ECMO血泵研究进

ECMO血泵研究进

甘金梅

甘金梅

（上海市复旦大学附属中山医院200032）

【摘要】本文首先简述了ECMO（extracorporealmembraneoxygenation）核心组件血泵，即离心泵和滚压泵的研究现状，并介绍了RotaFlow离心泵、CentriMag离心泵和Biomedicus离心泵以及离心泵和滚压泵在儿科医学中的应用。其次，阐述了血泵的最新研究进展，主要介绍了如推进泵、蠕动泵、对角泵、集成型血泵等都具有很大的应用前景，但是目前还处于试验阶段。最后简要地介绍了儿科心肺辅助系统（pCAS），以及未来研究展望。

【关键词】ECMO；血泵

【中图分类号】R2【文献标号】A【文章编号】2095-7165（2015）01-0151-02

1ECMO核心组件血泵的研究现状

目前ECMO中常用的血泵主要有离心泵和滚压泵。离心泵是一种较新型的血泵，近年来使用越来越多。第一、二代离心泵产生很多的摩擦力和热量，血溶大。最新一代的离心泵有单点、宝石轴承、磁悬浮、改进的流动力学和机械效率。通常有超声波流量探针，流量可以调整。摩擦和热量可以忽略不计且有非常低的溶血指数，不易产生气栓和微栓，安全性能高。理想的离心泵应该有最小的血液损伤，较低的转速产生足够的流量以防止热量的产生并且经久耐用[1～5]。

目前常用的离心泵有Biomedicus、Delpin、StJude、RotaFlow、TerumoCapiox、NokkisoHPM-15。美国美敦力公司的BioMedicus550离心泵有优秀的临床使用，然而测量显示血浆游离血红蛋白含量值随着时间的推移而增加。更新的离心泵如德国的MAQUETRotaflow血泵，它的优点是从水流动力条件上进行了改善，减少热量的产生来减少溶血[6]。其他报告一致的显示新开发的离心水泵要减少血泵热量的产生来显著降低血泵引起的溶血和延长使用长寿[7，8]。

RotaFlow离心泵和Biomedicus离心泵相比较[7]。从设计角度上RotaFlow离心泵比Biomedicus离心泵有更多理论上的优点。泵轴是通过一个永磁体悬浮并将其六个方向中的四个固定，具有最小的负荷和摩擦。一个封闭的叶轮和开放的中心，周围四个对数曲线的通道通过锥体内部形成一个螺旋腔。在市场上已经有的离心泵头中，该设计具有最小的容量/表面积以及通过时间，并且具有最高的驱动效率。它可以提供10L/min的流量，对抗400mmHg的阻力。根据世界上的经验，BIOMEDICUS离心泵由于具有较好的可靠性，持久性和低血液破坏已经成为标准的离心泵产品。现在认为Rotaflow离心泵不需要驱动轴，具有较低的溶血发生率，其耐久性使用户不需要经常更换泵头，非常经济和安全。BIOMEDICUS离心泵需要密切监护，一旦出现抖动或异响即需要及时更换。因此常规应用BIOMEDICUS离心泵5d就更换。这时必须停止ECMO支持而连接新泵头，并重新排气，这一切都需要时间，而此时患者没有心脏输出，并增大了受感染的风险。而由于JOSTRA的出色设计，现在不再选择性地更换泵头。在欧共体市场上Rotaflow离心泵被允许使用4d，但美国FDA只推荐使用BIOMEDICUS离心泵9h。JOSTRAROTAFLOW泵头产热少，对驱动轴和密封件影响小。

RotaFlow离心泵和CentriMag离心泵相比较在价格上差异是很大的，约相差20～30倍，性能上却差别不大[9]。在构造上，RotaFlow离心泵为单点宝石轴承，预充量为32ml，最大转速为5500，最大流量为10L/min；CentriMag离心泵没有轴承，预充量为31ml，最大转速为5000，最大流量为10L/min。离心泵造成的血细胞损伤导致溶血可能导致危重新生儿终末器官的损伤[10]，溶血可能导致其他器官的损伤机率增加。

滚压泵也是一种很常用的血泵，最近一项调查表明在新生儿和儿童ECMO中仍有70%的中心使用滚压泵。滚压泵从1935年开始使用，并且一直是体外循环支路最常用的血泵。它的优点是独立的预加载可以提供一个恒定的流量，较适合小儿使用。小儿使用时可作小流量精细调节，作脱离训练比离心泵方便。较离心泵易产生气栓和微栓，易泵脱。有调查显示滚压泵有较高的泵故障率，离心泵的泵故障率与滚子泵相比为13%比56%。

2ECMO中血泵的最新进展

2.1推进泵

目前有一种新型驱动泵已经进入人们的视野。推进泵采用一个可膨胀的较松弛的泵腔管延伸至滚轴上，会产生血流和压力。如果静脉引流不充分，泵腔塌陷也不会产生负压。当泵腔被充满产生较高流量时，经操作者调整后压力达到一稳定水平。驱动泵不需要气囊和其他的配件，简单方便易于操作。它兼具离心泵和滚压泵的优点。因此推进泵将成为ECMO最安全的泵。

2.2蠕动泵

ECMO中理想的血泵应有内在的自我调节能力、没有空穴或入口吸力过度的风险、后负荷不敏感、无阀从而降低血栓形成。目前使用的技术，包括滚压泵、离心泵、气压脉动泵都不符合这些要求。非闭塞的蠕动泵通过预加载内在调节流量，后负荷不敏感，不像离心泵，没有形成空穴。非闭塞的蠕动泵具有短期内减轻过度的进水负荷、后负荷敏感度和血栓形成的危险等优势。

2.3对角线式泵

德国的MedosMedizintechnikAG和Stolberg新设计的转动泵（DP3泵）具有对角流动的叶片，这种泵具有安全有效低溶血的特点，适合所有年龄段的儿童。预充容量16ml，转速0-8l/min。目前还处于试验阶段。

2.4集成型血泵

Gellman，BarryN.提出了一个可以去气泡的集成氧合器的离心泵。德国的MARSEILLE和Oliver发明了集成体外膜肺气体交换装置的血泵。在这项发明中血泵的设计为搏动性血泵，安装在同一壳体的气体换热器中。搏动性血泵和气体换热器连接到同一气源使血液泵可由气动驱动。这个新型的ECMO系统设计简单、灵活，特别是可以在患者身上直接使用。

2011年一个紧凑的可穿戴式ECMO氧合器的集成泵装置模型被提出。这种集成型血泵装置消除了多个组件的要求和ECMO并发症。它可以提供呼吸支持。一个可穿戴式泵肺（人工泵肺（APL）装置必须是紧凑，不像现在的ECMO系统，是结合氧合功能到一个单一的外置设备。利用该计算模型的方法，可穿戴的APL患者通过虚拟样机概念设计。确定了可穿戴计算APL设计参数。基于CFD设计和分析的结果，制造和测试可穿戴的APL物理样机。

2012年一个新颖的可穿戴人工泵肺装置研制出来，目前还处于动物实验阶段。由体外和体内的研究结果表明这个高度集成的可穿戴设备可以提供有效的泵肺呼吸支持和良好的生物相容性。有可穿戴人工泵肺装置患者被动员起来到外面去走走，他们也可以吃和运动。这是一个重要的改进，因为长期卧床使得ECMO患者的肌肉萎缩。它可以帮助移植患者增加生存的机会，给他们准备移植前一个稳定的等待条件。最近的经验表明肺移植患者在一个动态ECMO系统中，移动患者在移植前后享有更好的生活质量。

2.5Ension儿科心肺辅助系统（PCAS）Ension

公司在ECMO开发中将血泵和氧合器集成在一起且已经开发了一个集成的泵氧合器，小儿心肺辅助系统（PCAS）。用来解决ECMO现有设备的局限性，能够为儿童患者提供心肺支持。这个设备集氧合器和血泵在单一套管，显著地减少了设备尺寸和与血液接触表面积，同时最小化启动的准备时间。版本4的PCAS系统在6500转时提供了一个0.42l/min的流量。版本5的PCAS系统改善叶轮和蜗壳的设计，提供了一个在5000转时提供了一个0.57L/min的流量。性能测试表明，这个套管组合，PCAS血泵能够对少于5公斤的小儿患者提供足够的泵送能力。版本5的PCAS系统重新设计了泵叶轮和扩压器，改善了泵的性能，相对于版本4的PCAS系统在较小的转速下提供了较大的流量，可以在设备内减少潜在的溶血。

版本7的PCAS系统将6个低剖面的叶片改成3个高剖面的叶片，相对于以前的版本增强了泵血的能力，在泵速4500转时相对于版本5的PCAS系统，在相同的套管下，流速增加了50%。版本7的PCAS系统对流量可以实现很好的控制，对婴儿能够提供流量达2.14l/min的流量，在2013进行了泵类的临床试验。

3结论和展望

本文主要介绍了ECMO核心组件血泵的研究现状及最新研究进展。一些新型的血泵如推进泵、蠕动泵、对角泵、集成型血泵等都具有很大的应用前景，但是目前还大多处于实验室阶段。儿科心肺辅助系统（pCAS）解决ECMO现有设备的局限性，能够为儿童患者提供心肺支持。国外ECMO应用中中血泵虽然性能优越然而价格昂贵。自主研制抗溶血和血栓能力强、价廉高效、使用寿命长的血泵已成为我国心脏外科领域重要的研究课题和心力衰竭外科治疗的未来发展方向。相信在不久的将来，自主研发的血泵必将广泛地应用于ECMO。

参考文献

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