對EMO氧合器未來發展方向的展望

張響

摘要：作為體外膜肺氧合（ECMO）的重要組成部分，氧合器的發展對于體外膜肺氧合（ECMO）技術的發展起著至關重要的作用。本文從ECMO氧合器的發展歷史，作用機制，以及各個時期ECMO氧合器發展過程中存在的部分問題進行剖析，并由此提出Y4ECMO氧合器未來發展方向的展望，展望部分從涂抹肝素、將聚甲基戊烯（PMP）與其他物質反應形成水合層、讓纖維釋放一氧化氮（NO）減少血栓的形成三個方向進行論述。

關鍵詞：體外膜肺氧合（ECMO）;氧合器;聚甲基戊烯（PMP）;肝素;水合層;一氧化氮（NO）

1ECMO氧合器的綜述

1.1 ECMO氧合器的發展歷史

體外膜肺氧合（ECMO）的歷史可以追溯到20世紀30年代，由Gibbon等人發明的體外循環機，與此同時，人們主要使用薄膜式氧合器和氣泡式氧合器與體外循環機相配合。到了20世紀50年代，第一個膜式氧合器被發明出來并應用在了臨床上。不久之后，膜式氧合器使用上了以硅膠為材料制成的氣體交換膜。20世紀80年代到2 1世紀初，人們普遍開始使用有機硅膜和微孔中空纖維膜。截至目前，最新一代的氧合器是由聚甲基戊烯（PMP）制成的中空纖維氧合器。

1.2ECMO氧合器的作用機制

氧合器具有著排出血液內的二氧化碳，進行氧氣交換以及調節血液溫度的功能。氧合器的作用類似于人體內的肺泡和呼吸膜，呼吸膜可以構成人體內的“血.氣屏障”而且呼吸膜的通透性很好，有利于二氧化碳和氧氣的高效率交換。在使用體外膜氧合時，氧合器可以進行有效的二氧化碳的排除以及氧氣的攝取，為心肺功能的恢復爭取寶貴的時間。

1.3 ECMO氧合器發展過程中存在的部分問題

（1）薄膜式氧合器和氣泡式氧合器。薄膜式氧合器和氣泡式氧合器存在的最主要的問題是，它們無法避免存在直接接觸的血一氣界面，這些問題將會導致血管內溶血的發生、血小板被破壞、發生全身炎癥和栓塞等病癥的發生，因此它們并不適合于長時間體外膜氧合的使用。

（2）有機硅氧合膜。有機硅膜氧合使用的壽命比較長，但是它與微孔中空纖維膜相比，它的起爆體積更大、流動阻力更大、輸血的要求更高以及它的氣體交換率更低，這些可能會導致更多的肺損傷。

（3）微孔中空纖維膜。微孔中空纖維膜內含有數百萬個微孔，氣體通過這些微孔進行交換。在幾天的使用過程中，這些微孔開始滲透液體，導致等離子體泄露到氣相中去，等離子體的泄露會在幾個小時內迅速發展，這時就需要及時更換新的氧合器。這就暴露出來了微孔中空纖維膜存在使用時間相對較短的問題。

（4）聚甲基戊烯（PMP）制成的中空纖維氧合器。由聚甲基戊烯（PMP）制成的氧合器是一個真正的、無孔膜的、可以分離氣相和血液的氧合器。該氧合器在使用方便、使用壽命長、減少血液創傷和改善氣體交換等方面具有顯著的優勢。但是由聚甲基戊烯（PMP）制成的氧合器在使用幾天后依然會逐步失效，有證據表明，聚甲基戊烯（PMP）制成的氧合器失效的機制是紅細胞和血小板組成的纖維網絡沉積在膜的表面，導致血流阻力增加和氣體擴散被阻礙導致的。

2ECMO氧合器未來發展方向的初步展望

2.1涂抹肝素

肝素是一種常用的抗凝劑，最早在肝臟中被發現，無論是在體內還是體外都具有抗凝血的作用。目前氧合器常用的抗凝方法就是涂抹肝素，并利用激活凝血時間（ACT）對肝素的抗凝水平進行監測，但是對激活抗凝時間（ACT）的準確性依然存在擔憂。比較流行的體外膜氧合期間肝素配合激活抗凝時間（ACT）的范圍為180-220s。對于涂抹肝素進行抗凝的下一步發展潛力在于針對不同年齡、體重等不同因素的人群探究出更加合理的體外膜氧合所需肝素的劑量范圍，以及尋找更加可靠的肝素監測評價體系。

2.2將聚甲基戊烯（PMP）與其他物質反應形成水合層

西南交通大學的楊志祿等人曾做過在金屬表面形成水合層的相關實驗，這就為體外膜氧合的氧合器的改進提供了一個全新的思路。我們已知部分物質具有相關基團如MPC（2 Hydroxyethyl 2-（trimethylazaniumyl）ethyl phosphate）等物質可以與水產生水合層，于是我們做出合理的假設，可以通過合理的手段在不改變相關基團的情況下，將諸如MPC的物質連接到聚甲基戊烯（PMP）上去，這樣就可能讓紅細胞和血小板組成的纖維網絡不在沉積在膜的表面，之后再對新合成的物質進行生物相容性實驗，以確定該物質不對人體產生危害。在確定生物相容性良好后，將其制成氧合器再對血氧交換性能進行測試，探究其是否可以進行高效的排除二氧化碳以及攝取氧氣，該新型氧合器的使用時間是否在原先的基礎上進行了延長。

2.3讓纖維釋放一氧化氮（NO）減少血栓的形成

一氧化氮（NO）在血液中的半衰期比較短，可以使用一氧化氮（NO）來減少血小板的活化和氣體交換纖維上的凝血，而且還不會引起患者的出血。Angela Lai等人曾做過可以利用生成一氧化氮（NO）的纖維制成氧合器替代羊的肺的實驗，這也為體外膜氧合的氧合器的改進提供了一個新思路，一氧化氮（NO）可以利用含銅材料與血液接觸催化的方法合成，同時NO的釋放速率可以通過一氧化氮（NO）的可用性以及銅暴露在供體中的多少來進行控制。利用纖維釋放一氧化氮（NO）來減少血栓的形成的下一步發展潛力在于尋找到合適的纖維作為載體，探尋反應中存在的銅離子對人體可能造成的危害，以及尋找更加合理的方法產生一氧化氮（NO）。

3結束語

如果可以有效提高氧合器的可靠性、氣體交換和生物相容性，那么體外膜肺氧合（ECMO）技術將迎來下一次的大變革，這將大大提高患者的存活率。隨著這項技術的成熟，可以造福無數的病患，我們堅信在不久的將來，我們可以看到一個更加可靠，更加成熟的技術應用于臨床。