浅析ECMO的应用现状及未来发展趋势

　　体外膜肺氧合（Extracorporeal Membrane Oxygenation，ECMO）简称膜肺，俗称叶克膜或人工肺，是以体外循环系统为基础，采用人工心肺支持进行的高级生命支持技术。ECMO的主要目的是将血液泵入体外膜肺装置进行足够的氧合并排除二氧化碳，从而对危重症患者进行有效的呼吸及循环支持、保障有效血供，为心肺功能的恢复赢得时间。

　　随着氧合器、驱动泵、材料以及抗凝等技术的不断发展和临床经验积累，ECMO的使用范围不断扩展。本文从ECMO技术的临床应用场景及现状、核心技术及壁垒、发展趋势等角度，梳理了该技术在我国的发展现状，并提出我国ECMO应顺应趋势，形成以ECMO应用区域中心为主并辐射周围地区的诊疗模式，通过普及ECMO应用指征，建立良好沟通机制及转诊网络，增加ECMO技术的受益患者。

ECMO的临床应用

　　治疗模式

　　临床中根据辅助器官的不同，ECMO主要分为静脉-静脉转流（veno-venous ECMO，VV-ECMO）和静脉-动脉转流（venous-arterial ECMO，VA-ECMO）两种模式。VV-ECMO适用于单纯呼吸衰竭的患者，VA-ECMO则可以同时提供循环和呼吸支持。

　　需要注意的是，在进行VV-ECMO时要留意患者的循环状态，当患者并发循环衰竭时可改为VA-ECMO，如当新型冠状病毒肺炎患者存在心源性休克或者出现心脏骤停时。

　　应用指征

　　ECMO通常应用于通过传统手段治疗无效的患者，为患者提供临时性的功能辅助，在保障患者全身脏器功能的同时代替失功心、肺，以便使其恢复或过渡到移植。因此使用前要明确ECMO的目的，是等待恢复还是等待供体。无法达到预计目的时，不宜运行ECMO。当患者病情发展至不可逆阶段时，强行使用ECMO也只能推迟其死亡时间而无法逆转，同时还会造成不必要的经济与医疗资源浪费。

　　随着适应证的拓展，部分领域已制定了相关的专业共识。但在临床实践中，对适应证的把握仍有困难，有时其临床收益并不明确，需要临床医生根据实际情况和经验来具体判断。

　　近年来，ECMO在器官移植的供体保护中也得到了一定的应用，其能在人逝世后提供稳定的氧合血液进行器官灌注，从而缩短供器官热缺血时间，提高移植物质量。

ECMO应用现况和市场现状

　　为了推动全球范围内的ECMO技术交流与应用，体外生命支持组织（ELSO）于1989年成立，根据ELSO的注册数据，2019年全球共有430个中心，实施ECMO 的病例达12850例，截至2020年1月注册的总病例数达129037例，55%的患者存活至出院或转院。中国医师协会体外生命支持专业委员会于2017年成立，其统计数据显示2018上报的实施ECMO的病例总数为3923例，实施医院共计260家，较2017年（2826例）增加38.8%，住院生存率与ELSO数据基本一致。

　　我国ECMO的主要供应商是迈柯唯、美敦力、索林、米道斯四家。根据2020年2月Grand view research发布的数据，2019年ECMO全球市场规模约为2.97亿美元，期待年复合增长率为4.5%。

　　在华西证券发布的行业报告中提到，根据我国2018年ECMO中心的增长测算，2018年我国ECMO总市场为2.4亿元，而基于国家卫健委《2018卫生健康事业发展统计公报》中我国三级甲等医院共1442家的数据测算，我国ECMO市场常态下规模是18亿元，但实际数据可能更大，文献报到2015年我国已有3569个ICU，49453张ICU床位。但是，由于ECMO系统的复杂性，目前三甲医院中有能力开展ECMO辅助治疗的仅有260家，可以看出ECMO的发展不但要满足我国现在的重症需求，还要与其配合共同前进，ECMO在我国医院的发展依然任重道远。综合来看，虽然近几年我国ECMO的临床应用扩张迅速，但仍有较大发展空间。

新冠肺炎防治中ECMO的应用

　　新冠肺炎疫情暴发后，随着重症及死亡病例不断增加，ECMO再次走入大众视野。首例报道为2020年1月22日武汉大学中南医院用ECMO成功救治了一名重症患者。随后公布的第五版《新型冠状病毒感染的肺炎诊疗方案》中提出对于常规治疗无效的危重型患者可采用ECMO作为挽救性治疗。中国医师协会体外生命支持专业委员会也发布了《危重型新型冠状病毒肺炎患者体外生命支持应用时机及模式选择专家建议》。

　　疫情期间的学术报道也不断提到ECMO。2020年1月24日《柳叶刀》杂志发表的一篇有关41例新冠肺炎患者临床特征的报道，其中提到有两例患者同时使用了有创通气及ECMO。2020年1月29日《柳叶刀》杂志上再次发表了有关金银潭医院99例新冠肺炎患者治疗情况的文章，其中3例患者进行了ECMO治疗。2020年2月7日JAMA上报道了一篇138例新冠肺炎患者的治疗分析，其中4例使用了ECMO进行抢救。

　　随着疫情逐渐扩散至全球，2020年3月13日WHO发布的COVID-19治疗指南，其中提到对于难治性低氧血症应考虑使用ECMO。2020年3月20日《柳叶刀》子刊再次发文对疫情期间ECMO的开展进行了讨论分析。

ECMO核心技术及壁垒

　　氧合器

　　氧合器的主要作用是模拟生物肺泡完成气体交换过程。目前使用的主流类型是中空纤维膜式氧合器。经典的中空纤维膜为聚丙烯材质的不对称膜，其横断面分为2层，支持层为海绵状结构，皮层为多孔结构开放式表面，其微孔占据膜表面积的60%左右。使用一段时间后该材料的亲水性会增加，导致血浆渗出到气体腔。因此，聚丙烯氧合器的使用时间常被限制在6小时以内，使其更适合用于术中体外循环。

　　硅橡胶作为另一种膜材料，拥有良好的透氧气性和血液相容性，其部分型号的氧合器被FDA批准可以长时间使用，但其排出二氧化碳功能较差，且价格相对昂贵。目前公认的最优中空纤维膜材料为聚甲基戊烯（Polymethylpentene，PMP），其膜制造技术由3M公司旗下的Membrana掌握，产品名称为OXYPLUS?，该膜的气体交换性能与同公司生产的聚丙烯中空纤维膜OXYPAN相当，但使用时间却显著延长，是目前最适合用于ECMO的中空纤维膜。

　　驱动泵

　　驱动泵是ECMO的动力部分，循环动力的来源。应用在ECMO的驱动泵包括滚压泵和离心泵两种，滚压泵运行时泵管内压力变化较大，长时间运行易损伤血细胞，因此主流ECMO已放弃该设计。当代ECMO主要使用离心泵，其由电机、泵头和控制系统组成。目前几款主流ECMO品牌的血泵参数相似，最大流量在8L/min~10L/min，泵头预充量在16ml~57ml，流量调节精度在±0.01L/min~±0.1L/min之间，多配有紧急驱动手柄，可在紧急情况下进行手动操作。

　　驱动泵的技术难点及重点主要集中在血液相容性方面，即对于血栓形成及血细胞破坏的控制。设计方面主要通过流体动力学及有限元分析等手段对泵的结构进行优化。材料方面除了叶轮及泵壳本身的材料选择外，还要考虑通过活性涂层等技术手段来增加材料血液接触面的生物相容性。

　　驱动泵的加工工艺也至关重要。由于泵头中包含多种材料，因此在相关部件连接处容易出现断面，血液流经易形成血栓及凝血。同时过于粗糙的血液接触面、结构本身或加工造成的尖角则是造成溶血的重要因素。在样机设计制作完成后，还需进行体外实验初步检测性能参数。

　　目前全球循环辅助设备发展迅速，主要市场仍被外资品牌占据，此次疫情中，中国医学装备协会先后发布了的五批疫情防治急需医学装备清单，其中ECMO设备涉及企业7家，仅有天津汇康是国内企业。虽然缺乏国内品牌，但也有部分国内团队及企业取得一定突破。设备方面，天津汇康生产的人工心肺机WEL-1000HA已在国内上市。航天泰心科技有限公司于2009成立团队启动人工心脏HeartCon项目，目前该设备已成功完成动物实验。2019年6月4日上海交通大学医学院医院管理处报道上海儿童医学中心成功研发ECMO离心泵，目前已经完整组装实验室样机。2020年3月13日山东大学官网发布消息：山东省磁悬浮轴承工程技术研究中心历时10余年研发出ECMO样机并已成功完成部分体外实验。

　　耗材方面，国产氧合器厂家有四家，其氧合器主要使用聚丙烯滤膜。2020年2月8日杭州科百特过滤器材有限公司的官方公众号发布消息称，其于2013年启动PMP氧合膜丝的研发项目，研发阶段的样品于2018年正式下线，其结构及气体交换性能均可比肩国外产品。目前其将继续优化工艺，并开展后续试验。

ECMO临床应用面临的挑战与发展趋势

　　治疗费用

　　ECMO治疗费用较高且个体差异大。文献报道，国内心脏术后患者进行ECMO辅助的平均费用近25万元，整体在5万至120万元之间。高额的费用在影响患者选择的同时也导致了地区间ECMO发展的差异，同时地区间医保政策的差异又影响患者选择。在经济发展较为薄弱的地区，医院即使配置了相关设备，较少的开展例数也使临床团队难以维持和提升实战经验。

　　学科建设

　　ECMO技术本身较复杂且高风险，对医疗资源配置要求高，需要占用大量卫生资源。ECMO的具体实施应由一个多学科团队而非单一科室完成。多学科背景造成其在实际开展中学科归属不明确，部分中心心外科、ICU、呼吸科等都在开展ECMO，不同医院开展ECMO的科室也存在差异，造成学科管理处于分散状态，其在一定程度上限制了院内及院间的统一组织、多学科合作以及相关指南与研究的推进。

　　ECMO中心设置

　　2009年甲流H1N1、2013年禽流感H7N9、2019年新冠疫情都推动了ECMO在国内的开展，但在开展过程中也存在一些不合理的现象，部分基层医疗中心也跟风上马ECMO项目，按照诊疗流程即使这些中心可以完成ECMO，最终也还是需要将患者转至上级医疗机构。实际上对于ECMO中心的建立除去人员及设备配置要求外，还应考虑到每年中心可能开展的病例数，虽然对于每年的最少可接受例数存在争议，但有证据表明患者预后与中心年开展例数具有一定相关性。ELSO建议ECMO中心的年开展例术应≥6例。

　　发展模式与趋势

　　目前国际通行的ECMO发展模式是建立ECMO协作网络，将非ECMO中心的患者转运至ECMO中心进行治疗。这催生了便携式设备的出现。这些设备同时支持床旁及转运操作。相较传统设备，其体积更小、结构更坚固、便于运输并有独立电源。我国ECMO也应顺应趋势，形成以ECMO区域中心为主辐射周围地区的诊疗模式。通过普及ECMO应用指针，建立良好沟通机制及转诊网络，来增加ECMO技术的受益患者，打造高水平的ECMO团队，提高患者的生存率。【本文选自“医疗器械蓝皮书”《中国医疗器械行业发展报告（2020）》（主编：王宝亭 耿鸿武）】