ECMO (1/6): indication, equipment

ECMO (1/6): Indication, equipment

ปัจจุบันมักจะใช้คำว่า ELSO (extracorporeal life support) แทนคำว่า ECMO โดยจะมีความหมายครอบคลุมถึง ventricular support ด้วย

ข้อบ่งชี้

Adult respiratory failure (VV-ECMO)

• Hypoxic respiratory failure พิจารณาใส่ ECMO ถ้า mortality risk > 50% (PaO₂/FiO₂ < 150 on FiO₂ > 0.9 หรือ Murray score 2-3) และยิ่งควรใส่ถ้า mortality risk > 80% (PaO₂/FiO₂ < 100 on FiO₂ > 0.9 หรือ Murray score 3-4) ซึ่งผลการรักษาจะดีถ้าใช้ ECMO ตั้งแต่ในระยะแรก (1-2 วัน)
• CO₂ retention on mechanical ventilator ถึงแม้ว่าจะมี high Pplat (> 30 cmH₂O)
• Severe air leak syndromes
• Need intubation ในรายที่เป็น lung transplant list
• Immediate cardiac หรือ respiratory collapse (PE, blocked airway, unresponsive to optimal care)

Adult cardiac failure (VA-ECMO)

• Inadequate tissue perfusion ที่มี hypotension และ low cardiac output ถึงแม้ว่าจะให้ IV volume อย่างเพียงพอ
• Persistent shock หลังให้ volume, inotropes, vasoconstrictors, IABP
• Cardiogenic shock จาก AMI, myocarditis, peripartum cardiomyopathy, decompensated chronic heart failure, post cardiotomy shock, drug overdose (cardiodepressant)
• Sepsis-induced myocardial depression
• ภาวะดังกล่าวต้องการ inotrope equivalents > 50 mcg/kg/min (dopamine + dobutamine + ([epinephrine + norepinephrine + isoproterenol] x 100) + (milrinone x 15)) และ MAP < 65 mmHg

อื่นๆ

• ECPR แนะนำให้พิจารณาในรายที่เป็น easily reversible event, และ excellent CPR (ไม่ทำในรายที่ไม่มี ROSC ใน 5-30 นาที ยกเว้นมีหลักฐานว่า good perfusion และ metabolic support)
• ใช้เป็น temporary mechanical circulatory support เช่น extensive BAL, trachea หรือ mediastinum surgery, coronary occlusion during procedures, failure to wean จาก CPB

ข้อห้าม

• ไม่มีข้อห้าม ให้พิจารณาชั่งความเสี่ยง (รวมถึงความเสี่ยงจากการใช้ทรัพยากรที่มีอยู่จำกัด) และประโยชน์ที่อาจจะได้
• ข้อควรละเว้น ได้แก่ ภาวะที่ไม่น่าจะฟื้นกลับมามีคุณภาพชีวิตที่ดีได้ (เช่น end stage malignancy), อายุ (> 65-70 ปี) ขนาดตัว มีโรคเรื้อรัง คนที่อาการหนักเกินไปหรือรักษาด้วย conventional therapy มานานเกินไป
• ใน adult cardiac failure ได้แก่ unrecoverable heart และไม่ใช่ candidate สำหรับ transplant หรือ VAD, อายุมาก, chronic organ dysfunction (emphysema, cirrhosis, renal failure), compliance (financial, cognitive, psychiatric, social limitation)
• ใน adult respiratory failure ได้แก่ ใช้ mechanical ventilation (ที่ high setting (FiO₂ > 0.9, Pplat > 30) > 7 วัน), pharmacologic immunosuppression (ANC < 400), recent/expanding CNS hemorrhage, nonrecoverable comorbidity (เช่น major CNS damage, terminal malignancy), อายุมาก (65-70 ปี)

ส่วนประกอบของเครื่อง ECMO

ส่วนประกอบหลัก คือ blood pump, membrane lung, conduit tubing และส่วนที่อาจเสริมเข้ามา เช่น heat exchanger, monitors, alarms

ECMO circuit

• Pump มีหลายประเภท เช่น modified roller with inlet pressure control; centrifugal/axial rotary pump with inlet pressure control; peristaltic pump
• Inlet (suction) pressure ไม่ควรเกิน -300 mmHg ซึ่งการที่ negative pressure ต่ำมากๆจะทำให้เกิด hemolysis ซึ่งอาจพบได้ถ้า venous drainage ถูก occluded (chattering)
• Outlet pressure ไม่ควรเกิน 400 mmHg พบได้ถ้า outlet line ถูก occluded
• Power failure ควรมี battery ที่อยู่ได้อย่างน้อย 1 ชั่วโมง และมี hand clank สำหรับในกรณี power failure และมี alarm เพื่อป้องกัน reverse flow (arterial to venous ใน VA mode)
• Hemolysis ในภาวะปกติควรมี plasma Hb < 10 mg/dl ถ้า > 50 mg/dl ต้องหาสาเหตุ

 centrifugal pump

Roller pump

• Membrane lung (Oxygenator) มีหลายประเภท ได้แก่ solid silicone rubber, microporous hollow-fibre (polypropylene), solid hollow-fibre membrane (PMP, polymethyl pentene) ซึ่งความสามารถของ membrane lung แต่ละชนิดจะแสดงในรูปของ “rated flow” หรือ “maximal oxygen delivery”
• Rated flow เป็นอัตราเร็วของเลือดที่จะเปลี่ยน venous blood (saturation 75%, Hb 12 mg%) มาเป็น fully saturated blood (95%) ที่ outlet ของ membrane lung
• Maximal O₂ delivery คือปริมาณของ O₂ delivery ต่อนาทีของ rated flow คิดจาก O₂ content ที่ outlet – inlet (ปกติ 4-5 cc/dL เหมือนกับปอดปกติ)
• ยกตัวอย่างเช่น ถ้า membrane lung มี rated flow ที่ 2 L/min (max O₂ 100 ccO₂/min) จะเพียงพอสำหรับการ support ผู้ป่วยที่ต้องการ blood flow < 2 L/min ถ้าต้องการมากกว่านี้จำเป็นต้องเพิ่ม membrane lung โดยการต่อแบบ parallel หรือเปลี่ยน membrane lung ที่ใหญ่ขึ้น

ความแตกต่างของ polypropylene กับ polymethyl pentene

polymethyl pentene; Potkay, Joseph A.. “The promise of microfluidic artificial lungs.” Lab on a chip 14 21 (2014): 4122-38 .

• Sweep gas ส่วนใหญ่เป็น 100% oxygen หรือ carbogen (5% CO₂, 95% O₂) ตั้ง flow rate เท่ากับ blood flow rate (1:1) ถ้าเพิ่ม sweep flow จะเพิ่ม CO₂ clearance แต่จะไม่มีผลต่อ oxygenation
• บางครั้งไอน้ำอาจควบแน่นใน membrane lung ทำให้ CO₂ clearance ได้ไม่ดีสามารถแก้ไขโดยการเพิ่ม sweep gas เป็นครั้งคราว
• ถ้าต้องการใส่ ECMO เพื่อ CO₂ clearance อย่างเดียวอาจใช้ blood flow ที่ต่ำมากๆได้ถึง 0.5 L/min/m² และตั้ง sweep gas flow 10:1 (gas : blood)
• Avoiding air embolism จาก membrane lung ซึ่ง air หรือ oxygen bubbles สามารถผ่าน membrane เข้ามาในเลือดได้ ถ้า sweep gas pressure สูงกว่า blood pressure, หรือ blood pressure เป็น sub-atmospheric (เมื่อ pump หยุดทำงาน และเลือดออกจาก membrane lung เข้า tube ตาม gravity จะดึงเอาอากาศผ่าน membrane lung ไปกับเลือดด้วย) ปัญหานี้จะพบใน microporous hollow fiber devices (แต่สามารถเกิดกับ silicone หรือ polymethylpentene lungs ได้) เพราะประกอบด้วยรูขนาดเล็กๆที่ยอมให้อากาศผ่านได้ การป้องกันให้โดยให้ blood side pressure สูงกว่า gas side pressure เสมอโดยให้ sweep gas supply มี pressure pop-off valve หรือ pressure servo-regulation control และให้ membrane lung อยู่ต่ำกว่าผู้ป่วยเสมอ เพราะเมื่อ pump หยุดทำงานจะลดโอกาสที่อากาศจะเข้ามาได้

• Priming the circuit หล่อน้ำเข้าไปใน circuit แบบ sterile เลือก isotonic electrolyte solution ที่มีลักษณะคล้ายกับ ECF (potassium 4-5 mEq/L) ดูวิธีการ prime จาก clip VDO ด้านล่าง สามารถ prime ได้เร็วขึ้นถ้าเติม 100% CO₂ เข้าไปใน circuit ก่อนจะ prime และไม่ควร prime ทิ้งไว้เกิน 30 วัน
• อาจผสม human albumin (12.5 gm) เพื่อไปเคลือบผิวท่อก่อนที่จะสัมผัสกับเลือด ในทารกอาจผสม RBCs เพื่อให้ Hct อยู่ที่ระดับ 30-40 แต่ต้องผสม heparin (1 unit/mL prime) และ calcium ถ้ามีเวลาอาจตรวจยืนยัน electrolyte composition และ ionized calcium ก่อนเริ่ม flow
• เปิด water bath ก่อนที่จะต่อ circuit เข้ากับผู้ป่วย

• Heat exchanger ใช้ในการควบคุมอุณหภูมิเลือด จะใช้ external water bath หมุนเวียนผ่าน heat exchange device โดยปกติจะตั้งอุณหภูมิไว้ที่ 37ºC โอกาสสัมผัสกันระหว่าง circulating water และ circulating blood เป็นไปได้ยาก แต่ให้สงสัยถ้ามี blood หรือ protein ปนออกมาใน circulating water หรือมี hemolysis ที่ไม่ทราบสาเหตุ น้ำใน water bath ไม่ใช่น้ำที่ทำให้ปราศจากเชื้อจึงอาจมีการปนเปื้อนเชื้อได้ เพราะฉะนั้น water bath จึงควรมีการทำความสะอาดด้วย liquid antiseptic เป็นครั้งคราว

• Monitors, alarms ส่วนใหญ่ประกอบด้วย
• Blood flow จะวัดโดยตรงโดยใช้ ultrasonic detector หรือใช้การคำนวณใน roller pump
• Pre (Pint) และ post membrane lung blood pressure (Part) measurements ควรที่จะต่างกันไม่เกิน 10 mmHg ถ้าค่านี้สูงขึ้นจะบอกถึง clot ใน oxygenator
• Pre pump venous drainage line pressure (Pven) เพื่อหลีกเลี่ยง negative suction ที่มากเกินไป
• Pre (SvO₂) และ post membrane lung oxyhemoglobin saturation measurements โดย pre membrane saturation จะดู oxygen consumption และเป็นปัจจัยบอกว่า oxygen delivery เพียงพอหรือไม่; post membrane lung saturation ใช้ติดตามดูประสิทธิภาพของ membrane lung ที่ rated flow ถ้าการทำงานของ membrane lung แย่ลงให้ตรวจ blood gas จาก pre และ post oxygenator เพื่อเปรียบเทียบ inlet และ outlet PCO₂ และตรวจ blood pH เพื่อดู metabolic status
• อาจมี bubble detector ใน blood return line
• Circuit access สำหรับ monitors, blood sampling, และ infusions จำนวน access sites ไม่ควรมีมากเกินจำเป็น แต่ให้มีอย่างน้อย 2 ตำแหน่ง (pre และ post membrane lung) ให้หลีกเลี่ยง blood access sites ระหว่างผู้ป่วยและ inlet ของ pump เพราะเป็น negative pressure ซึ่งอากาศอาจถูกดูดเข้าไปได้; สามารถดูด blood sampling และให้ infusions ทาง circuit ได้ แต่บางรพ.แนะนำให้ infusions ทาง IV lines

ภาพจาก mdnxs.com

• Blood tubing
• ขนาดและความยาวของ tube จะส่งผลต่อ blood flow resistance
• เปรียบเทียบขนาด internal diameter (inch) ของ tube ยาว 1 เมตรที่มี pressure gradient 100 mmHg กับ  blood flow คือ 3/16  = 1.2 L/min;  1/4 = 2.5 L/min; 3/8 = 5 L/min; 1/2 = 10 L/min
• ถ้ามี “bridge” ระหว่าง arterial และ venous lines ใกล้ตัวผู้ป่วย จะมีประโยชน์ในช่วงหยุด bypass ใน VA ECMO, ใช้ในช่วง weaning, หรือใช้ระหว่าง emergency แต่เมื่อ clamp ตรง bridge จะเป็นจุดที่เลือดอยู่นิ่งทำให้เกิด thrombosis และมี infection ได้ โดยทั่วไประหว่างที่ ECMO ทำงานจะปิด bridge ไว้ และมีระบบที่จะไล่เลือดที่อยู่นิ่งเมื่อไม่ได้ใช้งาน
• Emergency circuits ควรมีพร้อมใช้ภายในไม่กี่นาที และทำการ prime ด้วย crystalloid พร้อมต่อเมื่อทำการ cannulation ซึ่ง emergency circuit อาจเป็น microporous membrane lung (prime ง่าย) และ centrifugal pump (high-pressure limited, ไม่ต้องการ monitors หรือ alarms ช่วงแรก)

   

Ref: ELSO general guideline 2017; เอกสาร BDMS ECMO training Aug 2018

Link: ECMO เรื่่องอื่่นๆ