ECMO血泵研究進(jìn)

摘要：本文首先簡述了ECMO（extracorporeal membrane oxygenation）核心組件血泵，即離心泵和滾壓泵的研究現(xiàn)狀，并介紹了RotaFlow離心泵、CentriMag離心泵和Biomedicus離心泵以及離心泵和滾壓泵在兒科醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用。其次，闡述了血泵的最新研究進(jìn)展，主要介紹了如推進(jìn)泵、蠕動(dòng)泵、對(duì)角泵、集成型血泵等都具有很大的應(yīng)用前景，但是目前還處于試驗(yàn)階段。最后簡要地介紹了兒科心肺輔助系統(tǒng)（pCAS），以及未來研究展望。

關(guān)鍵詞：ECMO；血泵

1 ECMO核心組件血泵的研究現(xiàn)狀

目前ECMO中常用的血泵主要有離心泵和滾壓泵。離心泵是一種較新型的血泵，近年來使用越來越多。第一、二代離心泵產(chǎn)生很多的摩擦力和熱量，血溶大。最新一代的離心泵有單點(diǎn)、寶石軸承、磁懸浮、改進(jìn)的流動(dòng)力學(xué)和機(jī)械效率。通常有超聲波流量探針，流量可以調(diào)整。摩擦和熱量可以忽略不計(jì)且有非常低的溶血指數(shù)，不易產(chǎn)生氣栓和微栓，安全性能高。理想的離心泵應(yīng)該有最小的血液損傷，較低的轉(zhuǎn)速產(chǎn)生足夠的流量以防止熱量的產(chǎn)生并且經(jīng)久耐用[1～5]。

目前常用的離心泵有Biomedicus、Delpin、St Jude、RotaFlow、Terumo Capiox 、Nokkiso HPM-15 。美國美敦力公司的BioMedicus 550離心泵有優(yōu)秀的臨床使用，然而測(cè)量顯示血漿游離血紅蛋白含量值隨著時(shí)間的推移而增加。更新的離心泵如德國的MAQUET Rotaflow血泵，它的優(yōu)點(diǎn)是從水流動(dòng)力條件上進(jìn)行了改善，減少熱量的產(chǎn)生來減少溶血[6]。其他報(bào)告一致的顯示新開發(fā)的離心水泵要減少血泵熱量的產(chǎn)生來顯著降低血泵引起的溶血和延長使用長壽[7，8]。

RotaFlow離心泵和Biomedicus離心泵相比較[7]。從設(shè)計(jì)角度上RotaFlow離心泵比Biomedicus離心泵有更多理論上的優(yōu)點(diǎn)。泵軸是通過一個(gè)永磁體懸浮并將其六個(gè)方向中的四個(gè)固定，具有最小的負(fù)荷和摩擦。一個(gè)封閉的葉輪和開放的中心，周圍四個(gè)對(duì)數(shù)曲線的通道通過錐體內(nèi)部形成一個(gè)螺旋腔。在市場上已經(jīng)有的離心泵頭中，該設(shè)計(jì)具有最小的容量/表面積以及通過時(shí)間，并且具有最高的驅(qū)動(dòng)效率。它可以提供 10L/min 的流量，對(duì)抗 400mmHg 的阻力。根據(jù)世界上的經(jīng)驗(yàn)，BIOMEDICUS離心泵由于具有較好的可靠性，持久性和低血液破壞已經(jīng)成為標(biāo)準(zhǔn)的離心泵產(chǎn)品?，F(xiàn)在認(rèn)為Rotaflow離心泵不需要驅(qū)動(dòng)軸，具有較低的溶血發(fā)生率，其耐久性使用戶不需要經(jīng)常更換泵頭，非常經(jīng)濟(jì)和安全。BIOMEDICUS離心泵需要密切監(jiān)護(hù)，一旦出現(xiàn)抖動(dòng)或異響即需要及時(shí)更換。因此常規(guī)應(yīng)用 BIOMEDICUS離心泵5d就更換。這時(shí)必須停止ECMO支持而連接新泵頭，并重新排氣，這一切都需要時(shí)間，而此時(shí)患者沒有心臟輸出，并增大了受感染的風(fēng)險(xiǎn)。而由于JOSTRA 的出色設(shè)計(jì)，現(xiàn)在不再選擇性地更換泵頭。在歐共體市場上 Rotaflow離心泵被允許使用4d，但美國FDA只推薦使用BIOMEDICUS離心泵9h。JOSTRA ROTAFLOW泵頭產(chǎn)熱少，對(duì)驅(qū)動(dòng)軸和密封件影響小。

RotaFlow離心泵和CentriMag離心泵相比較在價(jià)格上差異是很大的，約相差20～30倍，性能上卻差別不大[9]。在構(gòu)造上，RotaFlow離心泵為單點(diǎn)寶石軸承，預(yù)充量為32ml，最大轉(zhuǎn)速為5500，最大流量為10L/min；CentriMag離心泵沒有軸承，預(yù)充量為31ml，最大轉(zhuǎn)速為5000，最大流量為10L/min。離心泵造成的血細(xì)胞損傷導(dǎo)致溶血可能導(dǎo)致危重新生兒終末器官的損傷[10]，溶血可能導(dǎo)致其他器官的損傷機(jī)率增加。

滾壓泵也是一種很常用的血泵，最近一項(xiàng)調(diào)查表明在新生兒和兒童ECMO中仍有70%的中心使用滾壓泵。滾壓泵從1935年開始使用，并且一直是體外循環(huán)支路最常用的血泵。它的優(yōu)點(diǎn)是獨(dú)立的預(yù)加載可以提供一個(gè)恒定的流量，較適合小兒使用。小兒使用時(shí)可作小流量精細(xì)調(diào)節(jié)，作脫離訓(xùn)練比離心泵方便。較離心泵易產(chǎn)生氣栓和微栓，易泵脫。有調(diào)查顯示滾壓泵有較高的泵故障率，離心泵的泵故障率與滾子泵相比為13%比56%。

2 ECMO中血泵的最新進(jìn)展

2.1 推進(jìn)泵 目前有一種新型驅(qū)動(dòng)泵已經(jīng)進(jìn)入人們的視野。推進(jìn)泵采用一個(gè)可膨脹的較松弛的泵腔管延伸至滾軸上，會(huì)產(chǎn)生血流和壓力。如果靜脈引流不充分，泵腔塌陷也不會(huì)產(chǎn)生負(fù)壓。當(dāng)泵腔被充滿產(chǎn)生較高流量時(shí)，經(jīng)操作者調(diào)整后壓力達(dá)到一穩(wěn)定水平。驅(qū)動(dòng)泵不需要?dú)饽液推渌呐浼?，簡單方便易于操作。它兼具離心泵和滾壓泵的優(yōu)點(diǎn)。因此推進(jìn)泵將成為ECMO最安全的泵。

2.2蠕動(dòng)泵 ECMO中理想的血泵應(yīng)有內(nèi)在的自我調(diào)節(jié)能力、沒有空穴或入口吸力過度的風(fēng)險(xiǎn)、后負(fù)荷不敏感、無閥從而降低血栓形成。目前使用的技術(shù)，包括滾壓泵、離心泵、氣壓脈動(dòng)泵都不符合這些要求。非閉塞的蠕動(dòng)泵通過預(yù)加載內(nèi)在調(diào)節(jié)流量，后負(fù)荷不敏感，不像離心泵，沒有形成空穴。非閉塞的蠕動(dòng)泵具有短期內(nèi)減輕過度的進(jìn)水負(fù)荷、后負(fù)荷敏感度和血栓形成的危險(xiǎn)等優(yōu)勢(shì)。

2.3對(duì)角線式泵 德國的Medos Medizintechnik AG和 Stolberg新設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)動(dòng)泵（DP3泵）具有對(duì)角流動(dòng)的葉片，這種泵具有安全有效低溶血的特點(diǎn)，適合所有年齡段的兒童。預(yù)充容量16ml，轉(zhuǎn)速0-8 l/min。目前還處于試驗(yàn)階段。

2.4 集成型血泵 Gellman， Barry N.提出了一個(gè)可以去氣泡的集成氧合器的離心泵。德國的MARSEILLE和Oliver發(fā)明了集成體外膜肺氣體交換裝置的血泵。在這項(xiàng)發(fā)明中血泵的設(shè)計(jì)為搏動(dòng)性血泵，安裝在同一殼體的氣體換熱器中。搏動(dòng)性血泵和氣體換熱器連接到同一氣源使血液泵可由氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)。這個(gè)新型的ECMO系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡單、靈活，特別是可以在患者身上直接使用。

2011年一個(gè)緊湊的可穿戴式ECMO氧合器的集成泵裝置模型被提出。這種集成型血泵裝置消除了多個(gè)組件的要求和ECMO并發(fā)癥。它可以提供呼吸支持。一個(gè)可穿戴式泵肺（人工泵肺（APL）裝置必須是緊湊，不像現(xiàn)在的ECMO系統(tǒng)，是結(jié)合氧合功能到一個(gè)單一的外置設(shè)備。利用該計(jì)算模型的方法，可穿戴的APL患者通過虛擬樣機(jī)概念設(shè)計(jì)。確定了可穿戴計(jì)算APL設(shè)計(jì)參數(shù)?；贑FD設(shè)計(jì)和分析的結(jié)果，制造和測(cè)試可穿戴的APL物理樣機(jī)。

2012年一個(gè)新穎的可穿戴人工泵肺裝置研制出來，目前還處于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)階段。由體外和體內(nèi)的研究結(jié)果表明這個(gè)高度集成的可穿戴設(shè)備可以提供有效的泵肺呼吸支持和良好的生物相容性。有可穿戴人工泵肺裝置患者被動(dòng)員起來到外面去走走，他們也可以吃和運(yùn)動(dòng)。這是一個(gè)重要的改進(jìn)，因?yàn)殚L期臥床使得ECMO患者的肌肉萎縮。它可以幫助移植患者增加生存的機(jī)會(huì)，給他們準(zhǔn)備移植前一個(gè)穩(wěn)定的等待條件。最近的經(jīng)驗(yàn)表明肺移植患者在一個(gè)動(dòng)態(tài)ECMO系統(tǒng)中，移動(dòng)患者在移植前后享有更好的生活質(zhì)量。

2.5 Ension兒科心肺輔助系統(tǒng)（PCAS） Ension 公司在ECMO開發(fā)中將血泵和氧合器集成在一起且已經(jīng)開發(fā)了一個(gè)集成的泵氧合器，小兒心肺輔助系統(tǒng)（PCAS）。用來解決ECMO現(xiàn)有設(shè)備的局限性，能夠?yàn)閮和颊咛峁┬姆沃С?。這個(gè)設(shè)備集氧合器和血泵在單一套管，顯著地減少了設(shè)備尺寸和與血液接觸表面積，同時(shí)最小化啟動(dòng)的準(zhǔn)備時(shí)間。

版本4的PCAS系統(tǒng)在6500轉(zhuǎn)時(shí)提供了一個(gè)0.42l/min的流量。版本5的PCAS系統(tǒng)改善葉輪和蝸殼的設(shè)計(jì)，提供了一個(gè)在5000轉(zhuǎn)時(shí)提供了一個(gè)0.57 l/min的流量。 性能測(cè)試表明，這個(gè)套管組合，PCAS血泵能夠?qū)ι儆?公斤的小兒患者提供足夠的泵送能力。版本5的PCAS系統(tǒng)重新設(shè)計(jì)了泵葉輪和擴(kuò)壓器，改善了泵的性能，相對(duì)于版本4的PCAS系統(tǒng)在較小的轉(zhuǎn)速下提供了較大的流量，可以在設(shè)備內(nèi)減少潛在的溶血。

版本7的PCAS系統(tǒng)將6個(gè)低剖面的葉片改成3個(gè)高剖面的葉片，相對(duì)于以前的版本增強(qiáng)了泵血的能力，在泵速4500轉(zhuǎn)時(shí)相對(duì)于版本5的PCAS系統(tǒng)，在相同的套管下，流速增加了50%。版本7的PCAS系統(tǒng)對(duì)流量可以實(shí)現(xiàn)很好的控制，對(duì)嬰兒能夠提供流量達(dá)2.14l/min的流量，在2013進(jìn)行了泵類的臨床試驗(yàn)。

3結(jié)論和展望

本文主要介紹了ECMO核心組件血泵的研究現(xiàn)狀及最新研究進(jìn)展。一些新型的血泵如推進(jìn)泵、蠕動(dòng)泵、對(duì)角泵、集成型血泵等都具有很大的應(yīng)用前景，但是目前還大多處于實(shí)驗(yàn)室階段。兒科心肺輔助系統(tǒng)（pCAS） 解決ECMO現(xiàn)有設(shè)備的局限性，能夠?yàn)閮和颊咛峁┬姆沃С?。國外ECMO應(yīng)用中中血泵雖然性能優(yōu)越然而價(jià)格昂貴。自主研制抗溶血和血栓能力強(qiáng)、價(jià)廉高效、使用壽命長的血泵已成為我國心臟外科領(lǐng)域重要的研究課題和心力衰竭外科治療的未來發(fā)展方向。相信在不久的將來， 自主研發(fā)的血泵必將廣泛地應(yīng)用于ECMO。

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編輯/許言