自新冠疫情爆發(fā)后，ECMO就處于風(fēng)口浪尖。ECMO作為新冠患者的“最后一根救命稻草”被大眾報(bào)以很大的希望，同時(shí)坊間也流傳著“ECMO一響，黃金萬兩”的傳說。“為什么沒有國產(chǎn)的ECMO？”的聲音不絕于耳。近日，科技部發(fā)布了“公共安全風(fēng)險(xiǎn)防控與應(yīng)急技術(shù)裝備”重點(diǎn)專項(xiàng)2020年度項(xiàng)目申報(bào)指南，撥款2000萬支持ECMO的研發(fā)。ECMO國產(chǎn)化時(shí)代即將來臨了嗎？

一、ECMO，“走”出手術(shù)室的體外生命支持系統(tǒng)

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ECMO的全稱是：Extra Corporeal Membrane Oxygenation，學(xué)名“體外膜肺氧合裝置”，音譯“葉克膜”。ECMO也被稱為體外生命支持系統(tǒng)ECLS（Extra Corporeal Life Support）。ECMO的原理是將體內(nèi)的靜脈血引出體外，經(jīng)過特殊材質(zhì)人工心肺旁路氧合后注入病人動(dòng)脈或靜脈系統(tǒng)，起到部分心肺替代作用，維持人體臟器組織氧合血供。ECMO主要分為動(dòng)脈-靜脈VA-ECMO和靜脈-靜脈VV-ECMO。在這兩種方式中，從靜脈系統(tǒng)排出的血液都會(huì)在體外被氧化。在VA-ECMO中，該血液被返回到動(dòng)脈系統(tǒng)，在VV-ECMO中，該血液被返回到靜脈系統(tǒng)。在VV-ECMO中，沒有提供心臟支持。

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ECMO主要分為動(dòng)脈-靜脈VA-ECMO和靜脈-靜脈VV-ECMO

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很多人都會(huì)誤以為ECMO就是人工心肺機(jī)（heart-lung machcine），但實(shí)際上ECMO和人工心肺機(jī)存在很大的區(qū)別。人工心肺機(jī)又稱體外循環(huán)裝置（Extra Corporeal Circulation），主要用于心臟直視手術(shù)（Open-heart Surgery），替代人體心臟和肺的功能。而ECMO多數(shù)無需開胸手術(shù)，相對而言操作簡便快速。ECMO區(qū)別于傳統(tǒng)的體外循環(huán)有以下幾點(diǎn)：ECMO是密閉性管路無體外循環(huán)過程中的儲血瓶裝置，體外循環(huán)則有儲血瓶作為排氣裝置，是開放式管路；ECMO由于是由肝素涂層材質(zhì)，并且是密閉系統(tǒng)管路無相對靜止的血液，激活全血凝固時(shí)間（ACT）120-180s，體外循環(huán)則要求ACT大于等于480s；ECMO維持時(shí)間1-2周，有超過100天的報(bào)道，體外循環(huán)一般不超過8小時(shí)；體外循環(huán)需要開胸手術(shù)，需要時(shí)間長，要求條件高，很難實(shí)施。ECMO多數(shù)無需開胸手術(shù)，相對操作簡便快速。可以簡單理解為，ECMO是改良版的人工心肺機(jī)，人工心肺機(jī)主要用于手術(shù)室，而ECMO用于ICU。

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常規(guī)體外循環(huán)與ECMO的區(qū)別

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二、ECMO治療新冠患者的原理

ECMO不是治愈新冠患者的手段，而是一項(xiàng)協(xié)助病人度過關(guān)鍵期的技術(shù)。也就是說，ECMO可以暫時(shí)替代新冠重癥患者的心肺功能，進(jìn)行體外循環(huán)。正常情況下，血液循環(huán)系統(tǒng)將氧氣和營養(yǎng)物質(zhì)輸送給人體組織和器官，同時(shí)又將二氧化碳和廢物從組織和器官中排出體外。這種物質(zhì)的交換過程離不開血液在全身的循環(huán)，而血液循環(huán)的動(dòng)力來自于心臟。人體的心臟相當(dāng)于一個(gè)復(fù)式泵，右心房、右心室構(gòu)成右泵，左心房和左心室構(gòu)成左泵。回流至心臟的靜脈血分別通過上腔靜脈（來自頭部和上肢的血液）和下腔靜脈（來自于下肢的血液）進(jìn)入右心房，經(jīng)過三尖瓣進(jìn)入右心室，隨后通過肺動(dòng)脈瓣進(jìn)入肺動(dòng)脈直至左右肺臟，完成氣血交換，排出二氧化碳，納入新鮮的氧氣，從而將靜脈血轉(zhuǎn)換成含氧氣的動(dòng)脈血（氧合血）。再由肺靜脈將氧合血輸送至左心房，經(jīng)過二尖瓣（左心房與左心室之間的單向瓣膜）進(jìn)入左心室，最后經(jīng)過主動(dòng)脈瓣進(jìn)入主動(dòng)脈輸送到所有的組織和器官，通過毛細(xì)血管對人體進(jìn)行灌注循環(huán)，灌注完畢再通過靜脈系統(tǒng)匯集于上、下腔靜脈進(jìn)入右心房。

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人體心臟及其血液循環(huán)系統(tǒng)

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而進(jìn)行體外循環(huán)的時(shí)候，整個(gè)管道系統(tǒng)的靜脈血被阻止進(jìn)入右心房，各血管匯合的靜脈血通過管路系統(tǒng)輸送到體外的氧合器，經(jīng)過充氧（氧合）處理后的血液由血泵通過主動(dòng)脈的分支管送入動(dòng)脈系統(tǒng)中，然后進(jìn)入各毛細(xì)血管與組織細(xì)胞進(jìn)行物質(zhì)交換，而主動(dòng)脈瓣則由于血液的壓力作用形成閉合狀態(tài)，因此進(jìn)入左心室的血液就被阻斷。此時(shí)，心臟的主動(dòng)脈、腔靜脈與體外循環(huán)裝置、氧合器構(gòu)成了一個(gè)封閉的循環(huán)回路，完成心臟與肺臟的功能。

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三、ECMO的研發(fā)困境

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ECMO的基本結(jié)構(gòu)包括血管內(nèi)插管、連接管、血液泵（離心泵）、氧合器、供氧管、監(jiān)測系統(tǒng)。臨床上常將可拋棄部分組成套包，不可拋棄部分綁定存放，并設(shè)計(jì)為可移動(dòng)，提高應(yīng)急能力。其中，最關(guān)鍵的部件就是血液泵（離心泵）和氧合器，分別起到人工心臟和人工肺的作用，可以對重癥心肺功能衰竭患者進(jìn)行較長時(shí)間的心肺支持，為搶救贏得寶貴的時(shí)間。

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ECMO基本結(jié)構(gòu)

血泵是體外循環(huán)的動(dòng)力部分，按照結(jié)構(gòu)可以分為指壓式泵、往復(fù)式泵、滾柱式泵和離心泵，目前ECMO普遍采用的是離心泵。離心泵泵頭的磁性后室與帶有磁性裝置的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)相互磁性連接，當(dāng)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，帶動(dòng)泵內(nèi)結(jié)構(gòu)高速旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生渦流和離心力，推動(dòng)血液前進(jìn)。離心泵的泵頭屬于耗材，價(jià)格高昂，國內(nèi)對于離心泵的研發(fā)也大多停留在樣機(jī)階段。而且，離心泵屬于三類醫(yī)療器械，是管控最為嚴(yán)格的醫(yī)療器械，需要經(jīng)過大量臨床試驗(yàn)才能獲批上市，但由于病例較少，所以臨床試驗(yàn)的時(shí)間會(huì)持續(xù)較長，從而導(dǎo)致注冊時(shí)間較長。

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上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬上海兒童醫(yī)學(xué)中心自主研發(fā)的國產(chǎn)離心泵

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2019年，上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬兒童醫(yī)學(xué)中心宣布利用3D打印、計(jì)算機(jī)模擬等先進(jìn)技術(shù)，結(jié)合單支點(diǎn)支撐、磁力懸浮等傳統(tǒng)優(yōu)勢，并借鑒國外先進(jìn)設(shè)計(jì)理念，克服動(dòng)力、磁力耦合、電機(jī)溫升、材料選用等諸多困難，成功設(shè)計(jì)出自主知識產(chǎn)權(quán)的機(jī)電磁一體化的離心泵。這也是目前為止國內(nèi)首個(gè)成套的心臟術(shù)中和危重疾病機(jī)械輔助均可適用的離心泵設(shè)備。此外，山東大學(xué)電氣工程學(xué)院山東省磁懸浮軸承工程技術(shù)研究中心，從2008年開始研究磁懸浮人工心臟泵，成功突破技術(shù)瓶頸，研發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的磁懸浮人工心臟泵。其團(tuán)隊(duì)研發(fā)的ECMO樣機(jī)，已經(jīng)申請發(fā)明專利3項(xiàng)，授權(quán)2項(xiàng)，實(shí)質(zhì)審查中1項(xiàng)。此外，4臺血泵同時(shí)連續(xù)運(yùn)行15天無故障，還進(jìn)行代血液（稀釋甘油）實(shí)驗(yàn)和血液實(shí)驗(yàn)，各項(xiàng)性能均到達(dá)國際先進(jìn)水平，且泵頭可與進(jìn)口設(shè)備兼容，從性能上完全可以替代進(jìn)口設(shè)備。

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山東大學(xué)研發(fā)的ECMO樣機(jī)

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氧合器是將靜脈血中的二氧化碳排除，使氧分壓升高而成為動(dòng)脈血的一種人工裝置。由于其模仿人體肺的換氣功能，臨床上常用于心臟外科手術(shù)，在心肺循環(huán)阻斷后暫時(shí)替代人體肺的功能。目前ECMO中采用的膜式氧合器是最接近人體生理狀況的一種氧合器。膜式氧合器的氣體交換是通過一層可透氣的高分子膜進(jìn)行的，其特點(diǎn)是氣血不直接接觸。這要求材料既擁有很好的透氣性能，又能實(shí)現(xiàn)長效疏水，以滿足臨床中持續(xù)運(yùn)行數(shù)周甚至數(shù)月的要求。PMP（聚 4-甲基 1-戊烯）是一種性能優(yōu)異的聚烯烴材料，具有良好的氧氣通量和氮氧選擇性，低溶出及生物安全性等特性，被公認(rèn)為"膜肺氧合器"的最優(yōu)介質(zhì)。目前，PMP只有 3M 公司旗下的 Membrana公司能獨(dú)家供應(yīng)，因其產(chǎn)能緊張導(dǎo)致下游 ECMO 企業(yè)產(chǎn)能受限，且因其供應(yīng)壟斷、價(jià)格壟斷，導(dǎo)致價(jià)格居高不下。

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四、體外循環(huán)師培養(yǎng)機(jī)制欠缺

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一個(gè)完整的ECMO團(tuán)隊(duì)需要心胸外科、體外循環(huán)師、血管外科、介入科、麻醉科、呼吸科、ICU、超聲科、血液科等多個(gè)學(xué)科的配合。ECMO患者的管理涉及全身各個(gè)器官系統(tǒng)，只有那些在呼吸、循環(huán)、血液、營養(yǎng)等各個(gè)領(lǐng)域均有豐富的經(jīng)驗(yàn)的醫(yī)療器械創(chuàng)新網(wǎng)，才能對ECMO患者進(jìn)行全面、科學(xué)的管理，降低治療風(fēng)險(xiǎn)。體外循環(huán)師被稱作“擊退死神的無冕之王”，沒有他們，ECMO也沒有用武之地。

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體外循環(huán)師

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根據(jù)中國生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)會(huì)體外循環(huán)學(xué)會(huì)發(fā)布的《中國心外科手術(shù)和體外循環(huán)數(shù)據(jù)白皮書》里的數(shù)據(jù)，2017年全國708家醫(yī)院共開展心血管手術(shù)總量為230772例，體外循環(huán)下手術(shù)總量164201例（占比71.2%）。2018年全國693家醫(yī)院共完成心血管手術(shù)總量為240614例，體外循環(huán)下手術(shù)總量170444例（占比70.85%）。但據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，目前我國體外循環(huán)師不超過400人，大多數(shù)體外循環(huán)師的教育背景差異較大，既有完成心血管外科學(xué)、麻醉學(xué)培訓(xùn)的醫(yī)生，也有管理操作的技術(shù)員，還有護(hù)理專業(yè)的護(hù)士。我國尚無完善的體外循環(huán)師培養(yǎng)機(jī)制，體外循環(huán)師是一個(gè)甚至不被同行了解的職業(yè)，多數(shù)是在工作后，醫(yī)院根據(jù)需要進(jìn)行培訓(xùn)，領(lǐng)取執(zhí)照后上崗。在臺灣，具備開展 ECMO 能力的體外循環(huán)師首先需要取得體外循環(huán)師執(zhí)照滿兩年，隨后還要成為臺灣體外循環(huán)技術(shù)學(xué)會(huì)為期兩年的會(huì)員，最后需要經(jīng)過臨床 CPB（體外循環(huán)）實(shí)務(wù) 2 年時(shí)間教育，通過考試才能取得 ECMO 合格證書，并且每 6 年換照一次，必須完成在職教育150個(gè)學(xué)分。

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結(jié)語

路漫漫其修遠(yuǎn)兮，雖然目前還存在種種問題，但相信總有一天ECMO會(huì)實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化。此外，對體外循環(huán)師的培養(yǎng)也不容忽視。希望未來我國的危重癥急救水平越來越高。