ECMO：与死神“对弈”， 让生命更有力量

车翀

【受访专家】  刘松桥 东南大学附属中大医院重症医学科副主任医师、创伤救治中心副主任，副教授、硕士研究生导师，医学博士。兼任中国医师协会体外生命支持委员会青委会副主任委员、中国心胸血管麻醉学会体外生命支持委员会常务委员、中国卫生信息与健康医疗大数据学会重症分会常务委员等。目前主要研究方向为急性呼吸窘迫综合征（ARDS）和脓毒症（Sepsis）的基础与临床研究、肺保护性通气、体外生命支持和重症临床信息化大数据与人工智能等。主持国家自然科学基金2项，省部级课题多项，参与多项国家和省部级科研项目。

瘫痪的循环，搁浅的生命

人体本身有一套非常精密、巧妙却一刻也不能停歇的呼吸循环系统，它将外界的氧气吸收进入人体，然后运输给各个器官和组织。这就涉及一个非常本质的问题，我们体内循环依靠的是血液携带氧气后，输送到组织细胞中，而呼入的空气进入气道，其中的氧气呈气体状态存在，那么，就必然有一个核心的交换过程发生在人体中的某个关键位置。这个气体交换过程，让呈气态的氧气得以进入血液，让血液由静脉血变成富含氧的动脉血，通过循环到达全身各个组织器官。

氧合这个过程就发生在我们的肺泡中。人体总共有7亿多个肺泡，尽管每个肺泡非常小，但总面积可达到近100平方米。就像葡萄一样，我们的肺泡分叉分布在每个支气管、细小支气管的末端。气体随着我们的呼吸，通过气道不断充满这些肺泡。肺泡周围缠绕着密集的毛细血管，当体内含氧较低的静脉血通过毛细血管到达肺泡时，肺泡里的氧浓度远高于血液内的氧浓度，通过肺泡膜的渗透作用，氧气就会透过肺泡这层半透膜进入血液，为血液“充氧”。当血液中获得了足够的氧气后，原来暗红色的血液，就会变成鲜红的动脉血。

在心脏的持续跳动泵血下，缺少氧气的静脉血不断到达肺泡进行气体交换，获取氧气后，变身为动脉血继续运送至全身各个脏器，将养分和能量提供给各个脏器，然后再次变回缺少氧气的静脉血，直至运行回肺泡重新“充氧”。血液就这样如此循环往复地维持着我们的生命。

我们的生命宛如被血液承载的方舟。呼吸或者循环的终结，则意味着生命的搁浅。短时间内会造成死亡的“循环故障”，大致可以分为两种，也就是呼吸和循环衰竭。

一种是尽管血液仍在持续、循环往复地运行，但是肺泡的交换功能受损，静脉血到达肺部后无法获得氧气，这样循环中的脏器、组织就会持续缺氧，出现功能损害，进而引发死亡，这种情况就是“呼吸衰竭”。感染性的肺部炎症，产生大量炎性分泌物充满肺泡，如新冠肺炎、SARS（严重急性呼吸综合征）等，以及肺纤维化（百草枯中毒后引发的死亡便是因为肺损伤引起纤维化）、严重哮喘、COPD（慢性阻塞性肺疾病）等，导致肺气体交换功能下降，都会引起这种情况。

另一种情况主要源于心脏。在这个循环过程中，除了血液在肺部进行“充氧”外，另一个核心要素就是心脏持续跳动泵血，让血液流动，静脉血不断到达肺部变成动脉血，再运行到各个脏器组织。如果血液缺乏流动性，即使肺部的气体交换正常，各个脏器也得不到血液带来的养分，这就是“循环衰竭”。

以上两种情况中发生任何一种，都会带来致命性后果，而两者往往互相影响，终末状态会表现为呼吸循环衰竭。人的机体并没有进化出这套系统功能的备用方案，因此一旦发生衰竭，人在短时间内就会发生大脑等组织器官的不可逆损伤，甚至死亡。

可怜的奥菲欧只能通过歌唱来打动冥神换回爱妻，而伟大的医者们从上古时代就在思考如何以人的力量比肩神明，将可贵的生命从冥府中夺回。当患者已经一只脚踏上卡戎的船时，医生们所想的便是：将这个循环通过人工手段在体外实现，为生命争取更多的时间和机会！而这个思路探索的结果，便是人工体外循环技术的出现。

体外循环技术与ECMO

ECMO只是一种高级的器官功能支持手段。既然是支持手段，它本质上是在模拟和替代我们人体本身就有的氧合循环。

思想，永远走在人类探索世界的脚步之前。有文献显示，在1900年左右就有让血液在体外循环的条件下给心脏进行手术的设想了，但是限于技术条件，在血型都尚未被發现的时代，这注定只能是一种科学幻想。

1934年，美国的吉本（Gibbon）医生和他的妻子兼助手开始了研制人工心肺机的征程。其间，他们遇到了来自医用材料、资金支持等巨大的困难。1939年，吉本研发的第一台人工心肺机应用于动物实验并获得成功。1946年，他终于获得了IBM和美国国立卫生研究院的支持，研究进程也突飞猛进，1949—1952年，他所用于实验的动物的死亡率，已经从80%下降到了10%。

体外循环辅助可以帮助医生在心脏上实施手术，同时也不会影响身体器官的供氧。而且，由于血液绕过了心肺，手术时不至于在手术视野中出现大量的血液，手术的安全性、准确性也得到了提高。他的实践论证了体外循环用于心脏外科手术的可行性。

有更多的医生进行了各种循环试验的尝试，将静脉血引至体外用人工肺（氧合器）进行氧合，排出二氧化碳，用人工心（血泵）把氧合血泵入动脉的循环技术初步实现。这样用体外的人工心肺机代替心脏和肺脏功能的血液循环被称为体外循环（ECC），而体外循环机也相应地可以称为人工心肺机。

但是，这种技术操作的要求很高，需要打开胸腔，在主动脉上进行插管，体外循环机也较为巨大，需要专门的手术场所进行存放。体外循环只能进行数小时的时间，有部分患者因各种原因，术后心脏无法复跳或手术效果不佳，撤去体外循环就直接等于死亡。为了挽救这部分患者，也为了探索在呼吸衰竭方面体外循环技术运用的可能性，ECMO（体外膜肺氧合）应运而生。

如果说人工体外循环技术是一棵生长的大树，那ECMO便是其中一个枝丫上耀眼的“金苹果”，它和普通体外循环技术是同源的，最大的区别是普通体外循环一般进行数小时结束，且设备较大须在手术室中进行，而ECMO可以长期运行（几天至30天，甚至更长），可以在ICU、病房进行。1972年，希尔（Hill）医生使用改进的体外循环技术，让一位年轻的呼吸衰竭患者通过体外循环存活了3天，通过一系列后续的治疗，患者终于实现了治愈。尽管当时设备还不是那么便携，但这也可以算是ECMO技术的第一次亮相了。随后的发展和探索，终于让ECMO这项技术来到世人眼前。

代替心肺循环，ECMO是如何工作的

代替心肺循环，原理并不复杂，只需要将人的静脉血引出来，在体外的机器中进行氧合后再回输至人体就可以实现。ECMO设备工作时，需要在患者的深静脉上插管，再连接无菌管道，输送到ECMO上的氧合器，也就是“膜肺”中进行氧合，去除二氧化碳、增加氧气，让血液变成动脉血，再经ECMO上的离心泵（类似心脏收缩功能），通过管道打回患者身上的动脉或者静脉插管上。

根据患者的需求，可以实现完全的心肺功能替代（V-A ECMO，静脉-动脉模式）或者仅替代肺功能（V-V ECMO，静脉-静脉模式）。前者主要用于体外呼吸支持，使患者的心脏功能良好，不需要机器代替泵血，血液回输至人体后可以依靠自己的心脏泵血灌注全身，相当于只是给人体外接了一个“肺”用于气体交换。静脉-动脉模式因接入了血泵，可以代替心脏的泵血功能，既可用于体外呼吸支持，又可用于心脏支持，可能替代部分或全部的心脏功能。

这个流程中最核心的技术便是“膜肺”，它需要一个近似的代替肺泡的功能——气体交换，为血液“充氧”，这个难度极高。要给血液等液体“充氧”，最简单的方法就是使用增氧泵，它在水族馆，以及家中、菜场的鱼缸中都很常见，“咕嘟咕嘟”的气泡可让氧在水中得以部分溶解，水中的鱼儿因此可以生龙活虎。但人不是鱼，也不依靠鳃呼吸，如果在人体的血液中直接注入氧气，且不说血氧浓度不够，气泡引起的血栓（空气栓塞）就足以致命。

血携带氧的方式主要是通过血红蛋白结合氧，很小一部分是溶解在血液中。正常动脉血氧含量约19.3毫升/百毫升，相当于200毫克/升。在常温、一个大气压的条件下，氧气在水中的溶解度约为8毫克/升。但如何在体外将氧和血液接触，使血液的含氧量达到人体所需，这是一个巨大的难题。

“膜肺”的工作原理类似肺泡，血液和氧气被中空纤维膜分隔，血液在中空纤维内部，氧气在中空纤维外部。这种纤维极细，但很长，血液通过时，纤维可为血液与氧气交换提供一个极大的表面积，可以让氧气在短时间内溶解于血液中，增加氧含量。目前主流ECMO设备中使用的是一种名为聚甲基戊烯（PMP）膜的长效膜材，它在长达两三个月的运转后，也不会出现血浆渗漏或氧合性能下降。

并非“全能”，ECMO的应用场景

ECMO得以进入大众视野，主要还是缘于几次重大的公共卫生事件。此次新冠肺炎疫情，全国各地数十家医院的ECMO团队携设备驰援武汉，从死神手中抢下了不少重症患者。而在这之前，2009年禽流感疫情期间，重症患者的治疗中也有ECMO的身影。

其实，ECMO在重症肺炎中的应用只能说是ECMO适应证的一小部分。一般来说，医院中最常应用ECMO的是两个科室——重症医学科与心脏外科。“最主要的适应证就是急性可逆性心肺功能衰竭。”东南大学附属中大医院重症医学科副主任医师、创伤救治中心副主任刘松桥表示。

毕竟ECMO脱胎于心脏外科手术中的体外循环技术，因此心脏外科应用ECMO的历史更为悠久。2004年，我国一些大医院心脏中心开始将ECMO用于一些心脏外科手术后不能脱离体外循环的患者，或是使用于对心脏手术后发生术后低心排血量综合征、心源性休克的患者。

刘主任表示，在心脏方面，ECMO的主要应用除了心脏术后的支持外，主要有三种适应证。第一种是急性暴发性心肌炎的救治，由于重症暴发性心肌炎的死亡性极高，且治疗后心脏功能是有可能恢复的，所以用上ECMO可替代部分心脏功能，维持循环和灌注;同时让心脏得到休息，有机会恢复其功能，这样治疗后的死亡率就可以大幅下降。

第二种是极高危的PCI手术。PCI是经皮冠状动脉介入治疗，主要用于解除冠状动脉的狭窄以改善心肌缺血。部分急性高危患者可能在接受PCI手术时发生严重的并发症，难以耐受，而如果介入ECMO进行辅助支持，能够降低并发症的发生风险，可以让患者更安全地度过手术期，“高危PCI患者的風险是非常大的，如果使用ECMO，则会安全许多”。

第三种是ECPR（体外心肺复苏术），即体外循环支持下的心肺复苏。部分患者在传统的心肺复苏手段（胸外按压、通气等）下不能恢复自主循环，不能维持有效灌注，“往往短时间内就可能造成死亡，但现在把ECMO作为急救手段，在常规复苏的基础上，很短的时间（十几分钟）内进行ECMO支持，可以有效改善患者存活率和神经功能恢复”。当然，这对于ECMO团队的应急能力与配备要求极高，介入的窗口也很短。根据中国台湾地区的研究数据，这部分传统心肺复苏患者进行ECPR后的存活率上升到40%。我们熟悉的马拉松比赛，比如巴黎马拉松自2010年就开始配备了ECMO和转运团队。目前北京马拉松等大型比赛中也已经常规配备了ECMO医疗团队，奥运会值班的急救团队中也有ECMO团队。

在重症医学科ECMO主要应用在急性可逆性心肺功能的衰竭方面。除了上述适应证外，还有重症肺炎、急性呼吸窘迫综合征、重症哮喘持续状态、急性加重的慢性阻塞性肺疾病、肺移植围手术期、大气道阻塞等，“如果肺部换气功能丧失，有呼吸功能恢复的可能或者进一步的治疗措施，符合适应证且没有相关禁忌证，就可以考虑使用ECMO了”。

在不少人的认知中，许多新闻报道将ECMO比作挽救生命的“神器”，这未免过于神话。专家指出，临床视角中，ECMO应该是一种适应证明确的生命支持手段，能让一些患者的生存概率大幅上升，但也存在许多的局限性，其副作用、并发症也需要引起重视，至少，它不是所谓“救命神器”，远远还未到达“起死回生”的程度。

ECMO最佳的应用场景如上所述，以急性可逆性心肺功能衰竭的效果最为突出，这主要是因为这类患者的心肺功能衰竭本身可逆，在有ECMO替代循环后，可让患者有了更长的时间和更多的机会恢复心肺功能，当然，这期间对造成心肺系统急性衰竭的原发病的治疗必不可少，患者绝不是用上ECMO就能自然康复的。如果患者自身存在很严重的基础疾病，比如癌症后期的心肺功能衰竭，ECMO的使用意义就不大了。

不难发现，ECMO并不能对患者起到什么决定性的治疗作用，而只是提供一段时间的支持，能够让他们的心肺功能得以恢复，“如果器官功能不能恢复，也就是说无法脱离ECMO而生存，除非移植等手段，否则存活的机会仍然会很渺茫”。

随着ECMO辅助时间的延长，相关并发症出现的可能性也会上升。“ECMO最常见的并发症是出血，主要是辅助过程中必须持续地抗凝，增加了出血的风险。”刘主任表示，血液离开人体后在ECMO的体外循环中运行，这些材料尽管经过包被处理，但仍然无法达到人体本身血管的亲和性，会导致血液凝集。为了避免凝血，保持血液流动，持续使用抗凝药物是必然的选择，这可能会增加发生出血的风险，如可能会出现脑卒中等出血性并发症。应用肝素的同时，由于凝血功能发生了变化，也可能出现高凝状态，从而出现血栓。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。

感染是另一个常见的并发症。患者往往存在基础疾病，导致患者免疫功能下降，加之血管内导管等有创操作，会增加患者继发感染的风险。尽管使用过程中会严格消毒、保持无菌，但即使再完善的杀菌消毒措施，也存在肺部感染、血源性感染、泌尿系感染等感染的可能性，免疫力比较低下的患者更易发生感染，且发生感染后更难以控制。

“ECMO只是给医生争取到了更多的治疗时间，它的作用主要是维持组织器官灌注，挽救生命，是重要的器官功能支持手段。在不少情况下，它具有非常重要的作用，但是发挥作用的背后，需要很多机制、管理的配合，以及技术过硬的多学科医疗团队。”刘主任如是说。

大范围推广，前路还有多远

越是充满伟力的“神器”，越需要规则限制。接受苛刻的条件、付出不菲的代价才能让一件“神器”发挥“化腐朽为神奇”的力量，ECMO也不例外。“近些年来，我国ECMO的治疗案例量上升得很快，需求量也在上升，但这并不意味着ECMO目前具备了在全国大范围推广的条件。”刘主任告诉我们，ECMO能够充分发挥功效，离不开一个高度专业化的团队，从早期评估，置管建立ECMO到后续管理，每一个环节中都有着极高的技术和团队要求。

“ECMO团队中的每个人都必须接受过严格的训练，需要具备一定的能力与资质。同时，还必须有相关学科的协作，比如要有胸心外科、介入、麻醉、体外循环、影像、检验、药学、营养等科室的技术支持，必要时要有相应的受训医生在ECMO团队中参与管理。”具体来说，一个ECMO团队应该包括具有管理ECMO患者能力的重症监护医生、ICU护士、麻醉医生、体外循环医生等，特殊患者还需要儿科、心血管内科、心血管外科、影像学医生等参与，“相关人员必须是经过培训、熟悉操作流程、掌握各种设备的具备抢救经验、经过团队合作的医护人员”。

刘主任告诉我们，ECMO顺利配备，且团队建立后，每年的病例量如果过少也会导致失败率的上升。“这主要是由于必须有一定量的病例，才能保持团队配合、管理水平等，增强团队的默契度与熟练度”。国外的一些研究很明确地发现，当ECMO团队每年病例数超过20例后，救治成功率可达到较好的水平。

正是因为严苛的技术要求，我国的大部分医疗机构仍不具有ECMO的使用条件，即使大力推广并配备了ECMO设备，并不代表可以通过ECMO进行有效的支持，“通过新冠肺炎疫情也能发现，进行ECMO支持的患者，都有一个经验丰富的优秀ECMO团队援助武汉，这样才能保证救治的效果”。

但是，重症患者对于ECMO的需求是切实存在的，这使得“ECMO区域性治疗中心”成为一个重要的范式。“很多一级、二级医院，或是病例数比较少、管理经验不足的三级中心医院，并不完全具备开展ECMO上机和管理的能力，但是这些医院中仍然存在部分患者需要使用ECMO，在每个医院中都建立高标准的ECMO团队和技术条件是不现实的，所以目前最可行的还是由区域性ECMO中心进行ECMO的技术支持和管理，辐射整个区域。”刘主任表示，“在这种模式下，那些有需求却缺乏条件的医院需要做到一件事：判断这个患者是否符合适应证，能不能上ECMO。如果确实需要，迅速在当地进行支持，或尽快通知区域中心进行就近支持后转运到有经验的中心进行救治。”

如果提出需求的医院有ECMO设备，但缺乏团队，可以由区域性中心派出专业团队，到医院帮助患者上机，后续的管理工作可通过区域性中心或当地医院进行，由双方协同完成，“也可以在当地接入机器后，将患者转回到区域性中心。如果医院没有ECMO设备，也可以由区域性中心就近调配团队携带设备，帮患者上好ECMO维持住生命后，再‘连人带机转回区域性中心，进行科学管理”。

刘主任所在的东南大学附属中大医院，在著名重症医学专家邱海波教授和杨毅主任的带领下，经过十年的努力，建立了规范的ECMO救治团队。每年通过ECMO联合其他救治措施抢救各种原因导致的急性呼吸衰竭患者数十例，取得了一定的临床疗效，救治成功率超过国内外平均水平。

在未来，随着各地医疗技术力量的不断完善，越来越多的医院会具备科学使用ECMO的条件，能够实现有效、规范的管理，这势必会让更多的患者受益，有更多的生命能够得到挽救。中大医院ECMO团队在这一方面也做出了很多努力，在对外院开展的多次ECMO协作中，他们十分注重在外院培训医师，传授技术和管理经验，“每一次合作，我们都尝试帮助他们（有条件的医院）将ECMO团队建立起来，或是建立长久的协作机制，尽量让ECMO挽救更多的患者”。

巨额的费用开销也是一个十分现实的难题。由于适应证的限制，每年适合應用ECMO的患者总数其实并不大，ECMO设备因此也极难成为一种“大众、普适”的医疗设备，因此价格很难大幅度下降，这对大多数家庭来说是一个沉重的负担。面对高额的费用和并不一定能实现的大概率治愈效果，家属即使明白这是一个“用金钱换生命机会”的尝试，也常常陷入难以抉择的境地。

部分省份ECMO的费用纳入或部分纳入医保，这对患者来说是一个福音。而除了医保的支持，ECMO设备的国产化也在艰难中稳步前进。2020年3月初，中国工信部召集了一次电话会议，有20多家与ECMO相关的企业代表参会，交流各自的产品进展和研发进展，国家鼓励他们研发攻关并给予支持。近日，西安交通大学第一附属医院与四川大学国家生物医学材料工程技术研究中心等单位历经5年潜心研究，研发出具有长效稳定抗凝涂层的ECMO系统，样机已经完成制备，这具有打破国外设备垄断的重大意义。

可以预见，随着技术和设备的革新，费用的降低，适应证的拓展， ECMO必将能够在更广阔的领域成为更多患者的“生命之墙”。

（编辑    王    岽、杨小龙）

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