体外膜式氧合（extracorporeal membrane oxygenation，ECMO）是近年发展迅速的一种终极呼吸支持技术，应用于重症呼吸衰竭的治疗已有40多年的历史。它的产生是建立在心肺转流（cardiopulmonary bypass，CPB）技术的发展基础之上。20世纪50年代，CPB首次成功应用于心脏手术患者，到20世纪70年代，随着氧合器技术的进步，才逐渐作为一种呼吸支持技术应用于呼吸衰竭患者的治疗，此时该技术才被称为ECMO。到了20世纪80年代，美国密西根大学的研究者们提出了体外生命支持（extracorporeal life support，ECLS）的概念，泛指各类体外辅助技术，包括氧合技术、CO ₂清除技术、循环支持技术以及肝脏和肾脏支持技术等。尽管如此，目前ECMO常作为以改善气体交换为目的的各类体外生命支持技术的统称。

ECMO的主要原理是将静脉血引出体外，经过体外氧合器氧合后用驱动泵重新输回体内。ECMO的主要目的是部分或完全替代患者心肺功能，让其充分休息，为原发病的治疗争取时间，并最大限度地降低呼吸机支持水平，预防和减少呼吸机相关肺损伤的发生。本节主要针对ECMO硬件技术的发展以及医务人员对ECMO临床应用经验的探讨来阐述ECMO的发展历史。

ECMO在临床中的广泛应用离不开相关硬件技术水平的提高。早期ECMO采用的是鼓泡氧合器，仅可以满足短时间（几个小时）心脏手术的要求，一旦应用时间延长即会出现很多严重的并发症，如血栓、出血、血细胞破坏等，这主要与血液与氧气的直接接触相关。随后出现了膜式氧合器，早期是聚乙烯膜和硅胶膜，最近均被更利于气血交换的多孔中空纤维膜替代，它能够极大地改善氧合器的气体交换效率。在ECMO的动力部件上，现在离心泵替代了以往的滚压血泵，也显著提高了设备的稳定性和降低了机械相关并发症的发生风险。此外，经特殊材料聚甲基戊烯及肝素表面处理的体外循环管路显著改善了氧合器的渗漏情况和管壁表面的生物反应性，降低了体外循环中凝血激活而产生的并发症。中空纤维氧合器与离心泵的组合大幅度地简化了ECMO设备的构造和缩短体外管路的长度，提高了ECMO的安全性。为便于危重症患者的远程救治和转运，部分厂家设计了更小巧的ECMO设备，如Maquet Cardiohelp系统。

随着ECMO相关技术的不断发展，体外二氧化碳清除（extracorporeal carbon dioxide removal，ECCO ₂R）技术在临床中应用亦逐渐增多。它是通过体外循环方式清除体内二氧化碳，主要达到改善通气和降低呼吸机支持水平的目的。临床中使用的ECCO ₂R技术主要有两种方式：无泵的动静脉体外肺辅助系统（pump-less arteriovenous extracorporeal lung assist system，pECLA）和有泵的静脉—静脉方式二氧化碳清除技术（venous-venous ECCO ₂R），其中，pECLA是目前最常用的ECCO ₂R技术。pECLA概念最早由Ohtake等在1983年提出，开始应用于临床是在1996年。它利用患者自身的股动静脉压差将动脉血泵入低阻力的中空纤维气体交换膜内，进行气体交换后在动静脉压差作用下重新流回体内。venous-venous ECCO ₂R最早在1977年由Kolobow和Gattinoni首先提出，利用双腔导管引出静脉血后，经体外膜肺清除CO ₂后再经双腔导管输入体内。目前ECCO ₂R的临床疗效仍在进一步的研究中。

急性呼吸窘迫综合征（ARDS）是ECMO治疗的最主要适应证。目前认为，在重症ARDS患者的早期实施ECMO，能降低呼吸机相关肺损伤的发生，促进肺功能的修复，延缓疾病的进展和改善预后。虽然现在ECMO疗效在临床中得到广泛的认可，但实际上它的临床应用经历却比较坎坷。

1972年，Hill等首次报道了ECMO救治1例22岁ARDS患者的成功经验。此后，很多学者报道了关于此技术在成人ARDS患者中成功应用的病例。随后在1979年发表了第一篇关于ECMO治疗成人ARDS的随机对照试验（RCT）。90例重症ARDS患者随机接受传统通气治疗和ECMO治疗，结果却未显示两组间病死率的差异（90%对92%）；而实际上因为出现了极高的病死率，该研究在纳入计划病例数的1/3时就终止了试验。研究者认为该试验的失败可能与各中心ECMO经验不足、ECMO技术培训不充分、出血发生率高和病例选择不合适等因素有关。该试验最终失败，在一定程度上也阻碍了ECMO的临床应用，但提醒了研究者们在应用ECMO时应注意病例选择、加强使用前的培训和促进相关技术的改进。在1979年，Gattinoni等发明了另一项体外肺辅助技术，即ECCO ₂R。这再次引起了学者们的兴趣，1994年Morris等对ECCO ₂R技术进行了临床评估，这是第二篇关于ECMO治疗成人重症ARDS的RCT，但也未能得出阳性结果。

由于前期研究均未能显示ECMO治疗ARDS的疗效，因此，之后关于危重患者呼吸支持技术的研究就主要集中在传统的治疗方式上，如肺保护性通气策略、俯卧位和NO吸入治疗等。随着医疗技术的发展，虽然危重症患者的整体诊治水平显著提高，但除小潮气量通气外，其他的呼吸支持方式均未能被证实可以明显改善ARDS患者的预后。此后，随着ECMO技术在新生儿患者中的成功应用以及ECMO技术的不断发展和人们对机械通气病理生理学认识的加深，在20世纪80年代晚期至20世纪90年代早期，临床医生又开始尝试应用ECMO治疗成人ARDS患者。开始仅为一些小样本的临床研究，直到2009年发表的一项大规模RCT（CESAR研究）才最终证实了ECMO治疗重症ARDS患者的疗效。该研究共入选180例重症ARDS患者，ECMO组和对照组各90例。结果发现，ECMO能显著改善患者6个月存活率（63%对47%， P=0.03）。但应注意的是，该研究中ECMO的实施均是集中在一家具有丰富临床ECMO治疗经验的单位内进行的，故该研究不能支持ECMO作为重症ARDS患者的标准治疗措施。

另外，促进ECMO大量临床应用的另一个重要事件是2009年世界范围内新型甲型H1N1流感病毒性肺炎的暴发流行。这类重症患者极易进展为重度ARDS，常规正压机械通气难以维持患者的基本通气和氧合功能。结果研究证实ECMO是治疗这类重症患者最行之有效的呼吸支持方式，挽救了70%～80%重症患者的生命。由于目前仍缺乏高质量的证据支持，而且ECMO技术具有操作复杂、人员水平要求高、需多学科合作、并发症多且严重、费用高等特点，ECMO是否可以常规应用于ARDS患者仍需进一步探讨。