体外循环技术
厦门大学附属心血管病医院 手术室 张闯博
书中记载的一段回忆

1930年10月，一位女性患者行胆囊切除术后两周突发肺动 脉栓塞，Churchill教授对其进行了肺动脉栓塞摘除术 （当时该术式并无存活案例），术后由后Gibbon医生对其 进行了临终照顾，一个设想在他的脑海里逐渐形成， Gibbon教授记录了当时的情景：
血液在体外完成氧合后必须有动力把它输回体内的动脉，因此，血泵的重要 作用不言而喻，同时，它还需要满足以下苛刻的条件： I. 必须在克服500mghg的阻力的同时提供7l/min的流量 II. 泵的运转要尽可能少的损害血液细胞，减少溶血 III. 所有与血液接触的部分应该是没有任何死腔的光滑表面，防止血液停滞和 湍流 IV. 设计简单，使用安全，测量血流量准确 V. 一旦发生断电情况，可手动操作
C、体外循环本身对温度的影响（降温）
转流过程中自然降温 II. 低温预冲液引起体内热量的丢失 III. 灌注心脏停搏液（冷晶体温度4-8度、冷氧合血温度8-10度） IV. 术野冲洗等
I.
三、调节温度
D、降温
通过变温水箱对 氧合器进行降温 II. 通过调节室内温 度降温 III. 通过制冰机制造 冰泥放在心脏表 面进行局部降温 IV. 冰帽对脑局部降 温保护
三、调节温度
A、体外循环下温度调节的类型：
保温
降温
保持体温在37度
浅低温32-35度 中度低温26-31度 深低温20-25度 超深低温15-20度
体外循环辅助不停跳手术（opcabg等）
房间隔缺损 单瓣膜置换等手术 多瓣膜置换 法洛氏四联症等复杂手术 大血管手术，需要停循环或者低流量灌注等 复杂手术 较少采用

体外循环模型
什么是体外循环？

体外循环是利用特殊的人工装置将回心静脉血①引出体外，②进 行气体交换、③调节温度和④过滤后，⑤输回体内动脉的生命支持技 术。体外循环的目的是暂时取代心肺功能，维持全身组织器官的血液 供应和气体交换，为心内直视手术提供无血或少血的手术视野。（外 科学第六版）
插管
三、调节温度
B、温度检测的方法
正常人的温度自内而外 存在一个温度阶梯，核心温度 （36.9-37.9）通常比表层温 度高2-3度，监测时不同方式 有不同的标准： I. 常用的鼻咽温和耳道温度 接近脑温、 II. 食管温度接近心脏温度、 III. 膀胱温度、直肠温度接近 机体深部温度。
三、调节温度
二 、进行气体交换
膜式氧合器：各种各样的膜式氧合器设备在上世纪五十年代中
期就被广泛应用，但是直到80年代才解决降低预充量的问题，因简 单易行的使用才形成广泛的商业化。不同于鼓泡式氧合器，在膜式 氧合器中通血和氧气是相互独立的。通过利用聚丙烯半透膜或者硅 树脂膜等，气体和血液之间没有直接接触。气体交换是通过扩散的 方式进行的，由膜两侧的血气分压差驱动。这和人体肺呼吸的机制 相同，因此膜式氧合器通气方式更接近于生理过程。由于没有发泡 和去泡的过程，可明显减少气栓的产生，而且还可以单独控制PO2 和PCO2。 膜式氧合器的另外一个优点是对血小板的影响较小，鼓泡式氧合器 2h后血小板仅为术前的35%，4h后就全部消失了，而膜式氧合器24h 后血小板为术前的39%，这使得术后渗血明显减少，这使得膜式氧 合器深受外科医生的喜爱。
储血罐
一、将血液引出体外（肝素化是前提条件）
A：全身肝素化 健康的血管内皮是生物相容性最好的接触表面，血液一旦离开身体 进入管道，都将不可避免的激活和触发人体防御机制，包括凝血、纤溶、 补体、激肽等。体外的凝血会造成大量血栓，严重者造成肺栓塞和脑栓 塞。因此体外循环前进行全身抗凝是必要的，而肝素是在体外循环中抗 凝的较理想药品，它起效迅速，容易被鱼精蛋白中和，而且用ACT监测 方便，ACT延长与肝素剂量呈线性关系。
二 、进行气体交换
引出体外的静脉血需要与氧气结合，形成动脉血再回 输回动脉。那应该怎么做呢？
把大象放入冰箱需要几步？ I. 开门 II. 放大象 III. 关门 给静脉血加入氧气需要几步？ I. 引流出静脉血 II. 找一个氧气瓶接上氧气管 III. 把氧气管放进静脉血
二 、进行气体交换
鼓泡型氧合器血液被动进
五、输回体内动脉
滚压泵是由一个内
置转子的半圆形槽组成， 两个泵头呈180度放置， 推动血液在槽和转子之间 流动。其中一个滚轴离开 泵槽时，另外一个滚轴恰 好进入泵槽，血液单项流 动。滚压泵设计简单，价 格便宜，使用方便，为各 医院使用的最主要的血泵。
五、输回体内动脉
离心泵 I. 内置磁铁在电机的带动下，使锥形叶轮 高速旋转，带动液体流动 II. 液体在离心力的作用下在离心杯侧壁形 成压力，由侧壁开口流出 III. 在离心杯中央形成低压区 IV. 液体即可随叶轮转动进入离心杯，从而 产生有效的血液灌流 V. 叶轮旋转速度越快，液体产生的离心力 越大
C：肝素化管道的使用 将管道内膜进行肝素化可以模拟血管内皮的特性，从而达到抑制凝血和 减轻体外循环副作用，以美敦力公司肝素化管道为例，其优点有： I. 与管道内表面共价结合的肝素与内皮产生的肝素硫酸盐一样可以产生 天然抗凝作用。 II. 由于硫酸盐带有大量的负电荷，所以它像血管内皮一样可以排斥带负 电荷的血小板。 III. 聚环氧乙烷有非常强的亲水性，它可以形成一层稳定的水层来供细胞 附着和蛋白沉积。
五、输回体内动脉
五、输回体内动脉
离心泵和滚压泵特点：
离心泵最大的优点是血液成分破坏少，相比较滚压泵有较长的 使用时间（一般最长可达1-2周）。而且对于前负荷和后负荷敏 感，能在一定程度内自身调节，还有灵活性，离心泵马达小，可 通过导线连接在一定范围内移动，这些都在ECMO中有无可替代 的优势。 滚压泵流量结构简单，使用成本较低，因此在外科手术中占据 了半数以上的份额，但是因为滚压过程中易对血液产生剪切力， 血液破坏多。 据文献显示，离心泵能有效缩短病人在ICU停留时间，减少花 费，从而抵消较贵的泵头支出，还有待以后再探讨。
结语与导读


ECMO区别于传统的体外循环：
ECMO是密闭性管路无体外循环过程中的储血瓶装置，体外循环则有储血 瓶作为排气装置，是开放式管路； ECMO由于是由肝素涂层材质，并且是密闭系统管路无相对静止的血液。 激活全血凝固时间（ACT）120—180s，体外循环则要求ACT》480s； ECMO维持时间1-2周，有超过100天的报导，体外循环一般不超过8小时； 体外循环需要开胸手术，需要时间长，要求条件高，很难实施。ECMO多 数无需开胸手术，相对操作简便快速。 ECMO作为最新的体外支持技术，用于治疗急性呼吸衰竭和心力衰竭，是体现 一个医疗机构能力与实力的关键，需要大家一起互相交流，共同进步。
I.
三、调节温度
E、复温
通过变温水箱对氧 合器进行升温 II. 通过室温调节升高 温度 III. 通过输液系统进行 加温 IV. 通过温毯进行加温
I.
四、过滤
体外循环过程中有微栓产生，这些微栓会直接阻塞微血管，对组织器官产生 损伤，特别是脑和肺。 体外循环中微栓来源 I. 固体栓子：预冲库血中有大量的变性血小板和白细胞，泵管在滚压摩擦中 脱落的微栓，心内的赘生物、组织碎片，血液在体外循环的异物表面接触 中产生的微栓， II. 气体栓子：微气栓是体外循环中常见的栓子，包括氧合过程中产生的微气 栓和和复温过程中温差过大产生的气栓，还包括血流在管道中湍流形成的 微气栓。
四、过滤
越来越多的研究证明了微栓对于脑的损伤和对于精神症状的影响，而滤器 的有效利用极大的减少了此类症状，滤器的种类多种多样，可以装在体外循环 装置的很多地方，从而有效的祛除栓子。最重要的是动脉微栓，它是体外血进 入人体的最后一个关口。
四、过滤
五、输回体内动脉
引言：在体外循环中氧合器代替了肺的通气功 能，而血泵则替代了心脏的功能。
膜肺
二 、进行气体交换
氧合器性能的综合评价
一、基本性能 氧合性能 ，二氧化碳 交换能力。
变温能力
预充量
二、组织相容性
聚丙烯 聚乙烯等多聚物生物相容性高，肝素涂抹技术的应 用。 避免漏水，打空等。
三、安全性
四、稳定性和简易性Fra bibliotek鼓泡式氧合器使用2-3小时，膜式氧合器使用4-6小时。
二 、进行气体交换（番外篇）
在那漫长的夜里，当患者的静脉越来越充盈，血的颜色越来越黑的 时候，我却无助地望着患者苦苦挣扎。于是一个念头自然而然的产生 了，那就是如果有一种机器能够把患者充盈的静脉血持续不断的引流 出来，经过和氧气混合并排出二氧化碳，再持续注入患者的动脉，那 患者将可能得救。我们将使血液绕过梗阻的血管，并在体外行驶心肺 的部分功能。自此之后Gibbon 一直致力于研究这一技术，并于23年 后的1953年5月6日在世界上首次使用体外循环技术成功 地完成一例 房间隔缺损心脏直视手术。
入一个混合腔，这里的氧气通 过多孔发泡板流向血流，这样 形成含氧血泡，进行氧合，然 后血液经过硅油去泡剂清除氧 合后血液中的气泡，再经过绦 纶布滤网过滤后进入贮血槽， 经血泵泵入主动脉。优点是构 造简单，成本低，氧合性能好， 消毒可靠，操作方便。缺点是 发泡和去泡的过程会导致明显 的溶血，去泡不完全会导致气 栓，而且氧与血非生理性接触， 一般转流时间不能过久。
一、将血液引出体外
B:肝素的使用与监测 过少的使用肝素会造成血栓的发生，过多的使用肝素又会造成术后 出血和止血困难，但肝素本身的个体差异很大，如何和正确使用和监 测呢？ACT （激活全血凝固时间测定）为我们提供了参考依据：
I. II. III. IV.
V.
VI.
肝素化前ACT的参考范围是90-130s 静脉给予肝素化：标准肝素3-4mg/kg 静脉给药后5分钟抽取动脉血检测 ACT值不低于480秒 建立体外循环后每20-30分钟复测 术后鱼精蛋白中和后再次测定ACT