自動體外電擊去顫器在兒童的應用 台大醫院急診醫學部李建璋 一 背景時至今日, 到院前呼吸心跳停止 (out-of-hospital cardiopulmonary arrest) 依舊是急診醫學最困難的課題之一 根據美國心臟科醫學會專家會議制定的急救指導原則, 促使成功復甦成人到院前呼吸心跳停止病患的要件有四 : 一 早期起動緊急醫療系統 (emergency medical system, 簡作 EMS) 單位, 二 早期進行心肺復甦術 (cardiopulmonary resuscitation, CPR), 三 早期施行電擊去顫術 (defibrillation), 四 早期施行高級心臟救命術 (advanced life support, ALS) 以上四者為院外急救不可或缺的環節, 合稱為 生命之鏈 (chain of survival) 隨著後來大規模流行病學的研究結果陸續出爐, 證實生命之鏈的四個環節又以早期施行電擊去顫術對存活率改善的貢獻最大, 若在病人心跳停止後三到五分鐘內可以馬上施行心肺復甦術加上去顫術可以提高病人存活率到 49%~75% 因此近期到院前急救醫學努力的重心, 莫不以早期去顫為務 為了掌握電擊去顫的黃金時間, 使救護員 (emergency medical technician, EMT) 具備在急救的第一現場施行電擊去顫術的能力是必要的 然而, 要全面訓練沒有醫學背景的消防員準確判讀心電圖, 並施行正確的電擊去顫術, 執行面上有其困難, 更遑論將這項技術推廣至一般群眾 在此背景下, 一台能由電腦自動判讀心電圖, 並建議電擊的機器 -- 自動體外去顫器 (autonomic external defibrillator,aed), 在西元 1979 年成功發展出來, 由於它的使用簡便, 推廣容易, 大幅提高了早期電擊率, 拯救了許多寶貴的生命 自動體外去顫器雖然在成人到院前急救取得了廣大的成就, 但是卻一值無法推廣到小於八歲的兒童, 其關鍵有二 一 自動體外去顫器電擊能量的設定是固定的, 但是兒童適用的電擊能量卻必須依身體重量調整, 分布範圍廣泛, 假若以成人的電擊能量加諸兒童, 則會產生無法意料的嚴重心肌損傷 二 兒童橫跨許多發育階段, 心率正常值一班較成人快且變異性大, 自動體外去顫器對兒童心律判讀的正確性
令人質疑 近年, 醫學界在這兩方面有所突破, 自動體外心臟去顫器應用於兒童 急救目前已得以實現 本文即針對自動體外去顫器為在兒童應用的突破, 以及兒 童適應症做一說明 二 自動體外心臟去顫器的原理簡介自動體外去顫器 (AED) 與傳統的手動式體外去顫器 (manual defibrillator) 不同, 在於它有以下兩個主要的功能 : 第一是心電圖的判讀, 自動體外去顫器內建的心電圖分析軟體, 會自動的判讀出合適電擊的心律, 例如心室頻脈 (ventricular tachycardia) 心室顫動(ventricular fibrillation) 等, 並且透過語音系統告知操作者是否建議去顫, 和心臟科專科醫師的判獨結果相較, 自動體外去顫器心電圖分析軟體的敏感度 (sensitivity) 和特異度 (specificity) 均能達到 95% 以上 自動體外去顫器第二個功能則是提供自動電擊 : 在經軟體分析確認為合適電擊的心律, 建議去顫之後, 操作者可依據語音提示建議, 按鈕直接給予電擊 目前單極自動體外去顫器每一次電擊的能量設定為 150 焦耳, 這乃是取決對成人能夠成功去顫又不會造成嚴重心肌傷害的折衷能量 使用上 AED 也較傳統電擊器簡便, 只要在體外貼上兩片電極片, 按下按鈕, 便自動進行心率分析或去顫 因此, 即便是缺乏醫學背景的人, 也可以輕易的學會如何使用 AED, 增加了儀器使用的可近性 幾年的使用後, 許多臨床研究證實其有效性與安全性,AED 很快被包括美國心臟科醫學會 (American Heart Association) 在內的各醫學專業協會所認可與推薦 三 兒童無法使用自動體外去顫器的原因目前所使用的自動體外去顫器只建議在大人使用, 年齡小於 8 歲或是體重低於 25 公斤的兒童並不建議使用, 原因有二 : 一 偵測心律方面 : 目前的自動體外去顫器偵測判讀心律的程式是以大人的心律作為資料庫所建立的, 因此無法確定
是否應用於兒童時, 也能同樣準確分析出適合施予電擊的心律 尤其, 兒童心跳速率較成人為快, 在發燒或其他身體壓力時甚至可以高達每分鐘 150~180 下, 是否因此被判讀成不整律, 令人質疑 二 電擊能量部分 : 自動體外去顫器每一次所提供的電擊能量是 150 焦耳, 一體適用於所有成人, 但是小於八歲的兒童體重變異性極大, 從新生兒的平均 3 公斤到 8 歲平均 25 公斤有多達八倍的差異, 我們沒有辦法確定是否如此的能量應用在小孩身上會不會造成傷害 縱使建議電擊能量調低, 也尚未確定是否能有一個一體適用的固定電擊能量值, 可以在體重較重兒童達到去顫整流的效果, 又不會造成體重較輕兒童傷害 若要設計自動體外去顫器調整適應不同兒童的電擊能量, 在技術上並不可行, 因為自動體外去顫器並無法偵測兒童體重 基於上述原因, 目前的緊急救護系統 (EMS) 對於呼吸心跳停止的兒童的到院前急救方面, 並無法達到早期電擊 雖然兒童到院前心跳停止心律的表現和大人大不相同, 以不須電擊的不收縮心律 (asystole) 為主, 屬於需要電擊的心室頻脈 (VT) 和心室顫動 (VF) 兒童不常見, 但仍會出現在 5%~15% 心跳停止的兒童身上 此外也有學者提出, 由於過去缺乏適用的院外心律監測系統, 因此並沒有大規模針對到院前呼吸心跳停止兒童早期偵測心律的研究 因為沒治療的心室顫動 (VF) 很快就會轉為不收縮心律心律 (asystole), 兒童心室顫動的比例有被低估的可能 因此, 適合兒童使用的自動體外去顫器有依然其需要性和急迫性, 一些針對自動體外去顫器應用在兒童身上的研究, 於是在學界的呼聲下展開, 以期待能夠提高兒童的緊急救護品質 四 兒童使用自動體外心臟去顫器所做的調整 (1) 心律分析判讀 2001 年在美國心臟科醫學會官方雜誌 循環 (Circulation) 首先刊登一個現行成人自動體外去顫器心律分析軟體對於兒童適用性的研究, 該研究蒐集了 191 位 1-12 歲的兒童總共 696 個心律來以現行成人自動體外去顫器進行心律分析, 以自動體外去顫器判讀結果作為實驗組, 三位小兒心臟的專科醫師共同判讀結果為對
照組, 研究發現使用現有成人自動體外去顫器來判讀兒童的心律, 對心室顫動 (VF) 判讀的敏感度高達 96%, 而對心室頻脈 (VT) 的敏感度也達到 71%, 同時, 這兩者的特異度皆是 100% 2003 年另一個蒐集更多樣本刊登於急診醫護會年鑑 (Annals of Emergency Medicine) 研究結果也顯示相同的結果 該文作者針對 203 位 1-7 歲的小朋友蒐集了 1561 個心律紀錄, 以現有成人自動體外去顫器判讀作為實驗組, 三位小兒心臟專科醫師共同判讀作為對照組, 比較兩組對電擊必要性的判斷的一致性 實驗結果發現, 自動體外去顫器 (AED) 判定為需要電擊心律的敏感度有 99%, 特異度也高達 99.5% 此外, 實驗也同時證明了無論自動體外去顫器使用用胸骨 - 心尖導極 (sternal-apex lead) 的電擊貼片貼法, 或是前胸 - 後背導極 (anterior-posterior lead) 貼法來偵測心律, 效果都是一樣好 從以上兩個研究結果可以得知, 雖然當初自動體外去顫器的心律分析判讀軟體是利用成人的心律資料庫作為分析的基礎, 但是應用分析判讀 8 歲以下兒童的心律時, 仍有相當高的敏感度以及特異度, 因此我們可以直接應用於兒童的實際急救上面, 不需要另外再建立一個新的偵測心律程式, 即可達到正確偵測出心室頻脈 (VT) 或心室顫動 (VF), 並判斷是否需要電擊的目的 (2) 去顫能量其次要解決的問題是尋找適用於體重 25 公斤以下兒童的最小成功去顫安全能量, 使其暨能對體重較重的小孩達到去顫效果, 又能保護體重較輕的小孩心肌細胞不受過度能量負荷損傷 歐洲的 復甦 (Resuscitation) 雜誌在 2002 年發表了一篇研究, 作者以體重小於 25 公斤以下的乳豬作為模擬兒童的實驗動物模型, 利用成人自動體外去顫器以雙向電流對乳豬施予電擊 實驗發現, 自動體外去顫器無論使用兒童電擊貼片或是成人電擊貼片, 達到成功去顫的最低閾值
(threshold) 相去不多, 大約是每公斤 2 焦耳 確定了有效的最低閾值之後, 該實驗進一步檢驗這個閾值能量的安全性 作者設計實驗電擊能量由低往高依次增加, 上限為 90 焦耳 / 公斤, 同時監測小豬的心電圖, 在電擊後的第 0 1 10 60 秒作紀錄, 觀查是否有造成 ST 節段上升的跡象 結果發現, 即便是用到 90 焦耳 / 公斤的上限 ] 能量, 也僅僅造成心電圖暫時性的 ST 節段上升, 而且在最後第 60 秒所紀錄的心電圖裡 ST 節段又會回到基準線, 並無 Q 波產生, 也就是沒有造成永久的心肌損傷 這個實驗顯示對小豬電擊安全能量的範圍達到 90 焦耳 / 公斤, 遠高於有效的最低閾值 2 焦耳 / 公斤 但是我們也不能很放心的使用大電量於兒童身上, 考慮的原因有以下三點 : 1. 電擊能量或是電擊時間的增加, 都會增加引起繼發性心律不整的機率, 因此電擊能量不可加太大 2. 目前針對電擊能量這方面的研究仍然很少, 也沒有真正使用在兒童身上的大型研究誕生, 上述的研究報告是在小豬身上, 但是我們無法保證在人類身上也不會造成永久心肌傷害, 因此不可以貿然行事 3. 電擊能量太高也會同時造成一些週邊的影響, 例如皮膚的疼痛 灼傷等等 因此, 目前所保守建議去顫電擊能量採用 2 焦耳 / 公斤, 自動體外去顫器要使用在兒童時, 固定電量就定在 25 公斤 * 2 焦耳 / 公斤 = 50 焦耳 這個能量, 用於 25 公斤兒童達到成功去顫的最低閾值 2 焦耳 / 公斤, 即便用於約 3 公斤新生兒, 每公斤體重電擊能量約 17 焦耳也尚在動物實驗的安全能量範圍 90 焦耳 / 公斤之內, 然而為了安全起見, 目前依舊不建議小於一歲的嬰兒使用 (3) 實際操作由以上的結論可知, 我們並不需要另外去設計一個新的程式來判定兒童的心律是否該予以電擊, 可利用原來的成人自動體外去顫器內建程式就可以準確的判斷兒童需要電擊的時機, 所需的改變, 僅需針對每次建議電擊能量調整, 就可以將成
人自動體外去顫器直接應用在兒童 目前使用一組新的兒童電擊貼片, 接在原先成人自動體外去顫器, 即可以使用在兒童 這組貼片和成人貼片主要的不同有以下二項 : 1. 兒童貼片藉由調整貼片上電阻, 改變電擊能量, 使電擊能量減低到 50 焦耳 成人的貼片是採用胸骨 - 心尖導極貼法, 配合兒童的體型, 建議採用前胸 - 後背導極貼法 2. 兒童貼片連接自動體外去顫器主機的接頭設有方便辨認的外觀, 例如有的公司產品將接頭作成一隻粉紅色的泰迪熊, 以方便緊急的時候辨認, 不會錯認對兒童造成嚴重傷害 因此, 目前配置有成人自動體外去顫器的急救單位不需要另外採購一台機器, 只 需要多準備一組兒童用的貼片, 即可達到自動體外去顫器在兒童身上使用的目 的 五 兒童使用自動體外去顫器的適應症 2003 年國際急救復甦專家委員會 (ILCOR) 依照證據醫學的原則, 便建議兒童可以使用自動體外去顫器,2005 年美國心臟醫學會兒童及救指南改版, 對該項建議給予背書 目前的建議有以下四點 : 1. 自動體外去顫器可以使用一至八歲沒有循環徵象的兒童 (class IIb) 2. 並沒有足夠的證據支持自動體外去顫器使用於小於一歲的嬰兒 3. 除非是目睹的猝倒 (witnessed sudden collapse), 使用自動體外去顫器前, 應先進行五循環心肺復甦術 4. 電擊去顫術適用於證實的心室顫動 (VF), 或無脈搏的心室頻脈 ( pulseless VT) (class I) 六 公共場所自動體外去顫器的設置
成人的研究資料統計顯示, 能夠成功以心肺復甦術 (CPR) 急救回來的到院前呼吸心跳停止病患, 以心室顫動 (VF) 作為心率表現的為最多, 約佔了 88% 當病人產生了心室顫動, 在一分鐘以內施予電擊去顫術, 急救成功的機率大於 70%, 每增加一分鐘的拖延, 成功救回病人的機率就會下降 10% 為了提高病人存活率, 更進一步縮短病患在院外產生心室顫動 (VF) 到電擊去顫的時間, 學者開始倡議公共場所設置自動體外去顫器的觀念 (Public Accessed Defibrillator), 美國許多城市不僅在實施高級救命術 (Advanced Life Support) 的救護車上配置自動體外去顫器, 也進一步在實施基礎救命術 (Basic Life Support) 的救護車 機場 運動場 百貨公司 旅館等等的人口較為密集的公共場合進行配置, 雖然所費不貲, 目前已有初步研究證實可降低死亡率並符合醫療經濟成本效益 最有名的例子是刊登於 2000 年新英格蘭醫學雜誌 (New England Journal of Medicine), 在美國拉斯維加斯賭場廣設自動體外去顫器, 成功提高院外心跳停止存活率的例子 該研究顯示, 當賭場監視器或服務人員發現有人昏倒 (collapse), 不待救護員 (EMT) 抵達現場, 現場保全人員立即取公用的自動體外去顫器對患者進行急救 在 148 個倒下的病患中, 有 105(71%) 起始心律是心室顫動, 其中有 90 個病患被現場目擊, 最後共有 53(59%) 位病患存活至出院 進一步分析, 三分鐘內有無接受電擊的患者, 存活率分別為 74% 和 49% (P=0.02) 這是有史以來到院前心跳停止, 少數存活率能超過 50% 的例子, 也證明了公共場合配置自動體外去顫器的價值 然而是否兒童自動體外去顫器也和成人一樣, 值得廣設於公共場所呢? 由過去的研究所知, 成人發生院外心跳停止的機率約是 123/100,000, 其中約有一半是需要使用去顫急救的心室顫動心律 反過來看, 在小於 18 歲的人群在院外發生心跳停止的機率卻只有 12.7/100,000, 其中心室顫動 (VF) 只佔約 2.4%, 因此我們可以簡單的計算出 : 成人 :123/100,000 * 50% = 61.5/100,000 <18 歲 :12.7/100,000 * 2.4% = 0.3/100,000
由以上的計算可知, 我們知道, 兒童發生院外心跳停止需要立即去顫急救的機率比起成人低很多, 以醫療經濟成本效益的角度而言, 似乎不符合經濟效益, 但是從生命無價的角度視之, 則又是另一種考量 但是可以建議的是, 兒童運動場尤其是棒球場應設置自動體外去顫器 因為, 兒童存在一種較成人發生率為高的心室顫動 - 心臟震盪 (commotio cordis) 其發生的機制是於心臟進行復極化 (repolarization) 的電生理脆弱期, 若遭逢前胸意外撞擊, 使一些對機械力易感 (mechanical force sensitive) 的鉀離子通道活化, 可能引發心室顫動不整律, 造成猝死 兒童容易發生這種心律不整的原因乃由於胸前骨骼肌肉保護不如成人來的完整, 撞擊的能量容易直接由心臟吸收, 再加上兒童體育活動多, 因此發生率遠超過成人 過去的案例報告尤其集中於兒童遭棒壘球撞擊胸前造成猝死 因此, 棒球場的自動體外去顫器設置推廣應有機會發揮其效用 此外, 先天性心臟病兒, 例如法洛式四重症, 接受過右心重建的矯正手術 (right ventricle outflow tract reconstruction) 後, 最常見合併心室不整律造成猝死 或許這類病患家中設有兒童自動體外去顫器, 使照顧者能把握三分鐘的黃金時間給予必要電擊, 有機會避免猝死, 相關的應用還有賴專家學者近一步的研究證實其效果 七 結語自動體外去顫器對於到院前急救的貢獻是有目共睹的, 自 1979 年發明自動體外去顫器到 27 年後的今日, 終於可以將此項醫療科技應用於兒童, 未來希望透過推廣教育, 使 兒童自動體外去顫器能派上用場發揮功效, 拯救兒童寶貴的生命
圖示 : 成人和兒童的自動體外去顫器配備, 二者使用機器相同, 不同在於貼片與 泰迪熊接頭
參考資料 1. Varon J, Marik PE: Treatment of cardiac arrest with automatic external defibrillators: impact on outcome. Am J Cardiovasc Drugs 2003;3:265-270. 2. Cecchin F, Jorgenson DB, Berul CI, et al: Is arrhythmia detection by automatic external defibrillator accurate for children? Sensitivity and specificity of an automatic external defibrillator algorithm in 696 pediatric arrhythmias. Circulation 2001;103:2483-2488. 3. Atkinson E, Mikysa B, Conway JA, et al: Specificity and sensitivity of automated external defibrillator rhythm analysis in infants and children. Ann Emerg Med 2003;42:185-196. 4. Killingsworth CR, Melnick SB, Chapman FW, et al: Defibrillation threshold and cardiac responses using an external biphasic defibrillator with pediatric and adult adhesive patches in pediatric-sized piglets. Resuscitation 2002;55:177-185. 5. Hallstrom AP, Ornato JP, Weisfeldt M, et al: Public-access defibrillation and survival after out-of-hospital cardiac arrest. N Engl J Med 2004;351:637-646. 6. Young KD, Gausche-Hill M, McClung CD, et al: A prospective, population-based study of the epidemiology and outcome of out-of-hospital pediatric cardiopulmonary arrest. Pediatrics 2004;114:157-164. 7. Berg RA, Samson RA, Berg MD, et al: Better outcome after pediatric defibrillation dosage than adult dosage in a swine model of pediatric ventricular fibrillation. J Am Coll Cardiol 2005;45:786-789. 8. Choi GR, Porter CB, Ackerman MJ. Sudden cardiac death and channelopathies: a review of implantable defibrillator therapy. Pediatr Clin North Am 2004;51:1289-1303.