氧合器（膜肺）

当前广泛应用的氧合器是中空纤维氧合器，其由上万根中空纤维根据不同设计编织而成。动力泵将静脉血引流入中空纤维氧合器实现气体交换。在管状的中空纤维内腔连续吹入气体（国内体外循环专业教材一般称为“通气”，可根据需要选择纯氧或空气-氧气混合），而血流从中空纤维外表面经过（图3-3）。中空纤维氧合器采用高分子材料制成，可保证气体通过弥散作用实现氧合器通气和血液之间气体交换，同时防止液体通过即“膜肺渗漏”的发生。通气与血液之间的O2和CO2弥散交换总量取决于中空纤维内外两侧的气体分压梯度。当给氧合器吹入100%纯氧时，中空纤维内外两侧O2交换分压梯度为600 mmHg/40 mmHg，而CO2为0 mmHg/45 mmHg。尽管O2的压力梯度远高于CO2，但CO2的溶解度和弥散度远高于O2，所以实际O2和CO2交换总量基本相同，使得ECMO常规设置的通气血流比为1︰1。

（一）氧合器的O2交换

氧合器的最大O2交换能力取决于两大因素：气体交换表面积和血流穿过氧合器时血流层流流体受到破坏的程度。血液如能保持层流状态，可使得较低氧分压的血液在膜与血液接触面以较小的气体弥散压力梯度达到交换平衡状态。而当血流穿过不规则的血流通道时，混合着充分氧合红细胞和未氧合红细胞来保持气体压力梯度的层流会被流体力学上称为“二次流”的少量干扰血流所破坏，从而影响氧合效率。由于氧合器无论怎样设计都不能保证穿过它的血流流体永远处于理想的层流状态，所以被“二次流”混合的层流所占比例，是决定氧合器最大氧合能力最关键的因素。因此我们在临床上选择不同氧合器时，说明书标示的气体交换面积大小并不完全等同于氧合器气体交换性能的强弱。而将氧合器所有气体交换性能指标集合，即形成氧合器的一个最重要指标——额定流量。当静脉血以低流量通过氧合器时，有足够的时间达到气体交换平衡，则氧合器出口端血液为100%氧合。随着流量增加，势必会出现一个流量临界点，如超过这个临界流量，血流速度过快导致有些红细胞来不及氧合，则使氧合器出口端氧饱和度低于100%。氧合器制造最常采用的国际工业标准，将标准静脉血（血红蛋白12 mg/dL，血氧饱和度70%）通过氧合器后血氧饱和度为95%的血流量定义为额定流量。临床应根据氧合器额定流量这个最重要的性能指标，结合患者的氧供要求和氧供冗余度要求选择ECMO氧合器。应注意，如果所选氧合器性能指标仅恰好满足患者当前氧供要求，而氧合器性能上无法提供更多的氧，对患者来说是危险的。只要氧合器血流量低于额定流量，任何氧合器的O2交换量均为氧合器出口与入口的O2含量差乘以血流量。正常氧合器出口与入口 O2含量差为5 mL/dL。(https://www.daowen.com)

（二）氧合器的CO2交换

氧合器的CO2清除量为膜肺入口与出口的CO2含量差。在ECMO通气量︰血流量（气血比）=1︰1时，CO2清除量与O2交换量基本相等。而当气血比高达8︰1时，可实现更大的氧合器入口与出口的CO2含量差，从而有更多的CO2被清除。因此，如果ECMO的主要目的是清除CO2，常采用高气血比设置，而此时与以改善氧合为目标设置的血流量相比，相对很小的血流量即可满足CO2清除目的。所以，ECMO支持下的PaCO2（动脉血二氧化碳分压）是通过调节ECMO通气量来达到目标范围的。