体外膜肺氧合（extracorporeal membrane oxygenation, ECMO）作为当前最关键的生命支持技术之一，在危急重症的救治中发挥着不可替代的作用。其原理是将静脉血从体内引流至体外，经膜氧合器完成气体交换后再输回体内，可提供强大的呼吸、循环功能支持。按照血液回输的途径不同，可分为4种类型^[1]：（1）静脉-动脉体外膜肺氧合（venous-arterial extracorporeal membrane oxygenation, VA-ECMO），血液从静脉系统引出后注入动脉系统；（2）静脉-静脉体外膜肺氧合（veno-venous extracorporeal membrane oxygenation, VV-ECMO），血液从静脉引出又注回静脉；（3）静脉-肺动脉体外膜肺氧合（veno-pulmonary extracorporeal membrane oxygenation, VP-ECMO），血液从静脉引出注回肺动脉；（4）静脉-静脉动脉体外膜肺氧合（veno-venoarterial extracorporeal membrane oxygenation, VVA-ECMO），血液从静脉引出同时注回动脉和静脉系统。近年来，ECMO技术在创新材料与设备研发、人工智能技术融合、左心减压策略以及国产化等多方面取得进展，本文进行了系统阐述，以期为国内同行及研究者提供参考。

1 创新材料与设备

材料技术在ECMO技术中的价值日益凸显，其中生物相容性材料的使用显著提高了ECMO系统的效率和安全性^[2]。例如，采用新型聚氨酯材料制成的氧合器膜，其表面经过特殊处理，一方面减少了血液成分的损伤和血栓的形成^[3]，另一方面延长了ECMO系统的使用寿命并降低了并发症的发生风险^[4]。在一项研究中，使用了改良型生物材料的ECMO系统，将患者的生存率提高了15%，同时减少对血液成分的破坏，在一定程度上减少了患者出血和凝血等并发症的发生^[2]。此外，生物工程还涉及到ECMO系统中血液泵的设计和优化，通过模拟血液流动的计算流体动力学模型，工程师能够优化泵的形状和材料，减少血栓的发生率^[5]。

材料的创新应用还体现在ECMO系统的微型化和便携化设计上。通过使用轻质且强度高的生物材料，如碳纤维复合材料，ECMO设备的重量和体积得到了有效减轻，使得移动式ECMO设备更加实用，为紧急情况下的快速使用提供了可能。在一项案例分析中，使用了碳纤维材料的便携式ECMO设备在灾难现场救援中发挥了关键作用，成功挽救了多名伤员的生命^[6]。这些不仅体现了技术的进步，也提示新材料在提高ECMO设备的性能上有巨大的价值。

近年来，随着设备的不断优化和创新，ECMO的效率和安全性得到了显著提升。例如，新一代的ECMO设备采用了更先进的膜材料和泵技术，减少了血液损伤和血栓形成的风险，同时提高了氧合和二氧化碳清除的效率，使用高效ECMO设备的患者存活率提高了10%至20%^[7]。

全身控制自动灌注系统（controlled automated reperfusion of the whole body, CARL）是Trummer等^[8]于2017年首次提出，旨在提供体外心肺复苏后更优化的目标导向的再灌注治疗，以达到更好的神经功能恢复。该设备基于传统ECMO基础上进行功能拓展，包括双泵头设计，回输到动脉系统为搏动血流；在线血气监测；预充液加入白蛋白、甘露醇等，以期减轻缺血再灌注损伤的氧化应激反应；预充液低温尽早脑保护等。目前该设备已进入临床，成功救治了一例经历120 min心肺复苏的患者，且未遗留明显的神经功能损伤。德国弗莱堡大学医院进行的单中心研究也显示，在14例长时间持续心肺复苏的心脏骤停患者中使用CARL系统，7例患者意识完全恢复^[9]。CARL系统或将成为下一代体外心肺复苏的革新者。

2 ECMO管理与决策 2.1 人工智能（artificial intelligence, AI）

在ECMO指征的把控和决策过程中，通过深度学习和大数据分析，AI处理和分析大量临床数据，辅助医生做出精准决策^[10]。AI算法可以实时监测患者的生命体征，结合历史病例数据，预测患者对ECMO治疗的反应，从而在关键时刻提供决策支持^[11]。一项研究显示，使用AI辅助决策的ECMO治疗案例中，患者的生存率提高了10%至15%^[12]。另外一项研究也发现，使用人工智能模型预测ECMO患者的脱机成功率，准确率达85%以上，显著高于传统方法^[13]。此外，人工智能辅助的远程监控系统能够实时监测患者的生命体征和ECMO设备状态，及时发现并处理潜在问题，对于提高ECMO治疗的安全性和有效性至关重要^[14]。然而，ECMO患者的AI数据具有多源性，包括生理数据、实验室数据、影像数据、设备数据等；高频率采集、维度高，涵盖多个生理参数和实验室指标；以及数据不平衡、个体差异大；有些数据还涉及患者隐私且标注困难，需专业医疗知识，过多依赖临床专家，存在主观性和不一致性，进而影响模型准确性。此外，ECMO患者病情复杂多变，AI模型难以覆盖所有临床场景，泛化能力有限，模型输出与实际临床决策的衔接存在不确定性。因此，AI在ECMO中的应用仍需克服数据、临床适配等多重挑战。

2.2 远程管理

远程管理在ECMO治疗中的应用日益受到重视。通过远程监控系统，医护人员能够实时跟踪患者的生命体征和ECMO设备的运行状态，从而及时调整治疗方案，显著提高了治疗效果。例如，一项针对重症监护病房的研究显示，采用远程监控技术后，ECMO患者的并发症发生率降低了15%，同时患者的存活率提高了10%^[15]。此外，远程管理还允许专家团队跨越地理限制，为偏远地区的患者提供专业支持，这不仅扩大了ECMO技术的覆盖范围，也促进了优质医疗资源的均衡分配。

2.3 个性化治疗

随着ECMO技术的不断进步，基于患者特定需求的个性化方案已经成为提高疗效和患者生存率的关键。个性化ECMO救治方案是基于对患者个体差异深入理解的科学实践，通过使用先进的数据分析模型，如机器学习算法，对患者的生理参数进行实时监控和预测，从而为临床决策提供科学依据^[16]。还有研究发现个性化ECMO治疗方案能够显著降低患者的并发症发生率，提高出院后的生存质量^[17]。一项针对急性呼吸窘迫综合征患者的临床研究显示，个性化参数设置可减少并发症的发生率，缩短患者住院时间，为ECMO的个性化治疗提供了有力的证据支持^[18]。

3 左室减压

大多数VA-ECMO以股静脉作为引血端，经过离心泵氧合器后再输回股动脉，为反向血流，增加了左心室的后负荷和壁应力。反向血流阻碍了左心室血液的有效排出，可引发心肌缺血和肺水肿等并发症，影响左心室功能的恢复，对有心脏基础疾病患者的长期预后产生不利影响^[19]。因此，左心室减压是目前VA-ECMO治疗的研究热点。目前尚无统一的左室减压策略，保守的治疗方法包括降低ECMO流量、使用强心药和利尿剂降低后负荷，但这些方法可能影响ECMO效能并增加心肌耗氧量，许多患者仍需较大流量的支持^[20]。有创减压技术包括置入左心减压管和辅助装置，如主动脉内球囊反搏（intra-aortic balloon pump, IABP）、左心室机械辅助装置（TandemHeart和Impella）、房间隔造口等，其他如改成腋动脉插管或中央型ECMO^[21-22]。在这些方法中，IABP在左心室减负中应用最多且效果肯定，能有效增加冠状动脉充盈和降低左室后负荷。欧洲成人心脏术后体外生命支持专家共识推荐，IABP作为心脏术后心力衰竭的首选救治策略，对于严重左心衰竭或全心衰竭患者仍是首先考虑的体外生命支持措施^[23]。2024年的一项Meta分析，比较了VA-ECMO支持期间不同的左室减压策略，与不减压相比，所有减压处理均有降低全因病死率的趋势，但同时增加了并发症的风险^[24]。因此，在并发症和获益之间要仔细权衡。其他如减压时机，即VA-ECMO上机时立即减压还是等出现明显左室扩张、主动脉瓣开放受限时再减压，也是研究的热点。

4 双腔插管与VP-ECMO

自九十年代起，双腔导管（double lumen cannula, DLC）技术得到重视，其基本原理是通过单一的血管通路同时实现血液的引流与回输，优势在于单一部位置管，增加了患者的活动度，并降低感染风险^[25]。DLC置管的首选部位是右颈内静脉，是因为上腔静脉至右心房及下腔静脉的路径较为平直，利于置管^[26]。其他部位的血管如左颈内静脉、锁骨下静脉和股静脉也可选择。在一项多中心回顾性临床研究中，这些部位置管同样能够达到有效流量且并发症风险低^[27]。如何精准置管是DLC的难点，通常使用荧光透视或超声心动图辅助，在超声引导下置管成功率可达94.6%^[28]。DLC的再循环率通常低于单腔导管，增加了膜的效能^[29]，同时由于单部位置管为早期活动、清醒ECMO的实施提供了极大的方便，并发症发生率也显著降低^[30]。随着设计优化，目前最新的双腔导管如Crescent^®的易操作性和低并发症发生率得到认可^[31]。尽管如此，也应该充分认识到DLC导管相关并发症的风险，包括导管异位、出血、血栓形成、心脏穿孔和心包填塞、神经系统并发症等^[32]。此外，DLC置管时的定位要求高，费时且费用高，临床应用时应进行充分考量。

目前，右心功能不全在重症患者中得到越来越多的关注^[33]。因VV-ECMO并不直接提供右心减压，右心功能障碍可随着VV-ECMO支持的时间延长而逐渐加重^[34]。VP-ECMO是一种混合模式的ECMO技术，其血液返回至肺动脉，在出现右心功能不全时能提供更有效的支持^[35]。通过部分绕路右心室，改善氧合的同时还能稳定血流动力学，改善右心室和肺血管功能^[36]，在治疗难治性低氧血症、急性肺心病等方面的有效性较高。对于等待肺移植的患者，VP-ECMO能减少并发症并提高生活质量，为肺移植手术准备。有病例报道显示，一位新冠患者在VV-ECMO支持期间，因右心衰竭和发生肺纤维化，转换为VP-ECMO治疗持续长达8个月，后成功地接受了双肺移植^[37]。然而，目前支持使用VP-ECMO的证据主要来自小型、单中心、回顾性研究，缺乏大规模、前瞻性临床研究以验证其疗效和安全性。未来的工作包括识别从VP-ECMO中受益的人群，以及启动的最佳时机。

5 ECMO设备的国产化

目前ECMO的国产化进程已取得较大的进展，已有3款产品获批上市，分别为2023年1月汉诺医疗的Lifemotion^® ECMO系统、同年2月长征医疗的辉昇﹣I型以及赛腾医疗的体外心肺支持辅助设备。其中Lifemotion^® ECMO系统是我国首套具有自主知识产权的ECMO整机系统，同时研制了一次性使用离心泵泵头及膜式氧合器。赛腾医疗率先研制出具有完整自主知识产权的国产便携式ECMO系统—OASSISTECMO系统，便携部分的重量仅为已上市进口设备重量的三分之一。另外还有多款国产ECMO处于不同研发阶段，例如航天长峰牵头承担科技部“ECMO系统研发”专项，其ACM9000系统已完成5批次动物实验；心擎医疗（苏州）股份有限公司研发的新一代ECMO系统不仅已进行多轮动物实验，同时还布局了小儿ECMO产品研发；笔者团队与湖州露湖鄱生物科技有限公司合作研发的ECMO主机与进口膜氧合器结合的动物实验顺利^[38]，已经成功在临床上得到应用^[39]。天津汇康医用设备有限公司研发的急救转运型ECMO，已在临床进行测试等。在膜材料的国产化研发方面，笔者团队完全自主化成功构建一款超亲水的内皮细胞膜模拟抗凝涂层，在猪模型中表现优异，其抗凝、抗血栓和抗泄漏方面均优于传统涂层^[40]，为开发高效、稳定、安全的国产膜氧合器的材料开辟了新途径。在临床应用中，国产ECMO设备已成功用于严重呼吸衰竭、急性心肌梗死伴反复室颤、肺栓塞致院外心脏骤的患者等^{[39, 41-42]}，均证实了设备的有效性和稳定性。虽然国产ECMO设备与进口设备的主要性能已经接近，但由于起步晚，相较已经在市场上应用多年、国际认可度高的如德国迈柯唯产品，国产ECMO临床应用案例仍然偏少，尚有待进一步推广应用并走出国门，在国际舞台上获得更多的认可度。另一方面，ECMO系统国产化目前核心的难点依然是耗材，在膜氧合器的膜材料和长效大流量抗血栓涂层技术方面依然主要依赖进口。因此，国产ECMO发展瓶颈受限于：①核心技术依赖进口，如中空纤维膜和长效大流量抗血栓涂层技术；②临床数据积累不足，缺乏大规模验证；③研发投入高，市场推广难度大。在未来，应加强核心技术的自主研发，提升关键部件性能，推动产学研合作，积累临床数据，加强政策支持与资金投入，加速国产设备迭代和普及。

综上所述，相信随着生物材料和设备的不断革新发展，大数据和人工智能技术的应用，精准地把控指征及实施个性化的治疗策略等，将大大降低并发症，ECMO技术在危急重症抢救中会发挥更大的价值。

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