體外循環(huán)技術(shù)是利用特殊人工裝置將回心靜脈血引出體外，進(jìn)行氣體交換、調(diào)節(jié)溫度和過濾后輸回體內(nèi)動(dòng)脈的生命支持技術(shù)。

體外循環(huán)技術(shù)一開始與心臟手術(shù)緊緊地聯(lián)系在一起。多年來，隨著醫(yī)學(xué)技術(shù)的發(fā)展，隨著儀器設(shè)備的更新?lián)Q代，體外循環(huán)技術(shù)的原理不變，概念卻在不斷更新，已不再僅用于心臟手術(shù)，凡是需要心肺支持、血液暫時(shí)旁路循環(huán)的，都可使用這一技術(shù)。體外循環(huán)技術(shù)在臨床上的應(yīng)用涉及許多領(lǐng)域。在體外生命支持這一領(lǐng)域，如急性呼吸功能衰竭的體外膜肺氧合（ECMO），這一技術(shù)發(fā)揮著重要作用。

CPB的演變

CPB是指使用泵式氧合器部分或完全替代心臟和肺功能，通常用于心臟手術(shù)中。

20世紀(jì)初，醫(yī)學(xué)、外科學(xué)和工程學(xué)的進(jìn)步為研究人員開發(fā)體外循環(huán)和后來的心內(nèi)手術(shù)奠定了基礎(chǔ)。從20世紀(jì)50年代初開始，各個(gè)醫(yī)療中心的外科醫(yī)生與實(shí)驗(yàn)室研究人員（通常是工程師）、其他臨床醫(yī)生（例如麻醉醫(yī)師、心臟病專家、護(hù)士以及灌注師）合作，通過科學(xué)觀察、演繹、大膽操作，有時(shí)還靠一點(diǎn)兒運(yùn)氣（偶然發(fā)現(xiàn)），發(fā)明了泵式氧合器，并成功用于臨床。

手術(shù)入路和動(dòng)脈插管

最初的心臟手術(shù)通常通過胸骨橫切口或右胸廓切開術(shù)進(jìn)行，并通過鎖骨下動(dòng)脈進(jìn)行插管。到20世紀(jì)50年代末，股動(dòng)脈成為首選插管部位。最終按照DeWall（德沃爾，音譯）在1963年的建議，主動(dòng)脈成為標(biāo)準(zhǔn)的插管部位。隨著人們?cè)絹碓街匾曉诔扇酥鲃?dòng)脈弓手術(shù)期間避免長(zhǎng)時(shí)間全身停循環(huán)，鎖骨下動(dòng)脈插管在20世紀(jì)90年代重新出現(xiàn)，并促進(jìn)了選擇性腦灌注治療方法的發(fā)展，后來成為主動(dòng)脈弓手術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)。

靜脈插管和引流

臨床CPB回路包含單獨(dú)的靜脈泵，以便為泵式氧合器提供主動(dòng)脈、靜脈引流。隨后，這些被重力虹吸引流取代，使得心房組織對(duì)套管的吸引傾向較小。20世紀(jì)90年代，隨著長(zhǎng)而窄的靜脈插管的出現(xiàn)，人們重新有了“增強(qiáng)”靜脈引流的興趣，這種應(yīng)用演變?yōu)橥ㄟ^負(fù)壓進(jìn)行主動(dòng)脈、靜脈引流，以便使用插入上腔靜脈或下腔靜脈的較小插管。

溫度管理

在心臟直視手術(shù)開始的幾年內(nèi)，大多數(shù)手術(shù)是在常溫下進(jìn)行的。隨著有效熱交換器的出現(xiàn)，中度低溫（28攝氏度~32攝氏度）成為促進(jìn)低流量灌注安全期的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)踐，以改善手術(shù)視野，同時(shí)有足夠的神經(jīng)保護(hù)作用。20世紀(jì)80年代早期，pH（氫離子濃度指數(shù)）穩(wěn)態(tài)分析策略受到青睞。

在兒科領(lǐng)域，體外循環(huán)的作用尤為明顯。1959年，倫敦媒體報(bào)道了深低溫停循環(huán)技術(shù)。最初很少使用，國(guó)外在20世紀(jì)70年代中期將這項(xiàng)技術(shù)推廣到嬰兒心臟手術(shù)和成人主動(dòng)脈弓手術(shù)中。在廣泛使用膜式氧合器之前，與標(biāo)準(zhǔn)CPB相比，許多人在深低溫停循環(huán)心臟手術(shù)期間被觀察到的炎癥反應(yīng)較少。

20世紀(jì)90年代，由于擔(dān)心復(fù)溫期間大腦溫度升高可能導(dǎo)致腦損傷以及低溫引起凝血功能紊亂，國(guó)外學(xué)者主張?jiān)诔赡昊颊咝枰土髁抗嘧r(shí)恢復(fù)接近常溫灌注。

空氣栓塞和微栓塞

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空氣栓塞在心臟直視手術(shù)的早期嘗試中被認(rèn)為是導(dǎo)致死亡的原因。為了減輕這種并發(fā)癥，大多數(shù)早期CPB機(jī)器在動(dòng)脈線上都有一個(gè)氣泡捕捉器。隨著認(rèn)識(shí)到小栓子和氣體微栓子是CPB期間引起神經(jīng)損傷的原因，20世紀(jì)90年代，在動(dòng)脈管路上用微栓過濾器成為標(biāo)準(zhǔn)。心臟切開抽吸裝置越來越被認(rèn)為是血液創(chuàng)傷和微栓子的重要額外來源，這導(dǎo)致常規(guī)心臟切開抽吸裝置的應(yīng)用減少，要通過細(xì)胞保護(hù)處理器過濾要清除的液體，然后將其返回CPB環(huán)路。1980年，有人報(bào)道了使用逆行腦灌注方法治療大量栓子的經(jīng)驗(yàn)。

血液稀釋

當(dāng)外科醫(yī)生越來越多地使用體外循環(huán)時(shí)，人們開始對(duì)全血預(yù)充替代品產(chǎn)生興趣，血液的供應(yīng)開始無法滿足需求。此外，反對(duì)使用任何異體血液的患者刺激了晶體溶液的研究。在沒有使用異體血液進(jìn)行心臟手術(shù)后，其優(yōu)點(diǎn)開始顯現(xiàn)，包括手術(shù)后出血減少和血源性疾病暴露減少。常規(guī)血液稀釋在CPB期間成為常態(tài)，具有減少紅細(xì)胞聚集和改善微循環(huán)灌注的優(yōu)點(diǎn)。

抗凝治療

在開展心臟直視手術(shù)的前20年，肝素以固定劑量用于CPB，而不直接測(cè)量其在CPB期間的作用時(shí)間和濃度。1975年，國(guó)外一家臨床醫(yī)療中心的專家指出了這種做法的錯(cuò)誤性，并建議在CPB期間使用活化部分凝血時(shí)間作為肝素活性的更可靠的指標(biāo)。20世紀(jì)70年代末，CPB期間肝素活性的監(jiān)測(cè)已成為標(biāo)準(zhǔn)做法。隨著新生兒和嬰兒心臟手術(shù)量的急劇增加，特殊情況（如新生兒凝血因子和抗凝血酶濃度較低）下，需要在CPB過程中維持患者的特定性肝素濃度。在認(rèn)識(shí)到肝素誘導(dǎo)的血小板減少癥是先前接觸肝素后潛在的致命性并發(fā)癥后，有人開始使用肝素抗凝替代品，但未得到廣泛認(rèn)可。最常用的直接凝血酶抑制劑是比伐盧定，但其在患兒中的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)有限。

微型化和其他改進(jìn)

隨著微型化技術(shù)的快速發(fā)展，CPB的設(shè)計(jì)也與時(shí)俱進(jìn)，其目標(biāo)是減輕全身炎癥反應(yīng)，減少血液稀釋，并最大限度地減少血液制品的應(yīng)用。20世紀(jì)80年代，最小預(yù)充量大于700毫升的兒童灌注系統(tǒng)已被預(yù)充量低于200毫升的微型化系統(tǒng)所取代。專門針對(duì)兒童CPB臨床使用的最新產(chǎn)品包括一種專門用于新生兒CPB的氧合器，具有低預(yù)充量和氧合面積，以及集成動(dòng)脈過濾器、微型超濾裝置，能真空輔助靜脈引流，并且整個(gè)管路可以無限接近手術(shù)臺(tái)。目前，在CPB期間的目標(biāo)流量逐漸增加，這與CPB后較低的急性腎損傷的發(fā)生率有關(guān)。

近年來，使用近紅外光譜和連續(xù)監(jiān)測(cè)混合靜脈血氧飽和度和乳酸水平，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了CPB期間組織器官灌注是否充分的連續(xù)性實(shí)時(shí)評(píng)估。利用近紅外光譜（基于頸內(nèi)靜脈血氧飽和度），可以對(duì)全身氧氣輸送的充分性進(jìn)行無創(chuàng)性評(píng)估。這些技術(shù)有助于通過從基線水平開始的趨勢(shì)變化來確定灌注不足的時(shí)間和CPB的潛在有害影響。

在心臟直視手術(shù)的起步階段，CPB管路通常由實(shí)驗(yàn)室技術(shù)人員管理。

隨著心臟手術(shù)逐漸增多，人們認(rèn)識(shí)到體外循環(huán)灌注的作用越來越重要，開始重視這方面的研究。1968年，美國(guó)體外技術(shù)學(xué)會(huì)（AmSECT）成立。1974年，美國(guó)心血管灌注委員會(huì)成立。1991年，歐洲心血管灌注委員會(huì)成立。成人和兒童灌注臨床工作的具體數(shù)據(jù)是由AmSECT和其他組織密切監(jiān)測(cè)后總結(jié)出來的。AmSECT定期發(fā)布這些數(shù)據(jù)，并通過其組織委員會(huì)制訂最佳實(shí)踐指南。例如，超過一半的北美中心使用正式的基于灌注的電子灌注記錄。電子記錄方法允許灌注師通過手繪圖表來實(shí)時(shí)記錄手術(shù)事件，而不會(huì)分散手術(shù)的注意力。

ECMO的興起

ECMO是一種體外生命支持技術(shù)，是CPB的自然延伸。美國(guó)學(xué)者科洛博在國(guó)家心肺血液研究所任職期間，專注于開發(fā)改進(jìn)心臟手術(shù)等方面的技術(shù)。20世紀(jì)70年代初，科洛博率先開發(fā)了ECMO，以讓患者獲得長(zhǎng)期生命支持。他和許多工程師共同推動(dòng)了ECMO在心臟手術(shù)之外的應(yīng)用（例如用于急性肺衰竭患者）。1972年，ECMO首次在成人急性呼吸窘迫綜合征中成功應(yīng)用。

1975年，ECMO在救治新生兒方面取得成功。隨后，在兒科領(lǐng)域，ECMO得到廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)在，由多學(xué)科專家組建的ECMO團(tuán)隊(duì)是大多數(shù)三級(jí)兒科醫(yī)院和所有兒科心臟外科的重要組成部分。

ECMO在成人急性肺功能衰竭以及急性心功能衰竭合并肺功能衰竭患者的救治中獲得了認(rèn)可。目前，多學(xué)科ECMO會(huì)診幾乎是所有綜合性醫(yī)院成人心臟手術(shù)和救治晚期心功能/肺功能衰竭患者的重要環(huán)節(jié)。ECMO是公認(rèn)的治療一系列急性或危及生命的心肺疾?。ㄈ鐒?chuàng)傷性損傷、感染和急性炎癥性肺部疾病，以及心臟手術(shù)后）的重要手段。近年來，ECMO已成為術(shù)前肺移植的過渡手段。ECMO可以幫助控制與新型冠狀病毒感染相關(guān)的肺部炎性物質(zhì)激增和嚴(yán)重肺功能衰竭。

長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，體外循環(huán)和ECMO是心臟手術(shù)的重要組成部分，參與管理急性心功能/肺功能衰竭患者。隨著技術(shù)的持續(xù)改進(jìn)，體外循環(huán)引起的創(chuàng)傷未來可能會(huì)變得很小，醫(yī)院心臟手術(shù)的死亡率也會(huì)越來越低。ECMO注定要從復(fù)蘇/搶救干預(yù)手段演變?yōu)橐环N門診治療方式，最終為模擬使用長(zhǎng)期心室輔助裝置奠定基礎(chǔ)。

（作者供職于阜外華中心血管病醫(yī)院）

責(zé)編：郭婭妮

審核：李偉強(qiáng)

終審：郜 靜