體外膜氧合（extracorporeal membrane oxygenation,ECMO）是源於體外循環（cardiopulmonary bypass,CPB）搶救重症患者生命的一項新技術，是一種持續體外生命支持的手段。體外膜氧合將血液從體內引流到體外，經人工膜肺氧合，氧合後的血液再重新通過靜脈和（或）動脈灌注入體內，以維持機體各器官的灌注和氧合，對嚴重的可逆性呼吸和（或）循環衰竭患者進行長時間臨時心肺支持，使心肺得以充分的休息，為搶救治療和心肺功能的恢複贏得寶貴的時間。
體外膜氧合從20世紀70年代開始應用於臨床，隨著醫療技術、材料技術、機械技術的不斷發展，其技術逐漸得到完善，並發症發生率不斷下降，療效改善，從而被更廣泛地用於臨床重症患者搶救和急救。體外膜氧合風險高、代價昂貴、操作管理技術和團隊協作要求高，是代表醫院，甚至一個地區、一個國家的重症患者救治水平的一項體外重要的生命支持技術。
1.體外膜氧合的發展曆史
體外膜氧合是體外循環技術範圍的擴大和延伸。1953年5月，Gibbon應用動脈氧合和灌注技術第一次成功實施直視下心髒手術，這種直視下心髒手術開展的體外循環具有劃時代的意義，不但使心髒外科迅猛發展，同時也為體外生命支持手段譜寫了新的篇章。在心髒手術期間快速建立的體外循環可以短期完全替代心肺功能，從而可以實施心內直視手術，從那時起就有了將此技術轉化為一種生命支持搶救技術的想法。但當時存在一係列問題難以解決，主要包括肝素抗凝與出血的矛盾、生物材料組織相容性差、溶血、不能長時間進行膜肺氧合等。直到1972年，Hill報道使用3天的體外膜氧合成功搶救1例多發性創傷導致多器官損傷合並器官功能衰竭的患者[1]。1975年，美國國立健康研究院主持了一項有關成人ARDS患者長時間體外循環支持搶救效果的多中心研究，這是曆史上首次對一種研究終點為“死亡”的急性致死性疾病應用一種生命支持技術進行的前瞻性隨機研究。該臨床研究的設計和管理有很多問題，使得1979年發布的統計結果很不理想，但從其數據中仍然可以了解到，所有ARDS患者的總體死亡率為66%，嚴重ARDS的死亡率為90%[2]。在當時條件下，如果由缺乏體外膜氧合經驗的醫院和醫護團隊，單純應用股靜脈股動脈體外膜氧合對患者進行呼吸支持1周，對嚴重ARDS患者的生存率提高沒有幫助。隨後對成人呼吸衰竭進行體外膜氧合終止了將近10年，但在新生兒呼吸衰竭治療領域，體外膜氧合技術卻首先取得了成功。1976年美國密西根大學醫學院Bartlett等對一名因胎糞吸入綜合征導致呼吸衰竭的女性棄嬰施行體外膜氧合搶救成功[3]。興奮的醫護人員將該嬰兒命名為Esperanza，就是西班牙語“希望”的意思。該患者目前已經是一名健康快樂的母親。上世紀80年代一些醫院也陸續將體外膜氧合用於新生兒呼吸衰竭，並取得了較好的臨床療效。
體外膜氧合臨床研究的開展和專業隊伍的建設使體外膜氧合臨床應用更加廣泛，適應證也逐漸擴大。體外膜氧合逐漸為人們認識，一些醫療中心已組織專門醫療隊伍進行體外膜氧合臨床研究，體外膜氧合相關的材料、相應的方法和器械也在不斷完善。1988年Bindslev等報告用肝素塗層新型膜肺建立體外膜氧合，可減少肝素用量和出血發生率[4]。經皮插管方法可使體外膜氧合在短時間內建立，同時避免開胸和損傷大血管。1989年美國建立了“體外生命支持組織”（extracorporeal life support organization,ELSO），對世界範圍內使用體外膜氧合的病例進行注冊登記，便於統計、分析和總結體外膜氧合治療的病例，進行體外膜氧合技術培訓和推廣。1993年Zwushenberrger等對7667例體外膜氧合治療的急性呼吸衰竭患兒調查表明，其總生存率為81%，而如常規治療生存率可能僅為20%[5]。1994年另一項關於成人ARDS的RCT研究使用體外二氧化碳清除（extracorporeal CO2 removal,ECCO2R）代替傳統的體外膜氧合顯示，與對照組相比，兩組成人ARDS患者30天存活率分別為33%對比42%，兩組間無顯著統計學差異[6]，但較70年代ARDS患者體外膜氧合治療僅僅10%的存活率明顯增加。1994年在英國召開體外膜氧合國際會議，對體外膜氧合技術和臨床應用進行綜合的總結和探討，發現體外膜氧合對兒童特別是新生兒有很好的療效，但對成人的效果不理想；對呼吸衰竭的效果較佳，對感染和心衰的效果較差。隨著體外膜氧合技術的不斷完善，雙腔導管的出現使血管並發症進一步降低，另外也發展了各種轉流方法，設備逐漸微型化，出現便攜式體外膜氧合和無泵體外膜氧合等，其適應證因此而不斷擴大。到2011年1月ELSO統計，全世界有4.5萬患者進行了體外膜氧合治療，總生存率為62%，其中100多個醫療中心用體外膜氧合對2.4萬新生兒呼吸衰竭進行常規治療，生存率為75%，一些有經驗的中心新生兒呼吸衰竭存活率可達到90%。體外膜氧合治療成人ARDS生存率在50%左右，對小兒和成人的循環支持的存活率較低，約在40%。體外膜氧合輔助下的心肺複蘇患者支持治療存活率也在30%左右。
2.關於各種類型體外心肺支持的發展
在體外膜氧合發展曆史過程中，曾有不同的名稱，在不同階段源於體外循環技術也出現了不同的支持技術和手段，常用技術和手段名稱列舉如下。
3.體外膜氧合在成人急性呼吸衰竭的治療進展
體外膜氧合在兒童尤其是新生兒急性呼吸衰竭的治療取得了較好的效果，但是在成人急性呼吸衰竭的治療中未能獲得良好的療效，上個世紀70年代和90年代兩項隨機對照臨床研究均未能顯示體外膜氧合治療能降低急性呼吸衰竭患者病死率[6，7]。隨著體外膜氧合材料的進步和技術的不斷完善，管理水平的提高和規範化操作，使得體外膜氧合在成人急性呼吸衰竭患者的應用例數也逐年增加。
2009年Lancet發表英國完成的多中心隨機對照臨床研究（conventional ventilation or ECMO for severe adult respiratory failure,CESAR）通過與常規機械通氣治療比較，以期確定體外膜氧合治療ARDS的安全性、治療效果以及成本效益。研究共納入180例重症ARDS患者，意向性分析體外膜氧合組納入90例，常規治療組納入90例患者，實際接受體外膜氧合治療者68例（75%）。體外膜氧合治療者63%（57/90）無傷殘存活至6個月，常規組為47%（41/87）[8]。CESAR研究建議Murray評分＞3.0或pH＜7.20的成人可逆性、急性重症呼吸衰竭患者轉往具備體外膜氧合治療條件的醫療中心，可提高生存率並且無嚴重殘障發生。雖然CESAR研究結果仍存在一些問題：①體外膜氧合治療的患者都要轉運到唯一的治療中心，而常規治療則在各分中心各自完成；②研究中“常規通氣治療”組沒有統一的治療方案；③體外膜氧合和常規機械通氣兩組在激素治療、耐甲氧西林金黃色葡萄球菌（molecular albumin recirculating system）治療、接受小潮氣量低氣道壓通氣策略治療的人數以及時間差異均有顯著的統計學意義。但是體外膜氧合具有機械通氣所無法替代的特點，對於重症ARDS患者，CESAR研究為臨床常規機械通氣無明顯改善的重症ARDS的治療提供了最新的策略和相關依據。
體外膜氧合可支持重症ARDS患者氣體交換，有可能降低ARDS患者病死率，並於2009甲型H1N1流感大流行期間用於治療H1N1導致的ARDS。2009年H1N1的流行導致感染的重症患者迅速進展為急性重症呼吸衰竭，在澳大利亞和新西蘭的多中心合作體外膜氧合治療重症2009年甲型（H1N1）流感並發ARDS觀察性研究中，用於68例使用機械通氣和保護性肺開放治療後仍有頑固性低氧血症和（或）高碳酸血症的ARDS患者，體外膜氧合平均支持時間10天，研究終點患者病死率為21%[9]。2011年10月的《美國醫學會雜誌》（JAMA）發表英國皇家布朗普頓醫院聯合劍橋大學等多家研究機構實施的一項隊列研究結果顯示H1N1相關性ARDS患者，行體外膜氧合治療可降低其住院病死率[10]。研究納入擬行體外膜氧合就診與轉診的所有H1N1相關性ARDS患者作為研究對象，采用同期開展的、疑似或確診的H1N1重症患者的縱向隊列研究中的數據庫，將體外膜氧合治療患者和非體外膜氧合治療患者進行匹配。主要轉歸指標為根據意向治療原則的出院生存率，在80例意向體外膜氧合就診患者中有69例（86.3%）患者行體外膜氧合治療，其中22例（27.5%）在出院前死亡。從1756例常規治療患者群中，采用個體匹配法、傾向評分匹配法和GenMatch匹配法分別確定了59、75和75例患者。研究結果顯示與非體外膜氧合治療患者相比體外膜氧合治療患者的住院病死率均明顯降低（P＜0.01）；敏感性分析（包括修改入選標準，限製非體外膜氧合就診患者的治療地點）顯示，該項研究結果具有較高穩定性。體外膜氧合已經成為機械通氣不能維持氧合的重症ARDS治療救援措施之一[11]，但是操作複雜，費用高，作為一線治療措施尚未有充分明確的臨床證據[12]，仍需要更大規模臨床研究進一步證實。