截至目前,全球新冠肺炎感染病例累積接近5000萬人,世界衛生組織(WHO)宣佈全球進入新冠肺炎大流行階段,重癥、危重癥及死亡病例急劇上升。新冠肺炎病毒具有高傳染性、長潛伏期、高致死率,甚至有無癥狀感染者,這些都使得新冠肺炎病毒被稱之為“狡猾的病毒”,其特征對疫情本身的防控帶來非常大的難度。在這場戰疫中,有無數白衣戰士逆行沖鋒,守護每一個生命;有無數普通人沖到前線,守護每一座城市。與此同時,無數科研工作者積極投入到抗擊疫情的相關研究中,為前線的戰士和千千萬萬中國人提供抗擊疫情最有利的武器。

相信大傢也從近期的新聞報道裡聽到過ECMO這個詞,尤其是一些救治新冠肺炎患者的案例中,現在為大傢科普一下體外膜肺氧合ECMO。

體外膜肺氧合ECMO(extracorporeal membrane oxygenation, ECMO),即葉克膜,是體外生命輔助技術中的一種,主要用於部分或完全替代患者心肺功能,使心肺得以充分休息,從而為原發病的治療爭取時間。適用於各類心源性疾病和肺源性疾病,如心源性休克、心臟大出血創傷、重度肺炎、急性呼吸窘迫綜合征、新生兒肺部疾病等。

在這次新冠肺炎疫情中,重癥及危重癥患者的肺部病變嚴重、呼吸衰竭,在常規的氣管插管和呼吸機等方法無法滿足患者氧合要求的前提下,就需要應用ECMO系統,維持各器官的供氧,使患者的肺得以充分的休息,為肺功能的恢復贏得寶貴的時間。早在疫情爆發初期,武漢大學中南醫院用ECMO成功救治瞭一名新型冠狀病毒患者。在後續對重癥及危重癥新冠肺炎患者的救助中,ECMO發揮瞭重要作用,這個外來詞也逐漸走進普通大眾的視野。

(利用ECMO救治新冠肺炎患者)

2020年3月4日,工信部人員在新聞發佈會上表示,新冠肺炎疫情發生以來,隨著確診和危重癥患者的增加,湖北武漢方面對ECMO的需求不斷增加。目前國內的ECMO保有量在400臺左右,分佈於醫療條件較好的三甲醫院及心臟中心。雖然國傢積極地從國外購買ECMO系統,但對於新冠肺炎疫情而言,依然無法滿足需求。拋開新冠肺炎這種公共突發事件,國傢衛健委早在2017年就對中國的ECMO中心和ECMO輔助例數進行統計,預計到2020年ECMO輔助例數將達到5000多例。受疫情的影響,全球需要ECMO輔助的病患數量也不斷增加,由於ECMO生產能力嚴重不足,很多國傢的病患得不到及時救助而死亡的病例比比皆是。

(數據來源:國傢衛計委及心臟外科白皮書)

目前,國內的ECMO幾乎全部為進口產品,暫無自主知識產權的同類產品。並且由於ECMO的使用費用高昂及ECMO資源的稀缺,並非所有需求患者都能夠使用。根據品牌的不同,ECMO主機費用在200萬~300萬之間,但更為昂貴的是ECMO的耗材,一套耗材價格在6~12萬之間。ECMO耗材與人體血液直接接觸,因此是一次性耗材產品,並且一般一套耗材最多使用7-14天。高昂的使用費用讓很多患者望而卻步。

ECMO主要部件為血泵和氧合器(膜肺)。血泵能夠代替或部分代替人體心臟,以提供生命活動所需動力;氧合器(膜肺)則可以代替或部分代替人體的肺部保證氧合,使得各器官得以正常運轉。目前,清華大學、北京大學、中科院等國內很多知名高校和研究院所都在積極開發ECMO自主研發。

ECMO是如何代替或部分代替我們的心、肺去工作的呢?

ECMO通過在患者靜脈上插管,再連接無菌塑料管道,將人體靜脈血引出輸送到ECMO上的氧合器(膜肺)中進行氧合,氧合器去除血液中的二氧化碳,同步增加氧氣,將其變為動脈血,再經ECMO上的血泵,而後通過管道打回患者身上的動脈或靜脈插管上,起到循環輔助和呼吸輔助的作用。

(ECMO運行原理圖)

目前的氧合器為膜式氧合器

膜式氧合器由中空纖維膜填充,中空纖維中通混合氣,而中空纖維之間走血液(靜脈血)。膜上有孔,可以允許氣體分子通過,同時能夠阻擋水分子和血液中的各種細胞成分。由於中空纖維膜兩側的氧氣、二氧化碳分壓不同,因此會出現氣體的擴散交換現象,即靜脈血中的高濃度二氧化碳氣體擴散到混合氣中,混合其中的氧氣擴散到血液中,從而完成血液在氧合器(膜肺)中的氧合過程,暗紅色的靜脈血也隨之變成瞭富含氧氣的動脈血。

(膜肺中氣體交換示意圖)

血泵為離心式磁耦合血泵

離心式磁耦合血泵是靠葉輪旋轉時產生的離心力來輸送液體的泵。

(ECMO原理機)

目前,國內新冠肺炎疫情已基本得到控制,但同時新冠肺炎疫情在除中國以外的國傢和地區的失控式大爆發也著實令人擔憂。ECMO是重癥肺炎患者的希望,同時也是眾多心源性疾病和肺源性疾病患者的福音。性能優異、價格相對較低的國產化ECMO設備和耗材的研發和應用至關重要。

在全球新冠肺炎疫情大爆發的關鍵時期,各國對於ECMO產品的需求量急劇增加,但高昂的主機費用和耗材費用限制瞭很多國傢對ECMO 的引入,更限制瞭很多病患對於ECMO的使用,世界各國科研工作者任重道遠。