肺是出生前最后發(fā)育和成熟的器官。早產(chǎn)嬰兒出生時早于懷孕37-39周，肺部發(fā)育不全，因此會出現(xiàn)呼吸困難，難以呼吸。結(jié)果，這些不發(fā)達(dá)的肺不能產(chǎn)生表面活性劑，這是一種在吸入時保持氣囊開放的光滑物質(zhì)，并且在呼氣期間容易塌陷。根據(jù)世界衛(wèi)生組織的報告，早產(chǎn)是老齡化不到5年的兒童死亡的主要原因，并且其發(fā)病率在全世界都在增加。每年有1500萬早產(chǎn)，由于早產(chǎn)并發(fā)癥，每年導(dǎo)致100萬人死亡。即使是幸存者也可能在成年期出現(xiàn)長期并發(fā)癥。

患有RDS（呼吸窘迫綜合征）的早產(chǎn)（早產(chǎn)）嬰兒需要額外的呼吸支持才能讓肺部發(fā)育。通常，機(jī)械通氣是處理RDS的第一選擇。如果機(jī)械通氣不足，將使用另一種命名為體外膜氧合（ECMO）機(jī)器的生命支持裝置。在ECMO中，血液被泵送到體外并通過稱為血液氧合器的氣體交換裝置充氧。這兩種方法都是侵入性的，可引起嚴(yán)重的長期副作用和并發(fā)癥。在機(jī)械通氣中，施加在肺部的正壓會嚴(yán)重?fù)p害肺部組織。ECMO可能對肺部的破壞性較小，但它有自己的問題，特別是對于那些出生體重極低的嬰兒。通常，ECMO設(shè)備需要大量血液進(jìn)行灌注（例如，對于該設(shè)備，例如Quadrox-i Neonatal＆Pediatric，大約40 mL） 但是，一公斤的早產(chǎn)兒只有大約100毫升的血液。因此，需要輸入來自成人的供血者以保持整個系統(tǒng)的運(yùn)作。盡管如此，嬰兒血液和成人血液具有不同的生理學(xué)，其中新生兒的紅細(xì)胞（RBC）與成人的紅細(xì)胞相比具有更高的氧氣親和力。另外，需要進(jìn)行手術(shù)以進(jìn)入大血管，并且需要泵來保持血液在血管中流動，這可能損害RBC并導(dǎo)致溶血和血栓形成。

人造胎盤作為替代解決方案

人工胎盤（AP）概念是指產(chǎn)后肺部輔助裝置（LAD），其通過臍帶連接到早產(chǎn)兒并且除了嬰兒的肺之外還可以提供額外的氣體交換。AP概念已經(jīng)存在了很長一段時間，直到1961年卡拉漢等人首次嘗試。然而，由于效率低下以及可用于此目的的LAD不兼容，在診所中仍然沒有商業(yè)AP裝置。理想的AP裝置應(yīng)該由嬰兒的心臟而不是外部泵操作，同時在室內(nèi)空氣中提供足夠的氣體交換。而且，這種裝置應(yīng)該具有非常低的引發(fā)體積以消除對供體輸血的任何需要并且僅用鹽溶液填充。此外，所需生理鹽水的體積不應(yīng)超過嬰兒身體總血液的10％，以避免血液稀釋。AP裝置的第一個和主要工作是補(bǔ)償由肺部欠發(fā)達(dá)引起的氣體交換損失。此外，還做了一些努力，以擴(kuò)大AP應(yīng)用，并為早產(chǎn)兒提供營養(yǎng)，同時消除代謝廢物。

通常由中空纖維膜制成的常規(guī)血液氧合器（用于ECMO）不適合人工胎盤應(yīng)用，因為它們具有高的引發(fā)體積并且需要泵來操作。中空纖維膜（HFM）裝置通過在塑料制成的外殼中捻合中空多孔管（纖維）束而制成。通常，氧氣被引入這些纖維，血液在這些多孔纖維周圍流動，其中氧氣轉(zhuǎn)移到血液中，二氧化碳從血液中釋放出來。由于中空纖維束的性質(zhì)，血液經(jīng)歷非生理旅行，這可能損害RBC并引發(fā)凝血。此外，通過毛孔或血液污染的血液滲漏的可能性很大。

應(yīng)該注意的是，AP設(shè)備不會以與ECMO機(jī)器工作相同的方式操作。事實上，AP裝置與血液循環(huán)系統(tǒng)并聯(lián)連接到嬰兒身體，其中裝置的入口連接到動脈并且出口連接到靜脈。這種特殊類型的動靜脈連接導(dǎo)致進(jìn)入裝置的血液已經(jīng)穿過嬰兒的肺并被部分氧化。早產(chǎn)兒肺部欠發(fā)達(dá)不能使血液充分飽和，因此氧飽和度?僅低于完全飽和度的10％-30％。因此，AP裝置僅需要將氧飽和度水平從~70％提高到100％，這高于進(jìn)入ECMO裝置的氧飽和度水平。

解決方案

       在過去十年中，研究人員一直在使用微加工技術(shù)來克服手足口病的缺點，并試圖引入下一代血液氧合器。與傳統(tǒng)ECMO裝置相比，微流體血液氧合器在過去十年中顯示出有希望的氣體交換改善，這是由于通過減小肺部毛細(xì)血管的血液通道的尺寸來模擬自然肺。另外，微流體血液充氧器為血液提供更生理的流動路徑，這對于設(shè)計用于長期應(yīng)用的AP裝置是至關(guān)重要的。

最近，微流體血液充氧器已經(jīng)專門設(shè)計用于滿足新生兒的需求，并且已經(jīng)開發(fā)出具有低灌注體積，低壓降以操作無壓力并且能夠在環(huán)境空氣中工作。 Rochow?等人，使用微流體血液氧合器為患有RDS的早產(chǎn)兒構(gòu)建這樣的LAD。他們的裝置具有4.8毫升的低引發(fā)體積，并且可以成功連接到新生仔豬的臍帶血管，并且僅通過動物心臟提供的壓差進(jìn)行灌注。雖然這個LAD的氣體交換還不夠，但是他們發(fā)現(xiàn)低啟動量的無瑕LAD不再是幻想了！

挑戰(zhàn)

        確實，未來屬于血液氧合器推進(jìn)微技術(shù)，因為它們的獨(dú)特設(shè)計非常類似于自然肺。然而，他們需要克服一些挑戰(zhàn)才能與HFM競爭并在市場上取代它們。主要挑戰(zhàn)如下：

1.擴(kuò)大規(guī)模：所有微流體血液氧合器的主要和最重要的限制是它們的小尺寸，這限制了它們的操作血流速率低于10mL / min。然而，AP裝置可能需要支持高達(dá)60mL / min的更高血流速率。已經(jīng)使用不同的策略來解決該問題，例如增加設(shè)備的尺寸或?qū)⒍鄠€設(shè)備連接在一起以增加總?cè)萘?。似乎兩者的組合應(yīng)該用于達(dá)到所需的氣體交換。

2.血液相容性：盡管使用抗凝血酶 - 肝素（ATH）或聚乙二醇（PEG）涂覆PDMS表面等不同方法來改善血液接觸表面的血液相容性，但需要更多的研究來評估這種涂層的可靠性。 AP設(shè)備所需的長期條件。

3.進(jìn)入大口徑血管：AP裝置應(yīng)該通過臍帶連接到早產(chǎn)兒。主要挑戰(zhàn)是在出生后立即收縮臍帶血管。結(jié)果，需要將導(dǎo)管插入血管中并使血管保持打開并使血液流動而對血流的阻力最小。正如彭阿爾解釋說，應(yīng)使用特殊類型的導(dǎo)管進(jìn)入臍帶，以盡量減少對血流的阻力，并為AP裝置提供最大可能的血流速率。