COVID-19呼吸衰竭患者进行单独最大通气量(MVA)和体外膜肺氧合(ECMO)倾向评分匹配的结果

2021
11/15

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目的:与单独最大通气量(MVA)相比,体外膜肺氧合(ECMO)是否能改善符合ECMO辅助条件的COVID-19呼吸衰竭患者的预后?

背景摘要:ECMO在机械通气不足的严重呼吸衰竭病例中是有益的。尚无报告符合 ECMO 条件的 COVID-19 患者使用 MVA 的结局。因此,尚未建立在ECMO和MVA上的COVID-19患者之间的直接比较。

方法:共纳入在芝加哥两个主要医疗中心接受治疗的 3406 名 COVID-19 患者。195名患者符合ECMO 条件并需要最大通气支持。使用详细的人口统计学、生理学和并发症数据,将 80 名 ECMO 患者与相同数量的 MVA 患者进行倾向评分匹配。主要结局是出院时的生存率及患者状态。

结果:75%的ECMO患者停止了机械通气,相比之下, MVA 组为 16%。ECMO 组中71% 已成功拔管,68%的患者出院。只有 26%的MVA患者出院。ECMO 组的死亡率为 25%(ECMO 期间的死亡率为21%),在 MVA组中死亡率为74%。ECMO 组中所有年龄组和 BMI 组死亡率均显著较低。较少的 ECMO 患者需要长期康复。ECMO 患者出现感染性休克、呼吸机相关性肺炎、正性肌力药的需求、急性肝肾损伤等主要并发症的发生率较低。

结论:符合ECMO条件的严重COVID-19呼吸衰竭患者,在ECMO的帮助下生存率提高了3倍,他们在出院时也处于更好的身体状态,并且总体并发症发生率较低。因此,当单独的机械通气支持不足以治疗 COVID-19 呼吸衰竭时,应强烈考虑使用 ECMO。 

关键词:2019冠状病毒病(COVID-19),体外膜肺氧合(ECMO),机械通气,倾向评分匹配分析,严重呼吸衰竭 

自 2019 年12月以来,SARS-CoV-2 病毒感染,即2019冠状病毒病 (COVID-19),已在全球夺走了近 400 万人的生命。虽然大多数受影响的人没有出现严重的症状,但仍有人经历了呼吸困难,需要机械通气。在严重的情况下,甚至呼吸机通气支持也会失败。这些患者出现难治性低氧血症、伴有严重细胞因子风暴的急性呼吸窘迫综合征 (ARDS),并最终导致多系统器官衰竭。

V-V ECMO是一种已被证明可以降低严重呼吸衰竭病例的死亡率的技术,例如中东呼吸综合征 (MERS) 冠状病毒感染。然而,需要长时间的机械通气、镇静和制动可能会限制这种技术的长期益处。在肺移植领域,在 ECMO 期间停止机械通气的尝试显示具有可行性。然而,这种新方法并未在该亚专业领域之外得到广泛应用。

最近关于ECMO治疗严重的COVID-19呼吸衰竭的文章报告了15%至38%的死亡率。然而,符合ECMO条件的COVID-19患者因严重的呼吸衰竭而接受单独最大通气量(MVA)治疗的结果还没有被报道。因此,尚未建立在ECMO和MVA上的COVID-19患者之间的直接比较。本研究的目的是使用倾向匹配分析比较这两种方法,以确定ECMO和MVA对生存率、出院时患者状态、COVID-19呼吸衰竭并发症的影响。 

方法

患者的选择

回顾性收集自2020年3月1日至2021年6月9日期间,在伊利诺伊州芝加哥的Advocate Christ医疗中心和Rush大学卫生系统接受治疗的3406名COVID-19患者数据。从官方机构数据库中提取在这些机构治疗的所有COVID-19患者的数据,并进行了去标识化以保护患者隐私。使用基于PCR的检测方法确认COVID-19感染。

以下标准用于确定ECMO的适用性:患者70岁以下,尽管有最大的通气支持,但仍患有严重低氧或高碳酸血症。由 EOLIA 试验组描述即,如果动脉血气(ABG)氧分压(PaO2)与吸入氧的浓度(FiO2)的比率(P/F)小于50 mm Hg,持续时间大于3 小时,小于80 mm Hg,持续时间大于 >6 小时,或pH值小于7.25合并二氧化碳分压(PaCO2)大于60 mm Hg, 持续时间大于6 小时。最大呼吸机设置包括最低 FiO2大于0.8、呼气末正压 (PEEP)大于10 cm H2O 和 6 mL/kg 预测体重的潮气量,同时保持平台压小于32cm H2O。

以下是ECMO置入的绝对禁忌症:心脏骤停且没有恢复自主循环的患者,乳酸大于14 mmol/L 或 pH小于 6.9,涉及三个或更多器官的多系统衰竭,在SARS-CoV-2 感染前预计寿命小于5年已知严重的神经系统损伤,近期的出血性脑病或任何已知的大出血综合症,已知的DNR/DNI状态,拒绝接受输血的患者,不能移动的患者已知的活动性恶性肿瘤,患有严重慢性器官衰竭的患者,如肝硬化、透析中的终末期肾病、终末期心肌病或需要家庭氧疗的严重慢性肺病患者等。  
ECMO 患者右心房至肺动脉均使用双腔插管。有关插管技术的详细信息,请参阅补充材料。对所有患者进行插管后最多 150 天的住院随访。  

结果指标

主要结局是出院时的生存率、患者状态、确定在不同治疗阶段花费的时间以及并发症的类型和发生次数。

统计分析

对于 3326 名非 ECMO 患者,根据以下标准确定其适应性:需要机械通气的患者,年龄在 18 至 70 岁之间,需要 FIO2大于0.8,动脉血气记录 P/F 比为小于80 mmHg,或 pH 小于7.25合并PaCO2 大于60 mm Hg持续时间 >6 小时。此外,在符合 ECMO 资格时诊断出任何严重的慢性器官功能障碍或多系统器官衰竭,则排除在匹配范围之外(图1)。

使用 Noah 等人描述的逻辑回归模型进行倾向评分匹配分析。详细的人口统计学、生理学和合并症数据用于匹配,如表 1 所示。数据以平均值、平均值的标准误差(SEM)、中位数和范围表示。ECMO 和 MVA 患者之间的相对风险 (RR) 以及 95% 置信区间(CI) 也在适当的情况下进行了说明。数据分析采用连续变量的双尾t检验和分类变量的卡方检验。P值显著性水平为<0.05。2020 Excel for Office 365 (Microsoft) 与XLMinerAnalysis ToolPak 用于数据分析。

 
 

图 1. 识别符合条件的患者的算法。

结论

研究人群和患者特征

共纳3406名感染COVID-19 患者(图1)。3326名患者未接受ECMO支持,其中 3,211人不符合纳入标准。195名患者符合ECMO 条件。80名患者接受ECMO支持,115名患者接受MVA支持。

其中80名患者与 ECMO组进行比较。ECMO组患者年龄范围在22岁到67岁[平均 (SE),49.0 (1.1) 岁](表1)。MVA组在22岁至64岁 [52.1 (1.0) 岁]。差异无统计学意义(p¼=0.06)。每组70%以上患者为男性(p¼= 0.59)。两组间平均体重指数 (BMI) 差异较小 [ECMO为34.1 (0.8) kg/m2vs MVA 为 35.3 (1.2) kg/m2,p¼=0.42]。所有患者在接受ECMO同时均已接受最大通气支持。ECMO支持前平均插管时间为3.9 (0.4)天,相比之下,MVA组插管时间为4.0 (0.5) 天(p¼ = 0.79)。2组间除PaO2和P/F比均略有下降外,MVA组动脉血气值略微偏高。

接受ECMO支持的患者在插管前平均住院日为4.9 (0.5)天,而 MVA患者为4.3 (0.7)天 (p ¼ = 0.54)。从入院到接受气管插管的时间分别为ECMO组11.5天和MVA组11.3天 (p¼ = 0.87)。从插管到ECMO 启动的平均时间为 3.9 (0.4) 天。ECMO组中拔管患者的机械通气时间为16.7 (2.2)天,MVA 组为10.9 (1.6)天(p¼ = 0.04)。然而,尽管60名ECMO 患者(75%)成功脱离呼吸机,只有13名MVA患者 (16%) 脱机成功 [RR (95% CI), 4.62 (2.76–7.71), p¼ = 0.001]。57名患者 (71%) 已顺利拔出ECMO管路,ECMO平均运行时间为 38.5 (4.2) 天。ECMO和MVA组的总住院天数分别为 56.6 (4.2) 和 30.5 (3.8)天(p¼=0.001)。

总之,ECMO组中有20名患者 (25%) 死亡,17名患者(21%) 死于接受ECMO期间,而MVA组中有59名患者 (74%)死亡[RR (95% CI), 0.34(0.23–0.51), p = 0.001](表 2)。115名符合匹配条件的接受MVA患者中有89名 (77%)未能存活。在20例ECMO死亡病例中,3例(15%)死于卒中,其余的则是死于败血症和多器官衰竭。3名患者在ECMO拔管后因非呼吸原因死亡,对于 59例MVA死亡患者,29 例(49%)死于难治性呼吸衰竭,27 (46%) 来自重症败血症和多器官衰竭,另外3名患者(5%) 死于卒中。

MVA组超过90%的死亡患者发生在插管后4周内。对于接受ECMO的患者来说,死亡时间时间更长。ECMO组所有年龄和BMI的死亡率均显着降低。40多岁的患者在两组中均显示出最高的存活率。  
54名ECMO患者(68%)与21名MVA 患者 (26%)已顺利出院,[RR (95% CI), 2.57(1.73–3.83),p 1/4=0.001]。截至6月9日,6名ECMO患者(8%)仍在住院治疗中,而MVA组则没有。迄今为止,ECMO组的54名出院患者中,27人(50%)回家,23人(43%)进入短期康复中心(STR),4人(7%) 进入长期康复中心(LTR)(表 3)。一名患者在出院前进行双肺移植。MVA组的21名出院患者中,7人(33%)回家,6人(29%)去了STR,8人 (38%)去了LTR。总之,ECMO组的出院患者中,有50名(93%) 被送回家或STR,而MVA组中则有13名患者 (62%) [RR (95%)CI), 1.5 (1.06–2.11), p ¼=0.001]。所有 STR 患者现在均已回家。24名ECMO (44%) 和13名MVA患者(62%)出院时需要吸氧2L/min [RR (95% CI), 0.72(0.46–1.12),p ¼ = 0.17]。  
 
ECMO 组患者的并发症发生率普遍较低(表2)。ECMO组和MVA组分别有18%和55%的患者出现感染性休克[RR (95% CI), 0.32(0.19–0.53), p¼= 0.001]。ECMO和MVA组中正性肌力药物的使用率分别为1%和36%[RR (95% CI), 0.03(0.005–0.25), p¼= 0.001]。ECMO组中呼吸机相关性肺炎的发生率也较低 (24% vs 41%) [RR (95% CI),0.58 (0.36–0.92), p¼= 0.02]。ECMO和MVA组中需要肾脏替代治疗的急性肾损伤分别为23%和45%[RR (95% CI), 0.5(0.31–0.8), p¼= 0.003]。ECMO和MVA组中急性肝功能衰竭的发生率为8%和25% [RR (95% CI), 0.3(0.13–0.71), p ¼=0.003]。两组的卒中和菌血症发生率相似(p ¼=0.77 和 0.3)。ECMO和MVA组中严重出血需要12 小时内输血5个单位分别为13%和 3%[RR (95% CI), 5.0 (1.13–22.1),p 1/4=0.02]。总体而言,13% ECMO 和15% MVA患者进行了气管切开 [RR (95% CI), 0.83(0.38–1.82), p ¼=0.65]。然而,在出院者中,ECMO 组中6%患者接受了气管切开术,而MVA组中这一比例为38%[RR (95% CI), 0.15(0.04–0.5), p = 0.001](表 3)。  
 
讨论  
在这项研究中,我们首次对接受ECMO 和MVA的重症 COVID-19 患者进行比较。  
研究人群和纳入标准  
我们研究了在 Advocate Christ MedicalCenter 和 Rush University Health 住院的超过 3400 名 COVID-19 患者,其中超过500名患者需要通气支持。195 人符合 ECMO 条件,其中80 人接受 ECMO支持,115 人接受MVA 支持。通过对几名患者特征进行配对,最终产生相似的年龄、性别、BMI 和动脉血气值。所有患者在ECMO启动之前,呼吸机和插管的持续时间相同。事实上,MVA 组平均 paO2 和 p/F 比 ECMO组高。   
结论  
截至6月9日,75%的ECMO患者已拔出气管导管,相比之下, MVA 组为 16%。ECMO 组中71% 已成功拔管,68%的患者出院。只有 26%的MVA患者出院。虽然ECMO 组中的住院总时间似乎更长,90%MVA死亡发生在气管插管后一个月内。  
ECMO 组的死亡率为 25%(ECMO 期间的死亡率为 21%),在 MVA组中死亡率为74%。三名患者在 ECMO 撤出后因非呼吸系统原因死亡。ECMO 组中所有年龄组和 BMI 组死亡率均显着较低。有趣的是,40 多岁的患者在两组中死亡率最低。造成这种情况的原因尚不清楚,需要进一步调查。  
大部分ECMO 患者出院后回家,而那些被送往短期康复中心患者现均已回家。因此,超过 90% 的出院 ECMO 患者现已在家。对于MVA大部分患者出院到长期康复中心。只有 6% 的 ECMO 出院者在出院时进行了气管切开术,相比之下,MVA 组为 38%。更大比例的 MVA患者出院时还需继续吸氧。  
总体而言,ECMO组的并发症发生率较低。具体而言,ECMO组的感染性休克、呼吸机相关性肺炎、正性肌力药的使用,急性肝肾损伤的发生率较低。尽管两组中,ECMO组的卒中和菌血症的发生率均较高。  
现在许多报告表明,COVID-19 患者容易发生深静脉血栓形成、肺栓塞和卒中。感染会导致高凝状态,D-二聚体水平升高也证明了这一点。高凝状态是对 ECMO 回路有一定影响,因为凝块会阻碍血液流动和损坏氧合器。因此,ECMO 启动后立即开始全身抗凝。然而,由于抗凝治疗会增加出血风险,ECMO 组中大量出血需要输血治疗的患者较多。大多数出血起源于胃肠道,并且通常通过短时间停止抗凝来控制。  
插管技术、拔管和ECMO期间患者的移动  
所有 ECMO 患者右心房至肺动脉均使用双腔插管。大量研究表明,COVID-19 感染、ARDS、和肥胖是右心室 (RV) 衰竭的独立因素。我们插管技术的主要优势之一是增加右心辅助。此外,混合较少未氧和血,因为套管的流入和流出开口被心房隔开。一旦离开呼吸机,通过颈部的单通道也便于患者活动。需要高剂量的镇静剂、长时间机械通气和患者制动与各种并发症有关。使用 ECMO 时拔管患者可减轻这些并发症并避免呼吸机相关的气道并发症。我们经验丰富的 ICU 护士、物理和呼吸治疗师团队,以及灌注师参与了工作,并促进患者积极参与康复。出院时,ECMO组患者身体状况良好,只有少数人需要长期康复。  
本研究的局限  
尽管这项研究的结果表明ECMO 相对于 MVA 具有显著的优势,但本研究仍然是在两个医疗中心进行的分析回顾性的研究。未来多中心研究可能具有更大的普遍性。  
结论  
对COVID-19 呼吸衰竭患者,与最大通气支持相比,ECMO 使生存率显著提高了三倍。这种生存益处在所有年龄段和 BMI 组都是一致的。ECMO患者出院时的身体状况也更好,大多数患者现在在家,少数人需要长期康复。在 ECMO组主要并发症发生率也显着降低。这是第一次直接比较这两组患者在同一家医院接受治疗的时间范围,并具有相似的基线特征。  
需要注意的是,ECMO 不直接促进肺功能的恢复。它提供心肺功能支持,为肺组织恢复赢得时间。我们意识到 ECMO需要专门的资源,而这些资源并非存在于每个医疗中心。但是,在可用时,COVID-19 呼吸衰竭患者进行单独机械通气支持是不够的,强烈推荐应给予ECMO。家医院接受治疗的时间范围,并具有相似的基线特征。  

述评:

自 2019 年12月以来,新冠肺炎 (COVID-19)已在全球夺走了近 400 万人的生命。有些患者出现难治性低氧血症及急性呼吸窘迫综合征 (ARDS),并最终导致多系统器官衰竭。目前V-V ECMO已被证实是可以降低严重呼吸功能衰竭患者死亡率的技术。并且作者在这项研究中,首次对接受ECMO 和MVA的重症 COVID-19 患者进行比较。结论表明,虽然ECMO组有较长时间的住院时间,但该组相比较MVA组有较高的拔管率,及较低的感染性休克、呼吸机相关性肺炎、正性肌力药的使用率,并且急性肝肾损伤的发生率也较低。对新冠肺炎呼吸衰竭患者,与最大通气支持相比,ECMO 辅助使患者生存率显著提高了三倍。尽管这项研究结果表明ECMO 组相对于 MVA 组具有显著的优势,但本研究仍然是在两个医疗中心进行的分析回顾性的研究,具有一定的局限性。未来有必要开展更多基础及临床研究,深入探索相关机制,积累更多证据指导临床实践。   
翻译:吴丽、赵萱  
校对:张雯  
点评:石文剑  
 

原始文献:Comparative Propensity Matched Outcomes in SevereCOVID-19 Respiratory Failure—Extracorporeal Membrane Oxygenation or MaximumVentilation Alone Asif K. Mustafa, MD, Y Devang J. Joshi, MD,et al. AnnSurg 2021;274:e388–e394

仅供医学专业人士参考

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