引言
静脉-静脉体外膜肺氧合 （ECMO） 是严重急性呼吸衰竭的挽救疗法，可在难治性低氧血症的情况下提供足够的氧合。此外，在纠正低氧血症、高碳酸血症和酸中毒的同时，它还允许肺保护性通气。
在这种体外支持中，静脉血从中央静脉室排出，由体外膜肺氧合和脱羧，然后再注入中央静脉。因此，需要使用两个套管（股-股或股-颈静脉配置）或一个单根双腔套管（一种能够进行引流和回输的装置）进行血管插管。
对潜在疾病的评估是一个基本过程，因为体外支持适用于受潜在可逆疾病影响的患者，是通往康复的桥梁。如果肺部疾病是慢性且不可逆的，则只有在患者符合肺移植条件的情况下，才应采用体外支持。VV-ECMO 治疗呼吸衰竭的唯一绝对禁忌症是不适合肺移植的患者存在不可逆的潜在疾病。此外，相对禁忌证包括与总体预后不良相关的危险因素，例如抗凝禁忌证、不可逆的神经损伤或无法治愈的转移性癌症 。
除了残余肺功能外，有效 ECMO 治疗的主要决定因素（即实现足够的动脉血氧饱和度和输送量）取决于患者和治疗相关因素。这些因素包括流经装置的血流范围、血流与患者心输出量的比率、氧合器膜性能（由扩散特性和表面积决定）、扫气量中的氧含量、血红蛋白浓度、代谢需求和耗氧量以及 ECMO 回路内的再循环量 。
此外，在 ECMO 支持期间，通常会降低呼吸机压力，以避免进一步的机械呼吸机诱发的肺损伤。这会导致不同程度的肺塌陷，因此几乎完全依赖于 ECMO 回路，其中左心室和动脉血氧饱和度接近肺动脉饱和度 。在这种情况下，使用 ECMO 支持可诱导肺动脉压显著下降，从而减弱低氧性血管收缩的适应性肺反应。
经验和文献数据都表明，提供足够的氧合需要大约相当于天然心输出量三分之二的体外血流。在严重的低氧性呼吸衰竭病例中，尽管提供了体外支持，动脉血氧饱和度可能仍然很低。虽然在 ECMO 回路中离开氧合器的血液已完全饱和，但到达组织的血液与静脉血混合，其饱和度取决于上述因素。在这种情况下，尽管再循环增加，但较高的 ECMO 回路血流量也会增加动脉氧合饱和度 。
特别是，在 VV-ECMO 期间，来自体外回路的一定量含氧血液直接从回输管抽入引流管，因此无法到达体循环和外周组织。这种动态现象称为再循环，是由多种因素引起的，例如插管在患者身上的位置以及患者与 ECMO 回路之间的血流动力学相互作用。再循环可能会显著降低体外氧输送，导致难治性低氧血症 。在 ARDS 中，肺动脉高压 （PAH） 很常见，这可能导致右心室衰竭。其病因涉及多种因素，包括肺栓塞和/或纤维化。在这个框架中，右心室舒张末期充盈压增加（以及随之而来的三尖瓣反流）可以将输注的血流重新定向到引流插管，从而增加血液再循环分数（图1）。
图 1.在再循环中，来自体外回路的一定量含氧血液直接从输液套管抽入引流套管，因此无法通过三尖瓣到达体循环。
总之，检测和量化再循环分数是优化 VV-ECMO 肺支持的基础。再循环减少了输送给患者的含氧血液量，因为一定量的血液不参与气体交换。鉴于 ECMO 膜肺氧合器中氧浓度梯度降低，该系统的有效性也降低，导致输送给患者的氧气量减少。
虽然测定再循环分数对于评估体外氧输送是必要的，但量化再循环量可能很困难。
可接受再循环的经验范围约为 10-30%，尽管没有定义标准化阈值。如果高于此范围，则体外氧转移减少。据报道，再循环的程度从 2% 到 57% 不等 。在他们的研究中，Gehron 等人报告说，频率再循环数据显示再循环率的中位数在 14% 到 16% 之间，最大再循环率约为 58%。然而，在所有测量中，只有 13-14% 的测量记录了高于 35% 的高再循环率 。
计算VV-ECMO再循环量
首先，可以通过比较体外膜肺氧合 （ECMO） 引流套管氧饱和度 （SpreO2） 和患者的静脉氧饱和度来确定再循环分数。如果没有再循环，这两个值很接近;另一方面，当发生再循环时，在引流管中检测到的氧饱和度与再循环成比例增加 。
其次，评估 SpreO2 和外周动脉血氧饱和度 （SaO2） 的趋势可以提供有关再循环的信息。在 SaO2 降低的情况下，SpreO2 的增加可能表明有临床意义的再循环。当 SpreO2 超过 SaO2 时，这一点更为相关——这种情况发生在重要的再循环情况下。
如果减少再循环的干预措施有效，则会导致SaO2增加，而SpreO2则减少。
但是，为了更准确地确定再循环，我们可以使用以下公式根据氧含量计算它，以氧饱和度表示：
其中 SpreO2 表示进入引流套管的血液中的氧饱和度，SpostO2 表示离开输注套管的血液中的氧饱和度，SvO2 表示静脉血在进入体外回路并被 ECMO 氧合之前的饱和度。
SpreO2 和 SpostO2 可以分别通过对进出氧合器的血液进行血气分析来直接测量。
如果 SpreO2 等于 SvO2，则再循环分数为 0%。相反，如果 SpreO2 等于 SpostO2，则再循环为 100%。
这种方法在量化再循环方面的主要局限性是 SvO 2 的测定。事实上，它与通常通过从放置在肺动脉中的 Swan-Ganz 导管中采集血液来获得的混合静脉饱和度不对应。来自该点的血液样本包括由 ECMO 回路再输注的含氧血液。
因此，提出的量化 SvO2 的解决方案包括 CVL 法和 SvO2 法。
CVL 方法包括使用中心静脉导管测量从上腔静脉或下腔静脉取样的血液的静脉饱和度。虽然这个值很容易测量，但它并不对应于混合静脉饱和度，也没有考虑上腔静脉（SVC）和下腔静脉（IVC）之间的氧含量差异。
事实上，正如 Van Heijst 等人所建议的 SvO2 方法包括暂时停止 ECMO 扫描气流，然后使用呼吸机达到与 ECMO 支持相当的动脉血氧饱和度。静脉引流插管中血液的氧饱和度代表了对真实混合静脉氧饱和度 SvO2 的准确估计。
然而，尽管准确，但进行这种测量可能很困难且具有潜在危险，尤其是对于高度依赖体外气体交换支持的患者，他们可能无法忍受ECMO循环中断。
超声稀释法
超声稀释法是一种潜在的替代方法，它可以提供一种快速、简单、可靠和非侵入性的方法来评估再循环，即使它可能依赖于操作者。该技术分析超声速度特性和体外回路中血液的稀释度，以通过无创方法估计再循环量 ，检测生理盐水注射后超声速度的变化。超声流量传感器放置在引流管和注射插管上。
将生理盐水推注注射到注射套管中后，超声的速度特性发生变化，产生“稀释曲线”。再循环的盐水随后产生第二条稀释曲线，由引流管上的超声探头检测到。
这两个速度的比率，表示为两条稀释曲线（AUC US，超声）下的面积，允许计算回路中的再循环：
如果在引流插管中未检测到稀释曲线，则表示再循环为零；与此同时，如果在引流插管和再灌注插管中均检测到相同的稀释曲线，则表示再循环为 100%。
临床前研究比较了超声稀释与 CVL 和 SvO2 技术在动物模型中逐渐增加的血流速度。与 CVL 方法相比，超声稀释再循环率与 SvO2 方法检测到的再循环率更为相似。ELSA 监测仪已经开发出来，但尚未在临床实践中广泛使用，还需要更多的研究来验证相关结果。ELSA 监测器提供了一种无创方法，无需抽血即可测量 VV ECMO 的再循环。ELSA 流量/稀释传感器使用超声波传输时间传感器测量流体中的输送体积流量，该传感器安装在引流和再输液插管中。当生理盐水注入再输液插管中的回路时，Transonic ELSA 监测器会检测并量化再循环。该设备可实现潜在的标准化方法，使超声成为一种可重复的技术。
热稀释法
在静脉-静脉体外膜氧合的情况下，用热稀释法测定心输出量并不可靠，因为部分冷指示剂会被吸入体外循环。在此框架下，可采用热稀释法测量再循环，方法是向再输液插管快速注入冷盐水并测量引流插管中出现的温度-时间曲线，这是量化再循环的一种潜在无创方法。
因此，在临床前体内外环境中，研究人员采用改良的热稀释技术来评估原生心输出量和再循环部分。这些研究表明，经过改良的热稀释技术可以估算再循环，如果再循环部分小于或等于 40%，则可以检测到临床可接受的心输出量值。这些研究是通过沿回路放置两个热电偶进行的：一个在 ECMO 再灌注插管上，另一个在引流插管上。再循环分数根据温度曲线下的面积（AUC T，温度）之比计算得出：
有必要进一步开展体内研究，以证实这些结果。
影响再循环的因素
再循环受多种因素影响，如插管结构、插管位置和大小、再灌注血流方向、ECMO 血流、泵速、胸腔内和腹腔内压力、患者体位（如头颈旋转）、容量状态和心输出量。
插管配置、定位和插管尺寸
考虑到股静脉至颈内静脉 VV-ECMO 配置，由于再灌注射流朝向引流口，一定量的再循环是不可避免的。再灌注插管和引流插管的距离和方向对再循环量有直接影响，当两个端口距离较近时，再循环量较高，而位置较宽则会减少再循环量。相对较大的引流插管可在较低泵速下保持相同的血流速度，引流插管中的静脉负压较小，从而可能减少再循环的程度。
泵速、体外血流量和心输出量
泵速和再循环之间有直接的关系：泵速越高，再循环量越大。
此外，再循环可能受到患者心输出量（CO）及其与 ECMO 血流比率的影响。心输出量接近体外血流量会增加再循环，而心输出量高于体外血流量则会减少再循环。尽管如此，这两种情况都会导致全身缺氧，因为它们会降低体外系统氧合的静脉血比例。为避免氧输送量的减少，临床实践中建议使用约为 CO 三分之二的 ECMO 血流量。
这说明再循环是一个动态过程，因此有必要考虑 CO 与 ECMO 血流之间的比率。此外，虽然高 CO 导致的低再循环可增加体外氧输送（DO2），但高 CO 和低泵流量之间的不匹配可导致肺前分流和患者难治性低氧血症。因此，必须反复评估再循环，以优化这些参数。
胸内压、心内压和腹内压
不同区域的压力对再循环的程度有不同的影响。胸腔容积的增加和胸壁顺应性的降低会导致中心静脉、心包和胸膜压力的增加，从而降低左右心输出量。
如果胸内压明显升高，静脉回流到心脏的功能可能会受到影响。因此，再灌注的血流会优先流向引流插管，从而增加再循环的比例。在极端情况下，ECMO 血流可能会因静脉回流严重减少而停止。
相反，腹腔内压力过高可能会导致大静脉受压，从而限制引流，在极端情况下，可能会停止 ECMO 支持。这些影响可能会降低再循环的程度，尽管进入回路的流量减少会降低全身氧合（见表 1）。
减少再循环的干预措施
更改插管位置
考虑到股静脉-颈静脉结构，插管端口之间应保持的标准距离尚未确定。如果检测到临床相关的再循环，一种解决方案是通过抽出两个插管中的一个来增加引流插管和再灌注插管之间的距离。在这种情况下，文献数据建议股静脉引流套管的顶端应靠近心房-静脉输液管交界处，侧端口位于肝静脉输液管内。由于周围有肝实质，这部分最不容易塌陷，因此在泵速导致负压时，最不容易因端口闭塞而影响引流。这可能会限制引流插管的拔出。
回流插管则应放置在上腔静脉和右心房的交界处。在操作插管时，应仔细检查血流情况。
根据已发表文献的建议，引流插管和再输液插管应相距至少 10-13 厘米，以尽量减少再循环。
在双股置管的情况下，建议将引流插管的顶端置于下腔静脉，将回流插管的顶端置于右心房。
然而，文献数据表明，将引流插管置于 SVC 是可行的，无需对插管进行改造和额外插管；VV-ECMO 插管的这一替代位置即使对血管内容量低或胸腔内/腹腔内压力高的患者也能提供充分的全面支持。这种定位技术的亮点在于可以通过稀释超声监测确定最低再循环率。
插入额外的引流管
增加第二个引流插管可以在较低的泵速条件下达到相当的血流速度，从而产生较小的静脉负压。
研究表明，使用双腔引流的 VV-V ECMO（即从左锁骨下静脉插入第二根上肢引流插管）可安全有效地改善接受 VV-ECMO 的难治性低氧血症患者的血氧饱和度。由于在泵速相似的情况下流量增加，而不增加再循环，因此氧饱和度得到改善。并发症可能包括解剖结构受损和插管相关感染风险增加，如果插管部位的密封敷料保持无菌操作，则可将并发症降至最低。
回输套管形状的调整
研究表明，改变再灌注插管的形状和方向可减少再循环的范围。首先，在一项研究中，使用缝合线在套管上形成弧度，将再灌注射流引向三尖瓣。结果发现再循环减少了，动脉氧合也有所改善。
另一项研究提出的一种配置是将弯曲的再灌注插管朝向三尖瓣，并将静脉引流插管的远端置于 SVC 右心房交界处。这种插管策略被命名为 “X 配置”，曾在一项小型随机对照试验中进行过研究，结果表明这种方法可改善全身氧合。不过，研究中使用的引流套管有多个侧孔。引流套管侧孔形状、数量、间距和大小的不同可能有助于改善体外氧合器的性能。
然而，这种配置也有一定的局限性：如果套管通过三尖瓣放置，修改回流套管可能会导致三尖瓣损伤或三尖瓣反流。
使用双腔插管 (DLC)
双腔插管是插管设计方面最重要的进步之一；它能有效减少再循环，被认为是这方面最有效的方法。
插管的最初设计可追溯到 20 世纪 80 年代：它被设计为单腔式，顶端止于右心房，引流和再灌注口相对较近。此后，该套管经历了数次修改，新设计（Wang-Zwische 双腔套管）采用双腔设计（远端位于 IVC），引流口位于 SVC 和 IVC，再灌注射流指向三尖瓣。因此，它大大减少了再循环量，据报道，急性期的再循环量低至 2%，尽管在 VV-ECMO 治疗的数天内，再循环量增加到高达 40%。然而，除了使用单一血管通路的优点外，它也有一些缺点。
其中一个缺点是插管位置不当的风险很高，这会显著增加再循环量，影响辅助效果，据报道，动物模型的再循环率约为 50%。因此，插管初次插入后的任何调整都应在超声心动图的指导下进行，以确保再灌注射流的正确方向[26]。这种装置还增加了心血管穿孔的风险。这种装置的另一个局限性是出血和血栓形成的风险，因为插管的侧孔会导致显著的非生理性管壁剪切应力，从而导致血小板活化和止血功能受损。一项研究发现，在收缩晚期和舒张晚期，IVC 和 SVC 的回流会导致与插管侧孔相对应的最大管壁剪切应力。因此，性能最好的插管是在 SVC 和 IVC 上分别有 3 个和 16 个侧孔的 DLC，它能显著降低平均管壁剪切应力而不会造成再循环。
进行静脉-右心室插管术
传统的股静脉-颈静脉配置的另一种改良方法是，维持 IVC 的引流，并通过颈静脉经皮将再灌注插管放置在右心室的三尖瓣处。在一项针对犬模型的研究中，静脉-右心室 ECMO 的再循环明显减少。然而，将再灌注插管插入右心室与心内膜损伤和心律失常有关。因此，应开发专门的导管以减少此类损伤。
结论
体外循环是静脉体外循环治疗过程中常见的一种多因素动态现象。由于再循环可导致严重的难治性低氧血症，因此识别和处理再循环是最基本的问题。
目前，再循环的精确量很难量化，其测量主要使用数学近似值。
尽管对再循环的系统性和直接临床测量方法的研究越来越多，但还需要进一步的人体研究来验证和规范其在临床实践中的应用。
虽然有建议采用其他插管策略和设备来减少再循环，但有关其有效性和安全性的数据仍然有限。
未来方向
需要进行更多的临床前和临床研究，以评估迄今为止取得的结果，并改进技术，最大限度地减少潜在的并发症。应进一步研究 ELSA 监测器，这是一种无创设备，可提供量化再循环的可重复手段。此外，研究双腔插管的正确定位，以及确定使用不同设备（如超声心动图和/或透视）的标准化程序，可以减少与此类设备相关的并发症。
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