ECMO是將血液從體內(nèi)引到體外，經(jīng)膜肺氧合再用泵將血液灌入體內(nèi)，可進行長時間心肺支持。ECMO治療期間，心臟和肺得到充分的休息，全身氧供和血流動力學(xué)處在相對穩(wěn)定的狀態(tài)。此時膜式氧合器可進行有效的二氧化碳排除和氧的攝取，驅(qū)動泵使血液周而復(fù)始地在機體內(nèi)流動。為肺功能和心功能的恢復(fù)贏得寶貴時間（圖1-7）。

要理解ECMO對呼吸和循環(huán)支持的優(yōu)越性，必須先了解急性呼吸窘迫綜合征（ARDS）、新生兒頑固性肺動脈高壓（PPHN）和急性心力衰竭的治療特點。

ARDS一般指多種疾病或直接肺損傷所致的彌漫性肺損傷過程。臨床表現(xiàn)為低氧血癥，肺順應(yīng)性下降，氣體交換障礙，肺動脈高壓。

按臨床和病理生理變化可分四期。第一期：呼吸急促、困難，PaO ₂基本正常，因過度通氣可產(chǎn)生呼吸性堿中毒。肺部體檢和X線檢查無明顯異常，病理無特異性改變。第二期：肺泡毛細血管膜受損，通透性增加，呼吸困難加重，出現(xiàn)低氧血癥。胸片可見斑狀陰影。病理顯示急性炎性反應(yīng)，肺間質(zhì)大量白細胞浸潤，微血管纖維素-血小板聚積物栓塞。若能逆轉(zhuǎn)始動因子，此期可在4～5天內(nèi)消退。第三期：進行性呼吸衰竭，肺血流重新分配，血管阻塞加重，機械通氣高FiO ₂難以提高PaO ₂。此期病理主要特點為肺泡Ⅱ型細胞明顯增殖，毛細血管面積明顯減少。若治療適當(dāng)，病情仍可恢復(fù)。第四期：為肺纖維化和復(fù)發(fā)性肺炎。臨床表現(xiàn)為肺順應(yīng)性下降，氣體交換障礙，肺動脈高壓，為不可逆的器質(zhì)性改變。

ARDS最基本的治療是機械呼吸治療，其中呼氣終末正壓呼吸（PEEP）為改善呼吸衰竭發(fā)揮了積極作用。PEEP作用包括逆轉(zhuǎn)進行性肺泡萎陷，阻止液體向肺泡滲出，減輕間質(zhì)水腫，從而改善肺泡氣體交換。它還使萎陷的肺泡膨脹，使已膨脹的肺泡容量加大。但PEEP難以解決血液氧合這一根本問題，其原因有：①PEEP不能解決ARDS肺內(nèi)分流問題，有人給早期ARDS患者使用PEEP，其結(jié)果對死亡率、病程進展無明顯影響；②在長期高FiO ₂的PEEP治療中可導(dǎo)致氧中毒發(fā)生，此時肺泡透明膜形成，氣體彌散障礙；③PEEP治療為胸腔正壓，影響靜脈回流，不利于血流動力學(xué)的維持；④急性呼吸衰竭患者肺順應(yīng)性很低，氣道阻力很大，PEEP易造成肺氣壓傷。

心功能不全是指由于心輸出量絕對或相對不能滿足機體需要而導(dǎo)致的以循環(huán)功能障礙為主的綜合征。其主要特點是體（肺）循環(huán)淤血和組織血液灌注不足。病理生理原因有：①原發(fā)心肌收縮功能受損；②心室壓力或容量負荷過度；③心臟舒張充盈受限。其治療主要原則為改善心臟舒縮功能，調(diào)整合適的心率，減輕心臟前、后負荷，提高心排出量。這些治療主要靠藥物來進行。

對于頑固性的心功能不全，上述常規(guī)辦法有限。主動脈內(nèi)球囊反搏（IABP）對提高心排出量，改善心肌氧的供需平衡有積極意義。其原理為心室舒張期主動脈內(nèi)球囊擴張，增加向冠狀動脈和腦組織的射血。在心室收縮期球囊吸癟，降低此時壓力負荷，減少心臟做功。其局限為：①主動脈瓣膜關(guān)閉不全和主動脈瘤患者不能使用；②不能降低心臟的前負荷；③對于心臟射血能力極差的患者無能為力；④嚴重心律失常的患者效果不佳；⑤嬰幼兒缺乏大小合適的導(dǎo)管；⑥對右心衰竭的作用有限。目前一些輔助循環(huán)主要針對左心系統(tǒng)。

PPHN是新生兒的體循環(huán)血液通過動脈導(dǎo)管或卵圓孔使肺動脈壓力持續(xù)增高。臨床的突出特征是全身發(fā)紺，這是未氧合的靜脈血進入動脈系統(tǒng)的結(jié)果。PPHN的常規(guī)治療方法主要包括人工呼吸、血液堿化、擴張血管，力圖降低肺血管阻力，增加肺血流。Fox的研究表明過度通氣可產(chǎn)生呼吸性堿中毒，但pH>7.5可明顯降低肺動脈壓力，同時增進肺的氣體交換。不幸的是，當(dāng)新生兒肺部疾患嚴重，這種治療方法可因過度通氣而產(chǎn)生嚴重的氣道壓傷。妥拉唑林為抗腎上腺能藥物，并有組胺效應(yīng)，可廣泛用于PPHN的治療。但對新生兒應(yīng)用此藥的藥代動力學(xué)知之甚少，它還可引起血壓的明顯下降，長期應(yīng)用可導(dǎo)致胃腸出血。

ECMO應(yīng)用的作用體現(xiàn)在它能克服上述治療方法的不足，使采用常規(guī)治療80%的死亡率改善為用ECMO治療后生存率為80%。

ECMO是治療方法還是單純的支持方法，專家們有不同的看法。從阜外醫(yī)院十余年的臨床實踐來看，ECMO在一定程度上可以起到治療的作用。例如，心臟移植術(shù)后有些患者肺阻力高，供體心臟的右室難以耐受，可發(fā)生急性右心衰竭。此時臨床常規(guī)療法不能有效地改善右室負荷。ECMO在早期可有效通過靜脈引流降低右室的前負荷。但以后ECMO的作用是訓(xùn)練右室心肌，以增強心肌的收縮力。這是通過逐漸控制ECMO的靜脈回流量，使右室容量負荷緩慢增加，通過starling作用，心肌收縮逐漸增強。通過一段時間的訓(xùn)練，一些患者的供體右室心肌收縮力可以克服自身肺循環(huán)阻力。

從血液氣體交換的角度來看，呼吸機只是通過管道通氣的壓力、頻率，氣體濃度的變化來改善肺的氣體交換功能。一旦肺解剖或生理發(fā)生一些改變，通過呼吸機進行氣體交換就難以實現(xiàn)。例如，肺小動靜脈短路循環(huán)，肺泡嚴重水腫，呼吸膜嚴重纖維化等。ECMO通過體外循環(huán)，血液通過膜肺能進行有效氣體交換。體外循環(huán)氧合的血液注入體內(nèi)可明顯改善患者肺功能。

一些重癥心力衰竭患者血流動力學(xué)的維持主要靠正性肌力藥物或血管活性藥物來維持，大劑量使用這些藥物將導(dǎo)致微循環(huán)收縮，長時間使用可使微循環(huán)灌注不足，組織缺氧、缺血。ECMO可通過機械的血液灌注，使正性肌力藥物或血管活性藥物的用量明顯減少，微循環(huán)收縮得以改善，從而使組織灌注得以保障。

由于ECMO可有效進行血液的氣體交換和機體組織灌注，對于極重癥呼吸和循環(huán)衰竭患者，ECMO可延長生命。這是ECMO的第一步。對于少數(shù)患者，ECMO撤離后可維持低水平的新陳代謝，以達到延長壽命之目的。

對重癥呼吸衰竭的患者，ECMO支持時呼吸機的參數(shù)可調(diào)到較低的范圍，以達到肺保護性通氣的目的。一些急重癥的呼吸衰竭患者，如ARDS、新生兒呼吸衰竭等，在ECMO支持過程中肺可得到充分的休息，肺的組織結(jié)構(gòu)或病理狀況可得以改善，最終得以恢復(fù)。

對重癥心力衰竭的患者，ECMO支持時可有效地降低心臟的前負荷、后負荷，并減少正性肌力藥物或血管活性藥物的應(yīng)用，進而使心肌氧耗減少，氧供增多。心臟這種休息狀態(tài)對于缺血再灌注損傷心肌功能的恢復(fù)有至關(guān)重要的作用。有些患者在心臟手術(shù)后，心室心肌的收縮不能克服外周阻力，如心臟移植供體右室小、肺阻力高，法洛四聯(lián)癥根治術(shù)后左室發(fā)育差等。ECMO期間可逐漸控制流量，慢慢增加心室負荷，以達到心肌訓(xùn)練的效果，最后使心室心肌的收縮力量能夠克服外周阻力，保障機體灌注。

對重癥慢性肺功能衰竭和心功能衰竭不能維持正常新陳代謝的患者，ECMO的支持可維持充分的組織灌注和內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定，阻斷病理生理的惡性循環(huán)。這樣就可贏得充分的時間等待移植供體，并在肺或心臟的移植術(shù)后使其功能得到盡快的恢復(fù)。

對于某些腦死亡患者（如嚴重外傷），如果進行器官捐獻要通過一系列的法律手續(xù)和臨床檢查（如組織配型、血管造影等）。ECMO的支持可維持充分的組織灌注和內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定，避免大劑量正性肌力藥物或血管活性藥物的應(yīng)用，阻斷病理生理的惡性循環(huán)。這樣可提高移植供體的質(zhì)量，并在移植術(shù)后使被移植的器官功能得到盡快的恢復(fù)。

ECMO治療期間，心臟和肺得到充分的休息，而全身氧供和血流動力學(xué)處在相對穩(wěn)定的狀態(tài)。此時膜式氧合器可進行有效的二氧化碳排除和氧的攝取，體外循環(huán)機使血液周而復(fù)始地在機體內(nèi)流動。這種呼吸和心臟的支持優(yōu)越性表現(xiàn)在：①有效地改善低氧血癥。現(xiàn)有氧合器能將靜脈血（靜脈血氧分壓40mmHg，靜脈血氧飽和度<30%）氧合為動脈血（動脈血氧分壓100～700mmHg，動脈血氧飽和度98%～100%），每分鐘流量可達1～6L。在ARDS急性期氣體彌散障礙，肺小動靜脈分流時，ECMO可滿足機體組織細胞的氧需要，并排出二氧化碳。②長期支持性灌注為心肺功能恢復(fù)贏得時間。早在20世紀60年代初人們就想用體外循環(huán)方法治療ARDS，但當(dāng)時氧合器的氧合方式是氣血直接接觸，血液破壞嚴重，最終失敗。隨著科技發(fā)展產(chǎn)生了膜式氧合器，它的仿生肺呼吸模式，氧合過程中血液損傷輕，加上材料生物相容性的改進，體外循環(huán)其他措施的改善，目前ECMO可進行相當(dāng)長的時間。③避免長期高氧吸入所致的氧中毒。膜式氧合器在給空氣時就可達到正常肺氧合效果，還可根據(jù)血氣分析結(jié)果分別調(diào)節(jié)FiO ₂和通氣量，以達到最佳的氣體交換。④避免了機械通氣所致的氣道損傷。ECMO治療期間，可保證充分氧供。同時進行的機械通氣只是為了避免肺泡萎縮，不需要很高的壓力。⑤有效的循環(huán)支持。ECMO治療期間可進行右心輔助、左心輔助或全心輔助，心臟射血可由體外循環(huán)機代替，機械射血能力可達7L/min。同時它可通過調(diào)節(jié)靜脈回流，降低心臟前負荷。在保證血流供應(yīng)時，適當(dāng)應(yīng)用擴血管藥，可改善微循環(huán)灌注并降低心臟后負荷。此時擴血管藥使用安全度很大。由于前、后負荷改善，在沒有或較少的正性肌力藥物作用下，心肌獲得充分休息，能量儲備增加。⑥ECMO治療中可用人工腎對機體內(nèi)環(huán)境如電解質(zhì)進行可控性調(diào)節(jié)，其安全度高、效果好。

ECMO和體外循環(huán)有很多的不同（圖1-8，表1-4），這是由其目的不同而決定的。體外循環(huán)的目的主要是在心臟手術(shù)中為患者提供有效的呼吸、循環(huán)支持，保證患者的安全，為心臟外科醫(yī)生提供良好的手術(shù)條件，如深低溫停循環(huán)、心臟暫時停跳等。ECMO的目的是為常規(guī)治療不佳、心肺功能極差的患者提供一定的循環(huán)和呼吸支持，并配合其他治療措施，等待心肺功能恢復(fù)或等待心肺移植供體的到來。一般情況，體外循環(huán)只需1名灌注師，在1～4小時內(nèi)即可完成。ECMO則是一個團隊工作，時間長達數(shù)天或數(shù)周，涉及灌注師、ICU醫(yī)生、外科醫(yī)生及護士的緊密配合。ECMO的特點之一就是轉(zhuǎn)流時間長，因為急性受損的心肌和肺組織需要時間恢復(fù)，心肌的恢復(fù)一般為3～5天，受損肺組織恢復(fù)時間一般為7～10天。心臟手術(shù)根據(jù)不同的病理生理情況，需要體外循環(huán)適應(yīng)不同的病理生理狀態(tài)，所以體外循環(huán)涉及的器材較多，如心內(nèi)吸引泵、心外吸引泵、停跳液灌注泵等。ECMO的器材相對簡單些，只需用一個泵和氧合器即可。但ECMO用品的質(zhì)量要求很高，膜肺需要具備長時間的氣體交換能力，還要有很強的抗凝和血漿滲透能力。泵需要在長時間灌注中對血液破壞較輕微，使血液中游離血紅蛋白維持在較低水平。體外循環(huán)中氧合器絕大多數(shù)處于開放狀態(tài)，為了去除各種微栓，體外循環(huán)系統(tǒng)附帶有各種濾器。ECMO系統(tǒng)為全密閉狀態(tài)，否則氣體進入系統(tǒng)可造成患者的生命危險；同時ECMO系統(tǒng)沒有濾器，一是沒有清除栓子的必要，二是濾器增加血栓產(chǎn)生的危險。體外循環(huán)抗凝必須充分，ACT一定要達到480秒才能滿足心外科的要求，因為心臟手術(shù)組織創(chuàng)面大，細胞損傷嚴重，高凝血系統(tǒng)高度激活。ECMO除插管部位外，其他組織破壞小，不嚴重，ACT在200秒以下即可，只要保證血流在系統(tǒng)中充分流動，就不易產(chǎn)生凝血塊。體外循環(huán)中溫度可降至20℃以下，血液因此而增加稀釋度，以保證組織灌注。ECMO的過程中溫度一般不低于34℃，血液稀釋應(yīng)予以及時糾正，以保持正常的血紅蛋白水平和膠體滲透壓。體外循環(huán)一般采用開胸的升主動脈、上下腔靜脈或右房插管，即中心血管插管。ECMO大部分經(jīng)外周血管插管，心臟手術(shù)后的ECMO小兒可采用中心血管插管。目前的氧合器完全滿足一次性手術(shù)的需要，但ECMO在長期的轉(zhuǎn)流中，可出現(xiàn)一些問題，如大量血栓形成、血漿滲透等，出現(xiàn)上述情況必須更換氧合器。體外循環(huán)一般在手術(shù)室中進行，ECMO則是在手術(shù)室外進行。ECMO的建立根據(jù)患者狀況而定，可能在ICU、心導(dǎo)管室、急診室甚至搶救室進行。隨著技術(shù)和器材的不斷完善，體外循環(huán)的并發(fā)癥發(fā)生率越來越低，但ECMO的并發(fā)癥仍然很高。這里主要涉及三個方面問題：一是適應(yīng)證不正確，ECMO無能為力；二是時機太晚，患者在接受ECMO時已出現(xiàn)除心肺以外器官嚴重的功能衰竭；三是長時間灌注帶來的并發(fā)癥，如感染、凝血因子消耗等。正因為如此，心臟手術(shù)的成功率在95%以上，而ECMO的死亡率卻很高。須指出的是，這些患者如不用ECMO，將有90%以上的死亡率。另外，體外循環(huán)費用較低，但ECMO費用很高，在某種程度上阻礙這一技術(shù)的發(fā)展。這種高費用因素是多方面的，如患者恢復(fù)心肺功能需要時間長或有其他的并發(fā)癥。ECMO的耗材費用昂貴，涉及的人力資源很高。

ECMO在臨床應(yīng)用中有很多形式和目的，所以有很多的名稱和縮寫，本書列舉了一些相關(guān)常見詞組供大家參考（表1-5）。