ECMO的对手不是一般人,是“死神”
在足球赛、马拉松这样的重大体育赛事中,一旦遇到运动员因持续心肌缺血缺氧导致的心脏骤停,急救车上的医生很可能会请出ECMO,先暂时维持患者心跳和呼吸功能【1】。
无论是几年前美军将远在伊拉克受重伤的士兵送到德国治疗【2】,还是今年国内首例把1位呼吸衰竭病患从长春送到广州的转运途中【3】,ECMO都是医疗队伍里的一位重要成员。
ECMO的大名其实是体外膜肺氧合(英文全称Extracorporeal Membrane Oxygenation,英文缩写ECMO,音译俗称“叶克膜”),用以暂时协助大部分医疗方法皆无效的重度心肺衰竭患者进行体外呼吸与血液循环,暂时替代患者的心肺功能,为医疗人员争取更多救治时间。在既拼速度也拼耐力的生命赛道上,ECMO帮助医生和患者与“死神”赛跑。
可你知道吗?回顾ECMO的前世今生,那可是波澜起伏。我们先要从它的前辈——术中体外循环机说起。
# 前辈 - 天才的构想与实践1 #
1930年10月4日凌晨,美国马萨诸塞州波士顿麻省总医院一个外科病房内,时年27岁的实习医师吉本(John Heysham Gibbon)一整晚都守护在一位女病人床边。这位例行胆囊切除术后的女患者发生了肺血栓栓塞并发症。尽管主治医师通过手术从患者的肺动脉内取出众多血块,但患者始终未能苏醒【4】。
在漫长的夜里,吉本无助地看着患者的血液逐渐变暗。他想到能否将病人的血液移走,绕过栓塞的血管,在体外与氧混合并将二氧化碳排出,然后再将富含氧的红色血液回输到患者的动脉,以此来挽救患者的生命——这大概就是体外循环机的最初构想【5】。
每一个部分,都有各自领域的科学家在不断探索和改进。然而是吉本,第一个把各个部分整合起来,并解决在实践中产生的各种问题,比如血流调节的精度,为抗凝血而加入的肝素与血液的比例,如何选择适当的麻醉剂,器械的拆卸、清洗、消毒……【6】。
这些问题清单,光听听,就足以吓退“明智”的普通人。也许是马萨诸塞州的那无眠一夜深深震撼并推动着吉本,他坚持了下来。1953年,50余岁的吉本为一位患有巨大房间隔缺损的18岁大学女生实施修补手术,用自制人工心肺机转流 26 分钟获得修补成功。这是世界首例临床体外循环下心内直视手术。患者于术后2个月做检查,显示缺损完全修复;在80年代后期的随访中患者生活质量良好。【7】吉本终于抚慰了曾深感无力的27岁的自己。更重要的是,他把体外循环支持系统从构想带到了临床实践。
# 前辈 - 天才的构想与实践 2 #
遗憾的是,由于随后几例手术失败病人死亡,吉本陷入绝望,毅然告别了倾注了20余年心血的研究领域。体外循环系统和心外科的发展同时陷入低谷。
这时,明尼苏达大学的外科医生李拉海(C. Walton Lillehei)(对,你没看错,就是这位医生,委托美敦力创始人厄尔·巴肯先生开发出了世界第一台由外部电池驱动的心脏起搏器。)产生了另一个几乎超越了人类想象极限的新构想——活体交叉循环。
李拉海采纳了助手灵光一现的思路:模拟胎儿从胎盘获得氧合血。第一例交叉循环动物实验即大获成功,而且实验动物的术后恢复如此之快、状态如此之好。又经过几个月的改进和研究,李拉海递交了人体试验的申请【8】。
轩然大波!有些批评者甚至说:你们想要创造历史么?想要做外科历史上第一个可能死亡率为200%的手术?
李拉海的导师力排众议,批准了该申请。1954年3月26日,李拉海以患儿的父亲作为供体,用交叉循环的方法完成了历史上首例室间隔修补术,手术过程顺利,父子平安【9】。
随后,1954年到1955年之间,几乎是孤军奋战的李拉海团队通过使用亲子之间的交叉循环,为存在复杂心脏畸形的45位儿童施行了直视下的心脏手术。28名复杂的心脏畸形得到了治愈,45个循环供体均得以存活【10】。
虽然“活人心肺机”取得了巨大成功,但是基于可能对供体造成的不良影响,包括李拉海本人在内,许多研究者又重新开始重视心肺体外循环的研究【11】。
站在无数前人的研究成果上, 李拉海和同事发明了具有螺旋式储水器的鼓泡式氧合器,并于1955年5月13日首次成功应用于一个患有室间隔缺损、肺动脉高压的三岁儿童【12】。
1958年,曾经听吉本分享过技术的柯克林医生(John Webster Kirklin),改进了吉本的心肺机,报道了在梅奥诊所成功地应用体外循环机进行的245例手术。他给设备起名:梅奥-吉本(Gibbon)【13】。
# 急重症先锋ECMO #
说了半天体外循环机,跟ECMO又有什么关系呢?
传统的心肺体外循环系统设备大,主要放在手术室,在有限的心外科手术时间内暂时替代心肺功能。但是一些医学工作者也试图进一步改进该系统,使其更轻便、更安全、支持心肺功能更长时间。
1971年,希尔医生(J Donald Hill )及其团队,为一位患成人呼吸窘迫综合征的青年男性,提供了3天的心肺功能支持,开创长时间生命支持,ECMO正式登场【14】。
1972年,美国密西根大学医学院的巴雷特医生(Robert H.Bartlett)对一名心脏手术后的2岁幼儿,用ECMO进行床旁的短期心肺支持,36小时后脱机【15】。
3年后, 巴雷特等又在ECMO支持72小时下,成功抢救一名因胎粪吸入综合征导致呼吸衰竭的女性弃婴。沉浸在喜悦中的医护人员给这位女婴起名“希望”。后来这位女婴长大了,还有了自己的孩子【16】。
这个巨大的成功标志了“ ECMO时代”的来临【17】。因为更加轻便、更加安全,ECMO不仅帮助严重的急性心或肺功能衰竭患者争取时间,还可以给某些神经外科手术需体外循环者、气道手术、中毒、溺水、感染中毒性休克等急症给予支持治疗【18】。
ECMO也因此标志着一个国家危急重症救护水平。不仅仅是文章开头提到的重大体育赛事和危重病人的转运中有ECMO的身影。2003年的“非典”和2009年的H1N1型流感爆发,使国内的人们逐渐开始认识ECMO。2013年,ECMO被正式写入《人感染H7N9禽流感防治指南》【19】。
我们期待着,ECMO能够帮助更多患者的生命赛道上跑得更远,给他们和他们的家庭带来更多生的希望。
参考文献
【1】 首次广马护跑 揭秘“续命宝贝”ECMO_大洋网-广州日报(广州) 2015-12-08
【2】 Lifesaving Innovation Stars and Stripes 2010-10-23
【3】华彬亚盛成功完成首例ECMO转运_民航资源网 2018-04-23
【4】【5】体外循环之父John Heysham Gibbon Jr_李清晨_中国心血管杂志2011年8月第16卷第4期
【6】-【11】【13】外科之花的艰难绽放_李清晨_李清晨的博客http://blog.sina.com.cn/drlqc
【12】《体外循环简史》第四版_菲利普(Philip H.Kay)_北京大学医学出版
【14】【15】ECMO临床应用及左心室辅助_李家琼_徐州中心医院
【16】 Chauhan, S., Subin, S. (2011). "Extracorporeal membrane oxygenation, an anesthesiologist's perspective: Physiology and principles. Part 1". Annals of Cardiac Anaesthesia. 14 (3): 218–229. Retrieved May 7, 2014.
【17】【18】【19】体外膜肺氧合—拖住死神的脚步_侯晓彤_首都医科大学附属北京安贞医院