Dovydas Melamed1
1Vilnius City Clinical Hospital
Abstract
Introduction. COVID-19 currently is causing a world-wide pandemic. About a third of patients develop acute respiratory failure, which usually requiring treatment in the intensive care unit. In most cases, acute respiratory failure can be treated by simple mechanical ventilation methods, but for some patients these measures are ineffective. ECMO is the last chance for severely ill patients to survive. There is currently little evidence to suggest that ECMO is a sufficiently effective mean of controlling acute respiratory failure.
Aim. The purpose of this article is to review the usage of ECMO in the world during the COVID-19 pandemic.
Method. This article reviews 21 articles from the PubMed database.
Review. This method has several types that can be applied depending on the patient’s condition, the nature of the respiratory failure. VV-ECMO technology is the most commonly used, which delivers better patient survival rates. ECMO technology requires huge resources that can usually be applied in large medical centers, so there are strict guidelines for applying ECMO. Data from various studies suggest that the use of ECMO is low among patients with acute respiratory failure. Unfortunately, mortality rates using ECMO remain high enough. Therefore, this method still remains in reserve and is used only in exceptional cases where other measures no longer help.
Keywords: ECMO, COVID-19, acute respiratory failure.
Journal of Medical Sciences. April 15, 2021 - Volume 9 | Issue 3. Electronic - ISSN: 2345-0592
440
Medical Sciences 2021 Vol. 9 (3), p. 440-445
The Role of ECMO for ARDS in COVID-19 patients: an overview
Dovydas Melamed
1
1
Vilnius City Clinical Hospital
Abstract
Introduction. COVID-19 currently is causing a world-wide pandemic. About a third of patients develop acute
respiratory failure, which usually requiring treatment in the intensive care unit. In most cases, acute respiratory
failure can be treated by simple mechanical ventilation methods, but for some patients these measures are
ineffective. ECMO is the last chance for severely ill patients to survive. There is currently little evidence to
suggest that ECMO is a sufficiently effective mean of controlling acute respiratory failure.
Aim. The purpose of this article is to review the usage of ECMO in the world during the COVID-19 pandemic.
Method. This article reviews 21 articles from the PubMed database.
Review. This method has several types that can be applied depending on the patient’s condition, the nature of
the respiratory failure. VV-ECMO technology is the most commonly used, which delivers better patient survival
rates. ECMO technology requires huge resources that can usually be applied in large medical centers, so there
are strict guidelines for applying ECMO. Data from various studies suggest that the use of ECMO is low among
patients with acute respiratory failure. Unfortunately, mortality rates using ECMO remain high enough.
Therefore, this method still remains in reserve and is used only in exceptional cases where other measures no
longer help.
Keywords: ECMO, COVID-19, acute respiratory failure.
Journal of Medical Sciences. April 15, 2021 - Volume 9 | Issue 3. Electronic - ISSN: 2345-0592
441
ECMO vaidmuo gydant pacientus su ūminiu kvėpavimo
nepakankamumu, sergant COVID-19 liga: apžvalga
Dovydas Melamed
1
1
Vilniaus miesto klinikinė ligoninė
Santrauka
Įvadas. COVID-19 liga šiuo metu sukelia, pasaulį sukrečiančią pandemiją. Maždaug trečdaliui pacientų
išsivysto ūminis kvėpavimo nepakankamumas, kuris dažnai turi būti koreguojamas intensyvios terapijos
skyriuje. Dažniausiai ūminis kvėpavimo nepakankamumas gali būti koreguojamas paprastais mechaninės
ventiliacijos metodais, tačiau daliai pacientų šios priemonės yra neveiksmingos. ECMO yra paskutinė galimybė
sunkiai sergantiems pacientams išgyventi. Šiuo metu nėra daug duomenų, kuriais remiantis galima teigti, jog
ECMO yra pakankamai veiksminga priemonė suvaldyti ūminį kvėpavimo nepakankamumą.
Tikslas. Šio straipsnio tikslas yra apžvelgti ECMO naudojimą pasaulyje COVID-19 pandemijos metu.
Metodika. Šiame straipsnyje apžvelgtas 21 straipsnis iš PubMed duomenų bazės.
Apžvalga. Ši metodika turi keletą rūšių, kurias galima taikyti, atsižvelgiant į paciento būklę, kvėpavimo
nepakankamumo pobūdį. Dažniausiai naudojama VV-ECMO pajungimo sistema, stebimi geresni pacientų
išgyvenamumo rodikliai. ECMO sistema tai daug resursų ir patirties reikalaujantis metodas, kuris dažniausiai
gali būti taikomas dideliuose medicinos centruose, todėl yra numatytos gairės, kuriomis vadovaujantis, galima
taikyti ECMO.
Išvados. Įvairių tyrimų duomenis parodo, jog ECMO taikymas yra nedidelis tarp pacientų, sergančių ūminiu
kvėpavimo nepakankamumu. Deja mirtingumo rodikliai, naudojant ECMO, išlieka pakankamai aukšti. Todėl šis
metodas iki šiol lieka rezervinis ir pasitelkiamas tik išimtinais atvejais, kai kitos priemonės nebepadeda.
Raktažodžiai: ECMO, COVID-19, ūminis kvėpavimo nepakankamumas.
Journal of Medical Sciences. April 15, 2021 - Volume 9 | Issue 3. Electronic - ISSN: 2345-0592
442
Įvadas
COVID-19 virusas greitai pasiekė pandemijos
mastą. Skirtingi šaltiniai nurodo, jog ketvirtadaliui
pacientų reikalinga intensyvi terapija, trečdaliui
išsivysto ūminis kvėpavimo nepakankamumas,
16% hospitalizuotų pacientų miršta. Dalis šaltinių
teigia, jog 42% pacientų išsivysto ūminis
kvėpavimo nepakankamumas, sergant COVID-19
liga.[1] Ūminis kvėpavimo nepakankamumas
apibūdinamas, kaip progresuojantis deguonies
trūkumas, neesant nustatytam širdies
nepakankamumui ar plaučių edemai. Ūminis
kvėpavimo nepakankamumas skirstomas į lengvą,
vidutinio sunkumo ir sunkų. Berlyno apibrėžimas
numato 4 kriterijus ūminio kvėpavimo
charakteristikai vertinti: laikas, krūtinės ląstos
vaizdai, naudojant instrumentinius tyrimus, plaučių
edemos kilmę ir įsotinimą deguonimi.[2] Nors
dauguma COVID-19 atvejų pakankamai gerai
reaguoja į paprastesnius gydymo metodus, kartais
sunkiais atvejais tenka pasitelkti prieštaringą
ECMO technologiją. Šiuo metu gydymo nauda
ECMO, sergančius COVID-19 liga, yra neaiški, iš
kitos pusės ECMO gali padėti pacientams, kuriems
išsivysto hipoksija atspari mechaninei
ventiliacijai.[3,4]. Naujausiais duomenimis ECMO
gali sumažinti pacientų mirtingumą, sergant ūminiu
kvėpavimo nepakankamumu[4].
Tikslas
Šio straipsnio tikslas yra apžvelgti ECMO
naudojimą pasaulyje COVID-19 pandemijos metu.
Metodika
Šiame straipsnyje apžvelgtas 21 straipsnis iš
PubMed duomenų bazės.
ECMO apibrėžimas ir veikimo principas
Ši sistema atitinka kardiovaskulinės sistemos
pakaitalu paremta technologija, naudojant
dirbtinius prietaisus imituojančius širdies bei
plaučių darbą. Tai užtikrina veiksmingą kvėpavimą
ir kraujotaką pacientams sergantiems ūmiu
kvėpavimo nepakankamumu. [5,6] Pagrindinė
ECMO funkcija yra laikinai koreguoti deguonies
trūkumą kraujyje, siekiant per šį laikotarpį
atsistatyti kardiopulmoninei sistemai [7]. ECMO
susideda iš dviejų pagrindinių dalių, membraninės
šerdies-oksigenatoriaus bei siurblio. Siurbliais
kraujas pumpuojamas iš žmogaus organizmo,
naudojant išcentrinę jėgą, susidaro neigiamas
slėgis, kuris sudaro sąlygas kraujui tekėti. Išsiurbtas
kraujas prateka pro oksigenatorių, kur įsotinamas
deguonimi, atliekant dujų mainus, atitinkamai kaip
gyvo žmogaus plaučiuose, vėliau deguonimi
įsotinamas kraujas grąžinamas atgal į organizmą
[8]. Pagal paciento būklės pobūdį yra taikoma
keletą ECMO metodų, naudojant žmogaus venas
arba arterijas. Pacientams tik su ūminiu kvėpavimo
nepakankamumu taikomas VV-ECMO metodas
paimant ir grąžinant kraują iš paciento venų ir
atgal. Esant kombinuotam kvėpavimo bei
kraujotakos nepakankamumui gali būti naudojami
VA-ECMO ir VAV-ECMO metodai, paimant
kraują iš venų, įsotinus jį deguonimi ir grąžinant į
arterijas [9,10].
VV-ECMO
Naudojant šį metodą dažniausiai kraujas
išpumpuojamas iš vena femoralis ir gražinamas
atgal į vena jugularis. Paimtas paciento kraujas
variklio pagalba kaniulėmis patenka į
oksigenatorių, kur įsotinanamas deguonimi. Tada
kraujas grįžta į paciento kraujotaką pro vena
jugularis į plaučių arteriją. Ši dirbtinė apytakos
sistema leidžia nukrauti krūvį nuo dešiniojo
skilvelio ir palengvina sąlygas funkcionuoti
plaučiams bei kardiovaskulinei sistemai. Šis
metodas puikiai pritaikomas pacientams su
sutrikusia kvėpavimo funkcija, sergant plaučių
ligomis [11,12]. Remiantis CESAR tyrimais ir
patirtimi naudojant ECMO H1N1 gripo pandemijos
metu, atskleidė šio metodo veiksmingumą, tai yra
tinkama priemonė gydyti pacientus sergančius
ūminiu kvėpavimo nepakankamumu [13].
VA-ECMO
Šis metodas pagrįstas kraujo paėmimu iš vena
femoralis ir grąžinimu į arteria femoralis.
Sukuriant šiuos dirbtinius kraujo mainus
sumažinamas širdies prieškrūvis ir plaučių darbas.
Iš veninio kraujo paverstas arterinis, tiekia didelį
deguonies kiekį organizmui, sumažindamas
širdies tūrį. Sumažinant krūvį širdžiai, sergant ūmiu
miokardo infarktu ar kita ūmia struktūrine
miokardo patologija, tausojamas likęs sveikas
širdies raumuo [14]. Literatūroje taip pat minimas
reikšmingas VA-ECMO vaidmuo pacientams
sergantiems ūminiu širdies nepakankamumu, kurį
sukelia skendimas, sušalimas, apsinuodijimas. Deja
ECMO-VA veiksmingumo rezultatai pacientams,
patyrusiems kardiogeninį šoką yra pakankamai
prasti (išgyvenamumas 40proc.) [15,16].
Journal of Medical Sciences. April 15, 2021 - Volume 9 | Issue 3. Electronic - ISSN: 2345-0592
443
1.pav. VA-ECMO ir VV-ECMO [22].
ECMO naudojimo gairės pacientams su
COVID-19 liga
Kritinės medicinos priežiūros draugija (The Society
of Critical Care Medicine) išleido ECMO
naudojimo gaires, siekiant gydyti pacientus,
kuriems pasireiškė ūminis kvėpavimo
nepakankamumas COVID-19 ligos akivaizdoje.
Pacientams, kuriems įprastos dirbtinės ventiliacinės
priemonės yra neveiksmingos, pateikiami kriterijai,
leidžiantys pasitelkti rekomenduojamą ECMO-VV
metodą. Šiuo metu draugija siūlo remtis šiais
kriterijais:
paO2: Fi02 <80 mmHg> trunka 6h,
paO2: Fi02 <50 mmHg> trunka 3h,
pH <7,25 su PaCO2> / 60 mmHg> trunka 6h.
Kadangi ECMO yra pakankamai daug išteklių
reikalaujantis metodas, todėl jis gali būti
svarstomas taikyti pacientams su gera
išgyvenamumo prognoze, kurie neturi reikšmingų
gretutinių ligų, kuriems taikoma dirbtinė
ventiliacija mažiau nei septynias dienas. Taip pat
rekomenduojama vengti taikyti ECMO senyvo
amžiaus žmonėms, dėl blogų išeičių. ECMO
technologija turi būti naudojama didesniuose
medicinos centruose su pakankamai apmokytu ir
apsaugotu personalo kiekiu [17].
ECMO veiksmingumas pacientams su COVID -
19 liga
Deja nėra nurodytas aiškus laikotarpis kiek turėtų
trukti gydymas ECMO. JAV skirtingose 9
ligoninėse buvo atliktas 24 dienas trunkantis
tyrimas stebint ECMO gydomus ligonius,
sergančius COVID-19 liga. Iš 32 stebimų
sergančiųjų, 10 mirė netrukus prijungus prie
ECMO, 5 pacientai buvo sėkmingai atjungti nuo
ECMO sistemos, jiems nebebuvo poreikio taikyti
mechaninę ventiliaciją, likę vis dar buvo gydomi
ECMO. Vienas iš pacientų tuo metu buvo išrašytas
iš ligoninės kaip pasveikęs. Visi išgyvenę pacientai
buvo prijungti prie VV-ECMO. Nei vienas
pacientas neišgyveno, kuriam buvo taikoma VA-
ECMO sistema. Pagrindinės nustatytos pacientų
mirties priežastys buvo ūminis kvėpavimo
nepakankamumas (6pacientai), diseminuota
intravazalinė koaguliacija (2 pacientai),
daugiasisteminis multiorganinis nepakankamumas
(1 pacientas), smegenų hemoragija (1 pacientas)
[18].
2020 metais vienoje Wuhano(Kinija) Jin Yin-tan
ligoninėje 52 pacientai, kuriems išsivystė ūminis
Journal of Medical Sciences. April 15, 2021 - Volume 9 | Issue 3. Electronic - ISSN: 2345-0592
444
kvėpavimo nepakankamumas, buvo įtraukti į
klinikinį tyrimą. Iš jų 6 pacientai (11,5%) buvo
gydyti ECMO. Tyrimo metu iš viso mirė 32
pacientai, iš mirusiųjų 5 pacientai buvo prijungti
prie ECMO. Tyrimas truko 28 dienas po kurių
gyvų liko 20 pacientų, vienas iš jų vis dar
prijungtas prie ECMO [19].
2020 metų balandžio mėnesį, EuroECMO-COVID
tyrimo duomenimis, 820 pacientų sergančių
COVID -19 liga buvo gydomi ECMO. Pacientai
buvo intubuoti 90h prieš juos prijungiant prie
ECMO. Daugumai pacientų buvo naudojama
ECMO-VV technika. 211 pacientų sėkmingai buvo
atjungti nuo ECMO, vidutiniškai prijungimas prie
ECMO trukdavo 191h, o mirtingumas siekė 74%
[20,21].
Išvados
ECMO metodika yra rezervinis gydymo metodas,
kuris taikomas pacientams sergantiems ūminiu
kvėpavimo nepakankamumu, esant neefektyviems
kitiems mechaninės ventiliacijos metodams. Ši
technologija yra pakankamai brangi ir sudėtinga,
todėl ją gali naudoti dažniausiai dideli medicinos
centrai, turintys didelę patirtį ir resursus. Nepaisant
šios technologijos unikalumo, ją naudojant,
mirtingumas tarp pacientų išlieka didelis. Norint
tikėtis geros prognozės taikant ECMO,
pageidautina, jog pacientas turėtų kuo mažiau
rizikos faktorių t.y. reikšmingų gretutinių ligų.
COVID – 19 pandemija pareikalavo daug aukų, ši
liga reikšmingam kiekiui pacientų sukėlė ūminį
kvėpavimo nepakankamumą, kurių gelbėjimui ne
visada pakakdavo paprastesnių, kvėpavimo
funkciją užtikrinančių priemonių. Nors ECMO turi
abejotiną veiksmingumą, sergančių pacientų
išgyvenamumui, tai yra paskutinė galimybė
pasveikti sunkiausios būklės pacientams.
Literatūra
1. Wu Z, McGoogan JM. Characteristics of and
important lessons from the
coronavirus disease 2019 (COVID-19) outbreak in
China: summary of a
report of 72314 cases from the Chinese Center for
Disease Control and
Prevention. JAMA. 2020
2. Definition Task Force ARDS, Ranieri VM,
Rubenfeld GD, et al. Acute
respiratory distress syndrome: the Berlin
Definition. JAMA. 2012;307(23):
2526–33.
3. Wang D, Hu B, Hu C, Zhu F, Liu X, Zhang J, et
al. Clinical Characteristics of 138 Hospitalized
Patients With 2019 Novel Coronavirus–Infected
Pneumonia in Wuhan, China. JAMA.
2020;323(11):1061.
4. Goligher EC, Tomlinson G, Hajage D, et al.
Extracorporeal membrane oxygenation for severe
acute respiratory distress syndrome and posterior
probability of mortality benefit in a post hoc
bayesian analysis of a randomized clinical trial.
JAMA. 2018;320(21):2251-2259.
5. Al-Fares A, Pettenuzzo T, Del Sorbo L:
Extracorporeal life support and systemic
inflammation. Intensive Care Med Exp, 2019;
7(Suppl. 1): 46
6. Datzmann T, Trager K: Extracorporeal
membrane oxygenation and cytokine adsorption. J
Thorac Dis, 2018; 10(Suppl. 5): S653–60
7. Millar JE, Fanning JP, McDonald CI et al: The
inflammatory response to extracorporeal membrane
oxygenation (ECMO): A review of the
pathophysiology. Crit Care, 2016; 20(1): 387
8. Ratnani I, Tuazon D, Zainab A, Uddin F: The
role and impact of extracorporeal membrane
oxygenation in critical care. Methodist Debakey
Cardiovasc J, 2018; 14(2): 110–19
9. Napp LC, Kuhn C, Hoeper MM et al:
Cannulation strategies for percutaneous
extracorporeal membrane oxygenation in adults.
Clin Res Cardiol, 2016; 105(4): 283–96
10. Camboni D, Philip A, Schmid C, Loforte A:
Double, triple and quadruple cannulation for veno-
arterial extracorporeal membrane oxygenation
support: Is there a limit? Ann Cardiothorac Surg,
2019; 8(1): 151–59
11. Jayaraman AL, Cormican D, Shah P,
Ramakrishna H: Cannulation strategies in adult
veno-arterial and veno-venous extracorporeal
membrane oxygenation: Techniques, limitations,
and special considerations. Ann Card Anaesth,
2017; 20: S11–18
12. Mazzeffi M, Galvagno S, Menaker J: VV
ECMO cannulation: Should i stay or should i go? J
Cardiothorac Vasc Anesth, 2019; 33(7): 1871–72
13.Peek GJ, Mugford M, Tiruvoipati R, Wilson A,
Allen E, Thalanany MM, et al. Efficacy and
economic assessment of conventional ventilatory
support versus extracorporeal membrane
oxygenation for severe adult respiratory failure
(CESAR): a multicentre randomised controlled
trial. The Lancet. 2009;374(9698):1351–63.
Journal of Medical Sciences. April 15, 2021 - Volume 9 | Issue 3. Electronic - ISSN: 2345-0592
445
14. Li Y, Yan S, Cai L, Zhang Q. Does VA-ECMO
Plus Impella Work in Refractory Cardiogenic
Shock? JACC: Heart Failure. 2019;7(4):364.
15. Chang C-H, Chen H-C, Caffrey JL et al.
Survival analysis after extracorporeal membrane
oxygenation in critically Ill adults: a
nationwide cohort study. Circulation 133(24),
2423–2433 (2016).
16. Combes A, Leprince P, Luyt C-E et al.
Outcomes and long-term quality-of-life of patients
supported by extracorporeal membrane
oxygenation for refractory cardiogenic shock. Crit.
Care Med. 36(5), 1404–1411 (2008).
17.Shekar K, Badulak J, Peek G, Boeken U, Dalton
HJ, Arora L, et al. Extracorporeal Life Support
Organization Coronavirus Disease 2019 Interim
Guidelines: A Consensus Document from an
International Group of Interdisciplinary
Extracorporeal Membrane Oxygenation Providers.
ASAIO Journal. 2020;66(7):707–21.
18. Jacobs JP, Stammers AH, St. Louis J, Hayanga
JW, Firstenberg MS, Mongero LB, et al.
Extracorporeal Membrane Oxygenation in the
Treatment of Severe Pulmonary and Cardiac
Compromise in Coronavirus Disease 2019:
Experience with 32 Patients. ASAIO Journal.
2020;66(7):722–30.
19. Yang X, Yu Y, Xu J, Shu H, Xia J, Liu H, et al.
Clinical course and outcomes of critically ill
patients with SARS-CoV-2 pneumonia in Wuhan,
China: a single-centered, retrospective,
observational study. The Lancet Respiratory
Medicine. 2020;8(5):475–81.
20. Extracorporeal Life Support Organization:
Euroelso Survey on ECMO use in adult COVID-19
patients in Europe by the end of April 18, 2020.
Available from: https://www.euroelso.net/covid-
19/covid-19-survey/
21. Extracorporeal Life Support Organization:
ECMO in COVID-19 by the end of April 22, 2020.
Available from:
https://www.elso.org/Registry/FullCOVID19Regist
ryDashboard.aspx
22. Pillai AK, Bhatti Z, Bosserman AJ, Mathew
MC, Vaidehi K, Kalva SP. Management of
vascular complications of extra-corporeal
membrane oxygenation. Cardiovascular Diagnosis
and Therapy. 2018;8(3):372–7.