2024年5月20日发(作者：天景同)
龙源期刊网
对EMO氧合器未来发展方向的展望
作者： 张响
来源：《科学与信息化》2020年第14期
摘要：作为体外膜肺氧合（ECMO）的重要组成部分，氧合器的发展对于体外膜肺氧合
（ECMO）技术的发展起着至关重要的作用。本文从ECMO氧合器的发展历史，作用机制，
以及各个时期ECMO氧合器发展过程中存在的部分问题进行剖析，并由此提出Y4ECMO氧合
器未来发展方向的展望，展望部分从涂抹肝素、将聚甲基戊烯（PMP）与其他物质反应形成水
合层、让纤维释放一氧化氮（NO）减少血栓的形成三个方向进行论述。
关键词：体外膜肺氧合（ECMO）;氧合器;聚甲基戊烯（PMP）;肝素;水合层;一氧化氮
（NO）
1ECMO氧合器的综述
1.1 ECMO氧合器的发展历史
体外膜肺氧合（ECMO）的历史可以追溯到20世紀30年代，由Gibbon等人发明的体外
循环机，与此同时，人们主要使用薄膜式氧合器和气泡式氧合器与体外循环机相配合。到了
20世纪50年代，第一个膜式氧合器被发明出来并应用在了临床上。不久之后，膜式氧合器使
用上了以硅胶为材料制成的气体交换膜。20世纪80年代到2 1世纪初，人们普遍开始使用有
机硅膜和微孔中空纤维膜。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
纤维氧合器。
1.2ECMO氧合器的作用机制
氧合器具有着排出血液内的二氧化碳，进行氧气交换以及调节血液温度的功能。氧合器的
作用类似于人体内的肺泡和呼吸膜，呼吸膜可以构成人体内的“血.气屏障”而且呼吸膜的通透性
很好，有利于二氧化碳和氧气的高效率交换。在使用体外膜氧合时，氧合器可以进行有效的二
氧化碳的排除以及氧气的摄取，为心肺功能的恢复争取宝贵的时间。
1.3 ECMO氧合器发展过程中存在的部分问题
（1）薄膜式氧合器和气泡式氧合器。薄膜式氧合器和气泡式氧合器存在的最主要的问题
是，它们无法避免存在直接接触的血一气界面，这些问题将会导致血管内溶血的发生、血小板
被破坏、发生全身炎症和栓塞等病症的发生，因此它们并不适合于长时间体外膜氧合的使用。
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（2）有机硅氧合膜。有机硅膜氧合使用的寿命比较长，但是它与微孔中空纤维膜相比，
它的起爆体积更大、流动阻力更大、输血的要求更高以及它的气体交换率更低，这些可能会导
致更多的肺损伤。
（3）微孔中空纤维膜。微孔中空纤维膜内含有数百万个微孔，气体通过这些微孔进行交
换。在几天的使用过程中，这些微孔开始渗透液体，导致等离子体泄露到气相中去，等离子体
的泄露会在几个小时内迅速发展，这时就需要及时更换新的氧合器。这就暴露出来了微孔中空
纤维膜存在使用时间相对较短的问题。
（4）聚甲基戊烯（PMP）制成的中空纤维氧合器。由聚甲基戊烯（PMP）制成的氧合器
是一个真正的、无孔膜的、可以分离气相和血液的氧合器。该氧合器在使用方便、使用寿命
长、减少血液创伤和改善气体交换等方面具有显著的优势。但是由聚甲基戊烯（PMP）制成的
氧合器在使用几天后依然会逐步失效，有证据表明，聚甲基戊烯（PMP）制成的氧合器失效的
机制是红细胞和血小板组成的纤维网络沉积在膜的表面，导致血流阻力增加和气体扩散被阻碍
导致的。
2ECMO氧合器未来发展方向的初步展望
2.1涂抹肝素
肝素是一种常用的抗凝剂，最早在肝脏中被发现，无论是在体内还是体外都具有抗凝血的
作用。目前氧合器常用的抗凝方法就是涂抹肝素，并利用激活凝血时间（ACT）对肝素的抗凝
水平进行监测，但是对激活抗凝时间（ACT）的准确性依然存在担忧。比较流行的体外膜氧合
期间肝素配合激活抗凝时间（ACT）的范围为180-220s。对于涂抹肝素进行抗凝的下一步发展
潜力在于针对不同年龄、体重等不同因素的人群探究出更加合理的体外膜氧合所需肝素的剂量
范围，以及寻找更加可靠的肝素监测评价体系。
2.2将聚甲基戊烯（PMP）与其他物质反应形成水合层
西南交通大学的杨志禄等人曾做过在金属表面形成水合层的相关实验，这就为体外膜氧合
的氧合器的改进提供了一个全新的思路。我们已知部分物质具有相关基团如MPC（2
Hydroxyethyl 2-（trimethylazaniumyl）ethyl phosphate）等物质可以与水产生水合层，于是我们
做出合理的假设，可以通过合理的手段在不改变相关基团的情况下，将诸如MPC的物质连接
到聚甲基戊烯（PMP）上去，这样就可能让红细胞和血小板组成的纤维网络不在沉积在膜的表
面，之后再对新合成的物质进行生物相容性实验，以确定该物质不对人体产生危害。在确定生
物相容性良好后，将其制成氧合器再对血氧交换性能进行测试，探究其是否可以进行高效的排
除二氧化碳以及摄取氧气，该新型氧合器的使用时间是否在原先的基础上进行了延长。
2.3让纤维释放一氧化氮（NO）减少血栓的形成
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一氧化氮（NO）在血液中的半衰期比较短，可以使用一氧化氮（NO）来减少血小板的活
化和气体交换纤维上的凝血，而且还不会引起患者的出血。Angela Lai等人曾做过可以利用生
成一氧化氮（NO）的纤维制成氧合器替代羊的肺的实验，这也为体外膜氧合的氧合器的改进
提供了一个新思路，一氧化氮（NO）可以利用含铜材料与血液接触催化的方法合成，同时NO
的释放速率可以通过一氧化氮（NO）的可用性以及铜暴露在供体中的多少来进行控制。利用
纤维释放一氧化氮（NO）来减少血栓的形成的下一步发展潜力在于寻找到合适的纤维作为载
体，探寻反应中存在的铜离子对人体可能造成的危害，以及寻找更加合理的方法产生一氧化氮
（NO）。
3结束语
如果可以有效提高氧合器的可靠性、气体交换和生物相容性，那么体外膜肺氧合
（ECMO）技术将迎来下一次的大变革，这将大大提高患者的存活率。随着这项技术的成熟，
可以造福无数的病患，我们坚信在不久的将来，我们可以看到一个更加可靠，更加成熟的技术
应用于临床。
2024年5月20日发(作者：天景同)
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对EMO氧合器未来发展方向的展望
作者： 张响
来源：《科学与信息化》2020年第14期
摘要：作为体外膜肺氧合（ECMO）的重要组成部分，氧合器的发展对于体外膜肺氧合
（ECMO）技术的发展起着至关重要的作用。本文从ECMO氧合器的发展历史，作用机制，
以及各个时期ECMO氧合器发展过程中存在的部分问题进行剖析，并由此提出Y4ECMO氧合
器未来发展方向的展望，展望部分从涂抹肝素、将聚甲基戊烯（PMP）与其他物质反应形成水
合层、让纤维释放一氧化氮（NO）减少血栓的形成三个方向进行论述。
关键词：体外膜肺氧合（ECMO）;氧合器;聚甲基戊烯（PMP）;肝素;水合层;一氧化氮
（NO）
1ECMO氧合器的综述
1.1 ECMO氧合器的发展历史
体外膜肺氧合（ECMO）的历史可以追溯到20世紀30年代，由Gibbon等人发明的体外
循环机，与此同时，人们主要使用薄膜式氧合器和气泡式氧合器与体外循环机相配合。到了
20世纪50年代，第一个膜式氧合器被发明出来并应用在了临床上。不久之后，膜式氧合器使
用上了以硅胶为材料制成的气体交换膜。20世纪80年代到2 1世纪初，人们普遍开始使用有
机硅膜和微孔中空纤维膜。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
纤维氧合器。
1.2ECMO氧合器的作用机制
氧合器具有着排出血液内的二氧化碳，进行氧气交换以及调节血液温度的功能。氧合器的
作用类似于人体内的肺泡和呼吸膜，呼吸膜可以构成人体内的“血.气屏障”而且呼吸膜的通透性
很好，有利于二氧化碳和氧气的高效率交换。在使用体外膜氧合时，氧合器可以进行有效的二
氧化碳的排除以及氧气的摄取，为心肺功能的恢复争取宝贵的时间。
1.3 ECMO氧合器发展过程中存在的部分问题
（1）薄膜式氧合器和气泡式氧合器。薄膜式氧合器和气泡式氧合器存在的最主要的问题
是，它们无法避免存在直接接触的血一气界面，这些问题将会导致血管内溶血的发生、血小板
被破坏、发生全身炎症和栓塞等病症的发生，因此它们并不适合于长时间体外膜氧合的使用。
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（2）有机硅氧合膜。有机硅膜氧合使用的寿命比较长，但是它与微孔中空纤维膜相比，
它的起爆体积更大、流动阻力更大、输血的要求更高以及它的气体交换率更低，这些可能会导
致更多的肺损伤。
（3）微孔中空纤维膜。微孔中空纤维膜内含有数百万个微孔，气体通过这些微孔进行交
换。在几天的使用过程中，这些微孔开始渗透液体，导致等离子体泄露到气相中去，等离子体
的泄露会在几个小时内迅速发展，这时就需要及时更换新的氧合器。这就暴露出来了微孔中空
纤维膜存在使用时间相对较短的问题。
（4）聚甲基戊烯（PMP）制成的中空纤维氧合器。由聚甲基戊烯（PMP）制成的氧合器
是一个真正的、无孔膜的、可以分离气相和血液的氧合器。该氧合器在使用方便、使用寿命
长、减少血液创伤和改善气体交换等方面具有显著的优势。但是由聚甲基戊烯（PMP）制成的
氧合器在使用几天后依然会逐步失效，有证据表明，聚甲基戊烯（PMP）制成的氧合器失效的
机制是红细胞和血小板组成的纤维网络沉积在膜的表面，导致血流阻力增加和气体扩散被阻碍
导致的。
2ECMO氧合器未来发展方向的初步展望
2.1涂抹肝素
肝素是一种常用的抗凝剂，最早在肝脏中被发现，无论是在体内还是体外都具有抗凝血的
作用。目前氧合器常用的抗凝方法就是涂抹肝素，并利用激活凝血时间（ACT）对肝素的抗凝
水平进行监测，但是对激活抗凝时间（ACT）的准确性依然存在担忧。比较流行的体外膜氧合
期间肝素配合激活抗凝时间（ACT）的范围为180-220s。对于涂抹肝素进行抗凝的下一步发展
潜力在于针对不同年龄、体重等不同因素的人群探究出更加合理的体外膜氧合所需肝素的剂量
范围，以及寻找更加可靠的肝素监测评价体系。
2.2将聚甲基戊烯（PMP）与其他物质反应形成水合层
西南交通大学的杨志禄等人曾做过在金属表面形成水合层的相关实验，这就为体外膜氧合
的氧合器的改进提供了一个全新的思路。我们已知部分物质具有相关基团如MPC（2
Hydroxyethyl 2-（trimethylazaniumyl）ethyl phosphate）等物质可以与水产生水合层，于是我们
做出合理的假设，可以通过合理的手段在不改变相关基团的情况下，将诸如MPC的物质连接
到聚甲基戊烯（PMP）上去，这样就可能让红细胞和血小板组成的纤维网络不在沉积在膜的表
面，之后再对新合成的物质进行生物相容性实验，以确定该物质不对人体产生危害。在确定生
物相容性良好后，将其制成氧合器再对血氧交换性能进行测试，探究其是否可以进行高效的排
除二氧化碳以及摄取氧气，该新型氧合器的使用时间是否在原先的基础上进行了延长。
2.3让纤维释放一氧化氮（NO）减少血栓的形成
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一氧化氮（NO）在血液中的半衰期比较短，可以使用一氧化氮（NO）来减少血小板的活
化和气体交换纤维上的凝血，而且还不会引起患者的出血。Angela Lai等人曾做过可以利用生
成一氧化氮（NO）的纤维制成氧合器替代羊的肺的实验，这也为体外膜氧合的氧合器的改进
提供了一个新思路，一氧化氮（NO）可以利用含铜材料与血液接触催化的方法合成，同时NO
的释放速率可以通过一氧化氮（NO）的可用性以及铜暴露在供体中的多少来进行控制。利用
纤维释放一氧化氮（NO）来减少血栓的形成的下一步发展潜力在于寻找到合适的纤维作为载
体，探寻反应中存在的铜离子对人体可能造成的危害，以及寻找更加合理的方法产生一氧化氮
（NO）。
3结束语
如果可以有效提高氧合器的可靠性、气体交换和生物相容性，那么体外膜肺氧合
（ECMO）技术将迎来下一次的大变革，这将大大提高患者的存活率。随着这项技术的成熟，
可以造福无数的病患，我们坚信在不久的将来，我们可以看到一个更加可靠，更加成熟的技术
应用于临床。