ECMO (2/6): Vascular Access

ECMO (2/6): Vascular Access

การทำ peripheral cannulation มักจะเลือกเส้นเลือดขนาดใหญ่ที่ neck หรือ groin ซึ่ง total blood flow จะขึ้นกับ  resistance ของ venous drainage cannula; ส่วน post membrane lung pressure จะขึ้นกับ resistance ของ blood return cannula

ประเภทของ ECMO (VA หรือ VV)

• Venoarterial เพื่อเป็น cardiac support และเหมาะสมกับ respiratory support สามารถพยุง blood flow 3 L/m²/min (หรือในผู้ใหญ่เท่ากับ  60 cc/kg/min) แล้วดูว่า systemic perfusion เพียงพอหรือไม่โดยดูจาก ScvO₂ > 70%
• Venovenous จะไม่มี hemodynamic support เหมาะเฉพาะกับ respiratory support ซึ่งไม่ต้องไปยุ่งกับ major artery และหลีกเลี่ยง systemic embolism ที่อาจเกิดขึ้น ต้องสามารถให้ oxygen delivery >/= normal metabolism ซึ่งเท่ากับ VV blood flow 60-80 ml/kg/min ในผู้ใหญ่ ซึ่งประสิทธิภาพของ oxygen delivery จะขึ้นกับ blood flow, Hb concentration, inlet saturation, และ membrane lung properties
• ถ้า ECMO มีวัตถุประสงค์แค่เรื่อง CO₂ removal ให้ blood flow ประมาณ 10-25% ของ cardiac output ก็เพียงพอ (3-6 cc/Kg/min) ซึ่ง CO₂ removal จะขึ้นกับ blood flow, sweep gas rate, inlet PCO₂ และ membrane lung properties
• Hybrid circuit ได้แก่ VVA, VAV, VVAV
• AV-arteriovenous (ECCO₂R) มี low blood flow ใช้ในกรณีที่ต้องการเฉพาะ CO₂ removal

ECCO₂R

Cannulas

• สำหรับ ECMO คำว่า “cannula” จะหมายถึง catheter ที่เข้าไปใน vessel เพื่อกันความสับสนจาก catheter อื่นๆ
• Blood flow resistance ของ cannula เป็นสัดส่วนกับความยาวและผกผันกับรัศมียกกำลังสี่ เพราะฉะนั้น internal diameter ของ catheter จึงเป็นปัจจัยที่สำคัญที่สุดของ blood flow resistance; ปัจจัยอื่นๆ เช่น side holes, tapering sections ความเร็วของ blood flow
• ขนาดของ cannula: ปกติในผู้ใหญ่จะใช้ drainage cannula ขนาด 23-25 Fr หรือดูตามตารางตามน้ำหนัก (สามารถคำนวณจาก vessel diameter (mm) x 3 = Fr) และ return cannula ขนาด 17-21 Fr

แนวทางเลือกขนาดของ cannula size

single-lumen cannulas

• ตำแหน่งของ cannula
• VV ECMO (femoral vein, jugular vein) ตำแหน่งปลายของ cannula ทั้ง 2 ฝั่งให้อยู่ตรงรอยต่อระหว่าง right atrium กับ SVC และ IVC ตามลำดับ

ทั้ง 2 ปลายควรอยู่ห่างกัน > 10 ซม.เพื่อลดการเกิด recirculation (เลือดที่เพิ่งออกจาก ECMO โดนดูดกลับเข้า ECMO ใหม่ จะมี ScVO₂ > 80%)

Bicaval dual-lumen cannula จะ drain เลือดจาก SVC และ IVC และส่งเลือดกลับเข้าสู่ mid-right atrium พุ่งไปที่ tricuspid valve เพื่อลด recirculation ให้น้อยที่สุด ซึ่งการใส่ต้องยืนยันตำแหน่งโดยการทำ TTE; ข้อดี คือ แทงเส้นเลือดตำแหน่งเดียว แต่ขนาดของ lumen จะเล็กกว่าปกติทำให้ maximum blood flow โดนจำกัด

• VA ECMO (femoral vein, femoral artery) ให้ปลายของ venous cannula อยู่ที่ mid-right atrium (เพราะไม่ต้องกลัว recirculation เหมือนใน VV ECMO) เพื่อที่จะได้ drain blood ที่มาจากทั้ง SVC และ IVC ส่วน femoral artery cannula ปลายอยู่ที่ common iliac artery
• Cannulation สามารถใส่ได้หลายวิธี ได้แก่
• Cut down exposure ที่ neck vessels มักจะจำเป็นในทารกและเด็กตัวเล็ก
• Percutaneous cannulation (Seldinger technique) ใช้มากที่สุดใน VV-ECMO ในผู้ใหญ่และในเด็ก > 2 ปี
• Combination ระหว่าง cut down และ Seldinger cannulation
• Direct cardiac cannulation ที่ right atrium และ aorta (thoracotomy) ใช้ในผู้ป่วยที่ไม่สามารถหยุด CPB ได้ใน OR

Cannulation technique

• ให้ heparin IV bolus 50-100 units/kg ก่อนใส่ cannula (แม้ว่าจะมี coagulopathy และ bleeding)

Direct cut down cannulation

• มักทำใน ICU ด้วย full sterile preparation และ OR team
• ให้ยา deep sedation/anesthesia และ muscle relaxation ไม่ให้ผู้ป่วยหายใจเองเพื่อป้องกัน air embolus
• Local anesthesia ที่ผิวหนัง และ dissection จนเห็น vessels
• พยายามไม่ไปสัมผัส vessels เพื่อหลีกเลี่ยงการเกิด spasm อาจให้ topical lidocaine หรือ papaverine เพื่อหลีกเลี่ยง spasm
• คล้องไหมรอบ vessels ในตำแหน่งเหนือและใต้ต่อ cannulation site
• ให้ heparin IV bolus 50-100 units/kg, ผูกฝั่ง distal vessels
• ฝั่ง proximal vessel ให้ clamp ด้วยใช้ vascular clamp
• เปิด vessel และใส่ cannula ถ้าใส่ลำบากเพราะ vessel มีขนาดเล็กหรือ spasm ให้ fine stay sutures ที่ขอบของ vessel
• ผูก vessel รอบ cannula เหนือ plastic “boot” เพื่อให้การทำ cannula removal สะดวกในภายหลัง
• สำหรับ femoral artery อาจใช้ non-ligation technique (semi-Seldinger technique ด้านล่าง) เพื่อให้มี flow ผ่าน cannula ให้มี distal perfusion

Percutaneous cannulation

• มักทำใน ICU, OR, หรือ cath lab ด้วย full sterile preparation ไม่จำเป็นต้องใช้ OR team แต่ต้องวางแผนเผื่อต้องเปลี่ยนมาทำ direct cutdown ในกรณีที่เกิดภาวะแทรกซ้อนจากการทำ percutaneous placement
• เทคนิคที่ปลอดภัยที่สุดคือ ใส่ small conventional intravascular catheters ก่อนแล้วยืนยันด้วยการตรวจ blood sampling หรือวัด blood pressure
• หลังจาก full sterile preparation ใส่ guidewire เข้าไปใน small catheter แล้วนำ small catheter ออก ตามด้วยใส่ dilator ขนาดต่างๆเข้าไปแทน
• การทำต้องใช้คน 2 คน คือ คนหนึ่งร้อย dilator เข้าไปใน wire แล้ว อีกคนหนึ่งใส่ dilator และคอยอุด vessel ระหว่างการใส่ dilator เพื่อป้องกัน bleeding

• การใช้ Seldinger technique กับ dilator และ cannulas ขนาดใหญ่ ต้องตรวจสอบ wire เมื่อใส่ dilator แต่ละครั้ง ถ้า wire งอหรือบิดต้องเอาออกและใช้ wire ใหม่แทน

การเกิด wire kinking; ภาพจาก intensiveblog.com

• การใช้ ultrasound หรือ fluoroscopy จะช่วยบอกตำแหน่งของ cannula
• Heparin IV bolus สามารถให้หลังจากที่ใส่ wire เข้าไปแล้ว

Semi-Seldinger technique

• มักทำใน ICU, OR, หรือ cath lab โดยใช้ anaesthesia และ aseptic precautions
• ทำการ cutdown จนเห็น vessel แต่ไม่ dissect
• ใช้ IV catheter (20G) แทงเข้าไปใน vessel ผ่านทางผิวหนังส่วนที่ distal กว่ารอย incision ยืนยันตำแหน่งโดยการดูด แล้วให้ heparin
• แล้วใส่ guidewire ทาง catheter แล้วเปลี่ยนเป็น dilator ขนาดต่างๆ จนใส่ ECMO cannula แล้วปิดแผล
• ข้อดี คือ ใส่ได้เร็ว ประเมินขนาด vessel ได้แม่นยำ และสามารถยืดหยุ่นกับสถานการณ์ได้

Management of the distal vessels

• ถ้าเป็น neck cutdown ให้ผูก vein และ artery ในตำแหน่ง distal โดยให้ขึ้นกับ collateral circulation ที่ไปและกลับจากศีรษะ บางรพ.อาจจะใส่ cephalad venous cannula
• ถ้าเป็น femoral vein จะมี collateral เพียงพอ แต่ถ้าเป็น femoral artery อาจทำให้ distal flow มีไม่เพียงพอ ให้ใส่ perfusion line แยกอีกเส้นที่ distal superficial femoral artery โดยทำ direct cutdown; หรือที่ posterior tibial artery เป็น retrograde perfusion

Femoral artery cannulation ลด distal perfusion ทำให้เกิด lower limb ischemia ได้ ต้องใส่ perfusion line เพิ่ม

 Adding หรือ changing cannulas

• ถ้า venous drainage ไม่เพียงพอ ซึ่งถูกจำกัดด้วย blood flow resistance ของ drainage cannula แก้ไขได้โดยใส่ venous drainage cannula เพิ่มจาก vein เส้นอื่น (VVA ECMO ดูเรื่อง hybrid circuit) หรือจะเปลี่ยน cannula ให้มีขนาดใหญ่ขึ้น แต่การเปลี่ยน cannula ทำได้ยากกว่า ถ้าใส่ด้วยวิธี cutdown ให้เปิดแผลแล้วเปลี่ยน cannula ถ้าใส่แบบ percutaneous access ให้ใช้ Seldinger wire ช่วยในการเปลี่ยน และทำการเปลี่ยน cannula ถ้า cannula เสียหาย หรือมี clotted 

Ref: ELSO general guideline 2017; เอกสาร BDMS ECMO training Aug 2018; L. Christian Napp, et al. Cannulation strategies for percutaneous extracorporeal membrane oxygenation in adults, Clinical Res Cardiol. 2016; 105: 283-296; Lifeinthefastlane.com/everything-ecmo

Link: ECMO เรื่่องอื่่นๆ