔缺損導(dǎo)致的體肺分流過多、右心負(fù)荷過重、肺動(dòng)脈壓力增高，也可以擇期行經(jīng)皮房間隔缺損封堵手術(shù)[9]。

本實(shí)驗(yàn)的局限性:雖然LPS 靜脈泵入的全麻狀態(tài)的綿羊是目前重癥感染所致ARDS 的最佳模型，但是其病理生理變化可能還是與2019-nCoV 導(dǎo)致的危重癥患者有一定的不同之處； 另外，本實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用體外循環(huán)雖不能完全等同于ECMO，但二者工作原理相同。 ECMO 是在體外循環(huán)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，二者的主要是區(qū)別是前者是開放性的，而后者是閉合性的，該方面的區(qū)別主要影響長(zhǎng)期使用效果，對(duì)這次急性動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果不會(huì)造成影響；還有靜脈回流的方式不同，ECMO 是主動(dòng)抽吸式，體外循環(huán)是依靠重力引流式，雖然回流方式不同，但二者均為負(fù)壓吸引作用以達(dá)到充分靜脈引流的效果并都能很好地控制靜脈回流量，其效果相當(dāng)；關(guān)于主動(dòng)脈插管的位置，本實(shí)驗(yàn)中采用頭臂干動(dòng)脈插主動(dòng)脈灌注管的方法，其效果等同于ECMO 中的鎖骨下動(dòng)脈插管法。綜合分析，在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用體外循環(huán)模擬ECMO是合理可行的，這些方面的差異均對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響不大，因此，ASD 合并VA-ECMO 治療ARDS 合并左心功能不全動(dòng)物模型所得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)COVID-19 引起的ARDS 合并左心功能不全患者的治療有較好的借鑒作用，但需要進(jìn)一步的臨床驗(yàn)證。