体外膜肺！

　　体外膜肺！

　　体外膜肺(ECMO)是一种改良后的心肺分流治疗方法，可较长时间持续替代心肺，用于对传统治疗无效的心肺衰竭患者。ECMO的临床应用已有60余年历史，至2014年底，全球已有6万余例登记注册的ECMO临床治疗病例，由于治疗费用昂贵以及技术高求很高，全球应用分布有很大的差异。

　　一、ECMO发展历史

　　ECMO衍生于心外科的体外循环。1937年Gibbon等将心外科体外心肺循环技术在实验室改良形成初期ECMO。之后，虽然心外科技术迅速发展，包括排空心脏心脏停搏等技术应用，使心外科医师有充裕的时间打开心腔进行手术，但ECMO却未得到同步发展。1955年，出现了一次性泡型体外氧合器，以后又诞生了膜氧合器。氧合器与体外循环血泵的组合，从硬件上基本满足了新生儿及儿童的应用需求。在开展全身肝素化辅助抗凝后，ECMO技术逐步成熟。但在以后的数年里，ECMO因疗效并未显示出优势，其临床应用也未得到广泛认可。

　　1976年，RoberH.Bartlett等报道了一例名为弃婴成功接受心肺转流的病例。患儿出生时诊断有胎粪吸入综合征、持续性新生儿肺动脉高压、先天性膈疝，以传统的治疗手段基本无法生存，在呼吸机最大支持下婴儿仍不能纠正缺氧，PaO2降至12mmHg，Bartlett将ECMO机从实验室搬至NICU床旁进行治疗。72h后婴儿病情好转，最终恢复正常。病房护士在婴儿存活后为其取名为Esperanza(字意为希望)。此病例的成功具有非凡的意义，揭示着ECMO新时代的开始。1982年，Bartlett报道了45例新生儿的ECMO经验，这些预期死亡率90%的患儿生存率达到50%。随着ECMO在新生儿的成功应用，上世纪80年代后90年代初，其应用领域迅速扩展，随之在成人领域，尤其是对ARDS的治疗作用才得以重新评估。而2009年世界范围内H1N1流行，也为ECMO提供了展示其价值的舞台。在得到初步临床经验后，ECMO进入了持续发展阶段。

　　在以后的发展中，ECMO的疗效、并发症及应用发展问题一直受到关注。为了收集ECMO的应用经验，1980年美国密西根大学建立了ECMO登记注册制度，1984年由JohnToomasain医师创建了新生儿ECMO登记注册。1989年国际体外生命支持组织(extracorporeallifesupportorganisation，ELSO)机构正式建立，为促进国内及国际多院校合作研究及交流提供了平台。随后有大量病例样本在ELSO注册登记，每年登记的治疗病例数也在增加。

　　ELSO将当今的治疗病例模块分为新生儿/儿童/成人以及严重呼吸衰竭/心外科/急诊复苏两组进行组合，其中急诊心肺复苏上世纪后期才得到发展。在40年的ECMO统计病例中，以新生儿病例最多，其次为儿童和成人。病种分类中最多的是呼吸系统疾病，其次为心血管系统疾病和急诊心肺复苏病例。近年来由于新生儿呼吸管理技术的提高，呼吸系统疾病治疗例数逐渐减少，而后两组年龄段的患者比例有增多趋势。虽然呼吸支持技术的提高减少了ECMO治疗的患者数，但ECMO至今仍是那些对一般抗呼吸衰竭治疗无效患者的一种最后挽救方法。

　　在ECMO发展的过程中，硬件及经验也得到了明显的提高。在硬件方面，核心部件中初期使用的滚轴血泵已逐步被离心泵取代，后者在应用稳定性、降低机械并发症风险方面更具优势。另一核心部件氧合器也由初期的泡型氧合器、膜氧合器被目前的高质量中空纤维氧合器所取代，后者及体外循环管路采用特殊材料聚甲基戊烯及肝素表面处理技术，显著改善了氧合器渗漏和管壁表面的生物反应性，降低了体外循环中凝血激活而产生的并发症。

　　中空纤维氧合器与离心泵组合大幅度简化了设备构成和体外管路长度。此外，设备的稳定性、小型化也在不断进步。ECMO在应用技术方面也在不断发展，治疗模式除两种传统基本模式外，还引入了体外CO2清除以及转运ECMO。

　　中空纤维氧合器

　　二、ECMO工作原理

　　经典的ECMO标准配置主要包括体外循环导管、血泵、氧合器、热交换器、供气系统、循环加热系统、抗凝系统及电子控制系统等部分。

　　1．血流控制转流血泵主要作为维持体外血液持续流动的动力，将氧合后的血液回输至患者体内。

　　2．体外氧合氧合器(oxygenator)是ECMO的气体交换单元。目前流行的主要是新型中空纤维(hollow-fibre)氧合器，体外膜肺中“膜肺”已不再符合氧合器的确切含义。氧合器需配置热交换器以便对体外血液进行加温，补偿体外丢失的热量。中空纤维氧合器的热交换器集合在氧合器内部。热交换的水流与血流呈反方向流动，这样可以取得较高的热交换效率。

　　3．ECMO与心脏手术的心肺旁路(CPB)的差别(1)CPB中全部体循环血流与体外循环形成总循环血流，肺内血流处于停滞状态，并需要体外有一个较大的储血容器。因此CPB需要对血液进行完全抗凝处理。ECMO则与CPB不同，它是一个密闭系统，系统内所有血液均在持续流动，因而肝素化程度的要求较CPB低，低度抗凝状态有利于降低出血并发症。(2)在CPB过程中，针对出现的氧债和代谢性酸中毒一般通过降低患者体温处理，使其在氧输送和氧消耗之间达到平衡。ECMO则通过使血红蛋白完全氧饱和，维持红细胞压积来最大限度地提供氧输送来维持内环境平衡，而不采用降温处理。

　　4．其他ECMO技术还包括将血引入体外循环、进行气体交换、加温后反输回体内的过程，其中关键及技术瓶颈为置入导管内径和抗凝剂应用。在低体重婴儿导管插入较为困难，脑室内出血也使抗凝剂使用的危险性增加。近年来已出现体外循环肝素化管路系统，目的为降低和减少ECMO期间全身肝素应用的剂量，降低创伤、有出血倾向的患者在ECMO期间的出血并发症。

　　三、ECMO运行模式

　　ECMO基本模式分为静脉-动脉(VA-ECMO)和静脉-静脉(VV-ECMO)两种，前者能提供有效氧合血流至动脉系统，提供有效动脉血流和氧输送，起到心肺功能完全支持作用；后一种模式引血方式同VA-ECMO，回输时氧合血流注入静脉系统，使静脉氧分压提高，起到呼吸支持的作用，技术简单，其并发症相对较轻。此外，一些拓展模式如体外CO2清除模式等，也适用于呼吸衰竭患者的呼吸支持。

　　在VV-ECMO中，氧合血回输至腔静脉或右心房，在进入肺动脉前与体内静脉血混合。该模式避免了颈动脉插管和结扎。同时，静脉氧分压增高可缓解肺动脉低氧时产生的痉挛。由于VV模式的氧输送需有良好的心功能状态作为保证，故只适用于心功能良好的低氧血症患者。在减少ECMO创伤方面，近年来在VV-ECMO中开始使用单根双腔导管法。应用时只需将一根双腔导管经右颈静脉置入右心房，引流血与回流血分别从导管的一个管腔内行走。导管正确放置可以降低血流重复循环（称为recirculation）。单根双腔导管的另一个优点为可直接经皮穿刺置管，进一步降低了局部创伤和体外循环抗凝后的伤口出血。单根双腔导管目前适宜于2.2～12.0kg体重患儿。

　　在VV-ECMO中，患者PaO2和SaO2会分别与右心房混合血PvO2和SvO2一致。SaO2不会超过95%，重症患者SaO2一般在80%左右或更低，PaO2在40mmHg左右。此时只要患者有足够的心输出量，可以满足机体所需的氧输送。血红蛋白含量在氧输送中也具有重要地位。当有贫血但静脉氧含量并不低时，氧合器中的氧交换量仍会出现下降，此时通过输血可以提高氧交换效率及血氧含量。提高氧合器氧气输入流量及增加体外循环血流是提高血氧含量的常用措施。

　　人体代谢存在氧消耗(VO2)，正常人VO2：新生儿5～8ml/(kg·min)，儿童4～6ml/(kg·min)，成人3～5ml/(kg·min)。氧输送(DO2)意思是动脉系统供应至周围组织的氧容量，一般在20ml/(kg·min)左右。在生理情况下，DO2/VO2比值为4～5。在VO2发生改变时，DO2会出现相应变化。在病理情况下，DO2可能会不满足上述比值，此时会导致无氧代谢和酸中毒。非ECMO治疗患者在VO2增大时，机体代偿形式为增加CO和肺氧合量，从而提高DO2。当无法继续提高氧合或肺血无法达到代偿及目标氧合时，可视为ECMO支持的指征。

　　CO2产生量与氧代谢相关，由于CO2肺弥散能力远大于氧弥散，膜肺治疗中很少存在CO2清除障碍。CO2清除还取决于氧合器特性，无论硅胶膜或中空纤维氧合器，应用时通过控制氧合器气流量来调节CO2交换平衡。在ECMO治疗中有时会采用控制体内CO2水平来提高疗效，如降低血液CO2水平来降低肺动脉压力，减脑水肿等。调节CO2水平不宜太快，一般在4～8h后达到目标值。

　　通过简易心肺装置给离体的犬头灌注，犬能够对外界刺激保持反应

　　ECMO已经成为严重心、肺衰竭最强力的支持治疗，也为等待肺移植的病患赢得了更多时间。而且，已陆续有ECMO用于大面积肺动脉栓塞、脓毒性休克等疾病的病例报道或文章。相信在未来，随着技术的进步，ECMO在适用的指征和心肺支持的时间上，会有进一步的拓展和延伸，更多的严重心肺功能衰竭的病人，将因此而获益。