體外循環是利用一系列特殊人工裝置將回心靜脈血引流到體外，經人工方法進行氣體交換，調節溫度和過濾後，輸回體內動脈系統的生命支持技術。再體外循環過程中，由於人工裝置取代了人體功能，因此也稱心肺轉流，體外循環機也稱為人工心肺機。進行體外循環的目的是在實施心中直視手術時，維持全身組織器官的血液供應。隨著臨床醫學的發展，體外循環套用範圍不斷擴展，不僅在心臟、肝、腎、肺等大血管手術中獲得套用，在腫瘤治療、心肺功能衰竭的患者的生命支持方面也取得令人矚目的成績，成為臨床醫學的一門重要技術。
基本介紹
- 別稱：心肺轉流
- 英文名稱：extracorporeal circulation
- 就診科室：心外科
體外循環構成,體外循環實施,體外循環插管技術,併發症,
體外循環構成
體外循環裝置（人工心肺機）由人工心（血泵）、人工肺（氧合器）、變溫器、管道、濾器、操縱台及電子儀器等部分組成。
1.人工肺
是血液經過機器停留時間較長，對血液產生影響較大的部分。人工肺通過血液與氣體直接接觸（鼓泡式、轉碟式、滾筒式及垂屏式），或通過半滲透性膜進行氣體交換，使轉流後的血氧飽和度達到90%以上。人工肺有鼓泡型、血膜型及膜式肺三種類型。
（1）鼓泡型氧合器血液進入經篩板、細管吹氧及二氧化碳的容器內，形成含氧血泡，進行氧合，然後血液經過不鏽鋼絲、塑膠絲或聚氨酯海綿，由內含的矽油去泡劑清除氧合後血液中的氣泡，再經過絛綸布濾網過濾後進入貯血槽，經動脈泵驅血入機體主動脈。優點是構造簡單，成本低，氧合性能好，消毒可靠，操作方便。缺點是氧與血非生理性接觸，一般轉流時間不能過久。
（2）血膜型氧合器由血槽與轉動的不鏽鋼碟片或轉動的塑膠圓筒，或由血槽與多個垂直直立的不鏽鋼絲螢幕組成。數十至百餘碟片以軸貫串，碟間相隔一定距離，軸架於血槽，碟片一半浸沒血中，軸轉動，血液形成膜狀附於碟兩面。血槽為半圓筒狀，上覆以透明塑膠蓋，也為半圓筒狀，內通氧氣及二氧化碳，使血膜進行氣體交換。轉碟式、轉筒式及垂屏式均屬血膜型氧合器，氧合能力與血膜總面積、轉動速度、血膜厚薄等因素有關。優點是不需形成泡沫，血液破壞較少。缺點是每項工作後需人工清洗，清除碟筒表面附著的蛋白物質，並需定期對碟片與滾筒進行矽化，以增加表面的光潔程度。
（3）膜式肺型為避免血氣直接接觸，以半透膜將運行的血液與氧分開，通過膜進行氣體交換，近似生理狀態。半滲透性膜由矽橡膠、聚四氟乙烯或聚丙酮製成，構造可以是捲筒膜式、摺疊膜式、細微管式或中空纖維管式。膜式肺型優點為對血液有形成分、纖維蛋白原等破壞少，目前多套用於呼吸窘迫綜合徵，嬰幼兒可轉流一周，缺點是排出二氧化碳稍差。
2.人工心
目前最多使用滾壓式泵，系中心柱連線順時鐘轉動的橫軸，軸外為半圓形凹槽，凹槽內置入彈性管（泵管）。泵管最多使用的是矽膠管。橫軸長短可以調節，使之能恰好壓緊泵管。當橫軸順時鐘轉動時，擠壓泵管，使管內血液單向向前流動。增減橫軸轉速，可以提高或降低流量。滾壓泵優點為構造簡單，效能可靠，無管內瓣膜，血液破壞較少，轉流量範圍大。一般人工心肺裝有4個同樣的滾壓泵，分別用於排血入主動脈，回收左心血，回收手術野及心包腔內的血液，有時也可用於冠狀動脈灌注。近年來，滾壓式泵多為搏動型，更接近生理性。
3.變溫器
使在體外轉流的血液降溫，將低溫與人工心肺機合併使用。構造多為套筒式。兩個直徑不同的不鏽鋼圓筒，內筒連線水泵箱，通過水流；外筒通過血液，受內筒內水流溫度的影響，可以降低或提高血液的溫度。變溫器內血液的容量為60～200ml。有效的變溫器可以使成人體溫以每分鐘0.7℃～1.5℃的速度由37℃降至30℃；升溫較降溫慢，一般為每分鐘0.2℃～0.5℃。升溫時水溫不能超過40℃，過高會使血漿蛋白變性。水溫與血溫的差別不能>14℃，溫差過大會促使溶解的氣體釋放，形成微小氣泡。
4.濾器
過去人工心肺機使用不鏽鋼絲網濾器，孔大，只能濾出大的血栓，而微小血栓可以造成肺部併發症，如灌注肺等。近來已普遍採用微孔濾器，系由尼龍、絛綸、聚氨酯海綿片等製成。血流中的微小血栓主要來自血小板凝聚塊、纖維素凝集塊、游離的矽油、管壁脫屑、微小氣泡等。從手術野回收的血液中，此類微小血栓最多，要注意過濾。
5.管道部分
機體與血槽、血槽與氧合器、氧合器與動脈血泵之間，均需以管道相連線。除插管部分外，一般靜脈重力虹吸引流使用內徑12.7mm（1/2時）的管，向主動脈供血使用內徑9.5mm（3/8時）的管，心內吸引回收血液使用內徑6.4mm（1/4時）的聚氯乙烯管。要求管道內壁光滑、矽化，口徑變換處要求逐漸變細，無楞角，無粗糙邊緣，以減少阻力、壓力差和渦流。小兒則相應使用細管道。
6.電源
有安全保險絲裝置。在突然電源中斷時，有的機器裝有手操縱的把手，可以暫時維持轉流，以待電源修復。
7.電子監控部分
可以螢光數字連續顯示機器工作情況，如血流壓力、流量、氧濃度等，使灌注師易於了解掌握轉流工作情況。
體外循環實施
1.轉流前準備工作及管路的連線
灌注師應提前參加術前討論，充分了解患者循環系統病理解剖和心功能狀態，了解外科醫生的手術方案和對體外循環關注的特殊要求。術前檢查體外循環設備，如電源、人工心肺機、變溫水箱等，確保其處於良好的工作狀態所有與手術野及患者血液接觸的物品應經過徹底滅菌處理，並在嚴格無菌條件下將管路、氧合器等進行安裝連線。
2.人工心肺機的預充和血液稀釋
（1）體外循環裝置預充的目的①排出管道內氣體，避免空氣栓塞；②進行適當的血液稀釋；③調節體內酸鹼與水電解質的失衡。
預充液包括：基礎液、電解質、鹼性液、膠體液、甘露醇和血液細胞保護劑。
（2）血液稀釋體外循環採用血液稀釋是為了降低血液黏稠度和血管阻力，改善微循環，減少血細胞破壞，減輕血液有形成分在毛細血管內的淤積
3.體外循環患者生理指標檢測
主要包括動脈壓、中心靜脈壓、心電圖、鼻咽溫和直腸溫度、血氣分析、血電解質、全血活化凝固時間和血細胞比容等。
4.抗凝
體外循環中套用大劑量肝素抗凝，稱為肝素化，為了避免肝素劑量過大或者抗凝不足，轉流中應密切檢測全血活化凝固時間，使之保持在480～600秒。
5.心肌保護
對於所有需要暫時阻斷冠狀動脈循環的心臟直視手術，如何做好心肌保護，減輕心肌缺血、缺氧和再灌注損傷，是關係到手術成敗及患者預後的關鍵問題，也是心臟外科需要進一步研究和解決的問題。
目前套用最廣泛的心肌保護方法有：全身中低溫、心臟局部深低溫、升主動脈鉗夾、心臟停搏液灌注冠狀動脈等。
心臟停搏液促使心臟停搏，迅速停止心臟一切電機械活動，有利於保存心臟能量儲備，輔以心臟局部深低溫，可進一步減少心肌能量及氧的消耗，減少二氧化碳、氫離子和氧自由基等有害物質的蓄積。
體外循環插管技術
體外循環心內直視手術時，一般採用胸骨正中劈開切口，大多數經升主動脈插入供血管，經右房插入腔靜脈引流管。只在特殊情況下，才有必要選用其他部位插管。
1.動脈供血管
（1）升主動脈插管升主動脈是最常用的插管部位，優點是操作容易，插管安全，併發症較少等。
（2）股動脈插管左心轉流、升主動脈瘤、升主動脈夾層動脈瘤及其他一些緊急情況下，不能安全而迅速地使用主動脈插管時，可採用股動脈插管法。
2.靜脈引流插管
（1）經右房單根插管適用於升主動脈、主動脈瓣、二尖瓣和冠狀動脈手術。通過單根插管引流下腔靜脈和右房血液。
（2）上、下腔靜脈插管游離上、下腔靜脈，套阻斷帶，右心耳荷包縫線內切開，插入上腔靜脈引流管。通常在靠近下腔靜脈入口處的右房外側壁縫置荷包縫線，插下腔靜脈引流管。如果手術中不必切開右房，則兩個荷包縫線可置於右房壁的任何部位。經心耳荷包縫線內插管時，剪開心耳及心耳內肌小梁，以兩把血管鉗提起心耳內外側緣插入引流管。心房壁荷包縫線內插管時，以尖刀在荷包縫線內刺一小口，助手用血管鉗擴大切口，術者隨即將引流管插入並送至腔靜脈內。收緊荷包縫線，並用粗絲線將橡皮管與引流管結紮在一起，以防滑脫。
上、下腔靜脈插管的荷包縫線也可直接縫在腔靜脈前壁。對於嬰幼兒或右房內有較複雜操作的手術，宜選用直角靜脈插管，以免影響手術操作和顯露。
（3）肺動脈插管在特殊情況下，例如經左側開胸切口暴露二尖瓣時，可經肺動脈插靜脈引流管。在右室流出道縫置荷包縫線或帶墊片褥式縫線，插入引流管，通過肺動脈瓣口送至肺總動脈。
（4）股靜脈插管股靜脈是最常用的周圍靜脈插管部位。暴露股動脈內側的股靜脈，游離並套阻斷帶。股靜脈上作縱切口，向心臟方向輕柔送入插管，並儘量向上，可送至下腔靜脈下段。成人股靜脈可插入24F以上導管，但一般願意選用較細導管（如20F）。
3.左心引流管
體外循環期間，從支氣管動脈、肌竇狀隙血管系統、冠狀靜脈系統、心房和腔靜脈插管周圍均有血液回流至左房。因此，要行左心引流、減壓，防止左室膨脹。
右上肺靜脈插管通常在右上肺靜脈與左房連線處置荷包縫線，插入18F或24F帶側孔的導管，並經二尖瓣瓣口送至左室內。
併發症
人工心肺機經過數十年的臨床套用和改進，目前已能為外科醫師提供比較好的安全時間和安全程度，能夠用之進行很多種心臟手術。但灌注對機體的影響仍為不可完全避免，主要有以下幾點：
1.代謝性酸中毒及呼吸性鹼中毒
灌注時有一定程度的組織缺血、缺氧，乳酸增加，因而出現代謝性酸中毒。機器內吹入高濃度氧，二氧化碳易於排出，造成過度換氣，因而出現呼吸性鹼中毒。
2.血液有形成分破壞
灌注後血小板數量和功能均下降，纖維蛋白原下降，可以有血紅蛋白尿、溶血性黃疸及進行性貧血。凝血功能障礙需1～7天才能恢復。
3.電解質失衡
灌注使血鉀降低，毛細血管內皮通透性增加，組織水腫。
4.腎功能下降
灌注時低血壓、腎血流減少、代謝性酸中毒和血管反應等，均可導致腎功能下降，尿量、尿鈉減少，而尿鉀增加。
5.循環系統功能下降
灌注後周圍血管阻力增加，心肌創傷後排血量下降，導致低血壓、組織灌注下降。
6.呼吸功能損害
灌注後肺間質水腫，肺順應性下降，氣道阻力增加，肺實質可有出血和肺泡蹋癟，可以導致灌注肺。
7.腦損害
顱內水腫、出血等。
8.其他損害
經灌注後，對內分泌、補體等也有一定影響[1-3]。
參考資料
1.徐光亞、吳樹明主編．圖解心臟外科手術學：科學出版社，2010：第69-80頁.第18-30頁．
2.劉中民、吳清玉主譯.2007.成人心臟外科學.北京：人民衛生出版社
3.中國醫學百科全書編輯委員會編；羅致誠主編．中國醫學百科全書·二十六生物醫學工程學：上海科學技術出版社，1989：126-128．
