体外循环发展史

体外循环发展史
一、体外循环的定义
体外循环（Extracorporeal circulation, ECC）是指通过特殊装置将回心血液引流至体外，经氧合后再输回人体，从而临时完全或部分代替心、肺功能的一种专业技术，也称心肺转流（Cardiopulmonary bypass, CPB）。

体外循环技术使常规条件下难以进行的心内畸形、高难大动脉疾病纠治手术得以开展，开创了心、血管外科学的新纪元，其也成为心脏、血管疾病外科治疗的必备技术。

二、体外循环的发展简史
（一）组织灌注
1812年，Le Gallois死亡动物的组织器官以血灌注后出现短暂生命恢复现象。

建立体外模型，以保证器官的存活。

19世纪中叶，Brown-Sequard 以血液灌注死刑犯尸体，尸僵消失。

1929年，Brukhonenko和Tchetchuline以血灌注断头犬的头或全身，头及其它组织器官功能能维持数小时。

血液灌注的意义：向组织器官提供氧气及其他营养物质，并带走代谢废物，保持生命内环境的稳定。

研究证明：保持含氧血液的灌注能维持组织器官的功能。

（二）医疗要求呼唤体外循环技术的诞生
先天性心脏畸形、大血管等疾病治疗的需要
1930年10月，美国波士顿麻省总院外科，一女病人行胆囊切除术后两周出现肺大块栓塞死亡，促动其监护医师、刚毕业的Gibbon产生设想：如果将此病人的静脉血氧合变成动脉血后再输入其动脉内，也许能救活此病人。

1953年5月，Gibbon用其自制的体外循环装置为一18岁患有先天性房间隔缺损女孩cecelia bavolek 成功进行了世界首例于体外循环心内直视下房缺修补术。

（三）进行体外循环三个基本条件：
①足够的血流动力（人工心或血泵）
②充分的血液气体交换（人工肺）
③满意的血液抗凝
（四）三个基本条件的实现
1.血泵：
注射器、活塞泵、隔膜泵、螺旋推进泵、指压泵、单滚压泵、多滚压泵、锥面
滚压泵、离心泵、涡流泵、重力皮囊滚压泵等。

目前临床体外循环中最常用的
为滚压泵和离心泵，其具有足够的驱动力、精确控制流量、使用方便等特点。

转子
泵离心泵
2.人工肺（氧合器）：
生物肺氧合：又称交叉循环。

人或动物的肺（危险性大、操作困难、供体难找）
1890年，Fredericq用于动物实验
1919年，Quimby用于动物实验
1931年，Firor用于动物实验
1953年，Mastard用猴肺对5例法四患者进行手术，全部死亡。

1954年，Lillehei以成人供小儿患者交叉循环进行45例心脏手术，28
例存活（62%！）。

血膜式氧合：静立垂屏式、滚筒式、碟片式（血液破坏严重、气血接触面小、
气体交换效率有限）。

1885年，Frey 和 Gruber将血液沿转动的圆筒内壁注入，形成薄血膜，
筒内氧气与薄血膜进行血气交换。

鼓泡式氧合：大量血气泡增加了气体交换面积，但仍有血液明显破坏。

1882年，Schroder将氧气自盛装静脉血的容器底部吹入来氧合血液，此
为鼓泡式氧合其原型。

1950年，Clark使用硅油祛除血气泡，使鼓泡式氧合器真正安全大量被用
于临床。

使其成为20世纪60-70年代主要产品，至今在经济落
后地区仍在使用。

膜式氧合：避免血气直接接触破坏污染，更接近人肺生理。

1944年，Kolff 和 Berk发现血液经过人工透析器时能被氧合，产生膜式
氧合器。

成为20世纪80年代至今主要设备。

3.血液抗凝：
1916年，Jay Mclean于在心脏和肝脏匀浆中发现了肝素
1924年，经提纯的天然肝素首次用于输血中的抗凝
1936年，成功地将从牛肺和猪肠粘膜中提取到的肝素用于人体
1937年，Chargaff和Olson发现鱼精蛋白能戏剧性地中和肝素的抗凝作用
（五）其他主要技术的形成
1.安全灌注流量——奇静脉现象
1952年，Cohen、Anderson和Watson于常温下阻断上下腔静脉，只保留奇静脉回信血液，结果30min内心脑功能被保持正常，证明只需8-14ml/kg/min流量即可保证重要脏器的安全灌注。

此实验意义在于排除了高流量灌注带来的严重并发症，同时，又可创造安静无血的手术视野。

2.低温
低温可降低组织代谢率，减少氧需，提高体外循环时机体的安全性。

Kirk lin等测定了犬在不同温度时的氧耗。

3.血液稀释
早期，体外循环时使用全血预充，既造成血源紧张，又带来严重并发症。

1961年，Zuhdi用5%来代替部分血液预充，稀释血液，证明安全、省血，又利于微循环灌注。

4.心肌保护
1955年，Melrose等就首次提出化学性心脏停跳，向主动脉阻断近端注射2.5%柠檬酸钾致心脏舒张，但产生直接心肌损伤。

1959年，Shun wa及同事们介绍了局部心脏低温技术，但在心肌内存在温度梯度。

20世纪60年代后期，大量文献报道了局部低温技术引起弥散性心肌和心内膜下坏死，实验证明这种技术对心肌保护的不足性，并导致术后心脏功能的抑制。

1973年，Gay和Ebert再次介绍了含钾停跳液的概念，并强调低钾能避免直接损伤心肌。

这一报告使得使用含钾停跳液致电化学停跳流行起来。

1976年，伦敦Thomas'医院的Hearse等在«Circulation»杂志上介绍了以钠为主要成分的细胞外液型停跳液，使心脏停跳并保持柔软状态。

他们的这种液体逐步变得非常流行，并代表了心肌保护领域的主要进步。

20世纪70年代后期，Follette等介绍了冷高钾含血停跳液的概念，大量研究结果证明其有血液强大的缓冲作用及携氧能力，从而被广泛接受。

随着研究进一步深入，揭示心肌保护在于减少氧耗，在使用停跳合并低温降低氧耗的技术中，心肌电机械活动停止及心肌处于无张力舒张状态所降低的氧耗占所有降低氧耗的90%，而低温所起作用只占10%。

从而导致温血停跳液的流行。

三、体外循环的建立与实施
在建立体外循环前，必须在人工管道、人工肺、微栓过滤器等与病人循环系统连接的装置预先充满等渗平衡液、人工胶体或血液，并排尽气体，此过程称为预充。

心脏手术时，通常经胸骨正中劈开切口显露心脏，游离上、下腔静脉并分别套绕阻断带。

静脉注射抗凝药物肝素300u/Kg，测定活化全血凝固时间（Activated Coagulation Time 或Acti vated Clotting Time，ACT）≥350秒后，自升主动脉插入动脉插管并与体外装置供血管连接；自右心房插入上、下腔静脉插管或单根心房管与体外静脉血引流管连接。

ACT≥480秒后方可开始体外循环转流，静脉血在血泵驱动下经人工肺气体交换后自升主动脉注入。

也可经外周血管（股、动静脉）建立体外循环。

体外循环开始后，即可进行血液降温。

灌注流量可按体重或体表面积计算，一般维持50-80 ml/kg/min或1.8-2.4L/m2/min，低温可降低代谢，随温度降低可减小流量，从而减少手术视野的回血，也可减少血成份的机械性破坏。

平均动脉压即灌注压一般维持在50-80mmHg。

小儿代谢率较高、基础血压较低，故其需要较高流量，而灌注压可稍低。

可通过监测混合静脉血氧饱和度（SvO2）、病人血压、尿量、体温变化速度、酸碱平衡及乳酸水平等来判断组织灌注充分与否，维持SvO2≥70%，尿量≥0.5ml/kg/h，酸碱平衡及乳酸水平正常。

灌注不
足时，可通过提高灌注流量、血红蛋白浓度、扩张小血管等措施来改善。

阻断升主动脉后，自阻断近段升主动脉或冠状动脉窦灌注心脏停搏液，使心脏迅速停跳以保护心肌。

阻断前，经右上肺静脉插管作左心引流减压也有利于心肌保护。

待心内操作完毕，经心内排气后开放阻断钳、恢复心脏循环和节律。

当病人体温恢复正常，血压、血气、电解质、酸碱平衡满意后，逐步降低流量至停机。

注射鱼精蛋白中和肝素后，病人平稳即可拔除插管。

四、体外循环在非心脏外科领域的应用
神经外科：某些颅脑病变的外科手术。

胸外科：侵及主气管、肺门及胸部大血管的手术，或对呼吸功能不全病人进行呼吸辅助。

普外科：如布加综合症手术。

泌尿外科：下腔静脉巨大癌栓摘除术等。

器官移植科：如肝脏移植和肺移植手术及移植供体的保护。

急诊科：可用于有机磷农药中毒和安眠药中毒、严重急性一氧化碳中毒、急性严重心功能衰竭（爆发性心肌炎、心肌梗塞等）、严重呼吸功能不全（呼吸道严重阻塞、肺栓塞、严重肺炎、严重膈疝等）、严重创伤、严重低温或高温等病人的抢救。

肿瘤科：恶性肿瘤的全身或局部热、化疗。

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