新知｜“救命神器”ECMO，如何“起死回生”

河北医科大学第二医院ECMO团队。张鲁涛供图

在新冠肺炎疫情之下，一款名为ECMO的体外生命支持设备，意外获得公众前所未有的关注和期待。

ECMO是体外膜肺氧合（Extracorporeal Membrane Oxygenation）的英文简称，俗称“叶克膜”。它是一种医疗急救技术设备，主要用于对重症心肺功能衰竭患者，提供持续的体外呼吸与循环，以维持患者生命。

这一技术于2001年引入内地，近年来在全国各大三甲医院发展迅速，并留下一个个“起死回生”的传说。那么，它究竟是一款什么样的设备？在感染性肺炎治疗过程中又是如何发挥作用的？真有那么神奇吗？  

“叶医生”的前世今生

ECMO的本质就是人工心脏和人工肺。

心脏的功能是向全身各个脏器组织输送富含营养和氧气的动脉血，同时回收含代谢废物和二氧化碳的静脉血，就相当于汽车的发动机。肺的功能是通气和换气，让我们全身的脏器可以源源不断地得到外界的氧气，并向外界排出二氧化碳。心肺任何一方一旦出现持续的功能障碍，生命将很难维持下去。

为了替代患者的心肺功能、维持全身血液循环，1953年，美国医生吉本（John Heysham Gibbon）设计发明了一种能够实现体外循环运转45分钟的机器，而这，正是最早的人工心肺机。

以此作为开端，人工心肺机两个主要部件——氧合器和血泵的材料与技术不断向前演进和发展，并陆续有公司将其商业化推向市场，之后在医疗器械产品中开辟了体外循环支持这一门类。

专家介绍，体外循环机器应用人工管道将人体大血管与人工心肺机连接，从静脉系统引出静脉血，并在体外氧合，再经血泵将氧合血输回动脉系统的全过程，又称心肺转流，主要应用于心脏、大血管手术。

虽然这一技术使心脏呼吸骤停的病人抢救成功的概率得到了很大提升，但当时，体外循环技术要进行开胸，需要手术室和体外循环机的支持，这种暂时性的心肺替代只能维持数小时。

随着技术的改进，1972年，希尔（J Donald Hill）医生使用改进的体外循环技术治愈了一位年轻的呼吸衰竭患者，在这次治疗中，体外循环维持了大约3天时间。从此，这项技术就开始蓬勃地发展，衍生出体外膜氧合技术，也就是ECMO。

传奇加身，ECMO技术开始在各大医院快速推广，过去几年内，全球使用这一技术的医疗中心及其救治的病例数量增加迅猛，ECMO走向了重症领域的巅峰。

“与传统体外循环技术相比，ECMO是简化版的密闭体外循环装置，除具有替代心肺功能的作用外，它还具有安装相对简单、运行时间较长、可移动的特点。”专家说，这些特点使ECMO可以在手术室外的环境中安装，更加适合急危重症患者抢救。

虽然这台机器连着无数的管路，看起来特别复杂，但原理上很容易解释。河北医科大学第二医院呼吸与危重症医学一科副主任医师张鲁涛介绍，ECMO先将体内血液引流至储血罐，由机械泵将血泵入氧合器，经人工肺将血液氧合，排除二氧化碳，加温后通过另一管道回输患者体内，从而达到完成氧合和排除二氧化碳的目的。

“ECMO的主要治疗方式包括V-V-ECMO和V-A-ECMO。”张鲁涛说，V-V-ECMO是经静脉将静脉血引出经氧合器氧合并排除二氧化碳后泵入另一静脉，为肺替代的方式；V-A-ECMO是经静脉将静脉血引出经氧合器氧合并排除二氧化碳后泵入动脉，为心肺联合替代的方式。心脏功能衰竭及心肺衰竭病例选V-A；肺功能衰竭选用V-V转流方法。选择时要参照病因、病情，灵活选择，正确的模式选择可对原发症起积极作用，提高成功率。

在今年救治新冠肺炎患者中，ECMO迎来了高光时刻。

“新冠肺炎患者的肺功能受到明显损害，有的病人肺功能损害非常严重，这时候ECMO能够给病人提供一个非常好的支持。”张鲁涛介绍，针对新冠肺炎病人主要应用的是V-V-ECMO，弥补肺功能的不足，让病人的病损肺能够充分休息。

目前，ECMO技术已经可以帮助病人维持数天至数周的生命。近日，全球使用ECMO术前辅助时间最长是73天，新冠肺炎核酸转阴、不可逆肺纤维化呼吸衰竭的患者已脱离生命支持的ECMO，可依靠植入的双肺在辅助下自主呼吸。

“终极武器”不是万能的

虽然，ECMO被称为抢救急危重症患者的“终极武器”，但至今也没能广泛应用临床。

其中一个原因是，ECMO的使用成本非常高。

业内有句俗话叫：“ECMO一响，黄金千万两。”以新冠肺炎为例，有医生算了一笔细账，ECMO启动费用要4万-6万元，主要是一个套包的耗材费用，包含离心泵头、管道、血管插管和膜肺。运行期间，ECMO每天费用在1万-2万元，主要是ICU、用药、监测设备及医护人员费用等。粗略计算下来，一位新冠肺炎重症患者花费七八十万元并不稀奇。

因此，有人说，上了ECMO，就相当于不计成本买时间跟死神赛跑。

但是，“天价”治疗费用并不是一定就能把患者从鬼门关上拉回。从新闻案例来看，也有应用ECMO多日后仍抢救无效最终逝世的患者。

“ECMO并非万能，操作和使用时间也有严格的规定。”有专家介绍，临床上，一般建议ECMO使用时间不超过两周，可根据患者病情酌情稍作延长，但长期使用基本不能带来积极意义。

一方面，ECMO仅是一种支持设备，而非治疗设备。张鲁涛说，在新冠病毒感染患者的治疗中，ECMO的作用是为患者提供有效的气体交换，对原发病——新冠病毒引起的感染并没有直接治疗作用。“最终的痊愈，还需要靠患者自身的免疫修复能力和有效的药物治疗，但目前新冠病毒感染还没有特效药。”

另一方面，ECMO使用不当可能产生严重的并发症。“在临床中，ECMO应用的时间越长，并发症出现的概率就越高，危险性也会更高。”张鲁涛说，ECMO主要的并发症有出血、血栓等。“为了防止血液在体外循环的管路中凝结，需要应用肝素抗凝。如果只是手术中几个小时的应用，风险还比较容易控制，但如果长时间使用，患者出血的风险就会增加，严重时可能会出现颅内出血而致命。而在应用肝素的同时，由于凝血功能发生了各种变化，血液可能会出现高凝状态，从而发生血栓。如果血栓在重要脏器的血管中发生堵塞，就会导致器官坏死，严重的时候也可导致死亡。”

此外，由于ECMO装置直接与血液系统相连，即使再完善的杀菌消毒措施，也存在细菌通过管路进入血液引发感染的可能。

据了解，目前患者借助ECMO重获新生的概率在50%左右。数据显示，截至2020年1月，在国际体外生命支持组织注册的129037例病例中，依靠ECMO救治存活至出院或转院的比例为55%。

打破垄断尚需时日

尽管经济上并不划算，但ECMO依然被认为是现代医疗技术体系里的金字塔塔尖。

在新冠肺炎危重症患者救治的紧要关头，“救命神器”ECMO却是“洋心洋肺”、全靠进口，一度引起关注。

张鲁涛认为，中国还没有企业可以生产ECMO，背后是技术门槛、临床使用制约、市场需求等多重因素。

一般情况下，某种工业产品从设计到制造到市场化的最简易过程是，先了解机器原理，通过专门的工业设计软件，采用适当的材料，在实验室里造出来1台；然后，再在工厂里大规模生产出来，以具有竞争力的价格推向市场。

其中的每一步，都意味着需要克服巨大的困难和阻碍。而国产ECMO，就卡在了第一步，机器材料上。

“膜肺是ECMO系统的核心部件，为进行气体交换的装置，至今已经发展出三代产品。目前市面上膜肺的材料有一代材料固体硅胶膜、二代材料微孔中空纤维膜以及三代材料固体中空纤维膜（PMP聚烯烃材料）。”专家介绍，市场主要使用的第三代固体中空纤维膜，结合了第一代的材料固体硅胶膜和第二代材料微孔中空纤维膜优点，并克服了血浆渗漏的问题，有效延长了ECMO的临床使用时间。

然而，PMP聚烯烃材料为3M公司旗下Membrana公司独家供应，因产能紧张，也导致下游ECMO企业产能受限。

时间是生命的宿敌，也是科技创新的挚友。今年3月，历经十几年技术攻关，山东大学电气工程学院教授、山东省磁悬浮轴承工程技术研究中心主任、ECMO项目团队负责人刘淑琴宣布，其团队成功研发出拥有自主知识产权的磁悬浮人工心脏泵，实现ECMO样机自主研发。

课题组从2008年开始研发磁悬浮离心泵。据介绍，他们研发的离心泵，叶轮在泵腔内旋转，悬浮用磁铁预埋在叶轮下部的密封腔内，与血液没有接触，其性能可与德国迈柯唯公司生产的离心泵相媲美。在可靠性实验中，4台离心泵已经同时连续运行15天无故障，在代血液（稀释甘油）实验和血液实验中，具有溶血性小、压力缓冲大、流量调节方便等特点。而且泵头可与进口ECMO兼容，可替代进口动力泵。目前，已有深圳、上海、北京、成都等地的多家公司慕名寻求合作。

“经历这次疫情之后，我国对医疗领域的投入会进一步加大，我国的医疗研发会进一步得到提升，未来很多核心的设备都有可能实现自主化。”张鲁涛说，这对于提升我国总体医疗水平是非常有帮助的。（河北日报记者 王璐丹）

责任编辑：张永猛