体外二氧化碳清除技术（ECCO2R）是在体外膜氧合（ECMO）技术基础上发展起来的一种生命支持技术。它通过一个类似膜肺的装置，利用驱动泵将血液引流至人工肺，借助膜两侧的压力差，实现二氧化碳的弥散清除，并将净化后的血液回输至体内，从而替代肺部的气体交换功能。相较于ECMO，ECCO2R的优势在于较低的并发症发生率、更低的使用成本、简便的操作流程，以及能够与连续性肾脏替代治疗（CRRT）联合使用。大连医科大学附属第二医院肾内科的赵久阳教授在本文中详细阐述了ECCO2R的不同模式及其临床应用。
CO2的清除主要依赖于以下因素：1、血液流量；2、弥散差：气体流量越大，CO2清除越高效；3、膜/血液接触时间；4、膜材料及膜面积：膜面积越大，CO2清除越充分。
ECCO2R的最大优势在于：在实现等同于ECMO的CO2清除率时，其所需的血流速度（0.5～1.5 L/min）远低于ECMO所需的血流速度（3~7 L/min）。
CRRT的ECCO2R系统具有以下优点：由于ECCO2R装置允许低流速运转，因此对患者的血流动力学影响较小、血液系统的损伤较小、所需插管尺寸及人工膜肺面积较小，同时人工膜肺的使用寿命也更长。
CO2血中运输：
•80%～90% 转化为碳酸氢盐和H+离子
•5%～10% 与血红蛋白绑定
•5%～10% 溶解于血浆
•总容积500 ml/L血液（高溶解度无饱和上限快速弥散）
O2在血液内的运输：
•>98.5% 与血红蛋白绑定
•达到饱和后上限不再增加
•1.5% 溶解于血浆
•总容积200 ml/L血液
在患有肺部疾病（如急性呼吸窘迫综合征ARDS、急性肺损伤ALI引起的急性呼吸衰竭，或慢性阻塞性肺疾病COPD的急性加重、肺炎、哮喘等导致的顽固性高碳酸血症）并接受机械通气的患者中，研究ECCO2R联合CRRT的有效性。
通过回顾性分析，研究了16位患者接受ECCO2R+CRRT治疗的情况。在治疗开始前、开始后6小时、12小时分别收集了动脉血二氧化碳分压（PaCO2）和动脉血pH值以及其他相关参数。治疗时的血流量设定为400-500毫升/分钟，气流量为10升/分钟。
治疗前PaCO2的中位数水平为77 mmHg，使用ECCO2R治疗后6小时与12小时，PaCO2下降的中位数分别为24与30 mmHg。动脉血pH值在治疗后6小时与12小时分别较治疗前上升的中位数值为0.16与0.23。
在患有急性呼吸窘迫综合征（ARDS）和急性肾损伤（AKI）的患者中，研究ECCO2R技术对于实施超保护性肺通气的有效性和安全性。
共有11名患者参与了12次治疗。首先，在潮气量（VT）设定为6 ml/kg的情况下，验证了ECCO2R清除CO2的效果。随后，在潮气量设定为4 ml/kg的情况下，评估了ECCO2R是否能够降低平台压，从而实现超保护性肺通气。
机械通气犹如一把双刃剑，它在通过施加压力扩张肺部容积并提供氧气以提高血氧水平的同时，也可能对肺泡以及肺周组织器官包括膈肌造成损伤。这种损伤会触发炎症因子的释放，进而对肺部及其他器官造成进一步的损害。
潮气量指的是在平静呼吸状态下，每次吸入或呼出的气体量。呼吸机设定的潮气量通常指的是吸入气量。对于正常成人而言，这一数值一般为8-10 ml/kg，而呼吸机设置的潮气量通常为8-12 ml/kg。然而，ICU中的患者往往肺部状况不如正常人，例如ARDS和COPD（慢性阻塞性肺疾病）患者，他们的肺部更易发生肺泡塌陷或进一步损伤。即使是正常人所需的潮气量，患者也可能无法耐受，从而引起肺损伤。因此，有研究将ARDS重症患者的呼吸机潮气量减半至6 ml/kg进行实验，结果发现这可以降低10%的病死率。基于此，提出了肺保护性通气策略（PLV）。
肺保护性通气策略能够减少肺损伤，改善相关疾病的预后，并提高患者的生存率，减少住院天数。实施该策略的方法包括降低呼吸机提供的潮气量（一般为4-8 ml/kg，通常为6 ml/kg）以及降低呼吸机提供的平台压，即吸气结束时的气道压力。
然而，减少呼吸机提供的潮气量和压力，让患者进行更多的自由呼吸，会导致体内CO2不易排出，造成CO2潴留，体内碳酸水平升高。临床中有一个概念叫做允许性的高碳酸血症，即允许体内碳酸水平略高，但与高潮气量引起的肺损伤相比，其利大于弊。允许性的高碳酸血症下，CO2分压通常在50-70 mmHg之间（正常CO2水平为35-45 mmHg）。
随后的研究探讨了允许的高碳酸血症的数值，试图确定一个相对安全的水平。关于这一数值，研究结果可能存在矛盾，至今没有定论。此外，高碳酸血症可能导致颅内压升高、肺动脉高压以及心肌收缩力降低和肾血流减少，因此，如果患者合并有肺心病或严重的心脑血管疾病，则不允许高碳酸血症。
在不允许高碳酸血症的情况下，又要避免肺损伤，需要借助ECCO2R，帮助患者排出多余的CO2，从而实现肺保护性通气策略，改善ARDS相关的预后。应用ECCO2R甚至可以实现“超”保护性肺通气策略（UPLV），即达到更低的潮气量（4 ml/kg）和更小的压力。
回顾ECCO2R的治疗作用。该研究是在使用机械通气的ARDS患者中进行的，首先在6 ml/kg的潮气量下验证ECCO2R清除CO2的效果，然后在4 ml/kg的潮气量下验证是否可以降低平台压，实现超保护性肺通气。
图A展示了ECCO2R技术在使用20分钟后，二氧化碳分压显著下降，表明ECCO2R具备清除二氧化碳的能力。随后，实验将潮气量从6 ml/kg降至4 ml/kg。在此过程中，尽管患者的二氧化碳分压有所上升，但得益于ECCO2R的应用，图表显示患者的二氧化碳分压从35 mmHg增至45-50 mmHg，仍保持在相对安全的范围内。因此，研究者决定不再进一步降低潮气量，而是维持在这一水平。若未使用ECCO2R，患者将无法保持在45-50 mmHg的安全范围内，从而无法避免高碳酸血症型呼吸衰竭。
图B描绘了患者呼出二氧化碳的体积变化。由于潮气量的减少，呼出的体积也随之降低，但总体上保持了平稳。
图C则展示了呼吸机的平台压力，这是导致机械通气相关肺损伤的主要压力因素。使用ECCO2R后，平台压力从25 cmH2O降至约20 cmH2O，并稳定在此水平。
本研究是一项观察性的、单一中心（法国德尼医院中心）的回顾性分析。对照组：包括25名患者。在2010年1月至2015年2月期间，ECCO2R实施前，共有206例急性加重性慢性阻塞性肺疾病（ae-COPD）患者，其中67例需要进行有创通气支持。ECCO2R组：包括26名患者。从2015年2月到2020年2月，共有354例ae-COPD患者，其中32例接受了ECCO2R治疗（不包括使用呼吸机后拔管的情况）。
ECCO2R治疗方法：采用1.30平方米的膜面积，24F的股静脉导管，血流量维持在1.0升/分钟。结论：对于非侵入性通气（NIV）治疗失败的ae-COPD患者，ECCO2R能显著改善其血液pH值和二氧化碳分压（PaCO2）。此外，该方法使得85%的病例避免了插管，且并发症的发生率较低。
2012年，欧盟的专家们对ARDS进行了明确的分期。柏林定义提出了新的ARDS分期标准，这对ARDS的预后具有重要的指导意义。图片展示了在ARDS各个阶段推荐的治疗措施。其中，ECCO2R适用于中重度ARDS患者，同时确保实施小潮气量的肺保护性通气策略。
在高碳酸血症呼吸管理的创新治疗领域，指南推荐了ECCO2R技术的使用。指南指出，具备ECCO2R相关专业知识的医疗人员可以在以下情况下考虑使用ECCO2R。
首先，在实施肺保护性通气策略后，若严重的高碳酸血症酸中毒仍无法得到改善，此时可借助ECCO2R技术清除多余的二氧化碳。
其次，在需要进行肺保护性通气，但又不能容忍高碳酸血症存在的情况下，例如对于伴有脑损伤的患者，ECCO2R技术同样适用。
最后，等待肺移植的有创通气患者。在临床上，接受肺移植的患者数量众多。肺移植手术中，应尽量避免使用呼吸机，因为肺是一个极其脆弱的器官，而移植后的肺作为异体器官更是如此。一旦肺部遭受气压损伤导致感染，病情的进展会变得异常复杂。对于那些在围手术期出现高碳酸血症或CO2潴留的肺移植患者来说，体外CO2清除技术通常是首选治疗方案。
另一类适应证涉及在ECMO治疗撤除过程中提供辅助康复治疗。临床观察表明，许多患者在ECMO撤机过程中会遇到难以忍受的情况，这通常会导致显著的二氧化碳（CO2）潴留。原因在于ECMO系统清除CO2的能力极为强大，因此一旦停止使用，呼吸机在原有设置下可能无法有效地排出CO2。在这种情况下，需要重新调整呼吸机参数。在ECMO撤除的过渡期，可能会出现CO2潴留和高碳酸血症。如果在ECMO撤除过程中能够及时进行体外CO2清除，就能有效预防患者在脱离ECMO时出现并发症。
结合上述指南推荐以及最新的权威研究结果，体外CO2清除技术的主要适应症涵盖了急性呼吸窘迫综合征(ARDS)、慢性阻塞性肺疾病急性加重(AECOPD)等。针对治疗策略、介入时机以及撤机等问题，该技术将在临床重症医学领域发挥重要作用。
专家简介
赵久阳 教授
大连医科大学附属二院肾内科
教授、主任医师
中国非公立医疗机构协会肾脏病透析专业委员会副主任委员
中国医疗保健国际交流促进会肾脏病分会常委
中华医学会肾脏病学会第七、八、九届委员
中国医师协会肾脏医师分会第一、二、三届常委
东北肾脏病协作组副主任委员
来源：《肾脏在线 Nephrology Online》
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