體外膜肺氧合(extracorporeal membrane oxygenation,簡稱ECMO) 技術(shù)是體外生命支持 (extracorporeal life support, 簡稱ECLS) 的一種形式。體外膜肺氧合是為了給體外的血液充氧并提供外循環(huán)支持。
該機器主要有三種模式:VA(靜脈-動脈)、 VV(靜脈-靜脈)和AV(動脈-靜脈)。ECMO由驅(qū)動泵、氧合器、插管和管道、變溫裝置和監(jiān)測系統(tǒng)組成。ECMO將靜脈血從體內(nèi)引流道體外,經(jīng)膜式氧合器氧合后再用血泵將血漿灌注回體內(nèi)。
ECMO臨床上主要用于重癥呼吸功能不全和心臟功能不全的支持。ECMO能夠進行有效的血液氣體交換和組織灌注,可通過保護性肺通氣,減少呼吸機對肺的損傷;通過降低前后負荷和正性肌力藥及血管活性藥,使心臟和肺臟得到充分休息,為心肺功能的恢復(fù)或臟器移植贏得時間。ECMO有相關(guān)適應(yīng)證、禁忌癥和并發(fā)癥風(fēng)險,成人及兒童均可采用。
人工心肺機由美國心臟外科專家John Gibbon醫(yī)師于1939年首先開發(fā),第一次成功的心肺轉(zhuǎn)流手術(shù)于1953年由Gibbon施行。ECMO技術(shù)歷經(jīng)迭代發(fā)展,在2009年H1N1和2020年COVID-19大爆發(fā)中發(fā)揮了重要作用,應(yīng)用也更為廣泛。
ECMO在器械改進和臨床技術(shù)方面不斷發(fā)展,應(yīng)用也不斷拓展,使市場不斷增長。2022年,全球體外膜肺氧合(ECMO)機市場規(guī)模為4.956億美元。
分類
按模式分類
ECMO的實施包括靜脈血引流,經(jīng)過氧合器氧合并排出二氧化碳,使靜脈血壓變?yōu)?a href="/hebeideji/4740574761285309985.html">動脈血和靜脈血,最終進入人體靜脈(VV)或動脈(VA)系統(tǒng)。ECMO有靜脈-動脈、靜脈-靜脈和動脈-靜脈三種模式。
靜脈 - 動脈模式
靜脈-動脈(VA)模式對患者的心臟和肺都有支持作用,在主動脈內(nèi)ECMO灌注血流和左心室射出的血流混合,所以患者動脈血的氧含量和二氧化碳含量是兩種來源的血流混合的結(jié)果。ECMO之前,由于內(nèi)源性和外源性兒茶酚胺的作用,機體VO2含量高,同時伴有全身缺氧,動脈氧飽和度低至85%,而靜脈氧飽和度降至50%。VA模式一旦建立,動脈和靜脈飽和度可以很快恢復(fù)到正常水平。
靜脈 - 靜脈模式
靜脈-靜脈(VV)模式僅對患者的肺有支持作用,經(jīng)氧合器氧合后的動脈血泵入患者靜脈系統(tǒng),與體循環(huán)回流的靜脈血混合,提高右心房血液的氧分壓,降低二氧化碳分壓。有一部分混合后的血液又進入ECMO管路,稱之為“再循環(huán)”,另一部分進入右心室經(jīng)過肺進入體循環(huán)。因為靜脈回流的血液量與進入靜脈系統(tǒng)的血液量相等,故對中心靜脈壓、左右心室充盈度和血流動力學(xué)沒有影響。體循環(huán)灌注血流是心臟自身的輸出量。進行VV模式后靜脈和動脈氧飽和度均有改善,達到80%以上,可以降低呼吸機參數(shù),使得全身氧耗量逐漸恢復(fù)正常。
動脈 - 靜脈模式
動脈-靜脈(AV)模式ECMO逐步在臨床上使用,采用動靜脈壓力差來驅(qū)動血液流經(jīng)低阻力膜肺,完成氣體交換,使肺得到充分的休息。主要用于呼吸支持,患者需要能耐受動靜脈分流和心輸出量的增加,AV模式使血流經(jīng)過氧合器,可以增加二氧化碳的排出,降低機械通氣條件。AV-ECMO能快速改善血液動脈氧分壓和有效地移除體內(nèi)二氧化碳。
按應(yīng)用分類
成人ECMO
ECMO在成人中的應(yīng)用主要用于呼吸及循環(huán)支持。成人需要呼吸支持的患者可以大體分為肺炎和ARDS(acute respiratory distress 綜合征, 急性呼吸窘迫綜合征)兩類。而成人需要循環(huán)支持的適應(yīng)證以術(shù)后心力衰竭最為常見,其他包括心肌梗死、心搏驟停、移植術(shù)后原發(fā)性心功能不全、爆發(fā)性心肌炎和產(chǎn)后心肌病等。ECMO還可以支持成人心臟復(fù)蘇、肺移植等。
兒童ECMO
ECMO對于兒童仍主要應(yīng)用于常規(guī)治療無效的循環(huán)和呼吸衰竭,包括對新生兒呼吸衰竭的體外生命支持。此外,ECMO也是對危重癥患兒在生命體征不穩(wěn)定但需要進行緊急有創(chuàng)操作或手術(shù)的保障。對于惡性快速性心律失常或緩慢型心律失常的患兒,ECMO可以對心源性休克提供支持。ECMO也可以作為慢性心肺衰竭患兒進行器官移植的橋梁,以及在判定腦死亡或心死亡后器官捐贈者的心肺支持。
醫(yī)療用途
治療目的
保障組織灌注
ECMO通過體外循環(huán)(extracorporeal circulation,ECC) , 血液通過膜肺能進行有效氣體交換。體外循環(huán)氧合的血液注入體內(nèi)可明顯改善患者的氣體交換功能。
一些重癥心力衰竭患者血流動力學(xué)的維持主要靠正性肌力藥物或血管活性藥物,大劑量使用這些藥物將導(dǎo)致微循環(huán)血管收縮,長時間使用可使微循環(huán)灌注不足,組織缺氧、缺血。而ECMO可通過機械的血液灌注,使正性肌力藥或血管活性藥的用量明顯減少,微循環(huán)收縮得以改善,從而使組織灌注得以保障。
由于ECMO可有效進行血液的氣體交換和機體組織灌注,對于極重癥呼吸和循環(huán)衰竭患者,ECMO可延長生命。對于少數(shù)患者,ECMO撤離后可維持低水平的新陳代謝,以達到延長壽命之目的。
等待心肺功能恢復(fù)
對重癥呼吸衰竭的患者,ECMO支持時呼吸機的參數(shù)可以調(diào)到較低的范圍,以達到保護性肺通氣的目的。一些急重癥的呼吸衰竭患者,如ARDS、新生兒呼吸衰竭等,ECMO運行后,可部分甚至全部替代肺臟功能,在維持氧合通氣的同時,可讓肺部充分休息,有利于減少呼吸機相關(guān)肺部損傷的發(fā)生,為肺臟的自我修復(fù)及原發(fā)病的治療贏得充足時間。肺的組織結(jié)構(gòu)或病理狀況得以改善,最終得以恢復(fù)。
而對重癥心力衰竭的患者,ECMO支持時可有效地降低心臟的前負荷,減少正性肌力藥物或血管活性藥物的應(yīng)用,進而使心肌氧耗減少,氧供增多。運行ECMO可以使心臟充分休息,等待心功能的恢復(fù)。心臟這種休息狀態(tài)對于缺血再灌注損傷心肌功能的恢復(fù)至關(guān)重要。
等待心臟移植
對重癥慢性肺功能衰竭和心力衰竭不能維持正常新陳代謝的患者,ECMO的支持可維持充分的組織灌注和內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定,阻斷病理生理的惡性循環(huán),以贏得充分的時間等待移植供體,并在肺或心臟的移植術(shù)后使其功能得到盡快恢復(fù)。
供體捐獻
對于某些腦死亡患者(如嚴重外傷),進行器官捐獻要通過一系列的法律手段和臨床檢查(如組織配型、血管造影等)。在這期間,ECMO的支持可維持充分的組織灌注和內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定,避免大劑量正性肌力藥物或血管活性藥物的應(yīng)用,以提高移植供體的質(zhì)量,保護移植器官,并在移植術(shù)后使被移植的器官功能更快恢復(fù)。
相關(guān)疾病及適應(yīng)證
ECMO呼吸支持包括急性呼吸窘迫綜合征(acute respiratory distress 綜合征, ARDS)及新生兒肺疾病的治療。ECMO循環(huán)支持主要用于急性心肌炎、心肌梗死(acute myocardial infarction,?急性心肌梗死) 導(dǎo)致的心源性休克和心臟術(shù)后心源性休克的搶救,以及安裝心室輔助裝置、人工心臟及心臟移植前的過渡。替代體外循環(huán)主要用于肺移植、神經(jīng)外科、供體臟器支持、肺栓塞(acute pulmonary embolism, APE) 的搶救等。
結(jié)構(gòu)原理
ECMO是唯一能夠暫時性支持心肺衰竭的緊急治療方法。
原理
EMCO的基本原理是將患者的靜脈血收集到與氧合器相連的泵中,再將氧合后并排出CO2的血液回注到患者體內(nèi)。VA-ECMO和VV-ECMO模式患者的血液統(tǒng)一都通過大靜脈引出,區(qū)別在于,在VA-ECMO模式中,血液通過動脈置管回注體內(nèi),而在VV-ECMO模式中,血液通過靜脈置管回注體內(nèi)。
ECMO不能治愈患者,但可以使患者在非常危重的情況下穩(wěn)定下來,確保氣體交換并保護患者重要器官的輸注量,因此ECMO可以被看作是通向決策的橋梁。
結(jié)構(gòu)
驅(qū)動泵
應(yīng)用在ECMO的血泵以離心泵為主。離心式水泵的設(shè)計原理為在密閉圓形容器(泵頭)的圓心和圓周部各開一個孔,當(dāng)器內(nèi)圓錐部高速轉(zhuǎn)動時,圓心中央部為負壓,可將血液吸入,而圓周部為正壓,可將血液甩出。
驅(qū)動部分
由電機和泵頭組成。電機具有體積小、重量輕、噪聲小、磨損小等優(yōu)點。早期的泵頭為渦流剪切力式,分層塔狀錐體形設(shè)計,利用液體剪切應(yīng)力使其產(chǎn)生流動。為了增加液體運動,減弱轉(zhuǎn)速,減少產(chǎn)熱,中期的離心泵頭內(nèi)設(shè)計有轉(zhuǎn)子葉片,泵效率高,新型離心泵頭平滑,預(yù)充體積小,為了減少長期使用會產(chǎn)生血栓的缺點,設(shè)計為沒有中軸的磁懸浮結(jié)構(gòu)。離心泵的轉(zhuǎn)子與電機用導(dǎo)線連接,可進行遠距離操作。泵頭內(nèi)采用了涂層技術(shù),生物兼容性好,可不用或少用肝素,增加了離心泵的安全性。
控制部分
離心泵采用計算機控制技術(shù)對自身狀態(tài)進行檢測,發(fā)現(xiàn)問題及時報警并出現(xiàn)提示信息以利調(diào)整。離心泵備有內(nèi)部電池,可在意外斷電時繼續(xù)工作近30分鐘。微處理器控制電機高速和低速交替運轉(zhuǎn)而使血流形成脈沖進行搏動灌注。離心泵通常配有流量傳感器,分為電磁傳感器和超聲多普勒兩類。離心泵的控制系統(tǒng)體積小、重量輕、移動性強、集成度高,能實時進行流量、壓力、溫度、氣泡、紅細胞容積和血氧飽和度等監(jiān)測。
氧合器
氣體交換裝置分類
體外生命支持所使用的氧合器,有排出二氧化碳、氧氣交換與血液溫度調(diào)節(jié)功能。根據(jù)其材質(zhì)可分為矽膠膜與中空纖維兩大類,臨床主要使用中空纖維膜氧合器。多為無規(guī)則的縫隙樣微孔纖維膜,可有效減少微氣栓和血漿滲漏的發(fā)生,進一步提高膜式氧合器的有效性和安全性。中空纖維的表面涂層技術(shù)增加了膜肺的生物相容性,加強了膜肺抗血漿滲漏能力,廣泛應(yīng)用于ECMO支持。
現(xiàn)代膜式氧合器
現(xiàn)代膜式氧合器中變溫與氧合結(jié)合,為生命支持提供便利。高效率熱交換材料的問世,使膜式氧合器的設(shè)計和性能更為完善。血液通過聚丙烯纖維,使氣體交換進行氧合和排出CO2。氧合器擁有類似肺泡毛細血管的功能。氧合器由多個直徑小于0.5mm的中空纖維組成,氣體在纖維內(nèi)部流動,液體在纖維外部流動。膜(人工肺)的運轉(zhuǎn)能力比健康肺低10倍多。其對氧氣和二氧化碳的轉(zhuǎn)移能力是由交換表面和纖維的孔徑?jīng)Q定的。
插管和管道
管路
ECMO的管路由聚氯乙稀管構(gòu)成。管道的尺寸從新生兒和嬰兒用的內(nèi)徑1/4in到兒童和成人用的3/8in(1in=25.4mm)都有。ECMO中心可以根據(jù)本單位需求設(shè)計ECMO管路。ECMO管路越短越好,接頭越少越好,因為管路中的阻力與長度成正比,而管路中每一個接頭都會增加湍流的發(fā)生而增加血栓形成的風(fēng)險。生物涂層技術(shù)有利于減輕炎性反應(yīng)和血液保護。
插管
其輔助模式主要有靜脈-靜脈(VV)與靜脈-動脈(VA)兩類,另外還有靜脈-動脈-靜脈(VAV)以及靜脈-靜脈-動脈(VVA)模式。
VV模式將患者乏氧血液通過靜脈插管引流到體外,經(jīng)血泵驅(qū)動入氧合器,氧合并排出二氧化碳后,再通過插管將氧合血注入靜脈內(nèi)。VA模式,是將患者乏氧血液由靜脈插管引流道體外,經(jīng)由血泵注入氧合器,氧合并清除二氧化碳后,再通過動脈插管將氧合血注入人體大動脈。
VA模式常用切開插管,需要動脈結(jié)扎以防止插管周圍滲血。VV模式既可以使用靜脈結(jié)扎也可通過經(jīng)皮或半開放技術(shù)而避免血管結(jié)扎。
變溫裝置
ECMO的變溫器能將血液加熱至略高于體溫,也有的變溫器可以實現(xiàn)降溫的功能。
監(jiān)測系統(tǒng)
ECMO的附加設(shè)備包括監(jiān)測儀和安全裝置,以監(jiān)測功能是否正常,以及是否有失靈的征象。
安全風(fēng)險
禁忌癥
體外生命支持組織(extracorporeal life support organizationn, ELSO) 在指南中明確指出下列情況不要建立循環(huán)ECMO的支持:①心臟功能無恢復(fù)可能,同時沒有心臟移植和安裝心室輔助器的可能;②顱內(nèi)出血 (intracerebral hemorrhage, ICH);③嚴重不可逆的腦損傷;④終末期的腫瘤患者;⑤主動脈瓣關(guān)閉不全;⑥長時間心肺復(fù)蘇;⑦不確切的心肺復(fù)蘇,如心搏驟停時間不詳,復(fù)蘇方法不當(dāng);⑧不可逆的多臟器損傷。
另外,不宜運行ECMO的情況還包括:①嚴重出血患者;②體外循環(huán)高流量還不能維持基本血流動力學(xué)穩(wěn)定。EMCO只能提供部分循環(huán)支持,如果全部血流都通過ECMO系統(tǒng),可導(dǎo)致肺循環(huán)的血液緩慢或停滯,進而發(fā)展為肺小血管嚴重栓塞;③心臟收縮無功能時,建議安裝心室輔助裝置。如果此時應(yīng)用ECMO,左心室會因肺靜脈的回流而過度膨脹,或血液在心室內(nèi)易形成血栓。
相關(guān)并發(fā)癥
ECMO期間并發(fā)癥可分為機械相關(guān)并發(fā)癥和患者相關(guān)并發(fā)癥。
機器相關(guān)并發(fā)癥
機器相關(guān)并發(fā)癥包括血栓形成、插管及管道相關(guān)并發(fā)癥、氧合器功能異常、空氣栓塞、驅(qū)動失靈、變溫器異常、管道破裂、泵故障、泵管破裂等。
患者相關(guān)并發(fā)癥
患者相關(guān)并發(fā)癥包括出血、溶血、循環(huán)系統(tǒng)并發(fā)癥、肺部并發(fā)癥、腎功能不全、感染、中樞神經(jīng)系統(tǒng)并發(fā)癥、水及電解質(zhì)和酸堿平衡紊亂等。具體表現(xiàn)為插管局部出血、外科創(chuàng)面出血、胃腸道出血、感染、顱內(nèi)出血、腦梗死、癲癇發(fā)作、溶血、高膽紅素血癥、肺出血、心律失常、心搏驟停、心肌頓抑、高血壓、肺部并發(fā)癥、pH值異常、血糖水平異常等。
管理類別
參照國家藥品監(jiān)督管理局《醫(yī)療器械分類目錄》,ECMO設(shè)備屬于子目錄“10-輸血、透析和體外循環(huán)器械”中的“一級產(chǎn)品類別05-心肺轉(zhuǎn)流設(shè)備”,具體涉及三個二級產(chǎn)品類別:
(1) 10-05-01-心肺轉(zhuǎn)流用泵
(2) 10-05-02-心肺轉(zhuǎn)流監(jiān)測設(shè)備
(3) 10-05-04-體外心肺支持輔助系統(tǒng)
發(fā)展歷史
誕生
1635-1730年,英國科學(xué)家Robert Hooke提出了氧合器的概念。1930年代,美國心臟外科專家John Gibbon和John Kirkland進一步闡釋了氧合器的概念。人工心肺機是由John Gibbon 于1939年首先開發(fā)的。
發(fā)展
John Gibbon在1954年使用人工心肺機完成第一例開心手術(shù)。1955年,梅奧診所(Mayo Clinic)的外科醫(yī)生John Kirklin及其同事進一步將Gibbon型固定屏式氧合器發(fā)展為Mayo-Gibbon泵氧合器。同年,美國外科醫(yī)生Lillehei及其同事開始在臨床使用DeWall鼓泡式氧合器。1958年,美國外科醫(yī)生Clowes、Hopkins和Neville使用滲透乙基纖維素(很快被機械強度更高的聚四乙烯或特氟龍取代)形成第一個臨床膜氧合器。1971年,美國心臟外科專家J.Donald Hill等將人工心肺機首次成功用于長期生命支持,用以治療成人呼吸窘迫綜合征。
1975年,NIH(National Institutes of Health,美國國立衛(wèi)生研究院)命名了體外膜式氧合。1979年起,因研究失敗,體外生命支持治療的實驗和臨床研究停滯10年,但試驗表明ECMO可以挽救新生兒生命。1975年NIH報道第一例體外生命支持治療成功救治新生兒呼吸衰竭。隨后5年,對不同疾病情況下的幼兒進行的體外循環(huán)支持,顯示存活率50%。到了1986年,18家新生兒中心都成功建立了ECMO中心。ECMO在小兒科的成功應(yīng)用也被借鑒到對成年患者的臨床研究中。
1989年,體外生命支持組織(ELSO)正式成立。該組織在這個領(lǐng)域建立了多個指南和技術(shù)操作文件,發(fā)表了標(biāo)準教科書。到2010年1月,已注冊4萬余例患者,其中半數(shù)是新生兒。ECMO成為獨立于其他治療手段的常規(guī)治療方法,總體存活率是85%。
21世紀初,鼓泡式氧合器逐漸淘汰,而膜式氧合器得到全面應(yīng)用。2008年,隨著新一代的膜肺、安全的離心泵和血管插管技術(shù)的出現(xiàn),該技術(shù)的生物相容性大大提高。ECMO變得精巧,簡單易行。這樣的改變開啟了ECMO的新時代(非正式地被稱為ECMO2.0)。
專科中心已開始在特定患者如肺移植術(shù)后的患者中使用ECMO。其他一些專家繼續(xù)探索將ECMO用于心肺支持。2009年,新型流感(H1N1)大爆發(fā),ECMO被大量應(yīng)用于危重患者,許多患者因此得到完全康復(fù),因而引發(fā)了ECMO的廣泛應(yīng)用。2020年,新型冠狀病毒疫情在全球爆發(fā),ECMO在挽救危重患者生命中發(fā)揮了重要作用,被越來越多的人了解和認可。2026年2月,《自然(Nature)》雜志發(fā)布了美國西北大學(xué)醫(yī)學(xué)院安基·巴拉特(Ankit Bharat)團隊的一項“人工肺”研究。一名流感病毒感染導(dǎo)致急性呼吸窘迫綜合征的歲男子通過“人工肺”系統(tǒng)在切除后無肺生存了整整48小時,后進行了雙肺移植手術(shù)。截至當(dāng)月,肺移植術(shù)后近三年,這名男子未出現(xiàn)排斥反應(yīng),心肺功能正常,生活質(zhì)量也接近同齡常人。
發(fā)展方向
器械改進
材質(zhì)
ECMO的肺膜要求長時間的氣體交換能力,硅膠肺膜在這方面雖有特長,但其交換能力有限,預(yù)充量大,阻力高,無抗凝涂層。傳統(tǒng)中空纖維肺膜抗血漿滲透能力弱,限制其在ECMO的應(yīng)用。中空纖維經(jīng)過涂層處理,不僅可保持長時間良好的氣體交換能力,還具有抗凝、抗血漿滲透和迅速排氣的功能。
離心泵
ECMO的驅(qū)動泵以離心泵為主,其設(shè)計增加了血液驅(qū)動力,對血液摩擦力小,減輕了熱量和血栓的產(chǎn)生,其流量控制較為精確,不僅能用于大體重患者,還適合小體重嬰兒。通過流量監(jiān)測反饋系統(tǒng),使離心泵保持一定轉(zhuǎn)速,防止血流倒流。離心泵設(shè)計輕巧,同時具有監(jiān)測功能,利于野外搶救。
插管技術(shù)
VV ECMO的靜脈雙管原來主要用于小兒,并采用切開置管。絕大多數(shù)患者的插管均采用經(jīng)皮穿刺法,迅速簡便,并發(fā)癥少。特別是成人的靜脈雙腔管經(jīng)皮穿刺,對ECMO的迅速建立和減少血液再循環(huán)有非常積極的作用。
臨床技術(shù)提高
應(yīng)用模式
體外生命支持的資料表明循環(huán)支持ECMO的比重越來越高,而流行性重癥病毒性肺炎頻發(fā),成人ECMO的呼吸支持日益增多,而ECMO應(yīng)用于嬰幼兒呼吸功能不全的比例明顯下降。以往單純的呼吸支持ECMO主要采用VA流轉(zhuǎn),臨床發(fā)現(xiàn)VV轉(zhuǎn)流患者血流動力學(xué)更為平穩(wěn),呼吸支持的VV轉(zhuǎn)流比例逐漸增多。 ECMO 機器越來越多地用來治療其他心臟和呼吸系統(tǒng)疾病,這些機器可以在許多過去相對未得到充分利用的疾病中發(fā)揮重要作用。
臨床技術(shù)
在導(dǎo)管室中采用導(dǎo)管房間隔穿技術(shù)(即通過周圍靜脈進入右心房,再通過穿透的房間隔至左心房),可不開胸建立有效的左心輔助。在離心泵的負壓吸引下,血流可有效地引至體外,再通過周圍動脈注入體內(nèi)。此法不需要手術(shù),可有效降低左心房壓力,并保證組織灌注,應(yīng)用前景廣泛。
原發(fā)性移植物功能障礙(PGD)是一種需要循環(huán)支持的危急病癥。 PGD是一種急性非免疫介導(dǎo)損傷綜合征,通常發(fā)生在肺和心臟移植后72小時內(nèi),是早期死亡的最常見原因。多項研究證明了需要體外膜氧合支持的PGD患者的積極結(jié)果。根據(jù)歐洲器官移植學(xué)會雜志2022年3月發(fā)表的一項研究,VA-ECMO是一種針對成人嚴重PGD心臟移植受者的挽救療法,特別是對于既往有心臟手術(shù)史的患者。在 PGD 病例中使用這些機器可以降低死亡率。
適應(yīng)證
一般認為ECMO建立的前提是心肺功能的可恢復(fù)性,對于慢性晚期的呼吸衰竭、心力衰竭為禁忌癥。但臨床實踐發(fā)現(xiàn)可以利用ECMO對心室肌進行力量訓(xùn)練。具體的適應(yīng)證包括:心臟移植供體不能耐受受體的肺動脈高壓;移植供體心臟太小,不能滿足供體血流需要;先天性心臟病畸形矯治滿意,心室相對狹小。
移植
ECMO在移植受體的獲得中發(fā)揮積極作用。在供體取出前有一系列嚴格的醫(yī)療和法律程序,而一些供體患者內(nèi)環(huán)境紊亂,血流動力學(xué)不穩(wěn)定,靠大量的血管活性藥物維持,這對供體臟器產(chǎn)生嚴重損傷。此時用ECMO可為完成法律程序贏得時間,滿足移植供體的血流,減少血管活性藥物的應(yīng)用。
相關(guān)進步
2008年以前,大部分ECMO患者采用麻醉肌松,氣管插管,輔助呼吸機;ECMO未有涂層技術(shù),易發(fā)生血栓;ECMO只能在少數(shù)大的醫(yī)療機構(gòu)開展。2008年以后,很多患者在ECMO期間保持清醒狀態(tài),維持自主呼吸,或氣管切開,輔以面罩給氧;ECMO均采用涂層技術(shù),大大提高了其生物相容性和抗凝功能,進而減少了肝素的使用;很多醫(yī)院已可常規(guī)開展此項技術(shù),一般只需一名護士看護,醫(yī)師可集中精力在如何保障ECMO期間的組織灌注,盡量使心肺康復(fù)上面。而ECMO的并發(fā)癥也越來越少,成功率越來越高。
隨著ECMO對慢性心功能和急性呼吸衰竭患者的支持,2025年家庭ECMO有望成為可能。預(yù)計ECMO向小型化、接近生理,以及多種技術(shù)聯(lián)合的方向發(fā)展。未來,ECMO的操作更為簡單、并發(fā)癥更少,甚至可不需要抗凝,在家應(yīng)用給更多生命垂危的患者帶來生的希望。因此,人工心肺的終身替代也有可能實現(xiàn)。
產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀
2022年,全球體外膜肺氧合(ECMO)機市場規(guī)模為4.956億美元。預(yù)計該市場從2023年的5.133億美元增長到2030年的6.818億美元,預(yù)測期內(nèi)復(fù)合年增長率為4.1%。市場增長的主要因素是慢性呼吸系統(tǒng)和心臟疾病對長期循環(huán)支持的需求不斷增長,另外也得益于技術(shù)進步帶來的療效改善和應(yīng)用的增多。
驅(qū)動因素
心血管和呼吸系統(tǒng)疾病負擔(dān)激增,推動市場增長。 冠狀動脈粥樣硬化性心臟病、腦血管病、風(fēng)濕病、先天性心臟病等心血管疾病的流行給醫(yī)療系統(tǒng)帶來了沉重的疾病負擔(dān)。 這些心血管疾病是全世界死亡的主要原因。據(jù)世界心臟聯(lián)合會統(tǒng)計,每年約有1860 萬人死于心血管疾病。 此外,急性呼吸窘迫綜合征 (ARDS)、慢性阻塞性肺疾病、COVID-19 和呼吸衰竭等呼吸系統(tǒng)疾病的日益流行,是推動這些機器需求的另一個主要因素。
COVID-19大流行期間ECMO機器的使用增加對市場增長產(chǎn)生了積極影響。COVID-19患者的機器治療效果得到改善,醫(yī)院更多地采用這些機器,從而刺激了對體外膜肺氧合機的需求。例如,頭部廠商Getinge AB 2020年收入為34.738 億美元,比 2019 年增長12.3%。這一增長歸因于醫(yī)院和新冠中心對這些機器的需求增加。COVID-19的影響導(dǎo)致2021年全球體外膜肺氧合機市場較2020年出現(xiàn)巨大增長。
不斷進步的技術(shù)進步也促使產(chǎn)品采用率增加,從而促進市場增長。該機器部件的小型化,例如用于各種手術(shù)的氧合器和空心泵,有助于轉(zhuǎn)運危重病人。 此外,技術(shù)先進組件的引入,如改進的旋轉(zhuǎn)泵、雙腔插管、創(chuàng)新的氧合器和新的插管方法,預(yù)計簡化體外膜肺氧合 (ECMO) 機器的使用。 與舊設(shè)備相比,新產(chǎn)品的優(yōu)點包括快速啟動時間、較低的啟動量、低血流阻力和減少血漿滲漏,這可能會減少血小板的消耗和活化。 此外,在先進的電路中,表面涂層可以模仿血管內(nèi)皮層,減少血栓形成,無需持續(xù)抗凝,并減少相關(guān)并發(fā)癥的發(fā)生率。技術(shù)的進步和新產(chǎn)品的推出預(yù)計在未來幾年推動市場增長。
制約因素
系統(tǒng)的高成本挑戰(zhàn)了國家醫(yī)療系統(tǒng)和患者的承受能力,限制了市場增長。ECMO運行的成本包括機器成本、耗材成本以及操作員和其他醫(yī)療人力資源的成本。 其中,該機器的成本給發(fā)展中國家醫(yī)療保健系統(tǒng)帶來了巨大壓力,并限制了其采用。 例如,在印度,體外膜肺氧合機的價格約為35,000美元至48,000美元。
在美國,一套系統(tǒng)的成本在 152,000 美元到 170,000 美元之間。 在英國為 35,500 美元至 47,300 美元。 該手術(shù)的最終成本較高,并且該手術(shù)的使用受到一些國家有限的醫(yī)療保健支出的影響。
細分市場
靜脈-動脈ECMO細分市場在 2022 年占據(jù)最大份額,預(yù)計以顯著的復(fù)合年增長率增長。 該細分市場的主導(dǎo)份額歸因于此類設(shè)備的廣泛應(yīng)用、有利的醫(yī)保報銷政策以及心臟病患病率的增加等因素。
靜脈-靜脈ECMO業(yè)務(wù)預(yù)計大幅增長。 該細分市場的增長歸因于COVID-19大流行期間靜脈系統(tǒng)使用量的激增以及呼吸系統(tǒng)疾病患病率的增加,從而增加了對靜脈系統(tǒng)的需求。根據(jù) 2022 年 4 月發(fā)表在《英國醫(yī)學(xué)雜志》上的一篇文章,靜脈-靜脈系統(tǒng)適用于與COVID-19相關(guān)的急性呼吸衰竭患者,與不使用ECMO的傳統(tǒng)機械通氣相比,使用靜脈-靜脈系統(tǒng)可將死亡率降低 7.1%。
區(qū)域市場
從地區(qū)來看,2022年北美市場價值為2.435億美元。該地區(qū)在2022年主導(dǎo)全球市場,市場的增長主要歸因于外科手術(shù)數(shù)量的增加。北美市場預(yù)計在整個預(yù)測期內(nèi)繼續(xù)保持主導(dǎo)地位。
歐洲地區(qū)EMCO市場增長迅速,這一增長得益于公共和私人研發(fā)投資的增加、醫(yī)療保健設(shè)備的需求以及優(yōu)惠的醫(yī)療政策。預(yù)計歐洲在2023-2030以大幅復(fù)合年增長率擴張。
亞太地區(qū)擁有100多個ECMO中心。預(yù)計亞太市場在2023-2030年以最高復(fù)合年增長率擴張。 最高的復(fù)合年增長率歸因于發(fā)展中國家龐大的患者群體以及新的ECMO 中心的不斷開設(shè)。
2022年中國開展ECMO手術(shù)總計13491例,而且每年都在高速增長。疫情之后,中國的ECMO需求維持高位,存量設(shè)備超負荷運轉(zhuǎn)。
預(yù)計拉丁美洲、中東和非洲市場在預(yù)測期內(nèi)以適度的復(fù)合年增長率擴張。 這歸因于新興經(jīng)濟體醫(yī)療保健基礎(chǔ)設(shè)施的改善以及這些設(shè)備的日益普及等因素。
頭部廠商
市場正在整合,到 2022 年,Getinge AB、Terumo Corporation和美敦力等主要公司占據(jù)了全球體外膜氧合機市場的大部分份額。
Getinge AB在2022占據(jù)了最高的市場份額。該公司在市場上的領(lǐng)先地位得益于其強大的體外膜肺氧合機和耗材產(chǎn)品組合。 此外,廣泛的分銷網(wǎng)絡(luò)也使得該公司在市場上占有很大的份額。Terumo Corporation于2022占據(jù)了重要的市場份額,主要是由于日本和其他亞洲國家的醫(yī)療保健專業(yè)人員對該公司的心血管產(chǎn)品的偏好日益增加,這對該公司的市場地位產(chǎn)生了正面影響。
主要公司包括:
Getinge AB(瑞典)
LivaNova PLC(英國)
Terumo Corporation(日本)
Xenios AG (Fresenius Medical Care AG & Co. KGaA)(德國)
EUROSETS(意大利)
Abiomed(美國)
NIPRO(日本)
Spectrum Medical(英國)
2023年1月5日,中國國家藥品監(jiān)督管理局網(wǎng)站公布《我國國產(chǎn)體外膜肺氧合治療(ECMO)產(chǎn)品獲批上市》。這是中國首個獲批的國產(chǎn)ECMO,實現(xiàn)了中國在體外生命支持技術(shù)領(lǐng)域從零到一的國產(chǎn)化突破。
中國市場的主導(dǎo)者是總部位于德國的邁柯唯,美敦力和索林同樣占據(jù)一定市場。中國國內(nèi)三家企業(yè)的產(chǎn)品2023年剛剛獲批,銷售數(shù)量還很少。
相關(guān)事件
2026年2月,《自然(Nature)》雜志頭條發(fā)布了美國西北大學(xué)醫(yī)學(xué)院安基·巴拉特(Ankit Bharat)團隊的一項“人工肺”研究。一名流感病毒感染導(dǎo)致急性呼吸窘迫綜合征的33歲男子,因繼發(fā)雙肺組織化膿性壞死,為避免心、肝、腎等大臟器功能衰竭,必須盡快切除雙肺,然后再考慮進行雙肺移植。通過“人工肺”系統(tǒng),這名男子在雙肺切除后無肺生存了整整48小時,后進行了雙肺移植手術(shù)。截至2026年2月,肺移植術(shù)后近三年,這名男子未出現(xiàn)排斥反應(yīng),心肺功能正常,生活質(zhì)量也接近同齡常人。該“人工肺”設(shè)計者安基·巴拉特教授介紹,在接入人工肺系統(tǒng)前,男子已經(jīng)接上了呼吸機,陷入了膿毒敗血癥休克。當(dāng)人工肺系統(tǒng)投入使用后,醫(yī)療團隊為他停止了維持血壓的藥物治療,這名男子的腎功能、心功能也逐漸恢復(fù),讓之后的雙肺移植手術(shù)得到實施。2月9日,中華醫(yī)學(xué)會供肺評估專家組副組長趙高峰教授稱,美國西北大學(xué)的這套“人工肺”系統(tǒng)是在ECMO的基礎(chǔ)上又向前走了一步,加上右心輔助設(shè)備,通過精準的血液流量調(diào)控,讓人類能夠?qū)崿F(xiàn)無肺生存48小時。為肺部嚴重感染、呼吸衰竭、必須盡快切除雙肺的患者提供了肺移植的“窗口期”。
參考資料 >
醫(yī)學(xué)科普:帶你了解葉克膜.中國科技網(wǎng).2023-08-01
體外膜肺氧合 (ECMO) 計劃.Mayo Clinic.2023-08-01
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醫(yī)療器械分類目錄 ——“10 輸血、透析和體外循環(huán)器械”基本信息.國家藥品監(jiān)督管理局.2023-07-31
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