一般目前ECLS所使用的气体交换装置（通常称为氧合器），有排出二氧化碳、氧气交换与血液温度调节功能。根据其制造材质可分为两大类：硅胶膜与中空纤维。

硅胶膜氧合器（silicone rubber）：目前只有一种，美国美敦力生产的硅胶膜氧合器（Medtronic AVCOR）是唯一被美国FDA允许长期使用的。硅胶膜缠绕在聚碳酸酯核心外面，装在硅胶套筒内。这样的构造使得血流从一端通过与另一端反方向通过的气体进行交换，使气体交换率最大。这种硅胶膜的气体交换效率非常高。这种氧合器调节二氧化碳的方法有几种：吹入的气体内添加氧气和5%二氧化碳的混合气或纯二氧化碳提高血液循环中的二氧化碳分压，使之达到正常生理水平；或者可以通过改变每分通气量或气体流量来调节。添加二氧化碳后，建议不断地监测氧合器后血液气体以分析确保血液酸碱值和二氧化碳分压在标准范围内。这种氧合器气体交换表面积的规格范围是0.4～4.5m ²。根据患者的体型和预期需要的血流量选择氧合器的规格。最大血流量等于1.5倍氧合器膜表面积，最大的吹入气体流量限制在3倍氧合器膜表面积。例如，0.8m ²氧合器的最大血流量是2.4L/min。其中小儿患者应用Avecor膜肺血流量和气体交换要求见表10-2。

膜肺功能的两个基本指标是膜肺前、后压差和气体交换能力。血流产生的跨氧合器压力可以提供关于患者、管路和氧合器功能的重要信息，因此膜肺前、后压力监测很重要。氧合器前、后压力均上升表明氧合器后阻力增加，可能的原因包括动脉插管扭折、患者高血压或高血容量；两个压力均降低表明泵血流减少，可能是泵头太松、低血压或低血容量造成；压力差增大表明氧合器阻力增加，最可能的原因是血栓形成。目前此种气体交换装置的临床使用越来越少（图10-6）。

有孔型膜式氧合器临床使用较多，选用聚四氟乙烯、聚丙烯为原料，该材料组织相容性好，气体交换能力强。如纤维膜表面的蛋白沉淀增加，可使气体弥散距离增加，引起气体弥散能力下降；当气相压力或液相压力增高时，可能发生气栓或血浆渗漏；另外，长时间使用存在液体随气体大量蒸发的问题。代表产品有Terumo-Carpiox、Bentely、Medtronic等膜式氧合器。纤维膜表面微孔也经历了不同的发展阶段，直通型微孔逐渐被新型安全的无规则缝隙样微孔所代替，后者可有效减少使用中微气栓和血浆渗漏的发生，进一步提高了膜式氧合器的有效性和安全性。现在的涂层技术可在不影响气体交换的情况下做到膜表面光滑、无微孔，具有很强大的抗血浆渗漏的能力。

随后发展起来的中空纤维进一步增加了交换能力、减少了交换面积。早先中空纤维内走血外走气，但由于血液由血浆和血细胞组成，两者比重不同，属于牛顿流体，在膜表面流动时会产生层流现象，即流速较快的血细胞在中央流动，而血浆流速较慢，位于周边，而且越靠近膜表面，速度越慢，甚至为零。这种层流现象不利于气体交换，因为靠近膜表面的血浆增加了膜的厚度，影响气体交换。为了增加膜式氧合器的气体交换能力，曾考虑用较细的中空纤维增加膜的表面积或增加血液接触表面的不均匀性，但这两种方法各有弊端，前者增加了膜式氧合器进、出口压差，容易造成红细胞的破坏；后者工艺复杂，成本太高。采用中空纤维外走血内走气的设计方案可以很好地解决层流问题，血液在中空纤维之间流动时不断改变方向，使红细胞和血浆充分混合以达到单位面积的最佳氧合，从而大大减少了中空纤维的用量和预充量。而且，氧合可靠性高，因为纤维管内走血，一旦发生栓塞整根中空纤维将失去氧合能力，管外走血、管内走气因气体密度低很少发生栓塞现象，为充分氧合提供了可靠的保障（图10-7）。

现代膜式氧合器中变温与氧合的完美结合为体外循环提供了极大的便利。变温材料仍以金属、塑料为主，随着高热交换系数材料的问世，膜式氧合器变温装置的设计、性能和体积都发生了很大改进。绝大多数膜式氧合器采用血液先变温后氧合的排列方法，也有变温氧合同时进行的膜式氧合器在临床大量应用，二者均取得了满意的临床效果。

中空纤维氧合器被应用在长期ECMO支持的患者身上，正逐渐被ECMO团队所接受。在美国，目前没有传统聚丙烯微孔中空纤维氧合器被允许长期使用。事实上，聚丙烯微孔中空纤维氧合器在美国被批准持续使用不超过8小时，这是因为中空纤维实际上有许多微孔。气体交换就是通过毛细管的微孔进行，这种结构使得中空纤维氧合器容易产生血浆渗漏而很快失去功能。有报道这种情况在患者静脉输入脂肪类液体时会更快发生。目前这一难题已被克服。中空纤维的表面涂层技术增加了膜肺的生物相容性，加强了膜肺抗血浆渗漏能力，明显提高了膜肺的使用时间。

越来越多的ECMO中心把新一代中空纤维氧合器使用在ECMO系统中。经验表明中空纤维氧合器可以使用30天。因为使用中空纤维氧合器有很多好处：①易于预充，一个有经验的操作者可以在5分钟内完成预充排气；②纤维表面有易于涂层的优点，中空纤维氧合器可以涂层以减少血液接触异物产生活化；③它表面积更小、气体交换能力更好，减小表面积可以减少血小板活化，结合了涂层后更是如此；④阻力极低，一般而言跨硅胶膜的压差往往维持在100～150mmHg，然而跨中空纤维氧合器的压差在10～20mmHg。阻力越低红细胞破坏越少。MAQUET生产的集成中空纤维氧合器将氧合器和离心泵、流量探头、温度探头、血氧饱和度探头、压力探头等集合为一体，减少ECMO的管道长度和血液预充量，使ECMO操作更加安全简便（图10-8）。

肺的功能容易受到水肿、栓塞和不扩张的影响。这些状况同样会影响气体交换装置，会改变膜一侧的血液与另一侧的气体之间的匹配性，引起通气灌注比例失调。实际上，人工气体交换装置与人的肺一样，二氧化碳的交换比氧气的交换更有效率。

膜的气体一侧发生的变化包括气腔陷闭、堵塞（不张），或水冷凝（水肿），这可在气体流速过慢时发生。在这种情况下，首先是氧合器后的血液中二氧化碳分压或浓度逐渐升高，直到交换面积明显减少，氧气的交换才会下降。

膜的血液一侧发生的变化主要由栓塞引起。这导致通气灌注比例升高，首先是膜后的血液氧气分压下降，如果交换面积减少很多，二氧化碳的交换才会受影响。有明显栓塞的另一征象是膜前、后的压力差会升高。