截至目前,全球新冠肺炎感染病例累积接近5000万人,世界卫生组织(WHO)宣布全球进入新冠肺炎大流行阶段,重症、危重症及死亡病例急剧上升。新冠肺炎病毒具有高传染性、长潜伏期、高致死率,甚至有无症状感染者,这些都使得新冠肺炎病毒被称之为“狡猾的病毒”,其特征对疫情本身的防控带来非常大的难度。在这场战疫中,有无数白衣战士逆行冲锋,守护每一个生命;有无数普通人冲到前线,守护每一座城市。与此同时,无数科研工作者积极投入到抗击疫情的相关研究中,为前线的战士和千千万万中国人提供抗击疫情最有利的武器。
相信大家也从近期的新闻报道里听到过ECMO这个词,尤其是一些救治新冠肺炎患者的案例中,现在为大家科普一下体外膜肺氧合ECMO。
体外膜肺氧合ECMO(extracorporeal membrane oxygenation, ECMO),即叶克膜,是体外生命辅助技术中的一种,主要用于部分或完全替代患者心肺功能,使心肺得以充分休息,从而为原发病的治疗争取时间。适用于各类心源性疾病和肺源性疾病,如心源性休克、心脏大出血创伤、重度肺炎、急性呼吸窘迫综合征、新生儿肺部疾病等。
在这次新冠肺炎疫情中,重症及危重症患者的肺部病变严重、呼吸衰竭,在常规的气管插管和呼吸机等方法无法满足患者氧合要求的前提下,就需要应用ECMO系统,维持各器官的供氧,使患者的肺得以充分的休息,为肺功能的恢复赢得宝贵的时间。早在疫情爆发初期,武汉大学中南医院用ECMO成功救治了一名新型冠状病毒患者。在后续对重症及危重症新冠肺炎患者的救助中,ECMO发挥了重要作用,这个外来词也逐渐走进普通大众的视野。
(利用ECMO救治新冠肺炎患者)
2020年3月4日,工信部人员在新闻发布会上表示,新冠肺炎疫情发生以来,随着确诊和危重症患者的增加,湖北武汉方面对ECMO的需求不断增加。目前国内的ECMO保有量在400台左右,分布于医疗条件较好的三甲医院及心脏中心。虽然国家积极地从国外购买ECMO系统,但对于新冠肺炎疫情而言,依然无法满足需求。抛开新冠肺炎这种公共突发事件,国家卫健委早在2017年就对中国的ECMO中心和ECMO辅助例数进行统计,预计到2020年ECMO辅助例数将达到5000多例。受疫情的影响,全球需要ECMO辅助的病患数量也不断增加,由于ECMO生产能力严重不足,很多国家的病患得不到及时救助而死亡的病例比比皆是。
(数据来源:国家卫计委及心脏外科白皮书)
目前,国内的ECMO几乎全部为进口产品,暂无自主知识产权的同类产品。并且由于ECMO的使用费用高昂及ECMO资源的稀缺,并非所有需求患者都能够使用。根据品牌的不同,ECMO主机费用在200万~300万之间,但更为昂贵的是ECMO的耗材,一套耗材价格在6~12万之间。ECMO耗材与人体血液直接接触,因此是一次性耗材产品,并且一般一套耗材最多使用7-14天。高昂的使用费用让很多患者望而却步。
ECMO主要部件为血泵和氧合器(膜肺)。血泵能够代替或部分代替人体心脏,以提供生命活动所需动力;氧合器(膜肺)则可以代替或部分代替人体的肺部保证氧合,使得各器官得以正常运转。目前,清华大学、北京大学、中科院等国内很多知名高校和研究院所都在积极开发ECMO自主研发。
ECMO是如何代替或部分代替我们的心、肺去工作的呢?
ECMO通过在患者静脉上插管,再连接无菌塑料管道,将人体静脉血引出输送到ECMO上的氧合器(膜肺)中进行氧合,氧合器去除血液中的二氧化碳,同步增加氧气,将其变为动脉血,再经ECMO上的血泵,而后通过管道打回患者身上的动脉或静脉插管上,起到循环辅助和呼吸辅助的作用。
(ECMO运行原理图)
目前的氧合器为膜式氧合器
膜式氧合器由中空纤维膜填充,中空纤维中通混合气,而中空纤维之间走血液(静脉血)。膜上有孔,可以允许气体分子通过,同时能够阻挡水分子和血液中的各种细胞成分。由于中空纤维膜两侧的氧气、二氧化碳分压不同,因此会出现气体的扩散交换现象,即静脉血中的高浓度二氧化碳气体扩散到混合气中,混合其中的氧气扩散到血液中,从而完成血液在氧合器(膜肺)中的氧合过程,暗红色的静脉血也随之变成了富含氧气的动脉血。
(膜肺中气体交换示意图)
血泵为离心式磁耦合血泵
离心式磁耦合血泵是靠叶轮旋转时产生的离心力来输送液体的泵。
(ECMO原理机)
目前,国内新冠肺炎疫情已基本得到控制,但同时新冠肺炎疫情在除中国以外的国家和地区的失控式大爆发也着实令人担忧。ECMO是重症肺炎患者的希望,同时也是众多心源性疾病和肺源性疾病患者的福音。性能优异、价格相对较低的国产化ECMO设备和耗材的研发和应用至关重要。
在全球新冠肺炎疫情大爆发的关键时期,各国对于ECMO产品的需求量急剧增加,但高昂的主机费用和耗材费用限制了很多国家对ECMO 的引入,更限制了很多病患对于ECMO的使用,世界各国科研工作者任重道远。