体外膜肺的动物实验研究
作者：宋国维 甘小庄 黄伟雄 李杰 徐光芝 孙丽萍 马广松 李惠 张晶 尹荷华 樊寻梅
单位：100020 北京，首都儿科研究所(宋国维、甘小庄、黄伟雄、李杰、徐光芝、孙丽萍、马广松、李惠)；首都医科大学附属北京儿童医院(张晶、尹荷华、樊寻梅)
关键词：氧合器；膜式；血气分析
中华儿科杂志981006 【摘要】 目的 观察膜肺(ECMO) 体外吸收氧及排出二氧化碳的效果。方法 绵羊11只，戊巴比妥钠麻醉后，气管切开、插管，与呼吸机相连。右颈内静脉及右颈总动脉内放置导管。血从右颈内静脉引出，经过膜氧合器气体交换后，从右颈总动脉回输体内。实验依次分4个阶段：(1)ECMO前机械通气；(2)ECMO与机械通气并用(小流量阶段)；(3)仅用ECMO(大流量阶段)；(4)ECMO后机械通气。取羊股动脉血及膜氧合器前后的血标本进行血气分析。结果 用ECMO前动脉血气分析的均值为：pH值7.50、动脉血二氧化碳分压(PaCO2) 5.29 kPa(1 kPa=7.5 mmHg)、氧分压(PaO2)18.4、PaO2/吸入氧浓度(FiO2)比值为338，ECMO小流量、大流量及ECMO停止后各阶段的pH值、PaO2及PaO2/FiO2比值与ECMO前相比，差异无显著意义(P>0.05)，ECMO过程中PaCO2较低，差异有非常显著意义(P<0.01)。血液通过膜氧合器后，pH值、PO2值明显升高(P<0.01)，PCO2明显降低(P<0.01)。 结论 ECMO体外可吸收足够的氧，有效排出CO2，维持血pH值稳定。
, 百拇医药
An experimental study on extracorpreal membrane oxygenation Song Guowei*, Gan Xiaozhuang, Huang Weixiong, et al. * Capital Institute of Pediatrics, Beijing 100020
【Abstract】 Objective To evaluate the effect of ECMO bypass on the improvement of gas exchange in eleven sheep. Methods Standard procedures for veno-arterial ECMO were used in all animals. Blood was typically siphoned from the right jugular venous cannula and returned to animal by the right common carotid cannula after being oxygenated. Procedures were divided into four phases: (1)pre-ECMO; (2)during ECMO(50 ml*kg-1*min-1)with required mechanical ventilation; (3) during ECMO(80～100 ml*kg-1*min-1) with minimal ventilatory support; (4) post-ECMO. Blood gas analysis was made for blood samples taken from femoral artery at each of the four phases, and from pre-oxygenator and post-oxygenator of ECMO bypass during ECMO phases.Results At pre ECMO, the pH, PaO2, PaCO2 and PaO2/FiO2 of arterial blood were 7.50, 18.4 kPa, 5.29 kPa and 338, respectively. The above parameters did not change at the phases both during ECMO and post-ECMO, except that PaCO2 reduced markedly druing ECMO (P<0.01). After oxygenation on ECMO bypass, the PO2 of blood taken from post-oxygenator increased by more than three times (P<0.01), while PCO2 remarkably decreased (P<0.01). Conclusion During ECMO, oxygen is efficiently taken in, carbon dioxide given up and normal blood pH maintained stable.
, 百拇医药
【Key words】 Oxygenators, membrane Blood cas analysis
体外膜肺(extracorporeal membrane oxygenation,ECMO)是治疗呼吸衰竭的新方法[1]，其疗效究竟如何学术界尚有不同看法[2]。ECMO的发展也不平衡，在儿科的应用比成人多，国外接受ECMO治疗的患儿已近万例。国外多数学者认为，严重呼吸衰竭的患儿， 当其他方法治疗无效时，可进行ECMO治疗[3]。国内ECMO治疗尚未用于临床，也未见到实验研究报道。本研究在动物实验观察了ECMO体外吸收氧及排出二氧化碳的效果。
材料和方法
一、主要仪器
上海延生生化公司FDMO-08中空纤维膜式氧合器，德国Stockert滚压泵，北京长城CYS压力传感器，德国西门子404监测仪，瑞士-奥地利AVL990血气分析仪，上海SCY-200呼吸机，上海小儿人工心肺机恒温水浴。如附图所示，设备通过管道互相连接。
, 百拇医药
表1 11只羊膜肺实验各阶段动脉血气分析(
) 实验阶段
pH值
PaCO2
(kPa)
PaO2
(kPa)
PaO2/FiO2
膜肺前
7.50±0.039
5.29±0.46
, 百拇医药
18.4±1.84
338±37.4
膜肺小流量
(50 ml*kg-1*
min-1)
7.47±0.027
3.47±0.36*△△
16.3±3.20
286±63.6
膜肺大流量
(80～100 ml*
, http://www.100md.com
kg-1*min-1)
7.48±0.018
3.87±0.24*△
14.6±2.32
248±49.9
膜肺后
7.46±0.024
4.83±0.29
18.6±4.04
339±27.4
四组比较
, http://www.100md.com
F值
0.352
8.115
0.624
1.480
注：与膜肺前比较：* P<0.01；与膜肺后比较：△ P<0.05，△△ P<0.01
附图 膜肺设备连接示意图
二、实验动物
健康绵羊11只，雌雄不拘，体重22±5 kg。
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三、实验方法
1.管道预充：膜氧合器与动物相接前，开放桥路组成闭合系统。盐水预充：在泵的推动下，生理盐水由输液器进入ECMO系统，通过反复循环从排气孔排净管道内的气泡。血预充：供血绵羊1只，静脉注射肝素100 U/kg， 颈内静脉插管引出鲜血800～900 ml， 同时加入肝素12 500 U抗凝。将抗凝羊血引入ECMO系统取代管道内的生理盐水，在泵的推动下(泵速1 L/min)血液在ECMO系统中循环备用。
2.动物手术：阿托品1 mg、安定10 mg肌肉注射后，戊巴比妥钠30 mg/kg 腹腔注射麻醉。气管切开、插管，与呼吸机相连。股动脉插管，与404监测仪相连。将F24的导管插入右颈内静脉，管端进入右心房，将F16的导管插入右颈总动脉。静脉注射肝素200 U/kg。
3.体外循环路线：关闭桥路，动物颈内静脉及颈总动脉内的导管分别与ECMO系统连接，血从颈内静脉引出，依次经过储血囊、滚压泵、膜氧合器，再通过颈总动脉导管回到体内。
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4.体外循环步骤 依次分为4个阶段，(1)单纯机械通气，准备体外循环，呼吸机条件：呼吸频率10～15次/分，吸气峰压1.5～2.0 kPa(1 kPa=10.2 cmH2O)，呼气末正压0.5～0.6 kPa，吸/呼=1/1.5，吸入氧浓度(FiO2)0.4。(2)ECMO与呼吸机并用，体外循环血量50 ml*kg-1*min-1(小流量阶段)，膜氧合器清扫气流2～3 L/min(纯氧)，恒温水浴温度40℃(可根据动物体温进行适当调节)，持续0.5小时。(3)仅用ECMO，体外循环血量增至80～100 ml*kg-1*min-1(大流量阶段)，停止机械通气，给予持续气道正压(CPAP)治疗，压力0.5～0.6 kPa， 清扫气流与恒温水浴温度与小流量阶段相同，持续2～3小时。(4)停用ECMO，恢复机械通气。
5.监测：实验过程中，监测动物血压(收缩压)、心率、体温及膜氧合器前后的压力(不超过53.2 kPa)。血压下降时，适当补充生理盐水。每小时测一次活化凝血时间(ACT)，ACT<180秒时，静脉补充肝素50 U/kg。
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6.血气分析：体外循环的不同阶段，取股动脉血及膜氧合器前后的血标本进行血气分析。
四、统计学方法
实验数据以平均值±标准误()表示。统计学处理采用随机区组F检验和q检验，膜氧合器前后血气值用自身对照t检验。
结果
一、动物一般情况
实验过程中，血压(收缩压)平均12.1 kPa(1 kPa=7.5 mmHg)，心率平均123次/分，体温平均37.7℃，ACT平均316秒。11只动物存活9只，2只动物分别于实验后第2天及第2周死亡。
二、动物动脉血气分析
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ECMO前、ECMO小流量、大流量及停止ECMO后的pH值、氧分压(PaO2)及PaO2/FiO2无明显变化，差异无显著意义。经q检验，ECMO小流量阶段二氧化碳分压(PaCO2)较ECMO前及ECMO停用后低，差异有显著意义(P均<0.01)；ECMO大流量阶段PaCO2也较ECMO前及ECMO停用后低，差异有显著意义(P分别<0.01及<0.05)(表1)。
表2 膜肺小流量、大流量阶段膜氧合器前后血气分析对比(n=11，)
pH值
PCO2 (kPa)
PO2 (kPa)
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前
后
t值
前
后
t值
前
后
t值
小流量
7.41±0.027
7.50±0.021
10.21*
, 百拇医药
5.2±0.45
3.6±0.33
9.88*
5.0±0.42
24.3±4.46
4.27*
大流量
7.42±0.024
7.46±0.024
5.60*
4.9±0.27
, http://www.100md.com
4.1±0.21
7.28*
5.3±0.27
15.5±2.77
3.96*
* P<0.01
三、膜氧合器前后血气分析
ECMO小流量及大流量阶段，血流通过膜氧合器后，pH及PO2值均明显升高，PCO2明显降低，差异有显著意义(表2)。
讨论
ECMO的本质是一种改良的人工心肺机。ECMO的基本原理是血从体内引出，通过膜氧合器吸收氧、排出二氧化碳，代替肺完成气体交换后，再输回体内。根据体外循环路线的不同，可分为两类：(1)静-静路线，引出和回输血液的通道都是静脉。(2)静-动路线，血从静脉引出，从动脉回输到体内。前一种方式主要用于体外呼吸支持；后一种方式因血泵可代替心脏的输血功能，既可用于体外呼吸支持，也可用于体外循环支持[4]。近年来，虽有循环路线的改进，甚至探索动-静路线，即血从动脉引出， 靠血压动力使血液通过膜氧合器后回到体内， 无需使用滚压泵[5]。 但静-动路线是最经典的ECMO体外循环方式。因此，本研究观察ECMO体外气体交换的效果时，采用静-动循环路线。
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除了病因治疗外，急性呼吸衰竭的治疗大体可分为三个阶段。首先是一般呼吸治疗，包括氧疗、雾化吸入、胸部物理治疗等。 其次是各种形式的机械通气和一些新疗法，包括一氧化氮吸入、肺表面活性物质替代治疗、部分液体通气等，适用于病情危重的病例。如果病情仍无法控制，体内的肺已无法完成维持生命所必须的气体交换，才考虑使用ECMO治疗。因此，是在机械通气的基础上使用ECMO治疗。用ECMO时呼吸机条件降低，使肺处于休息状态，以减少机械通气副作用。根据患儿情况可暂停机械通气而给予CPAP治疗。病情好转后，停用ECMO再转入机械通气。本研究模拟临床，用动物观察了机械通气、ECMO机械通气并用、单纯ECMO、停用ECMO 4个阶段血气的改变。结果表明，不论是ECMO与机械通气并用还是单纯ECMO治疗，均可使实验动物吸收足够的氧及有效地排出二氧化碳，维持体内pH值的稳定，ECMO体外气体交换的效果是满意的。
ECMO是一项新技术，要想获得预期的疗效，必须处理好一系列关键环节[6]，即：(1)膜氧合器：本研究使用中空纤维膜氧合器，体外循环血量无论是50 ml*kg-1*min-1还是80～100 ml*kg-1*min-1， 血流通过膜氧合器后，均可使血PaO2从5 kPa左右升至15 kPa以上，使血PaCO2明显下降，说明膜氧合器的性能是好的。但实际ECMO治疗时应选择硅胶膜膜氧合器。中空纤维膜氧合器，因纤维管壁有孔，有可湿性及血浆漏出而不能长时间使用，临床多用于心外科体外循环，这也是我们实验时间较短的原因之一。目前，加强医疗病房(ICU)最常使用的是美国Avecor Kolobow膜氧合器，可连续使用数日至数周。其硅胶膜厚度为75～150 μm，在纯氧条件下，转运氧的能力为每分钟200～400 ml/m2。(2)导管和管道：血靠虹吸作用从体内引出，保证引出足够的血液进行体外气体交换十分重要。ECMO治疗时，体循环内血氧含量=通过膜氧合器血氧含量×体外循环血量/总循环血量+左心室血氧含量×肺血流量/ 总循环血量。假定患儿的血红蛋白150 g/L，通过膜氧合器后血氧饱和度为0.100，相当于血氧含量为20 ml/dl。当肺功能极差，左心室内血氧含量与右心房内血氧含量相同， 约为15 ml/dl。只有体外血循环血量达总循环血量的50%时，体循环内血氧含量才能达到17.5 ml/dl，此时氧饱和度接近90%。临床上，肺损伤严重，换气功能极差的患儿，体外循环血量达80～100 ml*kg-1*min-1，ECMO吸收的氧方能满足机体对氧的需要。为从体内引出较多的血液，静脉导管口径要足够大，导管端部有侧孔并置于右心房内。为减少引血阻力，与静脉导管相连接的管道及相关的接头也应较粗。(3)清扫气流：通过膜氧合器的气流量是决定二氧化碳排出多少的关键因素，清扫气流越大二氧化碳排出越多。实际应用时，为防止二氧化碳排出过多或引起呼吸性碱中毒，常在清扫气流中混入2.5%～4%二氧化碳。本实验动物使用ECMO时，血PaCO2偏低，可能与清扫气流仅用纯氧有关。(4)血泵：在实验中使用滚压泵。与心外科不同，ECMO治疗时不主张使用离心泵，因静脉血引流不畅时，离心泵易在管道内产生负压引起溶血，长时间使用，泵内可有血栓形成。
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本项研究中，2只动物的死因不是ECMO失败所致的严重低氧血症或二氧化碳潴留，1只动物因冬季环境温度过低，实验后第2天凌晨冻死，另1只动物ECMO实验后2 周死亡，尸检证实死因是严重肺部感染。
本课题受卫生部(项目编号：94-1-286)及北京市科委(项目编号：951851000)资助
参考文献
1 Green TP, Timmons OD, Fackler JC, et al. The impact of extracorporeal membrane oxygenation on survival in pediatric patients with acute respiratory failure. Crit Care Med, 1996, 24:323-329.
2 UK Collaborative ECMO Trial Group. UK collaborative randomised trial of neonatal extracorporeal membrane oxygenation. Lancet, 1996, 348:75-82.
, 百拇医药
3 Short BL. Clinical use of ECMO. In Boynton BR, Carlo WA, Jobe AH, eds. New therapies for neonatal respiratory failure. New York： the Press Syndicate of the University of Cambridge, 1994. 324-336.
4 宋国维.膜肺技术及其在儿科的临床应用.世界医疗器械，1997，3：18-23.
5 Tao W,Brunston RL Jr,Bidani A, et al. Significant reduction in minute ventilation and peak inspiratory pressures with arteriovenous CO2 removal during severe respiratory failure. Crit Cave Med, 1997,25:689-695.
6 Hirschl RB. Devices. In: Zwischenberger JB, Bartlett RH, eds. ECMO Extracororeal cardiopulmonary support in critical care. ANN Arbor: Extracorporeal Life Support Organization, 1995. 159-187.
(收稿：1998-06-01 修回：1998-07-16), http://www.100md.com
单位：100020 北京，首都儿科研究所(宋国维、甘小庄、黄伟雄、李杰、徐光芝、孙丽萍、马广松、李惠)；首都医科大学附属北京儿童医院(张晶、尹荷华、樊寻梅)
关键词：氧合器；膜式；血气分析
中华儿科杂志981006 【摘要】 目的 观察膜肺(ECMO) 体外吸收氧及排出二氧化碳的效果。方法 绵羊11只，戊巴比妥钠麻醉后，气管切开、插管，与呼吸机相连。右颈内静脉及右颈总动脉内放置导管。血从右颈内静脉引出，经过膜氧合器气体交换后，从右颈总动脉回输体内。实验依次分4个阶段：(1)ECMO前机械通气；(2)ECMO与机械通气并用(小流量阶段)；(3)仅用ECMO(大流量阶段)；(4)ECMO后机械通气。取羊股动脉血及膜氧合器前后的血标本进行血气分析。结果 用ECMO前动脉血气分析的均值为：pH值7.50、动脉血二氧化碳分压(PaCO2) 5.29 kPa(1 kPa=7.5 mmHg)、氧分压(PaO2)18.4、PaO2/吸入氧浓度(FiO2)比值为338，ECMO小流量、大流量及ECMO停止后各阶段的pH值、PaO2及PaO2/FiO2比值与ECMO前相比，差异无显著意义(P>0.05)，ECMO过程中PaCO2较低，差异有非常显著意义(P<0.01)。血液通过膜氧合器后，pH值、PO2值明显升高(P<0.01)，PCO2明显降低(P<0.01)。 结论 ECMO体外可吸收足够的氧，有效排出CO2，维持血pH值稳定。
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An experimental study on extracorpreal membrane oxygenation Song Guowei*, Gan Xiaozhuang, Huang Weixiong, et al. * Capital Institute of Pediatrics, Beijing 100020
【Abstract】 Objective To evaluate the effect of ECMO bypass on the improvement of gas exchange in eleven sheep. Methods Standard procedures for veno-arterial ECMO were used in all animals. Blood was typically siphoned from the right jugular venous cannula and returned to animal by the right common carotid cannula after being oxygenated. Procedures were divided into four phases: (1)pre-ECMO; (2)during ECMO(50 ml*kg-1*min-1)with required mechanical ventilation; (3) during ECMO(80～100 ml*kg-1*min-1) with minimal ventilatory support; (4) post-ECMO. Blood gas analysis was made for blood samples taken from femoral artery at each of the four phases, and from pre-oxygenator and post-oxygenator of ECMO bypass during ECMO phases.Results At pre ECMO, the pH, PaO2, PaCO2 and PaO2/FiO2 of arterial blood were 7.50, 18.4 kPa, 5.29 kPa and 338, respectively. The above parameters did not change at the phases both during ECMO and post-ECMO, except that PaCO2 reduced markedly druing ECMO (P<0.01). After oxygenation on ECMO bypass, the PO2 of blood taken from post-oxygenator increased by more than three times (P<0.01), while PCO2 remarkably decreased (P<0.01). Conclusion During ECMO, oxygen is efficiently taken in, carbon dioxide given up and normal blood pH maintained stable.
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【Key words】 Oxygenators, membrane Blood cas analysis
体外膜肺(extracorporeal membrane oxygenation,ECMO)是治疗呼吸衰竭的新方法[1]，其疗效究竟如何学术界尚有不同看法[2]。ECMO的发展也不平衡，在儿科的应用比成人多，国外接受ECMO治疗的患儿已近万例。国外多数学者认为，严重呼吸衰竭的患儿， 当其他方法治疗无效时，可进行ECMO治疗[3]。国内ECMO治疗尚未用于临床，也未见到实验研究报道。本研究在动物实验观察了ECMO体外吸收氧及排出二氧化碳的效果。
材料和方法
一、主要仪器
上海延生生化公司FDMO-08中空纤维膜式氧合器，德国Stockert滚压泵，北京长城CYS压力传感器，德国西门子404监测仪，瑞士-奥地利AVL990血气分析仪，上海SCY-200呼吸机，上海小儿人工心肺机恒温水浴。如附图所示，设备通过管道互相连接。
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表1 11只羊膜肺实验各阶段动脉血气分析(
) 实验阶段pH值
PaCO2
(kPa)
PaO2
(kPa)
PaO2/FiO2
膜肺前
7.50±0.039
5.29±0.46
, 百拇医药
18.4±1.84
338±37.4
膜肺小流量
(50 ml*kg-1*
min-1)
7.47±0.027
3.47±0.36*△△
16.3±3.20
286±63.6
膜肺大流量
(80～100 ml*
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kg-1*min-1)
7.48±0.018
3.87±0.24*△
14.6±2.32
248±49.9
膜肺后
7.46±0.024
4.83±0.29
18.6±4.04
339±27.4
四组比较
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F值
0.352
8.115
0.624
1.480
注：与膜肺前比较：* P<0.01；与膜肺后比较：△ P<0.05，△△ P<0.01
附图 膜肺设备连接示意图
二、实验动物
健康绵羊11只，雌雄不拘，体重22±5 kg。
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三、实验方法
1.管道预充：膜氧合器与动物相接前，开放桥路组成闭合系统。盐水预充：在泵的推动下，生理盐水由输液器进入ECMO系统，通过反复循环从排气孔排净管道内的气泡。血预充：供血绵羊1只，静脉注射肝素100 U/kg， 颈内静脉插管引出鲜血800～900 ml， 同时加入肝素12 500 U抗凝。将抗凝羊血引入ECMO系统取代管道内的生理盐水，在泵的推动下(泵速1 L/min)血液在ECMO系统中循环备用。
2.动物手术：阿托品1 mg、安定10 mg肌肉注射后，戊巴比妥钠30 mg/kg 腹腔注射麻醉。气管切开、插管，与呼吸机相连。股动脉插管，与404监测仪相连。将F24的导管插入右颈内静脉，管端进入右心房，将F16的导管插入右颈总动脉。静脉注射肝素200 U/kg。
3.体外循环路线：关闭桥路，动物颈内静脉及颈总动脉内的导管分别与ECMO系统连接，血从颈内静脉引出，依次经过储血囊、滚压泵、膜氧合器，再通过颈总动脉导管回到体内。
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4.体外循环步骤 依次分为4个阶段，(1)单纯机械通气，准备体外循环，呼吸机条件：呼吸频率10～15次/分，吸气峰压1.5～2.0 kPa(1 kPa=10.2 cmH2O)，呼气末正压0.5～0.6 kPa，吸/呼=1/1.5，吸入氧浓度(FiO2)0.4。(2)ECMO与呼吸机并用，体外循环血量50 ml*kg-1*min-1(小流量阶段)，膜氧合器清扫气流2～3 L/min(纯氧)，恒温水浴温度40℃(可根据动物体温进行适当调节)，持续0.5小时。(3)仅用ECMO，体外循环血量增至80～100 ml*kg-1*min-1(大流量阶段)，停止机械通气，给予持续气道正压(CPAP)治疗，压力0.5～0.6 kPa， 清扫气流与恒温水浴温度与小流量阶段相同，持续2～3小时。(4)停用ECMO，恢复机械通气。
5.监测：实验过程中，监测动物血压(收缩压)、心率、体温及膜氧合器前后的压力(不超过53.2 kPa)。血压下降时，适当补充生理盐水。每小时测一次活化凝血时间(ACT)，ACT<180秒时，静脉补充肝素50 U/kg。
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6.血气分析：体外循环的不同阶段，取股动脉血及膜氧合器前后的血标本进行血气分析。
四、统计学方法
实验数据以平均值±标准误(
)表示。统计学处理采用随机区组F检验和q检验，膜氧合器前后血气值用自身对照t检验。结果
一、动物一般情况
实验过程中，血压(收缩压)平均12.1 kPa(1 kPa=7.5 mmHg)，心率平均123次/分，体温平均37.7℃，ACT平均316秒。11只动物存活9只，2只动物分别于实验后第2天及第2周死亡。
二、动物动脉血气分析
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ECMO前、ECMO小流量、大流量及停止ECMO后的pH值、氧分压(PaO2)及PaO2/FiO2无明显变化，差异无显著意义。经q检验，ECMO小流量阶段二氧化碳分压(PaCO2)较ECMO前及ECMO停用后低，差异有显著意义(P均<0.01)；ECMO大流量阶段PaCO2也较ECMO前及ECMO停用后低，差异有显著意义(P分别<0.01及<0.05)(表1)。
表2 膜肺小流量、大流量阶段膜氧合器前后血气分析对比(n=11，
)pH值
PCO2 (kPa)
PO2 (kPa)
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前
后
t值
前
后
t值
前
后
t值
小流量
7.41±0.027
7.50±0.021
10.21*
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5.2±0.45
3.6±0.33
9.88*
5.0±0.42
24.3±4.46
4.27*
大流量
7.42±0.024
7.46±0.024
5.60*
4.9±0.27
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4.1±0.21
7.28*
5.3±0.27
15.5±2.77
3.96*
* P<0.01
三、膜氧合器前后血气分析
ECMO小流量及大流量阶段，血流通过膜氧合器后，pH及PO2值均明显升高，PCO2明显降低，差异有显著意义(表2)。
讨论
ECMO的本质是一种改良的人工心肺机。ECMO的基本原理是血从体内引出，通过膜氧合器吸收氧、排出二氧化碳，代替肺完成气体交换后，再输回体内。根据体外循环路线的不同，可分为两类：(1)静-静路线，引出和回输血液的通道都是静脉。(2)静-动路线，血从静脉引出，从动脉回输到体内。前一种方式主要用于体外呼吸支持；后一种方式因血泵可代替心脏的输血功能，既可用于体外呼吸支持，也可用于体外循环支持[4]。近年来，虽有循环路线的改进，甚至探索动-静路线，即血从动脉引出， 靠血压动力使血液通过膜氧合器后回到体内， 无需使用滚压泵[5]。 但静-动路线是最经典的ECMO体外循环方式。因此，本研究观察ECMO体外气体交换的效果时，采用静-动循环路线。
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除了病因治疗外，急性呼吸衰竭的治疗大体可分为三个阶段。首先是一般呼吸治疗，包括氧疗、雾化吸入、胸部物理治疗等。 其次是各种形式的机械通气和一些新疗法，包括一氧化氮吸入、肺表面活性物质替代治疗、部分液体通气等，适用于病情危重的病例。如果病情仍无法控制，体内的肺已无法完成维持生命所必须的气体交换，才考虑使用ECMO治疗。因此，是在机械通气的基础上使用ECMO治疗。用ECMO时呼吸机条件降低，使肺处于休息状态，以减少机械通气副作用。根据患儿情况可暂停机械通气而给予CPAP治疗。病情好转后，停用ECMO再转入机械通气。本研究模拟临床，用动物观察了机械通气、ECMO机械通气并用、单纯ECMO、停用ECMO 4个阶段血气的改变。结果表明，不论是ECMO与机械通气并用还是单纯ECMO治疗，均可使实验动物吸收足够的氧及有效地排出二氧化碳，维持体内pH值的稳定，ECMO体外气体交换的效果是满意的。
ECMO是一项新技术，要想获得预期的疗效，必须处理好一系列关键环节[6]，即：(1)膜氧合器：本研究使用中空纤维膜氧合器，体外循环血量无论是50 ml*kg-1*min-1还是80～100 ml*kg-1*min-1， 血流通过膜氧合器后，均可使血PaO2从5 kPa左右升至15 kPa以上，使血PaCO2明显下降，说明膜氧合器的性能是好的。但实际ECMO治疗时应选择硅胶膜膜氧合器。中空纤维膜氧合器，因纤维管壁有孔，有可湿性及血浆漏出而不能长时间使用，临床多用于心外科体外循环，这也是我们实验时间较短的原因之一。目前，加强医疗病房(ICU)最常使用的是美国Avecor Kolobow膜氧合器，可连续使用数日至数周。其硅胶膜厚度为75～150 μm，在纯氧条件下，转运氧的能力为每分钟200～400 ml/m2。(2)导管和管道：血靠虹吸作用从体内引出，保证引出足够的血液进行体外气体交换十分重要。ECMO治疗时，体循环内血氧含量=通过膜氧合器血氧含量×体外循环血量/总循环血量+左心室血氧含量×肺血流量/ 总循环血量。假定患儿的血红蛋白150 g/L，通过膜氧合器后血氧饱和度为0.100，相当于血氧含量为20 ml/dl。当肺功能极差，左心室内血氧含量与右心房内血氧含量相同， 约为15 ml/dl。只有体外血循环血量达总循环血量的50%时，体循环内血氧含量才能达到17.5 ml/dl，此时氧饱和度接近90%。临床上，肺损伤严重，换气功能极差的患儿，体外循环血量达80～100 ml*kg-1*min-1，ECMO吸收的氧方能满足机体对氧的需要。为从体内引出较多的血液，静脉导管口径要足够大，导管端部有侧孔并置于右心房内。为减少引血阻力，与静脉导管相连接的管道及相关的接头也应较粗。(3)清扫气流：通过膜氧合器的气流量是决定二氧化碳排出多少的关键因素，清扫气流越大二氧化碳排出越多。实际应用时，为防止二氧化碳排出过多或引起呼吸性碱中毒，常在清扫气流中混入2.5%～4%二氧化碳。本实验动物使用ECMO时，血PaCO2偏低，可能与清扫气流仅用纯氧有关。(4)血泵：在实验中使用滚压泵。与心外科不同，ECMO治疗时不主张使用离心泵，因静脉血引流不畅时，离心泵易在管道内产生负压引起溶血，长时间使用，泵内可有血栓形成。
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本项研究中，2只动物的死因不是ECMO失败所致的严重低氧血症或二氧化碳潴留，1只动物因冬季环境温度过低，实验后第2天凌晨冻死，另1只动物ECMO实验后2 周死亡，尸检证实死因是严重肺部感染。
本课题受卫生部(项目编号：94-1-286)及北京市科委(项目编号：951851000)资助
参考文献
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5 Tao W,Brunston RL Jr,Bidani A, et al. Significant reduction in minute ventilation and peak inspiratory pressures with arteriovenous CO2 removal during severe respiratory failure. Crit Cave Med, 1997,25:689-695.
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(收稿：1998-06-01 修回：1998-07-16), http://www.100md.com