第二节　儿童膜肺新进展

一、早期氧合器的发展历程

法国Le Gallois早在1812年提出：“如果能用某种装置代替心脏，注射自然的或人造的动脉血，就可以成功地长期维持机体任何部分的存活”。1885年Von Frey和Gruber制成第一台可以连续灌注经氧合血液的人工心肺机，此即为血膜式氧合器的原型。1882年Schroder发明一种血液在体外氧合的方式，即从盛放静脉血的容器底部将空气吹入，使其产生气泡，当气泡在血液中上浮的过程中，血液通过血气界面进行气体交换，这是鼓泡式氧合器的原型。

由于该时期人工装置的氧合效率都不如生物肺，1895年Jacobj试用狗肺、猪肺和牛肺作为氧合器进行体外氧合，预充量为800ml。进入20世纪以来，氧合器种类更多：Gibbon使用的氧合器是转碟式的，Kirklin采用的是IBM公司制作的碟式氧合器。20世纪50年代后期出现鼓泡式氧合器，并在20世纪60年代大量使用。差不多同时，用可通透的Teflon薄膜制造的膜式氧合器出现，同鼓泡式氧合器相比具有更多的优点。到20世纪70年代，因为膜式氧合器在长时间手术时安全性更高，术后的并发症也较少，许多医疗中心转而使用膜式氧合器。

以下是1951—1953年所有在全体外循环下进行的心内直视手术病例（在交叉循环出现前——1954.3.26）的公开报道（表1-5）。

1954年，Lillehei和他的同事将成人本身作为泵和氧合器与患者连接，用交叉循环的方法修补先天性心内畸形，16个月内共进行了47例手术，其中28例存活。这在实际上开创了心脏外科的时代，但是，用人作为泵和氧合装置存在巨大的风险，发展安全的体外循环装置仍然是进一步研究的目标。

二、现今的氧合器类型

氧合器必须在不同温度（10～40℃）、不同流量［0～200ml/（kg·min）］、不同血细胞比容、不同压力和不同气体流量的条件下都具备足够的气体交换能力。由于现代工业及材料学的发展，体积过大、难以消毒、氧合效率低下、成本高昂及操作风险不可控等各种各样的原因，原来的碟式氧合器及异种生物氧合器被逐渐淘汰，而鼓泡式氧合器和膜式氧合器都可以满足以上必要的条件得以保存至今。

鼓泡式氧合器氧合过程形成的大量微气泡在氧合柱内同血液充分混合后直接进行气体交换，血液经过滤除泡等程序后进入人体，但其缺点是血液同气体的直接接触损伤了血液的成分，增加红细胞的溶血，同时导致血小板聚集，补体激活和炎症介质的大量释放。但由于鼓泡式氧合器制造简单且成本低廉，现仍在我国及部分发展中国家使用。膜式氧合器使用组织相容性较好的半透膜材料，利用气体弥散的原理进行血液氧合，由于血气不直接接触，可以减轻或避免鼓泡式氧合器产生的不良反应，因而成为目前使用最广泛的氧合器。

目前使用的膜式氧合器主要由带微孔的中空纤维膜组成，膜孔径仅3～5μm，这样血液和气体接触面积很小。微孔膜的优点是可以在较小的膜面积下达到满意的气体交换效果。其缺点在于，一旦在血液一侧形成负压，气体会进入血液并形成气栓，使用时间稍长会造成血浆渗漏。还有一种膜式氧合器是没有微孔的硅胶膜氧合器。其膜在氧合器内反复折叠，由于没用微孔，不会产生气栓，也甚少出现血浆渗漏。但是硅胶膜氧合器价格昂贵而且需要加大氧合面积才能达到中空纤维膜氧合器同等的气体交换效果。所以短时间灌注时，该类氧合器没有明显的优点。然而该氧合器在过去一段时期内是唯一推荐在长时间体外循环，比如长时间体外膜式氧合（extracorporeal membrane oxygenation，ECMO）时使用。但随着高科技材料的改进、中空纤维的排列组合更为合理及涂层技术的应用，硅胶膜氧合器的优势在缩小，使用量也逐渐减少。

三、儿童体外循环的特点

儿童尤其是新生儿与成人相比较，其循环血量少、氧耗量大、肺血管床反应性高，存在心内或心外的分流、器官发育不成熟、体温调节机制不同、对微栓耐受性差等生理特点。新生儿及婴幼儿心脏指数为2.8～3.2L/（min·m2），比成人高25%～50%；血管顺应性高，因此血压偏低；体表面积和体重的比例大；体温中枢发育不成熟，易随外界温度而改变；婴儿脑重占体重1/6，脑血流占心输出量的1/3，儿童期脑氧耗量占全身氧耗量50%，比成人大，而且超声多普勒资料显示，年龄愈小，上腔回血量愈多，也显示了与成人不同。在体外循环的操作上，常温时，不同的体重应用不同的流量（表1-6），体重越轻，分钟流量越大，低温时因代谢降低，灌注流量可相应减少（表1-7）。

随着外科技术及外科理念的发展，越来越多复杂畸形的心脏病得以成功矫治，而在新生儿或小婴儿复杂心内畸形纠治手术中使用得最多的就是深低温技术。大多数情况下，深低温技术的使用是为了使外科医师能够在低流量（如纠治肺动脉闭锁伴丰富侧支循环）和停循环（如纠治主动脉畸形）的条件下更方便地进行手术操作。

低流量提供了一个基本无血的手术视野，有利于外科医师在心内进行一些重点操作。停循环时，手术医师可拔除心房和主动脉插管，使手术视野完全没有血液和插管的干扰，有利于更精确地完成手术操作。

根据小儿体外循环的特点，使用小型的管道系统和设备以减少预充液量是现代婴幼儿手术的趋势。在成人预充量仅为其血容量的1/4～1/3，而新生儿中体外循环预充量可能是其血容量的200%～400%，大量的预充液体将显著稀释患儿血液，使新生儿血细胞比容大幅度降低（< 15%），因此预充液中必须添加血液制品。

四、婴幼儿膜式氧合器的新发展

随着现代高科技的发展，目前婴幼儿膜式氧合器的产品结构及材料大致相同，均由硬壳静脉贮血器、热交换器及氧合室等组成，其中外壳多为聚碳酸酯（PC），中空纤维膜为多孔聚丙烯，热交换器由不锈钢材料、聚亚氨酯（PU）或者聚酯纤维（polyethylene terephthalate，PET）构成，过滤器为聚酯纤维（PET），消泡器为聚亚氨酯（PU），密封件为硅胶（SI），封帽为热塑性弹性体等。

尽管材料类似，但由于纤维排列及集成度不一，各种品牌的膜式氧合器的氧合、变温、预充量等性能相差较大。传统的膜式氧合器大多在预充之前不要求，但是建议对氧合器进行二氧化碳预充；而且不允许任何形式的可吸入麻醉药（如异氟烷、乙烷等）和酒精滴到氧合器外壳中（否则可能会损害产品）；如果使用注射麻醉剂，例如丙泊酚，不应该在血液氧合之前注射，仅可注射小剂量（否则，药物剂量过大可能导致氧合器由于脂肪沉淀而出现功能障碍）。同时要求在使用热交换器时，不可在其供水中使用消毒剂或漂白剂。

考虑到婴幼儿的生理特点及体外循环的影响，目前国内外市场不断出现新型的微孔中空纤维膜氧合器。纵观这些正在研制或已经出厂的产品，其共性主要表现在：

1.使用新型的中空纤维材料和黏合剂，摒弃塑化剂DEHP以减少对患儿的远期影响，使其可以使用部分可吸入麻醉药（如七氟烷等），如迈科唯公司的QUADROX-i 11000膜式氧合器。

2.使用多层编织技术，使中空纤维在体积变小的情况下其血液气体交换功能明显加强，从而减少预充量，如索林公司的D100、D101系列，特殊的花瓣形血流路径设计可在流量相同的情况下，以最小的膜表面积即可达到满意的氧合效果（见文末彩图1-6）。

3.使用广泛的生物涂层技术，用生物药物（肝素涂层和磷酸胆碱涂层）或仿生物质（高分子涂层）涂抹管道内壁表面（以共价键、离子键或分子键结合），避免或减少了血液直接接触异物——管道，从而达到减少肝素用量、减少炎症反应、保护血小板及凝血因子的目的。目前常用的有美敦力公司的Carmeda BioActive Surface无沥滤端点结合的肝素涂层和Balance Biosurface不含肝素的极亲水生物涂层，索林公司的磷酸胆碱（PC）生物涂层，泰尔茂公司的X coating及迈科维公司的BIOLINE仿生高分子涂层等。它们模仿人体血管的内皮细胞，为血液通道提供一个稳定的表面，减少各种炎性介质的产生及血小板的黏附，以保护血小板的正常功能。

4.使用负压吸引装置（VAVD），以密闭式静脉贮血罐替代以往的开放式贮血罐，利用贮血罐内产生的负压增加静脉引流量，达到减少管道预充量的目的。使用更细密的滤器网面及深度滤器等使滤过栓子的效率大为提高，如迈科维公司的VKMO系列的贮血罐（见文末彩图1-7），索林公司的D100系列的贮血罐（见文末彩图1-8），顶端增加了负压保护装置。

5.使用整合技术，将动脉微栓滤器整合在膜式氧合器内，以减少过去使用独立动脉微栓滤器的预充量。如迈科维公司的QUADROX-I 11000氧合器（见文末彩图1-9）。

总的来说，改进后的新型小儿型微孔中空纤维膜氧合器均减少了预充量（15～90ml）。而Maquet quadrox-1 vkmo 11000型和Dideco D100 Lilliput氧合器是专为新生儿所设计的，包括氧合器和变温器在内仅需要40ml预充量，其容量控制的贮血罐最小预充量为10ml，美国COBE公司也生产了预充仅47ml的膜式氧合器。虽然预充量很小，但是流量可以达到700～800ml/min，完全可以保证新生儿的灌注。如果使用非常精细的管路（内径1/4″，甚至于3/16″）并尽可能缩短管道长度，使用这些氧合器时整个循环系统仅需要100ml的预充液（见文末彩图1-10）。

五、我国膜式氧合器市场的现状

随着国家支持力度的不断加大以及全球一体化进程的加快，近年来国内心脏外科及体外循环医疗器械行业得到了突飞猛进的发展。尽管同发达国家相比仍然存在差距，但是中国心脏外科及体外循环医疗器械发展快速，成为了全球第二大医疗设备市场。据2014年的统计，中国膜式氧合器主要品牌的市场仍以进口产品为主。其中MEDOS膜式氧合器在中国市场的占有率最高，约为19.7%；MEDTRONIC膜式氧合器的市场占有率约为8.6%；SORIN GROUP ITALIA膜式氧合器约为12.1%；EDWARDS的膜式氧合器约为17.6%；其他各个品牌在中国市场的占有率共约为46%，其中国产膜式氧合器的总和约占市场的35%。国内膜式氧合器厂家主要分布在西安、广东、天津、威海等地，由于这些企业在自主设计，材料选择以及生产工艺等诸多方面还不够成熟，因此其产品质量仍不够稳定、设计老化、无涂层而且预充量大，缺乏研发能力，投入不足，有些膜式氧合器研发近十年产品仍处于图纸阶段，与国外产品比较存在较大差距。因而婴幼儿膜式氧合器的国产化，虽然市场前景广阔但步伐艰难，任重而道远。

（黄国栋）

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