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从“停下来”到“活下去”
——ECMO的前世今生
2021年秋天，一名23岁的广州女孩被紧急推入南方医科大学第三附属医院的重症监护室。谁也不会想到，一场小小的感冒竟会变得如此凶险。心源性休克、暴发性心肌炎、高钾血症……女孩的病情急转直下，被病毒摧残的心脏不堪重负，多次出现恶性心律失常。常规的医疗手段已然无法立刻重新唤醒女孩的心脏，它需要停下来以获得恢复，但是心脏长时间的停跳往往意味着一条生命的逝去。那么，有没有能够在心脏停跳下维持病人生命的办法呢？这就是“人工心肺机”——ECMO。医院ICU“体外生命支持团队”立刻参与抢救，为女孩启用了ECMO。随着ECMO开始工作，女孩的生命体征得到了恢复，停跳的心脏也终于有了喘息的机会。在心脏停跳6天后，女孩的状态有了明显的好转，随着心脏的复跳，ECMO再一次拯救了一条生命。那么，这项在新冠疫情期间获得了无数关注的、被称作病人最后一丝希望的ECMO又有着怎样的前世今生呢？
一、什么是ECMO
ECMO（Extracorporeal Membrane Oxygenation），中文名称体外膜肺氧合，又译作”叶克膜”，是一种用于为重症心肺功能衰竭患者持续提供辅助呼吸的血液循环的急救设备，能够暂时取代患者的心肺功能以减轻患者的心肺负担。
为了替代心肺功能，ECMO需要将静脉血引出体外，让血液结合氧气后再泵回体内。根据血液输送路径不同，可以分为VV（静脉到静脉）和VA（静脉到动脉）两种模式，前者只辅助呼吸功能，而后者同时辅助呼吸和血液循环功能[1]。
在使用操作上，以VA模式为例，通常会在大腿根部股静脉内置入导管，将静脉血引出，通过动力泵、氧合膜等装置后将富含氧的血液回输入患者体内。与传统体外循环相比，ECMO具有创伤小、感染风险小、凝血风险小、费用低、可长期使用等优点。
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二、让心脏停下来——体外循环技术与人工心肺机
ECMO的诞生缘于心脏外科一个近乎疯狂的想法——让心脏停跳。自十九世纪以来，在解决了麻醉、无菌和止血三大难题后，外科手术逐渐在身体的各个部位得以应用。在无数的实践后，手术医生提出了手术的两条准则：手术刀操作的部位保持静止、手术视野清晰无血。在这两条准则下，心脏成为了手术的绝对禁区。作为人体血液循环最重要的动力来源，心脏的跳动是生命的象征，却也是手术难以逾越的鸿沟。尽管一代代心脏外科医生通过低温和快速操作等方式在心脏上成功实施了外科手术，但如果无法达到无血和静止的准则，那么一切的尝试都面临着极大的限制和风险。
1930年10月3日，27岁的外科医生John Heysham Gibbon Jr分管的一位患者发生了严重的肺栓塞，肺动脉中的血块让她难以通过呼吸获得氧气。尽管医生们以最快的速度从患者的动脉中取出了血块，但是长时间缺氧的患者始终未能苏醒。看到患者的苦苦挣扎和痛苦死去，JHG Jr开始思考是否有一种方法能够持续抽出血液，去除二氧化碳并加入氧气后再注入血管内。这样便可以在病人心肺无法工作的情况下维持生命体征，也能够让医生在阻断回心血流的情况下安全的取出血栓。自此，JHG Jr开始了人工心肺机的发明[2]。
在历经失败和坎坷后，1953年，JHG Jr成功利用该设备体外维持循环26分钟以完成巨大房间隔缺损修补术。这是第一台成功的体外循环心脏手术，JHG Jr也因此被称作“体外循环之父”。随后， John Webster Kirklin[3]在JHG Jr的人工心肺机上不断加以改进，并于1958年报道了245例在体外循环下进行的手术，体外循环技术正式进入大众视野并为心脏外科手术提供了无限可能。
三、让患者活下去
体外循环技术的发明不仅为心脏外科手术的发展照亮了曙光，也为ECMO技术的发明提供了灵感。彼时的体外循环技术的使用仍然局限在心脏手术领域，由于其直接将氧气打入血液中会对血液成分有所损伤且存在较大的凝血和感染风险，仍然无法提供长期的心肺辅助功能。
20世纪60年代，发明了肾透析技术的Willem Kolff教授将肾透析的半透膜技术应用于血液氧合过程，研制出了膜氧合器。通过将血液与氧气分隔开并建立密闭的循环体系，膜氧合器克服了之前体外循环的种种缺点，使得其心肺辅助功能的有效时间得到延长。
随后，在材料学的进步下，更加先进的氧合膜材料使得体外膜肺氧合技术逐渐成熟可靠。ECMO终于不再局限于手术室，它长时间心肺支持的能力为ICU中更多心肺功能损伤的患者带来了生的希望。
1971年，ECMO被首次应用于重症抢救中。美国一位车祸后急性呼吸窘迫综合征患者接受了ECMO的肺功能替代治疗并最终存活[4]。随后，ECMO在不断应用中得到了业界的肯定，其跳脱传统治疗思维的能力为许多曾经被定义为无解的重症难题带来了答案。2002年，广东省中山市人民医院麻醉科副主任、ECMO研究室主任李斌飞运用ECMO技术成功救治一名重症心肌炎患者，迈出了ECMO在中国大陆应用的第一步。在之后的“非典”、H1N1、H7N9、“新冠”等疫情中，ECMO的使用量不断增多[5]，这项技术也逐渐为人们所熟知。
四、从“停下来”到”活下去”
ECMO的诞生源于一个近乎荒诞的想法，或许JHG Jr本人也不会想到他出于悲悯而产生的奇思异想会成为现代重症医学领域最为重要的技术之一，挽救无数生命于危难之间。正如《手术两百年》“打开心脏”一集最后说到：“这是一个异想天开者的世界，在和病魔斗争的过程中，医生要与陈旧的观念对抗，也要与匮乏的想象力作战，在无数的障碍、挫折和失败面前，唯一的解决方法就是坚持。”
参考文献：
[1] BROGAN T V, THIAGARAJAN R R, RYCUS P T, et al. Extracorporeal membrane oxygenation in adults with severe respiratory failure: a multi-center database[J]. Intensive Care Medicine, 2009,35(12): 2105-2114.
[2] 李清晨. 体外循环之父John Heysham Gibbon Jr[J]. 中国心血管杂志, 2011,04(16): 317-318.
[3] FONTAN F. John Webster Kirklin: consummate cardiac surgeon and scientist[J]. Cardiology in the young, 2000,10(4): 332-339.
[4] PB R, SS A, S K, et al. An approach to the treatment of severe adult respiratory failure[J]. Journal of Critical Care, 1998,1(13): 26-36.
[5] NOAH M A, PEEK G J, FINNEY S J, et al. Referral to an Extracorporeal Membrane Oxygenation Center and Mortality Among Patients With Severe 2009 Influenza A(H1N1)[J]. JAMA : the journal of the American Medical Association, 2011,306(15): 1659-1668.
作者简介：
谢博文：南京医科大学第一临床医学院21级天元班
本文为《医学史》课程作业选登
编辑、审核：夏媛媛
微信号｜yixuelishi
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