ECMO患者凝血监测和管理策略：当下及未来

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前 言

体外膜肺氧合（ECMO）是晚期心肺衰竭患者的一种治疗选择，可用于儿童和成人。ECMO是一种挽救生命的心肺机器，在患者等待移植或从严重疾病中恢复的几天或几周内，为难治性严重呼吸或心力衰竭患者输送氧气。在ECMO回路中，从静脉循环中输出的缺氧血液通过泵泵送到氧合器中以交换二氧化碳和氧气。然后血液返回静脉（VV-ECMO）或动脉（VA-ECMO）循环。ECMO回路组件（图1）包括泵、膜氧合器、热交换器、静脉插管、动脉或静脉输注插管、管道和连接器。

图1 ECMO管路最有可能形成血栓的位点

血栓形成和出血是ECMO患者最常见的并发症和常见的死亡原因之一。出血的风险与患者特异性和与ECMO相关的治疗相关因素有关。根据Virchow 's triad，将血栓形成的病因分为：高凝性、血管壁损伤和血流停滞，ECMO回路包含非生物表面、剪切应力非常高的区域和血液停留时间延长的区域，所有这些都促进血栓形成，需要全身抗凝，但这也增加出血并发症。

ECMO患者往往病情危重，出血并发症的风险同时也增加。ECMO期间出血率为20.8-39.6%，其中最常见的出血部位包括：插管部位（13.2%）、胃肠道（5.5%）、肺部（6.1%）和中枢神经系统（3.9%）。ECMO患者也有血栓并发症的风险，包括缺血性卒中、右心室血栓、左心室血栓和肺栓塞。ECMO患者的血栓形成率为10-46.1%，这取决于各个中心患者的循环类型和年龄。寻找出血和血栓形成之间的平衡需要持续监测各种参数，包括凝血因子、纤维蛋白原和血小板。

本文综述了ECMO中常用的抗凝剂和最新开发的抗凝剂，包括它们的作用机制、监测方法、优势和局限性。它扩展了现有的抗凝血监测系统，指出其目标范围，优点和缺点。介绍了各种独特的凝血实时监测技术，及其工作原理和未来的研究前景。

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体外循环中的抗凝

首先，对ECMO中使用的抗凝剂进行总结，包括其优点和局限性，为今后的研究提供一个全面的观点。此外，本文对抗凝监测策略提出全新的看法，根据其目的对其进行了分类（图2）。

图2 ECMO设备中使用的各种抗凝血剂及其监测方法

（AT：抗凝血酶;DTI:直接凝血酶抑制剂；DOAC:直接口服抗凝剂；NM：甲磺酸萘莫司他；FBC：全血细胞计数；aPTT:部分凝血活酶时间；PT/INR:凝血酶原时间/国际标准化比率；ECT: Ecarin凝血时间;POC:即时；ACT：活化凝血时间;ROTEM:旋转血栓弹性测定法；TEG：血栓弹力图）。

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抗 凝 剂

ECMO患者常用的抗凝药物包括肝素、直接凝血酶抑制剂（DTIs）（比伐鲁定、阿加曲班、lepirudin）、Xa因子抑制剂（达那肝素和磺达肝奎钠）、直接口服抗凝剂（DOAC） （DTI（达比加群）、沙班（利伐沙班、阿哌沙班、darexaban、edoxaban和betrixaban））、XIIa因子抑制剂甲磺酸那莫他酯（NM）和华法林，因此肝素和DTIs是ECMO患者最常用的抗凝药物。虽然肝素是临床中最常用的药物，但肝素耐药是ECMO的主要问题，它被定义为肝素抑制凝血酶（IIa因子）和纤维蛋白形成的能力降低，以至于剂量和反应之间的相关性丧失，增加肝素剂量不会产生预期的抗凝效果。此外，肝素使用还会带来罕见但危及生命的免疫介导疾病肝素诱导的血小板减少症（HIT），在肝素治疗期间会出现血小板减少及血栓形成这样的矛盾状态。另一方面，一些替代抗凝剂为HIT患者提供了极好的应用潜力，但也存在一些其他挑战。表1列出了ECMO支持期间使用的不同抗凝剂（包括肝素及其替代品）的作用机制、优缺点等方面。

3.1

 肝素

UFH因其成本低、可滴定性好、易被鱼精蛋白逆转等优点，是ECMO患者最常用的抗凝剂。肝素通过结合抗凝血酶（AT）抑制凝血酶。AT本身抗凝活性很低，但与肝素偶联后，抗凝活性可提高1000 - 2000倍。肝素耐药是ECMO中主要关注的问题，其定义为肝素抑制凝血酶和纤维蛋白形成的能力降低，使肝素剂量反应与肝素注射量不相关，增加肝素剂量不能达到预期的抗凝效果。在这种情况下，需要更多的肝素注射以达到所需的活化凝血时间（ACT）值，这可能导致出血。这种情况在新生儿中尤为严重，因为他们的AT水平低于成年人。肝素应用还能带来免疫介导的副作用，通常称之HIT，表现为在肝素治疗期间出现血小板减少与血栓形成。据报道，HIT在新生儿中是一种罕见的现象，但在成人ECMO患者中发生率为0.8-7%。已经证明，30-60%的HIT患者会出现血栓性并发症。因此，为了解决上述问题，有必要提供替代肝素的抗凝剂，如比伐卢定。

3.2

 比伐卢定

与UFH不同，DTIs不依赖AT作为抗凝血剂，而是直接抑制自由循环和纤维蛋白结合的凝血酶。比伐卢定是水蛭素的可逆凝血酶合成双价类似物，具有良好的药理学特征。由于比伐卢定可以抑制血浆凝血酶、凝血酶和胶原诱导的血小板活化，而不会与辅助因子AT III形成复合物，因此比肝素具有更高的生物利用度。在肾功能正常的患者中，它的半衰期很短，约为25分钟，因此适合快速滴定。它主要通过蛋白质水解裂解被肝脏代谢，但也有部分被肾脏清除（20%），因此在肾功能障碍期间应调整剂量，因为它延长了半衰期。在HIT患者和非HIT患者中，比伐卢定已被用于ECMO期间防止凝血。比伐卢定的静脉注射剂量范围为0.025-0.48 mg/kg/小时，作用时间为2-4分钟。比伐卢定的疗效已被证明与ACT和aPTT结果密切相关。研究人员还比较了比伐卢定和普通肝素aPTT结果，发现使用比伐卢定产生更稳定的aPTT结果。比伐卢定输注没有统一的方法，因此可以使用或不使用初始剂量，初始负荷范围为0.04-2.5 mg/kg，然后持续输注。特别是，Koster等人将比伐卢定用于HIT患者，先给药0.5 mg/kg，然后连续输注0.5 mg/kg/h，以维持200-220秒的ACT。在Jyoti等人的另一项研究中，在注射速率为0.1-0.2 mg/kg/h、无需给药比伐芦定的情况下，能够达到200-220 s的目标ACT。比伐卢定的剂量维持在0.03-0.2 mg/kg/h以维持治疗目标，可增加或不增加0.5 mg/kg的初始剂量。在一项荟萃分析中，有报道称，与肝素相比，DTI的住院死亡率、大出血事件和泵相关血栓发生率较低。

在ECMO中使用比伐卢定之前有一些注意事项。一是影响肾功能受损患者的药物清除率下降，导致药物蓄积。因此，肾功能不全的患者需要较低剂量的比伐卢定。此外，由于比伐卢定在血液停滞的地方代谢迅速，因此它不是VA-ECMO的可行选择。比伐芦定的另一个限制是，在过量或出血的情况下没有解毒剂，这使得出血管理具有挑战性。在没有明确病因的情况下，可能存在比伐芦定耐药。APTT、ECT和血浆稀释凝血酶时间试验通常用于监测比伐卢定的抗凝效应。

3.3

 阿加曲班

阿加曲班是一种合成的直接凝血酶抑制剂，半衰期为39-51min，不推荐用于严重肝功能不全的患者，因为它在肝脏中代谢，因此肾功能衰竭的患者可以使用。ECLS中限制DTI采用的主要问题之一是缺乏药物解毒剂。然而，由于半衰期短，如果发生出血，可以停止或减少注射DTIs以止血。阿加曲班被用作普通肝素的替代品，用于成人、儿科及新生儿ECMO时疑似HIT的病例。维持剂量为0.1 ~ 0.65 μg/kg/min，负荷剂量为100 ~ 200 μg/kg。

3.4

 磺达肝奎钠（Fondaparinux）

磺达肝奎钠是一种Xa因子抑制剂，已被证明在严重急性HIT中作为抗凝剂是有效的。 Parlar等人在发生HIT的ECMO患者中，皮下注射Fondaparinux抗凝，2.5 mg/d，未发现不良反应。与需要aPTT或ECT监测方法的DTI相比，由于抗-FXa检测不依赖于患者因素，因此抗-FXa检测用于磺达肝奎钠监测更可靠。需要强调的是，HIT患者aPTT和ECT（Ecarin clotting time）受到凝血酶原水平的影响，这会导致检测结果通常较低，aPTT过长，从而影响抗凝药物的使用剂量。

3.5

 甲磺酸萘莫司他（NM,nafamostat mesylate）

甲磺酸纳莫司他是一种合成丝氨酸蛋白酶抑制剂，可抑制多种促凝因子，包括凝血酶、纤溶酶、胰蛋白酶、钾化酶、XIIa和Xa因子。在文献中，关于在ECMO中使用NM有相互矛盾的发现。Lim等人比较了肝素和NM用于ECMO期间抗凝时血栓栓塞或出血并发症的发生情况，他们研究结果显示，接受NM抗凝的患者出血并发症中更为常见，而血栓栓塞事件两者相似。另一方面，其他研究声称，它是肝素的合适替代品，可以降低ECMO患者出血的风险。与其他抗凝剂一样，剂量率没有统一的方法，但通常在0.26-0.93 mg/kg/hr范围内。

3.6

 华法林

华法林是一种口服抗凝剂，可抑制维生素K（因子II、VII、IX和X）的利用。这种方法的主要优点是易于给药和可逆性。当患者已经用DTI充分抗凝，并且在HIT急性期后需要长期抗凝时，他们通常会切换到维生素K拮抗剂（VKA），如华法林和苯丙香豆素。华法林的剂量应根据患者对药物的反应来确定，并且可以使用国际标准化比率（INR）分析来监测华法林的剂量，以使其结果保持在治疗范围内。Lee等人报道了使用ECMO救治一华法林导致的致命弥漫性肺泡出血患者，作为一种过渡桥接式复苏治疗，患者最终得到成功救治。（注：该患者在ECMO期间没有实施肝素化，INR维持在1.25-1.43，ECMO 共维持126h，ECMO撤机3天后，患者拔除气管导管，脱机成功。ECMO第五天患者的胸片见下图。Lee JH, Kim SW. Successful management of warfarin-exacerbated diffuse alveolar hemorrhage using an extracorporeal membrane oxygenation. Multidiscip Respir Med. 2013 Feb 27;8（1）:16. doi: 10.1186/2049-6958-8-16.）

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抗凝监测方法

鉴于抗凝监测和剂量调整的重要性，确定每种抗凝剂的合适方法及其剂量至关重要。这包括了：部分凝血活素时间（aPTT），抗因子Xa测定，D -二聚体，PT/INR，全血细胞计数（FBC），纤维蛋白原，ECT，活化凝血时间（ACT），粘弹性测试（ROTEM/TEG）。此外，同时介绍近年来研发的新型实时监测方法包括声音、光学、荧光和电测量方法。表2总结了不同技术的样本类型、目的、目标范围、优缺点。

4.1

 部分激活凝血活酶时间

aPTT是一种抗凝监测技术，最常用于评估肝素和比伐卢定的效果。其实质是无钙血浆暴露于纤维蛋白活化剂和钙后产生凝块所需的时间。血块形成可以通过多种分析方法检测，包括光学、机械和电化学技术。该方法包括枸橼酸血浆、磷脂、钙和接触途径活化剂（二氧化硅、天青石、高岭土、鞣花酸、多酚酸）来触发凝块形成。大多数实验室将正常范围定义为25-90s（抗凝监测建议aPTT水平为基线的1.5-2.5倍），但不同机构的aPTT水平不同，并由所使用的仪器和试剂决定，在不了解所使用的方法和测定方法的情况下，不要将数据从一个ECMO中心推断到另一个ECMO中心，这一点至关重要。Bates等人使用四种不同的自动凝血仪和六种商用aPTT试剂研究了aPTT和抗Xa因子测定肝素水平之间的关系。他们的研究结果显示，虽然抗Xa因子测定结果之间存在良好的相关性（r = 0.64至0.95），但抗Xa因子测定在0.3 IU/mL血浆肝素浓度下，aPTT值将在48至108秒之间变化，这取决于所使用的仪器和试剂。

还有一些其它因素可以影响aPTT的检测，这包括：药物、HCT、急性时相蛋白、凝血因子功能异常、CRP增高、高胆红素血症和狼疮抗凝物等。这会导致常规凝血通路 I, II, V, X因子及接触通路成分如高分子量激肽原、前激肽释放酶、VIII、 IX、XI和XII等功能不足，狼疮抗凝物本身可导致aPTT检测结果延长。

4.2

 抗Xa因子测定

抗Xa因子是一种功能性显色试验，用于凝血监测和评估有效抗凝药物浓度。抗Xa测定对类肝素的作用是特异性的，不受其他凝血因子缺陷的影响，可以与外源性AT一起或不一起使用。在前一种方法中，用足够的AT处理样品，使限速试剂（即肝素）可以抑制Xa，从而精确测量患者样品中的肝素。该方法将一定量的凝血因子Xa与发色团和AT结合，加入到含肝素的患者血浆中。随后，由于显色反应，AT和肝素形成抑制复合体，使Xa因子失活。然后将激活因子X引入样品中，裂解发色团化合物，并使用光谱学测量释放的发色团的量。由于样品中剩余因子Xa的量与原肝素的量成反比，因此与因子Xa相互作用的肝素/AT复合物越少，颜色变化越大，表明药物水平越低。AT和肝素之间的关系至关重要，因为即使肝素水平很高，AT缺乏也会导致更多的非结合因子Xa，这意味着肝素水平较低。另一方面，没有AT的试剂盒不会增加额外的AT，并且可以更精确地测量体内抗凝，因为患者的AT和肝素水平都是限速试剂。然而，这种方法存在无法区分AT缺乏和肝素不足的问题。

ECMO期间抗Xa因子水平被广泛接受的目标范围是0.3-0.7 IU/mL。与ACT和aPTT方法不同，该方法不受凝血功能障碍、血小板减少症或稀释的影响，最能代表整体肝素抗凝水平。然而，ECMO患者可能出现的一些参数，如高胆红素血症、溶血、高脂血症和无血红蛋白血浆会影响抗Xa测定结果。与正常样本相比，血浆游离血红蛋白水平为50 mg/dL或以上的ECMO样本的抗Xa活性显著降低：0.33（0.25-0.42）IU/mL与0.4（0.31-0.48）IU/mL。结果表明，与ACT和aPTT相比，抗Xa检测与肝素浓度的相关性更好。Nankervis等研究了12例ECMO新生儿，根据ACT和anti-Xa结果确定合适的肝素剂量。他们的研究结果表明，抗Xa测试与肝素剂量之间存在很强的相关性（r = 0.75; p <0.0001），然而ACT结果与抗Xa或肝素剂量无关。此外，Bembea等在一项队列研究中发现，在34例体外生命支持（ECLS）儿科患者中，抗Xa因子结果与肝素注射剂量（r = 0.33）存在中度相关性，但与所有患者的ACT（r = 0.02）和aPTT（r = 0.17）相关性较差。值得注意的是，与ACT相比，采用抗Xa水平监测，ECMO患者采血次数更少，回路更换的间隔时间更长，输血量和活化VII因子剂量更低。

抗Xa因子检测可以检测肝素的作用，但不能反映其他凝血参数或患者的整体止血情况。事实上，抗Xa方法只测量抑制作用，并不反映患者体内产生的纤维蛋白和凝血酶的量。此外，与ACT和aPTT相比，抗Xa因子检测价格昂贵，不易在所有实验室和医院获得，且检测结果受高甘油三酯血症的影响（甘油三酯水平>360 mg/dL）和高胆红素血症（胆红素水平>6.6 mg/dL）。

4.3

 活化凝血时间

ACT是广泛使用和完善的床旁实时（POC）抗凝监测方法。ACT检测时，全血被转移到涂有各种活化剂（如玻璃、天青石或高棉、鞣花酸、硅藻土、二氧化硅、钙和磷脂）的管中，以刺激接触激活途径，并随时间以秒为单位测量凝血反应（纤维蛋白凝块形成）。随着时间的推移，磁铁在凝块形成过程中的流动性或血液开始凝块时运动速度的变化被测量和记录下来。与基于实验室的方法相比，ACT的优势在于它可以在床边的机器上作为全血测试进行，需要的样本量小，成本低，并且可以由不熟悉的个人完成。根据ACT机器的不同，测试所需的样品量在10μL和2mL之间变化。然而，血液稀释、血小板功能障碍、体温过低、贫血、低纤维蛋白原血症、血小板减少症、血小板抑制剂（如GP IIb/IIIa）和凝血因子缺乏等因素可影响ACT结果。

ACT目前没有标准化的目标范围，但在临床实践中常用的范围是140-240s。aPTT方法适用于0.1至1u /mL之间的普通肝素（UFH）值，但ACT方法适用于1-5u /mL之间的UFH浓度。因此，基于ECMO中使用的肝素水平，ACT与肝素浓度相关性较差，而aPTT在新生儿和成人中可获得可接受的结果。已经进行了几项研究来调查ACT、aPTT和抗Xa活性之间的关系。Khaja等人发现，在新生儿中，aPTT与抗Xa的相关性强于ACT。尽管ACT是体外循环（CPB）中高肝素浓度的良好指标，但在ECMO时使用较低肝素剂量（150-200 IU/kg）抗凝时，建议降低ACT（ACT- LR）目标范围。值得注意的是，大多数医院在ECMO中采用ACT或ACT-LR方法进行常规凝血监测。

4.4

 D-二聚体(D-dimer)

D-二聚体蛋白是纤溶过程的裂解产物。因此，血液中D-二聚体的存在是血栓溶解的信号。D-二聚体水平在脓毒症、深静脉血栓形成、肺栓塞或其他血栓性疾病引起的弥散性血管内凝血（DIC）患者中较高。D-二聚体水平描述了反应性纤维蛋白溶解产生的交联纤维蛋白降解产物，也被证明是确定氧合器功能和跟踪氧合器故障的标志。在一项回顾性研究中发现，D-二聚体水平在更换氧合器前3天内从15 mg/dL显著上升至30 mg/dL （P = 0.002），更换后1天内显著下降至13 mg/dL（P = 0.003）。虽然氧转移速率通常用于计算氧合器的交换时间，但D-二聚体水平，特别是在没有替代解释的情况下稳步增加的水平，是计算膜更换适当时间的另一种方法。

4.5

 PT和INR

凝血酶原时间（PT）是临床主要的凝血监测方法之一。凝血酶原是一种由肝脏产生的蛋白质，它有助于血液凝结的形成。该方法包括在患者血浆中加入凝血活素（一种组织因子、钙和磷脂的混合物），并测量血浆凝结所需的时间。PT结果是敏感的凝血活素成分，所以使用不同的凝血活素试剂结果在不同的凝血酶原时间，即使是相同的血浆样品。因此，为了获得一致和统一的结果，世界卫生组织（WHO）提出了国际标准化比率（INR），该比率已成为PT报告的标准方法。INR是PT与对照组正常PT值之比的国际敏感指数（是用多份不同凝血因子水平的血浆与国际参考制品（IRP）作严格的校准，通过回归分析求得回归斜率而得到的，代表凝血活酶试剂对凝血因子缺乏的敏感性，ISI值越低，越接近1.0，则敏感性越高，进口凝血活酶试剂均标有ISI值，可用此值计算出INR值。）次方而得。肝素治疗患者的目标INR应小于1.5。研究人员还发现，其他抗凝剂，包括VKA（如华法林）、DTI或口服Xa因子抑制剂的PT/INR值在2-3或更高。DTI干扰凝血酶原时间，常见因子I、II、V和X的缺失可延长PT结果。INR的发展是为了解释实验室PT试剂的差异，并标准化维生素K拮抗剂（VKA），如华法林治疗监测。

4.6

 蛇毒凝血时间（Ecarin clotting time）

Ecarin是从锯鳞蝰蛇的毒液中分离出来的金属蛋白酶，是一种凝血酶原的特异性激活剂，可用于测量DTIs（如阿加曲班和达比加群）的活性。在这种方法中，加入Ecarin溶液稀释血浆，测定凝血时间。纤维蛋白原朝纤维蛋白的转化被用来测量没抑制的中间凝血酶的活性。Teruya等成功实施ECT在ECMO中监测比伐卢定浓度。虽然这种方法在ECMO中应用并不广泛，但已经证明ECT结果与比伐卢定浓度有很强的相关性。此外，Alouidor等人最近提出了一种与比伐卢定和达比加群浓度有良好相关性的即时ECT分析装置，只需要5 μL的全血。目前，似乎还需要更多的研究，来进一步在不同抗凝剂的ECMO环境中去验证其效能。

4.7

 粘弹性测试

血栓弹性成像（TEG）和旋转血栓弹性测量（ROTEM）是用于ECMO患者在各种刺激剂存在下监测凝血的即时粘弹性试验。与ACT、aPTT和PT/INR等仅显示终点（血栓是否形成）的方法不同，该方法可以揭示凝血级联、凝块形成动力学、凝块强度和凝块溶解以及纤维蛋白溶解的不同方面的信息。记录了低剪切应力下全血凝血过程中粘弹性的动态变化。扭丝或扭针用来测量形成的血块的强度。TEG中的导线是静止的，而ROTEM中的杯是振荡的，引脚是振荡的。当凝块形成时，振荡受到阻碍，TEG和ROTEM设备都检测并将振荡变化转换为评估的许多测量值。在这种方法中，对添加和未添加肝素酶的样品进行测试，以研究UFH存在时的凝血情况。然后通过比较两种样品的凝血时间来确定UFH的有效性，这是一个很好的指标，尤其是需要排除是否存在肝素耐药的情况下。不同参数的分析时间不同，因此凝血因子的评估可以在5min内完成，而纤溶分析则需要60-90min。粘弹性试验提供了关于凝血系统的有用信息，但它不能提供关于血管性血友病因子（VWF）水平的数据，而VWF是潜在出血或止血状况的良好指标。尽管近年来在ECMO患者中使用粘弹性试验有所增加，但在大多数中心仍未广泛使用，这可能是由于在新生儿人群中缺乏普遍应用。

4.8

  新颖的抗凝实时监测方法

本节介绍新近开发的新型实时监测方法，包括：声学、光学、荧光和电学检测方法。此外，还简要介绍每种方法在ECMO中的应用。

4.8.1  声学检测方法

由于ECMO泵的高剪切速率，它可能是血栓形成的原因之一。测量泵产生的声音是一种很有前途的方法，可以检测泵中血栓的形成，防止潜在的患者和泵的损伤。Fuchs等人在使用ECMO时发现了声音信号与泵进出口的凝块之间的联系。在不同泵速下，血凝块在泵内移动时，频谱会发生变化，这是泵内血栓形成的可靠指标（图3）。已经证明，声学分析方法是一种成本低、简单、易于获取的方法，可以提供可靠的结果，并在血栓形成的早期阶段检测到泵内的血栓形成。虽然这是一种非侵入性技术，因为分析是基于泵发出的声音，所以只能用于监测泵内的血栓形成。

图3 婴幼儿ECMO患者的声谱，左上和左下分别显示了泵的入口和出口声学频谱，而右上和右下呈现的是同一患者5天后的流入和流出的声学频谱。

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4.8.2 光学检测方法

光学方法是非侵入性的实时血栓监测技术，可以检测血液在不同波长下散射的光强度。Fujiwara等人利用高光谱成像（HSI）技术来观察悬浮离心泵内血栓形成的情况，悬浮离心泵通常用于ECMO设备（图4）。本研究中使用了两组猪，分别进行ECMO和LVAD。本研究的目的是检测离心ECMO泵内血栓形成及血栓形成的来源。通过这种方式，HS相机在608-752 nm波长范围内获取了泵浦内部的多幅实时图像。血液循环24h内发现血栓形成，血栓形成的部位包括泵内和泵外。发现泵外血栓形成于泵入口导管及泵入口与导管连接处周围。值得注意的是，光学方法有一些局限性，首先，要考虑高光谱相机对焦距离的安装和调整。此外，由于弯曲半径的限制，光纤是脆弱的。

在另一项研究中，Morita等人使用带有体外电路的显微光学监测方法检测新鲜猪血液中的血栓。他们的装置由两个微型光学血栓传感器组成，可以检测660和855 nm两个波长的散射光。一个光学传感器放置在旋转泵上（用于监测凝血情况），另一个放置在血流通道上（不太可能形成血栓处作为参考点）。在静脉中，每个LED向血流中发射660和855nm的光，这些光被血液成分（最明显的是红细胞）吸收或散射，然后被光电二极管检测到。为了监测泵内血栓的形成，最终测量了两个传感器在每个波长处的光强度比。研究认为微光学传感器没有安装限制，可允许研究人员在怀疑血栓形成的各个点安装额外的微传感器。

图4 A.用频闪仪对泵底表面进行照明;采用频闪法（频闪的频率与叶轮旋转的速度相近），可以观察叶轮的高速转动;C.如果不使用频闪法是无法实现对高速旋转叶轮的监测。

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4.8.3 荧光检测法

荧光显微镜检测是凝血酶形成的另一种监测方法，它测量血栓形成的开始，血栓形成在血液中产生纤维蛋白。通过荧光标记纤维蛋白原，可以评估微观凝块形成过程。因此，可以通过测量荧光强度随时间的变化和分布来计算凝血时间，从而计算肝素浓度对凝血时间的影响。考虑到高剪切速率区域更有可能形成血栓，Sun等人利用全血流式细胞术测定了ECMO回路中离心泵和氧合器中新鲜人血样本中的血小板活化情况。我们发现，在ECMO运行4 h后，血小板活化和纤维蛋白原粘附增加，可导致血栓形成。另一方面，随着时间的推移，GPIbα和GPVI血小板受体数量减少，削弱血小板对胶原蛋白和VWF的粘附，导致出血并发症（图5）。

图5 刚开始和ECMO循环启动后3h在血小板对胶原蛋白、vWF和纤维蛋白黏附荧光显像情况。

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4.8.4 电学测量法

电阻抗测量可用于监测ECMO系统中的血液凝固。基于单频或多频电阻抗测量，已经证明血栓形成与电阻率/介电常数之间存在关系。RBC表面有磷脂，它们可以激活IX因子导致凝血。因此，可以推断RBC聚集性与血栓形成有关。Li等人利用多频电阻抗谱研究体外循环系统研究脉冲式血流红细胞的聚集性。结果显示，在凝固的血液中，红细胞聚集性降低，表明血栓形成。我们检测了ACT和纤维蛋白原，以评估聚集性和凝血之间的关系，结果显示它们的水平随着时间的推移而下降，与RBC聚集性相似（图6）。值得注意的是，电阻抗测量可以很容易地应用于低成本、紧凑和简单的POC凝血测试设备。然而，这种方法的局限性在于它是侵入性的，因为电极必须与血液接触。

图6  a.红细胞聚集性降低，提示凝血；b.红细胞聚集性没有降低，表示没有凝血。

5

未来前景

寻找合适的抗凝药物和相关的监测方法，以便在ECMO时凝血和出血之间寻找平衡至关重要。因子XII抑制剂是一种很有前途的抗凝剂，目前正在体内ECMO模型中进行研究。已经证明，在表面涂上靶向FXIIa玉米胰蛋白酶抑制剂（corn trypsin inhibitor），当导管插入兔颈静脉时，可以防止血液凝固。此外，有研究表明，敲除FXII可延长导管闭塞时间。最近，研究人员发现人类抗体3F7与FXIIa结合，可防止ECMO回路内的血液凝固。抗体与其他抗凝剂相比有一个优势，那就是它们不会增加出血的风险。虽然它只在动物ECMO回路中进行了测试，但似乎以FXII为导向的抗凝是ECMO支持下预防血栓的一种有前途的方法。

近年来，在各种临床环境中，患者行ECMO期间，使用低剂量抗凝而不是高剂量，是一种有效的策略，以减少出血，并改善生存率。虽然血栓形成仍然是一个问题,但最近的研究表明,低剂量和治疗剂量抗凝剂之间没有血栓形成并发症和医院死亡率的差异。虽然一些研究已经证明了在成人中使用低剂量的抗凝剂可以减少出血,同时还可预防重大血栓形成,但仍然缺乏儿童ECMO患者低剂量抗凝剂的疗效和安全性的研究。因此，在成人和儿科患者中,需要广泛的临床研究和试验来确定最佳的低抗凝剂剂量。

在另一种方法中，剪切响应性药物传递系统可以通过改变通常导致出血并发症的全身药物传递来保护ECMO回路免受凝血和血栓形成的影响。局部给药方法是一种依靠材料变形或崩解引起药物释放的新方法。纳米颗粒可以用于纳米治疗靶向药物输送系统，像血小板一样，可以在高剪切应力下激活（破裂）并在作用部位释放药物以防止血液凝固。这一特性使得剪切敏感纳米颗粒能够仅在高剪切应力点（如套管、泵和氧合器）释放抗血栓药物，同时在较低剪切速率下保持完整。这是有益的，因为它不仅减少抗凝血剂的用量，而且有助于局部给药，只在需要的地方释放药物，从而可能减少出血。

最近，一种基于ECMO回路表面修饰的无抗凝血方法被开发出来，以减少出血和血栓并发症。该方法是基于应用适当的表面涂层技术，使管道、膜氧合器和泵的表面具有生物相容性，避免血栓形成。一些创新的方法，如聚合物涂层，一氧化氮（NO）涂层和栓系液体全氟碳涂层，可以改善ECMO血液相容性。在考虑表面涂层技术时，膜式氧合器内部的气体交换率、压降和剪切应力也是至关重要的。必须考虑到这些特性，以增加适合于生物相容性表面涂层的材料的稳定性和耐久性。

本文综述了凝血监测的各种实时分析方法。虽然这些技术通常不能定量显示凝血状态，但有低成本、紧凑、用户友好的POC设备可以在患者床边使用。与传统的标准实验室检测相比，POC诊断是评估抗凝效果的有前途的技术。基于实验室的测试耗时、昂贵且依赖于用户，POC设备有几个优点，包括可靠性、快速响应和减少样品消耗。一些传统的凝血监测方法，如D-二聚体、aPTT、PT/INR和ECT，最近已有相应的POC设备。虽然POC设备的好处已经得到了很好的证实，并且各种POC设备已经被引入，但总是需要研究新的设备来提高结果的准确性和可靠性。特别是微流控装置，由于其成本低、操作简单、分析快速和减少样品消耗等优点，可以用于抗凝监测。此外，由于微流体系统具有高通量，可以在单个集成平台上同时分析少量样品的多个样品。虽然微流控平台已有开发，目前正在研究实验室中使用，但还很少上市。用于监测凝血途径的低成本、高通量、微流控设备的商业化，将为ECMO患者的临床管理提供独特的优势。

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结 论

尽管肝素仍是ECMO中使用的抗凝剂的金标准，但肝素耐药和HIT是主要的临床局限性。下一代抗凝剂也有自己的缺点，可能包括：半衰期短，缺乏拮抗剂以及监测受限，阻碍了广泛的临床应用。多种抗凝监测方法已被开发出来，用于跟踪患者的凝血状况和调整抗凝剂量，一些监测方法与特定抗凝剂的相关性较好。为了建立抗凝和出血的最佳平衡，需要多种途径而不是单一的监测方法来监测抗凝效果。现有的研究工作应该集中在开发新型抗凝剂、表面工程来修饰非生物相容性表面、靶向药物输送系统，以及开发实时和POC监测方法，以减少血栓和出血并发症。

END

云注

体外膜肺氧合（ECMO）可以为患有严重呼吸和/或心力衰竭的危重患者提供最后的生命支持。然而，血栓和出血仍然是常见和复杂的问题。ECMO患者血栓形成的主要原因包括：血液与促血栓表面和非生理表面的接触，以及泵和膜氧合器中的高剪切力；另一方面，抗凝药物的不良反应、血小板减少症、血小板功能障碍、获得性血管性血友病、高纤溶等均被确定为出血的原因。寻找安全有效的抗凝剂来平衡血栓和出血风险仍然具有挑战性。了解ECMO中常用的抗凝剂，包括其作用机制、监测方法、优势和局限性非常重要。包括现有的抗凝血监测策略，指出了它们的目标范围、优点和缺点。几种新颖的实时抗凝监测方法，包括声音、光学、荧光和电测量可能是未来的研究方向。

编辑：吴春兰

审校：傅小云