体外循环
体外循环（extracorporeal circulation，ECC），又称心肺转流（cardiopulmonary bypass，CPB），是用一种称为人工心肺机或者体外循环机的特殊装置，可暂时代替心脏和肺工作，进行血液循环及气体交换。该技术广泛应用于各种心血管手术、心肺移植、介入支持治疗，中毒抢救等方面。
1953年，Gibbon教授利用第二代临床心肺机成功实施了世界上第一例体外循环下的房间隔缺损修补术。1958年6月，苏鸿熙教授运用人工心肺机首次成功完成了中国首例心脏手术。体外循环的基本原理是将人体静脉血经上腔静脉、下腔静脉引出体外，经人工肺氧合并排出二氧化碳，再将氧合后的血液经人工心脏泵入人体动脉系统，维持全身重要器官的血液灌注和氧供。基本方法有浅低温体外循环、深低温停循环或深低温低流量体外循环、常温体外循环、左心转流。基本装置有血泵、氧合器、过滤器、体外循环管道和插管、体外循环辅助装置。常规管理包括体外循环前准备、体外循环建立、前并行、心脏停搏与完全心肺转流、心脏复跳与后并行、停止体外循环。
体外循环中应严密监测灌注流量，灌注压力与动脉压力、中心静脉压力、鼻咽温度与直肠温度、尿量、血液平面、动脉血气、电解质及酸碱平衡、胶体渗透压、肝素抗凝等。可能出现的并发症有中枢神经系统损伤、肺损伤、肾损伤等。
历史发展
技术由来
1930年10月，出身医学世家的Gibbon教授在哈佛大学医学院师从于Churchill教授期间，一位女性患者在胆囊切除术后突发了急性肺动脉栓塞，虽然Churchill教授为她进行了栓子取除术，但仍然未能改善患者的病情。Gibbon教授在照顾患者的时候，看着她的血液越来越黑却无能为力。于是一个念头由此产生了，如果有一种机器设备能持续将患者的血液引流出来，进行氧合并排出二氧化碳后，再将富含氧的动脉血注入到患者体内，那么患者将可能得救。
为了实现这个目的，Gibbon教授与其妻子在接下来的20年里潜心研究，经过反复的试验。终于在1949年由IBM实验室设计并制作了第一代人工心肺机（体外循环机），该机器在幼犬试验中仅有10%的死亡率。1951年又开发了第二代临床心肺机，1953年Gibbon教授利用该机器成功实施了世界上第一例体外循环下的房间隔缺损修补术。自此，心脏外科的发展翻开了新的一页。然而，事情的发展并非想象中的顺利，Gibbon教授在后来进行的4例心脏手术都失败了，因此倍受打击，从而放弃了该项目。后来Kirklin教授使用改良的二代心肺机重启了该项目，对8例患者实施了了心脏手术，4例获得成功，这进一步推动了体外循环技术的发展。体外循环机器不断改进，体外循环技术不断进步，日趋成熟。
氧合器的诞生
氧合器是体外循环的核心组成部分之一，其发现和发展过程就如同托马斯·爱迪生发现灯丝一般传奇。从20世纪50年代起，Campbell、Mustard等先后以狗肺、猴肺作为氧合器用于人心脏手术，但因操作复杂，最终被废弃了。之后明尼苏达大学的Lillihei用了“控制性交叉循环”技术，即将成人的循环与儿童的循环相连，成人作为“氧合器”，并使用泵来精确控制流量。从理论上讲，此操作的死亡率是200%，然而，实施手术的45例患者无一例供者死亡，28例患者康复出院，甚至有患者成活时间超过30年。但此操作的临床应用依然明显受限。
Lillihei与Dewall经过不懈努力与不断尝试后，终于研制出第一个人工氧合器——鼓泡式氧合器。将氧气直接与血液混合，并用祛泡装置除去血液中在氧合过程产生的气泡。该氧合器于1955年5月13日首次用于临床，成功为一名3岁小孩完成了室间隔缺损的修补手术。但由于氧合面积小，氧合效率不佳，因此仅能用于儿童手术。随后，更小巧，氧合面积更大的成人鼓泡式氧合器被成功研制，自此，通往心内直视手术的道路敞开了。20世纪60年代，受到血液透析的超滤器的启发，Bodell等提出采用管状毛细血管膜作为氧合器，此想法导致了后来中空纤维膜氧合器的发明。1967年，Lillihei等终于将第一个密闭的、便携的和商业化的膜式氧合器用于临床，也就是目前主流的膜式氧合器。经过数十载，几代人的努力以及科学技术的飞速发展，如今我们已经用上了小巧、高效的氧合器，可以连续使用数天甚至数周。
血泵的发展
作为驱动装置的血泵是体外循环的关键组件。经历了最早的带瓣膜的泵及Sigma泵等，最终研制出了现在使用的可以提供250r/min的高效、低破坏性的滚压泵及离心泵。滚压泵通常用于常规的体外循环，而离心泵则多用于体外膜肺氧合（ECMO）技术。
后来的临床研究中逐渐建立了血液稀释和低温技术的概念。适当的血液稀释能在体外循环过程中减少血液的破坏，并能降低低温状态下血液的黏稠度，从而改善微循环的灌注。而低温技术则可以降低机体在手术过程中的代谢率，从而降低氧耗，因此增加了组织器官对缺氧的耐受性。理论上，体温每降低7℃，机体代谢率降低50%。
中国体外循环发展历程
1949年，毕业于前国立南京中央大学医学院的苏鸿熙教授，奔赴芝加哥西北大学附属医院及依里诺依大学研究医院进修麻醉、胸心血管外科等专业。当时美国的发展如日中天，而中国则百废待兴。1957年，苏鸿熙教授回国前，自费购买了两台心肺机，但在当时因中美关系问题，机器被列为禁运品，甚至连他本人都被美国FBI扣留。于是，他让其美国妻子以旅游的名义取道加拿大、伦敦，而他本人则在迷雾中登上了一艘开往伦敦的客船，辗转了六个国家，耗时52天，行程近10万里，终于在1957年2月23日带着妻子及机器回到了祖国的怀抱。
苏鸿熙教授回国后被党中央安排就职于解放军西京医院，任胸心外科主任。于1958年6月26日运用人工心肺机首次成功完成了中国的第一例心脏手术（室间隔缺损修补术），同时对心内直视手术的心肌保护方面进行了系列的研究，逐渐形成了心肌保护概念的全面观点及系列方法。
基本原理
体外循环的基本原理是将人体静脉血经上腔静脉、下腔静脉引出体外，经人工肺氧合并排出二氧化碳，再将氧合后的血液经人工心脏泵入人体动脉系统，维持全身重要器官的血液灌注和氧供。体外循环的应用既保证了心脏手术时清晰的手术视野，又保证了心脏重要器官的供血，是心脏大血管外科手术顺利进行的重要保证措施。体外循环虽然主要应用于心内直视手术，但其临床应用的范围已经涉及许多领域。凡是进行心肺支持、血流暂停的旁路循环，都可称为广义的体外循环。
基本装置
血泵
血泵又称为人工心，是体外循环机的核心组成部分，主要作用是替代人体心脏的射血功能，同时也可通过其回收、利用术中失血及灌注心脏停搏液。主泵主要有两种类型：滚压泵和离心泵。滚压泵是临床上最常用的配置，然而对于大体重、预计手术时间长者，常使用离心泵作为主泵，其可以明显减少血细胞破坏。离心泵多用于心室辅助，肝移植时的静脉转流、左心转流、体外膜肺氧合等体外循环辅助和支持技术方面。
1.滚压泵
滚压泵由泵头、泵管、控制面板、电器传送装置及手动装置等组成。泵头分为两部分，即滚压轴和泵槽。其工作原理：将泵管置于泵槽中，电机旋转运动通过传动装置传入泵的中心轴，带动与中心轴相连接的滚压轴自行运转，在泵槽内旋转运动，对泵管外壁单方向滚动挤压，推动泵管内血液流动。滚压泵流量则由机内电脑通过计算滚轴转速与泵管内容量的乘积而间接得到。滚压泵头一般为2个，可自身旋转，能减少滚压中的摩擦。滚压泵有单头泵和双头泵两种类型。
2.离心泵
离心泵由泵头、传感器、控制装置及手动装置等组成。离心泵根据物体做同心圆运动时产生的向外力（离心力）大小与转速和质量成正比的原理而设计。其工作原理：泵头的磁性后室与带有磁性装置的驱动马达相互磁性连接，当驱动马达高速旋转时，带动泵内结构高速旋转，产生涡流和离心力，推动血液前进。离心泵的流量传感器可以探测流量，传感方式有超声和电磁两种。通常离心泵为平流灌注，为了使灌注更接近生理，靠微机处理机控制电机高速和低速交替运转而使血流形成脉冲，使离心泵可进行搏动灌注。
氧合器
氧合器又称人工肺，主要功能是代替肺进行气体交换，将静脉血氧合成动脉血，同时排出二氧化碳。现代氧合器除了配有气体交换部分，还配有储血室、热交换器、滤过装置等。它除无内分泌功能外，在短时间内已基本代替了肺功能。氧合器经历了血膜式氧合、鼓泡式氧合及膜式氧合三个发展阶段。
1.血膜式氧合器
血膜式氧合器原理是使血液铺成很薄的血膜，与气体直接接触完成气体交换，气体与血液直接接触但不产生泡沫。氧气的分压差、扩散面积和扩散距离（血膜的厚度）是影响血膜式氧合器氧合效果的主要因素。血膜式氧合器在20世纪五六十年代盛行，由于氧合面积有限、血流量低、预充量大等缺点，于20世纪60年代为鼓泡式氧合器所取代。
2.鼓泡式氧合器
鼓泡式氧合器主要由氧合室、变温装置、祛泡室、过滤网和储血室五部分组成。原理是氧气经过氧合室的发泡装置后，在氧合室与静脉血混合，形成无数个微气泡，同时进行血液变温，再经祛泡后形成氧合的动脉血。鼓泡式氧合室通过气血直接接触来完成血液的氧合，其氧合效能受以下因素的影响：①气泡形成的大小和数量；②氧合室的容积大小和长度；③氧气在血液中的搅动能力；④氧合室的扩散能力。鼓泡式氧合器由于气、血直接接触，存在血液破坏、补体激活、炎症反应、微栓形成及脑损伤等问题，临床上已逐渐被膜式氧合器替代。
3.膜式氧合器
膜式氧合器（膜肺）是当前最符合人体生理的人工氧合器。其作用原理与人体气体交换过程相似，血液与气体不直接接触，而是通过一层极薄的膜把血液和气体隔开，这层膜类似于肺中的气血屏障，允许气体自由通过，而液体不能渗透。常用的两种膜材料是聚丙烯和硅橡胶。硅橡胶是无孔的膜，而聚丙烯是带有很多微孔、不溶于水的膜。根据膜的基本结构，膜肺分为微孔型膜肺和无孔型膜肺。
（1）微孔型膜肺：是临床上应用最广泛的膜肺，有微孔的薄膜具有近似人体的气体通透性，血液与微孔膜接触时，立即产生血浆的轻微变化和血小板黏着，使微孔膜涂上一层极薄的蛋白膜，这层膜使血液自由流动，气体易于扩散，但不直接接触微孔膜，微孔型膜肺组织相容性好，气体交换能力强，可有效排除二氧化碳，减少血浆蛋白的变性和血小板黏着。但是随着转流时间延长，微孔膜表面的蛋白沉淀会增加，使膜的厚度增加，气体弥散能力下降，进而氧合性能下降；当气相压力高于液相时，有产生气栓的危险。微孔型膜肺还可能存在血浆渗漏、液体蒸发等问题。
（2）无孔型膜肺：主要由硅胶膜组成，气体与血液完全隔离，是真正意义上的膜肺，维持几周而不影响气体交换的性能，可有效防止气栓形成和血浆渗漏，适用于长时间转流或辅助循环，是用于体外膜肺氧合（extracorporeal membrane oxygenation，ECMO）的常用膜式氧合器。无孔型膜肺的缺点是制作工艺复杂、制造成本高、价格昂贵。
过滤器
体外热力学循环中会产生一定的固体栓子和气体栓子。固体栓子的来源：库血中变性的白细胞和血小板栓子，管道和接头净化不足而残存的微栓，泵管在滚压摩擦中脱落的微栓，硅油固化不佳脱落，手术过程中产生的组织碎片、纱布、小线头、心内赘生物等，血液与非生物管道接触导致一定的血液变性而产生的微栓等。气体栓子的来源：鼓泡式氧合器产生的微气泡（尤其存在硅油祛泡不良时），体外循环温度变化导致气体在血液中溶解度变化而在复温阶段产生微气栓，体外循环中产生的湍流会增加微气栓的产生（湍流多发生于体外循环管道细、灌注流量大、管道接头多、搏动灌注等）。体外循环微栓直接堵塞血管，损伤组织器官，尤其是脑和肺。有数据显示，心内直视手术后有1/3的患者出现中枢神经系统功能不全的征象，如情感变化、定向力障碍、谵妄、失眠、兴奋、抑郁、多梦甚至昏迷等。体外循环过程中，使用微栓过滤器能够有效减少微血管栓塞和重要器官损伤。
1.血液过滤器
（1）动脉微栓过滤器：是体外循环血液进入体内的最后一道关口，意义重大。动脉微栓过滤器多为滤网式，孔径为20~40μm.其网状结构易储存气体，为便于排气，可在预充前吹入二氧化碳，将过滤器内的空气用二氧化碳置换，即使二氧化碳有少量残留，也可以溶解储存于血液中。临床使用时，应该根据患者体重选用适当的型号，临床使用的动脉微栓过滤器依其单位时间过滤流量的大小分为成人型、儿童型、婴儿型和新生儿型。
（2）心脏切开血液回收储血过滤器：简称储血过滤器，是体外循环中微栓的主要滤除装置，可滤除来自心腔及手术野吸出的组织碎片、赘生物及小线头等微栓。储血过滤器一般为渗透式，最外层有孔径为60~80μm的滤网，血液经混合方式过滤后，直径25μm以上的微栓可清除90%。临床使用时应注意，血液未经肝素化不能将其吸引到过滤器内，否则发生凝血阻塞滤网。
（3）其他：如白细胞过滤器、含血心脏停搏液去白细胞过滤器、去除白细胞输血过滤器、晶体预充液过滤器等。
2.气体过滤器
气体过滤器是混合式微栓过滤器，可用于二氧化碳、氮气和氧气等医用气体的过滤，体外循环中，将其连接于氧合器的氧气供应管上，滤网孔径为0.2~0.5μm，可滤除微栓和病原体。临床使用时应避免进水。
体外循环管道和插管
1.体外循环管道
体外循环需要将各种规格、类型的管道插管与人工心肺相互连接，建立体外循环环路，进行体外循环心脏手术，包括动脉灌注管、静脉引流管、主泵管、自体循环排气管、人工肺氧合器供氧管、右心吸引管、左心吸引管、连接管、心脏停搏液灌注管、测压管等。体外循环管道和插管多选用硅橡胶、聚氯乙烯、聚氨酯等高分子材料，要求无毒无味、光洁透明、不易扭曲变形、物理性能稳定、弹性及韧性适中及具有良好的生物相容性。其中，泵管的材料要求能长时间耐受机械泵挤压而不发生管道变形和破裂，以免发生管道内壁微颗粒脱落。
国内外生产的各种型号规格的管道，均采用国际统一标号，即管道内径标号（ID）。为了方便临床使用，往往将上述管道按照临床患者的不同需要，分为成人型、儿童型、婴儿型及小婴儿型。
体外循环管道管径的选择应该依据患者的体重、体表面积及灌注流量和手术种类而定。原则上，在既能保证足够的动脉灌注量，又不影响静脉血液引流的前提下，尽可能缩短管道长度并选用较细管径，这样可以减少预充量，减少血液与非生物管道的接触面积。对于体重较轻的婴幼儿，如果选用管径较粗、管道过长的管道，可增加预充量，对婴幼儿机体内环境扰乱较明显。
临床上根据体外循环管道中各管道用处的不同，在管道端粘贴不同颜色的标志，以方便临床手术医师、体外循环医师、器械护士识别，防止在临床应用时，手术台上和台下发生错误。一般动脉灌注管两端设红色标记，静脉引流管两端设蓝色标记。
2.体外循环插管
体外循环插管是体外循环系统与自身循环系统之间的桥梁。通过静脉插管和其他各种引流管，将患者身体内的血液引入体外循环装置；动脉泵再将经过气体交换的动脉血通过动脉插管泵入患者动脉系统。
（1）动脉、静脉插管规格国际标准化：国内外均采用国际标准统一编号体外循环动脉、静脉插管规格型号，常用插管的外周径法制标号（Fr），Fr=插管外径（OD）×3.14。
（2）插管部位：体外循环心脏手术常用的动脉插管部位有升主动脉、股动脉和右腋动脉，以升主动脉最为常用。常用的静脉插管部位有上腔静脉、下腔静脉和股静脉，其中经右心耳和右心房壁进行上腔静脉插管和下腔静脉插管是临床上最常用的方法。对于主动脉瓣置换或冠状动脉旁路移植术等无须切开右心系统的手术，往往插入单根、腔房双级静脉插管（以下简称腔房静脉插管），插管的头端可引流下腔静脉血液，插管的体部有侧孔可引流右心房血液。另外，还有双腔股静脉插管，插管从股静脉插入，头端到达上腔静脉处引流上腔静脉血液，插管体部可引流下腔静脉血液，避免多处插管增加患者损伤。
体外循环辅助装置
体外循环辅助装置包括血液变温器、变温水箱、空氧混合器和各种体外循环监测系统等。
基本方法
体外循环一般根据手术部位、手术种类采用相应的体外循环方法，包括完全体外循环与部分体外循环。完全体外循环指患者的心脏及肺完全停止工作，患者完全依靠体外循环提供气体交换与血液循环灌注，包括浅低温体外循环，深低温停循环或深低温低流量体外循环以及常温体外循环。部分体外循环指在体外循环辅助下，维持患者自主心跳，维持自主循环，患者的自主循环与体外循环同时并存的一种状态。常见于体外循环主动脉阻断前、主动脉开放后至停机前的一段时间，称为并行循环，也可在体外循环不阻断主动脉维持心脏自主跳动下进行房间隔缺损修补，动脉导管未闭结扎等手术。部分体外循环还包括左心转流等。
浅低温体外循环
为最常用的体外循环方式，体外循环中鼻咽温维持在32~28℃，适用于大多数心血管手术。成人灌注流量50~80mL/（千克min），维持动脉压力50~80mmHg，血色素稀释至60~80g/L，儿童10~15kg灌注流量一般为125mL/（kg·min），15~30kg为100mL/（kg·min），35~50kg为75~80mL/（kg·min），小儿灌注压力可稍低于成人，HCT维持25%左右，停机时HCT达到30%左右。体外循环中一般使用α稳态管理，不必向体外循环中吹入CO₂，即pH稳态管理。心脏停搏液采用晶体停搏液或含血停搏液，根据手术种类以及医院习惯具体使用。
深低温停循环或深低温低流量体外循环
许多手术需要在无血流条件下进行，则需要深低温停循环，一般包括新生儿、婴幼儿复杂心内畸形、成人主动脉弓部手术以及胸主动脉手术。体外循环中一般将鼻咽温慢慢降至20~22℃，然后停止体外循环。应注意停循环期间重要脏器如脑，脊髓、肾脏功能保护，如头部重点低温，放置冰帽，脊髓蛛网膜下隙穿刺脑脊液引流，静脉注射甲泼尼龙15mg/kg，降温，复温均匀等。深低温停循环时间小儿一般不超过60min，成人不超过45min。为缩短停循环时间，减少术中重要脏器损伤，在深低温停循环时，成人常同时采用右锁骨下动脉或腋动脉插管低流量选择性脑灌注，下半身通过股动脉插管分别灌注的方法。
常温体外循环
常温体外循环时需维持患者体温接近正常。由于没有低温保护作用，常温体外循环需要维持较高的灌注流量与灌注压力，以满足机体代谢需要。其主要优点是减少低温对凝血系统的影响，减少机体缺血再灌注损伤等。
左心转流
适合于胸主动脉瘤手术，或左心功能不全时行左室辅助左心减压病等。维持患者自主心跳，上半身血流由患者自主循环供应，下半身血流由体外循环供应，经左房插管→回流室→动脉泵→变温器→动脉滤器→股动脉。由于左房血为氧合血，故一般不用氧合器。肝素用量为3mg/kg。
预充
概念
体外循环转流前，所有的体外循环管道、氧合器、血液过滤器等都必须要用液体充盈，以排出其中的气体，此过程称为体外循环预充。所需要的液体量称为预充量。
血液稀释是指大量的外源性液体较快速地输入血管内，或某种原因（如失血性休克）引起大量的组织间液体经毛细血管进入血液循环内，使血液的黏滞度、血细胞比容下降，是体外循环的必须程序。在失血后，由于机体自身代偿作用，组织间液体通过毛细血管进入血液循环而形成的血液稀释称为自发性血液稀释；而体外循环中大量液体预充称为人为性血液稀释或控制性血液稀释。
血液稀释
1.血液稀释的基本原则
血液稀释是体外循环的一项常规方法，其基本原则是消除低温引起的血液黏度增加，减少血液破坏，避免低温引起的动静脉短路；改善微循环，增加组织器官的灌注；保证有效的脑灌注，减少微血管栓塞；减少异体血液的使用，防止输血源性疾病的传播；维持适当的胶体渗透压，减轻组织水肿。在保证足够的血液携氧能力、保水能力和凝血功能的情况下，尽可能减少血制品的使用，以保证患者安全和手术顺利进行。
2.血液稀释的安全范围
（1）血液稀释对机体的影响：血液稀释时单位血容量中的血色素下降，影响了单位血容量的携氧能力，此时机体将通过降低血液黏度、外周血管阻力，增加组织灌注量，增加静脉回流，使心排血量增加，氧转运能力提高。血液稀释还会导致血浆胶体渗透压下降、凝血功能变弱、重要器官血流量减少，所以体外循环血液稀释不能无限度地进行，而要掌握其安全范围。
（2）血液稀释的安全范围：血液稀释是有限度的，在极度血液稀释的情况下，红细胞释放氧的能力下降，增加血流量和氧摄取并不足以代偿血液中氧含量的减少。由于氧运输的速度和量与血细胞比容（HCT）成正相关，与血液黏度（μ）成负相关。在血流量不变的情况下，以HCT/μ达到最大值为标准来考虑最适血细胞比容，常温正常血流量下，最适血细胞比容为0.42.体外循环中，由于低温等诸多因素，最适血细胞比容会下降，并且存在个体差异。最适的含义是保证足够的氧运输，PO₂维持在250mmHg，线粒体PO₂维持在0.5~1mmHg，细胞内平均PO₂维持在5mmHg，混合静脉血PO₂维持在40mmHg，混合静脉血氧饱和度75%。从血液流变学和氧运输角度，对于非发绀成人患者，常温体外循环患者HCT为0.32~0.35，浅低温时为0.30~0.33，中低温时为0.25~0.3，深低温时为0.2~0.25，是所能接受的范围；而体外循环复温时HCT则都要求在0.3以上。小儿代谢较旺盛，老年人红细胞携氧能力降低，体外循环中HCT应适当提高。
3.预充及血液稀释的理论计算
体外循环中需要的各成分及库血量是可以计算的，对于某些大体重或者基础HCT高的患者，甚至还需要放血。预充和血液稀释的理论计算是在不考虑微血管通透性、胶渗压变化对血容量影响的前提条件下，忽略手术野中的失血和失液，将人体所有血管视为一个相通的封闭型容量系统，认为所有胶体溶液所提供的胶体渗透压都与血浆相等（白蛋白应折合为5%浓度计算），推算出理论计算公式。
（1）预充总容量（静态）=体外管路+氧合器+滤器+储血室的安全液面。
（2）预计库血量=[预计HCT×（血容量+预充总容量）-转前HCT×血容量]/库血HCT。
（3）放血量=血容量×[术前HCT-（血容量+预充总容量+心肌保护液）]×预计HCT/术前HCT。
体外循环预充液
体外循环中，预充液与血液混合成为血液的一部分，因此预充液成分应尽可能与血液成分接近。较常用的预充液有乳酸林格氏液、复方电解质注射液及乙酸林格氏液，胶体液可选用各种血浆代用品、血浆或白蛋白，还需要加入碳酸氢钠、肝素（肝素钠）及抗生素等。人工胶体溶液主要有羟乙基淀粉、明胶类羧甲淀粉等，天然胶体溶液包括白蛋白、血浆。对于婴儿，一般不使用羧甲淀粉预充，最好用20%的白蛋白提高胶体渗透压，可以1:4抵充血浆，发绀型先天性心脏病患儿由于血浆成分少，血液稀释后凝血因子过度稀释，因此预充液应该注意新鲜冰冻血浆的使用，这样既可以提高胶体渗透压，又可以补充凝血因子。由于新生儿及婴儿肝功能不健全，肝功能在体外循环中被抑制，对DL-乳酸盐的代谢能力有限，快速大量输注乳酸林格氏液会导致医源性高乳酸血症，因此在儿童体外循环转流中建议使用不含乳酸盐的液体进行预充，临床常用复方电解质注射液，不需要经肝代谢分解，钾浓度、钠浓度、氯浓度、镁浓度、酸碱度、渗透压均接近血浆水平且不含钙离子，通常作为预充基础液。
操作步骤
体外循环前准备
体外循环心脏大血管手术创伤大，对心脏、脑等重要器官生理功能影响大，对于病情复杂、心脏功能差、合并症多的患者，危险性更大。围手术期各环节充分的准备工作对手术成功至关重要。
（1）全身情况评估：充分了解患者病史，进行体格检查，通过实验室检查、辅助检查等评估患者心肺功能、肝肾功能、凝血功能及合并症，进行术前访视，使患者及家属对体外循环有基本认识，解除其不必要的精神负担。
（2）心血管疾病评估：充分认识患者心脏、大血管疾病的病理、生理改变，病变的性质及程度，心肌和心脏功能受损害的程度，以及肺血管受累的情况等。
（3）制订体外循环计划：根据患者病情、心血管手术方式制订体外循环计划，包括选择何种氧合器、体外循环管道及插管、预充方案、库血的使用、体外循环方法等。
（4）体外循环仪器及物品的准备：按照已经制定的体外循环计划，准备需要的仪器和物品，包括体外循环机及水箱设置、ACT检测仪调试；适合患者型号及手术要求的氧合器、体外循环管道、插管、过滤器；预充液体的种类及量，确认是否需要库存血液及血液制品，是否需要使用超过滤等；药品，如肝素、鱼精蛋白、血管活性药物、碳酸氢钠、甘露醇、抗生素、激素、电解质等。
（5）体外循环系统连接、预充排气：在心脏手术开始前，需要完成体外循环管道的连接及预充排气，对于再次手术及存在缺氧发作风险的患者（如复杂发绀型先天性心脏病患者），应该在麻醉诱导前完成预充排气。
（6）转流前检查。
麻醉处理
体外循环中应维持患者全身灌注满意，维持血气，酸碱、电解质及渗透平衡。一般在心包切开后静脉注射肝素3mg/kg，使ACT达到480s以上才能开始转机。由于体外循环预充液对麻醉药物浓度具有稀释作用，体外循环开始前应加深麻醉，一般在转机前给予地西泮0.2mg/kg或咪达唑仑0.1mg/kg，芬太尼10~20μg/kg，非去极化肌松药如维库溴铵0.2mg/kg等。
体外循环中可以经体外循环回路给予吸入麻醉药维持麻醉。转中一般维持MAP50~80mmHg，高龄、高血压、糖尿病、颈动脉狭窄等患者应维持较高的动脉压力，婴幼儿及儿童一般维持MAP30~60mmHg。转机中动脉压力过高可加重溶血性贫血或脑出血，可采用加深麻醉，扩张外周血管等方法处理，动脉压力过低可增加灌注流量，停用扩血管药，或使用缩血管药物如去氧盐酸肾上腺素处理。
心脏复跳后辅助循环时间一般为主动脉阻断时间的1/5~1/3。辅助足够时间后，待动脉灌注流量减至15~20mL/（千克min），心脏前负荷适度，心肌收缩有力，ECG基本恢复正常或术前状态，鼻咽温度37℃，直肠温度36℃，末梢温暖，血色素浓度>80g/L，血气酸碱电解质正常，即可缓慢停机。当自主循环满意，拔除上下腔插管或右房管、左心引流管，术野无明显出血后，使用1.0~1.5倍肝素量的鱼精蛋白中和肝素，拔除主动脉插管。
体外循环建立
动脉插管是保证血流注入人体内的重要管道，有直角形、金属丝加强形、延伸形等各种形状，以满足不同的临床需要，常见的插管部位有升主动脉根部、股动脉和腋动脉。可根据流量需要、主动脉根部的实际大小选择合适的动脉插管。股动脉和腋动脉插管主要用于大血管手术、再次手术粘连严重、ECMO支持等。
静脉插管是保证静脉血充分引流至体外循环的管道，插管应满足引流充分、不影响手术野、创伤小等条件。静脉插管多有钢丝加强，以防止其扭曲，导致引流不畅。根据手术方式和患者体重选择不同种类和型号的插管。常见的静脉插管部位有上腔静脉、下腔静脉、右心房和股静脉等。上腔静脉、下腔静脉插管适合需要切开右心房的各种心脏手术，右心房插管只适用于无须进行右心房切口的手术（如主动脉瓣手术、冠状动脉搭桥、主动脉手术等），股静脉插管主要用于无须开胸或者开胸前紧急心肺支持、胸部小切口手术或一些大血管手术、ECMO等。
前并行
前并行指体外循环开始到主动脉阻断（冠状动脉循环阻断）前这一阶段，主要目的是实现患者自身呼吸循环到完全人工心肺机支持阶段的过渡，并进行适当降温，为心脏停搏做准备。前并行中心脏继续做功，由患者心肺和人工心肺机共同维持呼吸和循环功能，循环呼吸功能由生理状态过渡到非生理状态。机体在前并行中逐渐适应生理-非生理灌注的变化，因此保证平稳过渡至关重要。
前并行管理要点如下。①维持动静脉出入平衡：缓慢启动动脉泵，逐渐松开静脉控制钳，根据动静脉压力、储血室液面及心脏充溢度来调整合适的流量，维持动静脉出入平衡。②确保体外循环安全：观察泵压、氧合器氧合情况，确保体外循环插管安全、氧合良好。③维持血流动力学稳定，必要时可以使用血管收缩药物。④进行血液降温，降温温差<9℃，避免降温过快导致心室颤动和全身降温不均匀。⑤准备好稀释血心脏停搏液，为心脏停搏做准备。
心脏停搏与完全心肺转流
（1）心脏停搏：当前并行温度降到预定值时，术者可阻断上腔静脉、下腔静脉和升主动脉，一般阻断顺序为下腔静脉、上腔静脉、升主动脉。主动脉阻断后应该立即灌注心脏停搏液，使心脏迅速停搏，减少心肌热缺血时间，降低心肌代谢。
（2）完全心肺转流：完全心肺转流指从上腔静脉、下腔静脉和升主动脉阻断开始到患者升主动脉开放、心脏复跳这一时间段。此阶段的呼吸循环功能完全由人工心肺机取代，在体外循环全过程中持续时间最长，是灌注的最重要阶段。此过程中，体外循环医师应该密切监测重要灌注指标和生命体征，维持相应温度下水、电解质、酸碱平衡，维持内环境稳定，保证组织灌注。体外循环中灌注压维持在成人50~80mmHg，儿童40~50mmHg，婴幼儿30~40mmHg；然而对于存在脑血管病史、高龄、高血压、糖尿病、颈动脉狭窄者，灌注压应该维持在相对较高的水平，维持在60~90mmHg，保证重要器官的灌注。
（3）温度与流量：各种体外循环心脏手术，患者都要经历降温、复温的温度变化。低温可以降低全身代谢率，减少氧耗量，从而允许在一个相对安全的时间内阻断心脏血液循环，降低全身血流量以矫治心脏病变，满足手术操作的需要；同时大脑及全身重要器官可避免缺血、缺氧性损害。理论上，温度每下降1℃，脑组织氧耗下降约7%；30℃时，代谢率为正常的60%~70%；28℃时，氧耗量下降约50%；20℃时，代谢率仅为正常的25%。
根据降温的程度，临床上按照国际标准可将体外循环分为：①常温体外循环，36~37℃，用于操作简单、时间短的心内手术，HCT维持在32%~35%，要求氧合器性能好，能满足高流量灌注需要，成人流量大于2.4L/（㎡·min）为高流量，儿童流量的高流量与年龄、体重有关，患儿体重<10kg，高流量指150mL/（千克min）[或者3.2L/（㎡·min）]，体重<5kg则为200mL/（kg·min）[或者3.2L/（㎡·min）以上]。监测灌注流量是否充分可参照混合静脉血氧饱和度、尿量及碱剩余（BE）。②浅低温体外循环，33~35℃，用于大部分心脏体外循环手术，HCT维持在30%~33%，维持全流量灌注，成人2~2.4L/（㎡·min），儿童2.8~3.2L/（㎡·min），采用稳态血气管理。左、右心内操作即将结束时开始复温，心脏复苏时血温维持在36~37℃。③中低温体外循环，28~32℃，适用于病情重、心脏功能差的患者，如复杂心内畸形、重症瓣膜置换手术及部分大血管手术患者，HCT维持在20%~25%，术中根据温度调整灌注流量，成人最低可到1.6L/（㎡·min），儿童最低可到2.2L/（㎡·min）。对高血压和侧支循环丰富的患者，灌注流量要适当增加，以保证组织灌注充分。④深低温体外循环，17~27℃，主要适用于需要在停循环或者低流量下才能完成的心血管手术。
心脏复跳与后并行
（1）心脏复跳：心内操作完毕，即可开放主动脉阻断钳，恢复冠状动脉循环，心脏得到供血，心脏复跳。心脏复跳有赖于以下因素：心脏畸形得到纠正、温度复温到33~35℃、血气及电解质正常。
（2）后并行：后并行指升主动脉开放、心脏复跳到体外循环停止这一阶段，此时患者心肺和人工心肺机共同维持呼吸循环，由完全心肺机支持逐渐向患者自身独立的循环呼吸过渡，即呼吸循环功能由非生理状态逐渐向生理状态过渡。同样，机体在这一阶段也是逐渐适应的过程，因此保证过渡的平稳是后并行管理的关键。
其间主要的任务是：①手术后的心脏逐渐恢复功能，从体外循环过渡到自身循环；②调整电解质和血气；③继续进行体表和血液复温；④调整体内血容量，在心脏功能允许的情况下尽量补充体内血容量；⑤调整血红蛋白浓度，如血细胞比容过低，可使用利尿剂和超滤器；⑥治疗心律失常，必要时安装临时起搏器；⑦为停止体外循环做准备。
停止体外循环
停止体外循环的条件是：①心率、心律调整到满意程度，心电图基本正常或者无明显变化；②平均动脉压力60~80mmHg，脉动脉压≥30mmHg；③心肌收缩有力，并能维持有效循环，心脏充盈适度；④中心静脉压基本接近转流前水平，维持在10~15mmHg，无心房膨胀，左心房压维持在10~18mmHg；⑤血红蛋白浓度成人达到80g/L，儿童达到90g/L，婴幼儿达到100g/L；⑥咽温36~37℃，直肠温35~36℃；⑦充分吸痰，呼吸机参数调整，患者自身肺气体交换正常；⑧还血时血压上升；⑨外周组织灌注充分，SaO2＞65%；⑩血气、电解质在正常范围。
环路监测
体外循环中应严密监测灌注流量，灌注压力与动脉压力、中心静脉压力、鼻咽温度与直肠温度、尿量、血液平面、动脉血气、电解质及酸碱平衡、胶体渗透压、肝素抗凝等。
生理指标的监测
1.动脉压力
动脉压力是反映血容量、有效灌注流量和血管阻力三者关系的一个指标，与组织灌注密切关系。体外循环一般维持MAP6.7~12.0kPa（50~80mmHg），高龄、高血压，糖尿病，颈动脉狭窄等患者应维持较高的动脉压力，婴幼儿及儿童一般维持在4.0~9.3kPa（30~70mmHg）。转机中动脉压力过高可加重溶血性贫血或脑出血，可采用加深麻醉、扩张外周血管等处理，动脉压力过低时应增加灌注流量，停用扩血管药，或使用缩血管药物如去氧盐酸肾上腺素处理。
2.中心静脉压
体外循环中由于落差虹吸效应，静脉引流通畅时，CVP一般为零或负值。如果CVP增加，如上腔静脉插管过深可以导致脑静脉回流不畅致脑水肿，下腔静脉插管过深，可致肝静脉或下半身静脉回流不畅，致腹腔脏器水肿。
3.温度
一般监测鼻咽温度与直肠温度，也可监测鼓膜、膀胱等部位温度。鼻咽温近似脑温，直肠温近似中心温度。体外循环一般需要将机体降至适当温度，以降低组织代谢率。机体代谢与体温直接相关，体温每下降7℃，组织代谢率下降50%。临床一般将低温分为浅低温28~30℃，深低温20~27℃，超深低温11~20℃。
4.尿量
体外循环中要求尿量一般>1mL/（千克h）。转机时间过长，血细胞溶解破坏可致血色素尿，尿液呈淡红色至棕褐色，需要用碳酸氢钠碱化尿液，以防止肾小管堵塞。
灌注指标的监测
1.灌注流量
灌注流量即人工心排出量，成人高流量为⩾2.4L/（min·m2），中流量为1.8~2.4L/（min·m2），低流量为<1.8L/（min·m2）。也可按体重计算，<50mL/（kg·min）为低流量，>80mL/（kg·min）为高流量。婴幼儿高流量可达3.5L（min·m2）或150~200mL/（kg·min），而成人很少超过2.8~3.0L/（min·m2）。
2.泵压
泵压指动脉供血管路的压力，一般主泵压应<200mmHg为宜，停搏液灌注管路压力成人240mmHg左右，儿童150mmHg左右。应注意转中泵压突然增加，一般与主动脉插管位置不当，或插入主动脉夹层、动脉管路扭曲有关，应及时处理，避免泵管破裂危险。
3.氧合器血平面
氧合器血平面反映体内容量平衡，应特别注意氧合器血平面排空致空气栓塞。
4.肝素抗凝与鱼精蛋白拮抗
体外循环一般需要使用肝素3mg/kg静脉注射抗凝，使ACT>480s以上。转中由于肝素代谢，应定时检测ACT，维持ACT>480s以上。体外循环结束后应使用鱼精蛋白中和肝素，用量一般为肝素总量的1.0~1.5倍，使ACT回复至基础值水平。体外循环后将氧合器和管道内剩余血回输时也需用鱼精蛋白3~5mg/100mL拮抗。
5.血气酸碱电解质分析
体外循环中应维持血气酸碱电解质均在正常范围，避免缺氧，代谢性酸中毒，高钾血症或低钾血症、低钙与低镁等。注意血糖，乳酸水平的变化，如果乳酸持续增高，说明体外循环中组织灌注不充分，应积极调整。静脉氧饱和度（SvO₂）应维持在70%~80%为宜。
术中处理
脑保护
单纯深低温停循环术后并发症和病死率高，应当在进行深低温停循环时积极采取脑保护措施，选择性脑灌注就是一种有效的脑保护措施。其包括顺行性脑灌注和逆行性脑灌注，可以有效降低脑温和防止停循环的脑温反跳，支持停循环期间的氧代谢，冲洗代谢产物，延长停循环时限，以提高保护效果。临床上最常采用经右无名动脉插管的顺行性脑灌注，在温度降低到上述要求时，阻断升主动脉、无名动脉、左颈总动脉，灌注流量降至5~10mL/（kg·min），灌注血流即从右锁骨下动脉经无名动脉进入右颈总动脉后入脑，这种全身停循环而保持脑的低流量灌注即是顺行性选择性脑灌注。主动脉修复完毕，即可开放总动脉阻断钳，恢复全流量灌注。选择性脑灌注还包括上腔静脉逆行性脑灌法、头臂动脉插管灌注法，但其具有插管及体外循环管理较复杂、手术野拥挤等不足，相比之下，经锁骨下动脉插管顺行性脑灌注简单而有效。
①糖皮质激素以甲泼尼龙为主，可以降低毛细血管通透性，稳定膜结构，减少炎性渗出及减轻脑水肿。甲泼尼龙药效快、持续时间中等，使用剂量为30mg/kg，在转流前和复温时各用一半。②甘露醇有很强的渗透性利尿作用，可降低血液黏度，改善肾皮质血流，预防脑水肿。体外循环中常用剂量：成人为1g/kg，儿童及婴幼儿为0.5g/kg。③巴比妥类药物主要作用是降低脑细胞代谢，降低脑氧耗，降低脑复温后的高代谢反应，改善脑氧合；防止和纠正局部血流异常分布状态的持续和发展；减少钙内流，抑制或清除自由基及兴奋性氨基酸。常用剂量为7~15mg/kg。
使用冰帽在临床上是一种常见的物理降温方法。物理降温（冷疗法）包括局部冷疗法和全身冷疗法。冷疗法是用低于人体温度的物质，作用于机体的局部和全身，以达到止血、止痛、消炎和退热目的的治疗方法。在心脏大血管手术中，冰帽用于机体的脑部降温。
（1）使用目的：头部降温，降低脑组织代谢，减少脑部耗氧量，减轻脑细胞损害，预防脑水肿。
（2）使用评估：①全身情况，年龄、病情、意识、体温、手术方式等情况；②患者头部状况；③患者意识状况。
（3）使用准备：①用物包括冰帽、冰块适量、干毛巾、盆、小橡胶单、压疮贴，必要时准备眼膏、纱布；②患者准备，患者处于麻醉状态，与手术医生确认后，遵医嘱给手术患者戴冰帽；③环境准备，手术间内安静，层流温度处于降温状态。
（4）实施：①将准备好的小冰块倒入盆内，用水冲去冰块的棱角，防止刮破冰帽，冰块放置入冰帽内1/2或2/3满，并将盖子盖上，检查有无漏水；②备齐用物至手术间，床头垫小橡胶单和中单，避免床单潮湿，冰帽内贴入压疮贴或者用干毛巾包裹患者头部和颈部，保护双耳，防止冻伤和不良反应；③遵医嘱，深低温停循环之前在麻醉师的协助下，由麻醉师托起颈部和头部，置入冰帽，注意保护颈椎，双眼不能闭合者，涂眼膏后用纱布覆盖眼睛以保护眼角膜，手术过程中注意观察，记录时间。
（5）评价：①注意观察头部皮肤变化，每30min查看1次局部皮肤的颜色，尤其注意患者耳郭部位有无发紫及冻伤发生；②定时进行头皮按摩，以促进血液循环，防止头部压力性损伤发生。
（6）使用时机：在心脏大血管外科手术中，冰帽主要用于主动脉夹层动脉瘤手术中。建立体外循环后，全身降温至鼻咽温28℃时阻断并切开升主动脉，左、右冠状动脉开口灌注心脏停搏液15~20mL/kg，完成主动脉近心端的处理；深低温停循环前，头部戴冰帽，取20°~30°头低位，鼻咽温达到34℃取下冰帽。
（7）注意事项：①手术患者处于麻醉状态，放置于颈部侧的冰块不宜过重，以免影响呼吸和颈静脉回流；②随时注意掌握冰块融化时间与室内温度，手术间内温度为22~24℃，冰块一般6~8h完全融化，一般每2h放水和加冰1次；③注意观察鼻温和肛温，并随时提醒医生冰帽的使用时间，当鼻咽温达到34℃时，取下冰帽。
①手术室温度：将房间温度降低到20℃以下；②头部戴冰帽：深低温体外循环，在降温过程中头部戴冰帽；③头低位：停循环前将手术床调整到头低位30°，避免气栓；④血气管理：深低温体外循环在降温时采用pH稳态血气管理，而复温时采用平衡血气管理。
心肌保护
体外循环广义的心肌保护概念包括心脏血流阻断前、阻断期间及心脏再灌注后的所有有关心肌保护的措施。体外循环心肌保护的核心是维持心肌能量代谢平衡。低温可以降低心肌基础代谢及氧耗，但是仅用低温则不能满足保护心脏功能的要求。体外循环中心肌保护应该采取综合措施，如在并行阶段避免心室颤动，保证心肌的充分灌注；保证左心引流通畅及左心减压病，防止心脏过度膨胀损伤心肌。最核心的心肌保护措施是停搏液的使用。
临床使用的心肌停搏液主要包括Celsior液、威斯康星大学保存液（University of Wisconsin solution，UW液）、HTK液。UW液为细胞内液型保存液，最大的优点在于K⁺含量高，可以使心脏快速停搏。HTK液属于细胞外液型保存液，与UW液相比，最大的优势在于黏度低，可迅速弥散至组织间隙，器官再灌注前不需要预先预充。Celsior液属于细胞外液型保存液，使用Celsior液保存供体心脏的移植患者最显著的特征是术后血管病变和慢性排斥反应的发病率低。除了上述心脏停搏液，临床对心脏停搏液进行了诸多配置改良，改良后的心肌停搏液主要包括St.Thomas液、St.Thomas稀释血停搏液。St.Thomas液主要成分为高钾、普鲁卡因、碳酸氢钠。St.Thomas稀释血停搏液在St.Thomas液的基础上混以冷血使用，是使用最多的改良心脏停搏液。
以下心肌保护方法常常联合使用。
与晶体停搏液相比，冷氧合血心肌停搏液灌注的优点在于：①为缺血心肌提供氧供、维持一定的胶体渗透压；②血色素可以缓冲心肌细胞的酸性代谢产物；③得到血液灌注的心肌组织微循环开放；④大大降低了灌注液的回收量。晶体与氧合血比例多为1:4，首次灌注15~20mL/kg，其后每隔20~30min重复灌注10mL/kg。
温血灌注诱导的目的是防止冷血对病变心脏的不利刺激，冠状动脉开始灌注时保护液无须降温处理，氧合器血液经泵与晶体液混合后直接行根部灌注，单纯利用高钾停搏作用使心脏停搏。由于常温心肌细胞氧耗过大，需辅以冷停搏液维持。温血灌注诱导适用于心室肥厚、心脏功能不全、婴幼儿及老年患者。
在开放升主动脉前5min用常温氧合血半钾停搏液行心脏灌注，目的是冲走心肌代谢产物，提供能量物质，提高复跳率及促进术后心脏功能的恢复。其主要应用于术中心肌保护欠佳及心功能较差的患者。
冠状静脉窦逆行灌注适用于冠状动脉狭窄或阻塞的患者，可分为右心房逆行灌注和冠状静脉窦逆行灌注，多采用冠状静脉窦逆行灌注管通过右心房盲插入冠状静脉窦固定。对于冠状动脉病变严重、累及多支血管的患者，提倡顺行、逆行灌注结合的方法，以实现更好的心肌保护效果。
血管桥灌注简称“桥灌”，当心脏冠状血管桥远端和堵塞冠状动脉远端吻合后，即从血管桥的近端向局部心肌灌注心肌保护液50~100mL，以期实现最佳的心肌保护效果，要求血管桥灌注压不超过50mmHg，过高有撕裂吻合血管的可能。桥灌还可以检验血管桥的通畅程度和吻合口的缝合效果。
并发症
包括脑梗死、脑缺氧、术后认知障碍，缺血性脊髓血管病致截瘫、偏瘫等，与体外循环中栓子，脑灌注压力、流量异常，深低温停循环脊髓缺血缺氧再灌注损伤有关。
包括体外循环后肺不张，灌注肺、膈神经与膈肌功能受损，与体外循环中肺萎陷导致肺泡表面活性物质合成减少，手术刺激压迫肺脏，体外循环中各种炎性因子激活，膈神经损伤及膈肌功能下降有关。
包括体外循环后急性肾功能不全或肾衰竭竭，需要透析治疗等，与体外循环中灌注压过低，术后低心排等有关。
包括应激性溃疡、肠出血，肝功能障碍等，与体外循环中灌注压力过低，消化系统缺血缺氧有关。
与体外循环激活凝血、纤溶系统，导致红细胞、血小板与凝血因子大量破坏消耗有关，临床表现为术中术后出血增加。