体外膜肺氧合（extracorporeal membrane oxygenation，ECMO）联合连续肾脏替代治疗（continuous renal replacement therapy，CRRT）能有效改善和预防液体过负荷、清除炎症介质，提高危重症患者的抢救成功率。ECMO 机有多个接口位置供 CRRT 机管路连接，故 ECMO 联合 CRRT 有多种联机模式，一般根据 CRRT 机连接 ECMO 机的引血点和回血点位置不同来定义其联机模式。我院在 ECMO 联合 CRRT 治疗过程中发现，CRRT 机采用某些方式接入 ECMO 机时容易出现压力过高报警 ^[1]，进而导致治疗中断，此情况反复出现可增加滤器堵塞的风险。本研究通过数学建模和对模型中关键点压力的分析，总结 3 种处理方法，以供参考。

1  压力过高报警的原因分析

ECMO 机的管路通常以离心泵和膜肺为界分为泵前区、泵后膜前区及膜后区 3 个区域 ^[2]。通常泵前区为负压；泵后膜前区为正压，是管路压力最高处；膜后区也为正压，但由于受到膜肺和管路的影响，膜后区的压力低于泵后膜前区 ^[3]。

本研究主要探讨在 CRRT 机膜后区引血、泵后膜前区回血联机模式下，引血前后管路内引血点和回血点及 CRRT 机传感器处的血液压力变化。如图 1 所示，此种连接模式下，血液经 ECMO 机的膜后区 A 点引出，经过 CRRT 机的压力传感器 B 点、 血 泵、 滤 器 等， 最 后 回 到 ECMO 的 泵后膜前区 C 点，形成一个并联的旁路循环。由于ECMO 机的管路为高流量（每分钟可达数升）、高压力体外循环管路，而 CRRT 机的管路为低流量（每分钟数百毫升）、低压力体外循环管路，在打开阀门 K₁，CRRT 机引血的瞬间，ECMO 机管路内的血液瞬时快速涌入 CRRT 机管路，此时的血液瞬时压强可达数百毫米汞柱以上，超过CRRT 机的压力报警限制，CRRT 机发出压力过高报警，导致治疗中断 ^[4-5]。

注：ECMO 为体外膜肺氧合，CRRT 为连续肾脏替代治疗

图 1 ECMO 联合 CRRT 的管路连接示意图

2  管路中关键点处压力分析

2.1  数学模型的搭建与相应理论分析

在一般生理条件下，人体血管有一定的弹性，可将血管内循环的血液近似视为定常流动 ^[6]。由于人工管路也具有一定弹性，其半径的变化会影响流量，在近似讨论的情况下，管路半径的微小变化可以忽略不计，也可以将其近似视为定常流动。

在本研究所讨论的情况下，ECMO 机的离心泵M₁ 的流量 Q₁ 恒定，CRRT 机的血泵 M₂ 的流量 Q₂ 恒定，ECMO 机和 CRRT 机各自管路的半径基本恒定，因此可以采用黏性流体总伯努利方程和修正后的伯肃叶定律来近似讨论。

黏性流体总伯努利方程为：

其中，ρ 是流体的密度，v 为流体的平均速度，P 为压强，g 为重力加速度，z 为相对参考平面的高度，∑_W 为流体阻力损失能量 [6]。

修正后的伯肃叶定律为：

其中，Q 为流量，π 为常数，η 为流体黏滞系数，L为管路长度，R为管路半径，P₁ 和P₂ 为广义压强^[7-8]。

如图 1 所示，M₁ 为 ECMO 机的离心泵，其流量 为 Q₁，M₂ 为 CRRT 机 的 血 泵， 其 流 量 为 Q₂；K₁ 和 K₂ 分别为 CRRT 机引血处和回血处的阀门开关；A 点为 ECMO 管路膜后区引血点 , 其压强为P_A，B 点为 CRRT 机压力传感器，其压强为 P_B；C 点为 ECMO 管路泵后膜前区回血点，其压强为P_C；ECMO 机的管路为 L₁，管路内径为 R₁；CRRT机的管路为 L₂，管路内径为 R₂。根据黏性流体总伯努利方程可以得到：

其中，V_A 和 V_B 分别为 A 点和 B 点的流速，h_A和 h_B 分别为 A 点和 B 点的高度，ρ 是 L₂内液体的密度，g 为重力加速度，∑_W 为流体阻力损失能量。

2.2  联机过程中管路中各点实际压力分析

当阀门 K₁ 打开之前，CRRT 机已经预冲完毕，管路内充满液体，血泵 M₂ 处于停止状态，管内液体流速为零，A 点和 B 点处于隔离状态，B 点处压强 P_B = ρgh（h= h_B- h_A），其中 ρ 是 L₂ 内液体的密度，g 为重力加速度，h 为 B 点的相对高度（以 A 点为参考平面）。

当阀门 K₁ 打开的一瞬间，ECMO 机和 CRRT机处于连接状态，此时血泵 M₂ 处于停止状态，B 点处瞬间压强 P_B=P_A+ ρ（V_A ² -V_B ² ）/ 2 + ρg（h_B - h_A）-∑_W，由于 V_A 很 大，V_B 为 零，∑_W为 零， 同时 P_A 很大（可达数百毫米汞柱），此时 P_B 可能会超过 CRRT 机的压力报警上限值，从而引起压力过高报警；同样的道理，当阀门 K₂ 打开的瞬间，ECMO 机也会对 CRRT 机的回血端产生压力冲击，也可能会引起 CRRT 机的压力过高报警，严重时甚至会导致机器程序中断。

如果在打开阀门 K₁ 引血之前，先启动 CRRT机的血泵 M₂，然后再打开阀门 K₁，使管路 L₂ 内的液体排出，此时 B 点液体的流速 V_B 不为零，公式中 ρ（V_A ² -V_B ² ）/ 2 此项变小，同时血液流动后 ∑_W也不为零，此时 B 点处的压强远小于不启动血泵M₂、直接打开阀门 K₁ 时的压强。根据以上公式可以发现，M₂ 的流量越大，液体流速 V_B 越大，P_B 则越小。因此，随着 M₂ 的启动，液体流速 V_B 的增加，B 点处的压强逐渐降低，通过控制阀门 K₁ 的开合度来减小引血点 A 处的血流速度 V_A ，也可以达到降低 B 点处压强的目的。

同理可以分析 C 点压强对 CRRT 机回输端的影响。假设 CRRT 机回血端压力传感器的压强为P 回输，根据修正后的伯肃叶定律可知，P _回输 =P_C-8QηL / πR⁴ ，其中 P_C 为 ECMO 机泵后膜前区 CRRT机回血处的压强，Q 为流量，π 为常数，η 为流体黏滞系数，L 为管路长度，R 为管路半径。为了减小打开阀 K₂ 后 ECMO 机对 CRRT 机回血端压力的冲击，可以在 CRRT 机回血端至 ECMO 机管路接口之间增加一段内径较细的延长管，在上述公式中体现为，R 减小，L 增大，因此 P _回输减小，CRRT 机回血端压力传感器的报警概率可大大降低。

3  改进方法

为了减小 ECMO 机对 CRRT 机引血端和回血端的压力冲击，可以采用以下几种改进方法。（1）预设负压和降低血流速度法：联机初始，最容易出现压力过高报警，此时 CRRT 机从 ECMO 机引血接入，可于接入前使 CRRT 机的血泵开始转动，以产生负压，然后通过控制引血阀门的开合程度（一般先开三分之一左右），尽量使引血处的血流速度变慢，进而使整个系统慢慢达到稳定平衡状态，尽量避免阀门骤开、血流速度过大而引起的压力骤升。（2）引血端和回血端增加阀门控制法：在CRRT 机至 ECMO 机管路的引血端和回血端连接可调节的三通接头，可以使操作人员在治疗过程中根据压力变化随时调整引血和回血的流量和流速，以此达到控制管路压力的目的。（3）CRRT机的选择：ECMO 联合 CRRT 治疗时，操作人员需注意 CRRT 机的输入压力和回输压力报警参数，不同品牌和型号 CRRT 机的正负压力报警限值有所不同，应尽量选用正负压力报警限值调节范围大的 CRRT 机。

4  小结

ECMO 联合 CRRT 治疗时，需将 CRRT 机嵌入ECMO 机的回路中，此种联合治疗方式专业性强，对操作人员和联机方式的选择均有很高的要求。无论 CRRT 机的引血点和回血点在 ECMO 机的泵后膜前区还是膜后区（此两区域皆为正高压区），CRRT 机均有可能出现压力过高报警。不同的患者以及同一患者的不同治疗阶段，管路压力均不同，不同品牌 CRRT 机的各种压力限值也有差异，所以要求操作人员除了在联机初始阶段特别注意外，治疗过程中也需要通过 CRRT 机来观察管路的压力变化情况，适当通过三通阀门和延长管控制血液流量，以此来改变管路压力，进而消除压力过高报警。

本研究总结的 3 种方法已经在我院临床得到验证。我院 ICU 某一病区临床操作人员按上述方法实践后，ECMO 联合 CRRT 治疗过程中 CRRT 机压力过高报警现象出现频率大大降低。本研究不仅为临床操作提供了理论支持，提出的改进方法也保证了整个治疗过程更加顺利地进行。

【参考文献】

［1］王庆云，肖素飞，卢嫦清，等 . 连续性肾脏替代治疗嵌入体外膜肺氧合管路连接方式的研究进展 [J]. 中华护理杂志，2022，57（7）：811-816.

［2］Shum HP, Kwan AM, Chan KC, et al. The use of regional citrate anticoagulation continuous venovenous hemofiltration in extracorporeal membrane oxygenation[J]. ASAIO J, 2014, 60(4): 413-418.

［3］Seczyńska B, Królikowski W, Nowak I, et al. Continuous renal replacement therapy during extracorporeal membrane oxygenation in patients treated in medical intensive care unit: technical considerations[J]. Ther Apher Dial, 2014, 18(6): 523-534.

［4］Chuang CL, Yang WC. Connecting continuous renal replacement therapy in parallel with extracorporeal membrane oxygenation: is there no problem? [J]. Kidney Int, 2010, 77 (9): 830.

［5］Simons AP, Weerwind PW. Re: how to perform a haemodialy sis using the arterial and venous lines of an extracorporeal life support [J]. Eur J Cardiothorac Surg, 2011, 39(6): 1084- 1085.

［6］侯玉林，乔庆军 . 泊肃叶公式及其在血液体循环中的应 用 [J]. 南阳师范学院学报（社会科学版），2006（9）：39-40.

［7］路阳 . 关于泊肃叶定律的适用范围和定律的修正的讨论 [J]. 物理通报，2016（4）：29-32.

［8］Sutera SP, Skalak R. The history of Poiseuille's law[J]. Annu Rev Fluid Mech, 1993(25): 1-20.

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