体外循环是一新兴的学科。从Gibbon第一例临床成功应用，还不到40年。当我们翻阅早年体外循环的文献，再看当今所采用的体外循环技术，人们不禁惊讶的发现体外循环在理论、技术、器械等方面都发生了极大的变化。下面就近五年来体外循环的进展进行综述。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　一、新型膜肺　　　　　　
　　在试制人工肾时发现血液的氧合现象，继而发展成外为中空纤维膜肺。以后又产生了折叠书本式膜肺和硅胶卷筒式膜肺，以中空纤维膜肺最为多见。聚丙稀中空纤维管有很多微孔，当血液和其表面接触即形成很薄蛋白膜，这样血液行走膜一边，气体行走膜另一边。膜两边的气体因分压差而进行交换。这种气体交换和肺的呼吸膜相似。和鼓泡式氧合器相比，膜肺氧合气血不直接接触，血液损伤轻。血气可调性强，适用于长时间灌注[1]。但老式的中空纤维膜肺管内走血管外走气。中空纤维管腔细，当血液流往管内时需要很大的压力驱动，血液承受很大的剪切应力，在氧合器出口和入口的压力差很大，对血液损伤严重。现在中空纤维膜肺为管外走血管内走气。其剪切应力小，血液损伤轻。另外其纤维数目少，使用范围广，氧和能力强[2]。一般膜肺需用泵将血液挤入肺，这对血液有一定损伤。搏动灌注时搏动波形易衰减，不易于操作。日本Terumo公司最近新推出管外走血管内走气，靠重力引流的膜肺，氧合器血进出口压力差小，血液破坏轻，可适于搏动灌注。体外循环血液引出体外氧合后注入体内。此过程需肝素抗凝。大量抗凝在长时间的体外循环中会带来出血的并发症，在多脏器损伤，大血管手术体外循环风险很大。目前，市场上推出一种肝素涂抹的膜肺，成功地解决了这一问题。它和以往的浸泡式肝素涂抹不一样，它是将肝素分子的化学键和膜肺血液接触面的化学键交联结合。在长时间的转流中不会脱落。临床上可减少肝素应用，甚至不用。另外由于表面涂抹肝素，生物相容性大大改善。临床应用时，补体激活轻微，血小板和凝血因子无明显下降[3]。
　　二、体外循环机（泵）
　　传统的循环泵是将泵管置于泵槽，用滚动轴挤压泵管。这种被动挤压方法可使血液破坏。在泵管扭折时，泵管内压力急剧上升，甚至有崩裂的危险，因为滚压泵属于闭合式泵。近来出现一种新型的动力装置－离心泵。它是属于开放性泵。其原理是将血液引入高速旋转的流场，血液产生强大的离心力，在泵头周边开一孔，借强大的离心力将血液注入体内[4]。和滚压泵对血液产生被动挤压相比，离心泵有很多自身的特点:①离心泵属开放性泵，血液推动力和离心泵的转速成正比，和远端的压力成反比。要使血液注入体内，必需保持一定的转速，否则离心力不能形成，血流甚至倒流。②离心泵对血液破坏小适于长时间的灌注。③一旦离心泵远端阻塞时，其压力增高到一定限度，不至使泵管崩裂。④离心泵一般是高强度的聚碳材料制成，表面光滑，在灌注中不会产生微栓脱落。⑤当少量气体进入离心泵时，气体比重小，不能形成强大的离心力，聚集于压力低的进口端而不注入体内。⑥离心泵安全性高，机动性强。在一些非心脏手术中得以广泛的应用。如：肝移植、左心辅助、经皮肤冠状动脉球囊扩张的循环辅助等[5]。
　　三、温度概念
　　体外循环中为了保护心、脑、肺等重要脏器采取一系列的措施。其中之一是低温。因为化学反应的速度一般受温度的影响。生命的存在亦是基于机体细胞各种生理生化活动的正常进行。而这些活动源于酶促反应。体外循环为了减少能量消耗采用了低温的方法。通过低温降低酶促活动，进而减少基础代谢，维持细胞内的ＡＴＰ，减轻组织细胞的缺氧缺血。现在有学者对这种观念提出了强烈的挑战。他们认为低温对于一般体外循环保护弊大于利[6]。表现在：①低温使整个酶促反应降低，在能耗下降的同时ＡＴＰ、磷酸、肌酸这些能量物质亦产生减少。②低温使氧离曲线左移，血液中氧在组织中释放困难，使氧利用降低。③过低温使共价键断裂，细胞膜脂蛋白流动性减弱，离子泵功能发生障碍。④低温使血液粘滞度增大，细胞脆性增加，变形性减少，使微循环灌注不良。⑤有研究发现，低温使微循环自律性运动降低，微循环短路，血液在组织内灌注不均匀[7]。⑥降温过程中线粒体内钙离子聚集影响ATP的产生。⑦心肌的耗能80-90%是为心肌射血。心肌在高钾停跳中低温和常温对心肌氧耗无明显影响[8]。根据上述理由一些医疗中心已常规地开展常温体外循环，特别是温血停跳液的灌注更为普遍。有关利弊问题尚有激烈争论，其效果有待进一步观察。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　四、在非手术中的应用
　　体外循环目前已在很多医学领域得以应用，下面只举四个方面的突出例子。
　　1、ECMO　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　ECMO是体外循环膜肺支持疗法的简称。它是指用膜肺通过长时间的体外循环，对一些急性呼吸衰竭和循环衰竭患者进行有效支持，使心肺得以充分休息，为其功能恢复赢得时间。常规急性呼吸衰竭的治疗，主要是人工呼吸。其中呼气终末正压呼吸（PEEP）发挥了重要作用。PEEP 作用包括阻止进行性肺泡凹陷和浸出，减轻肺水肿。但改善肺泡气体交换PEEP难以解决下列问题：①对血液在肺泡的气体交换没有根本性的改善。②长期高FiO2的PEEP治疗可导致氧中毒的发生，肺泡透明膜形成，气体弥散障碍。③PEEP治疗为胸腔正压，影响静脉回流。④对肺顺应性低、气道阻力低的患者PEEP易造成气压伤。急性心衰的主要治疗原则是改善心脏的舒缩，调正适合心率，减轻心脏的前后负荷，提高心排出量。上述措施主要依靠药物。对顽固性的心衰可采用主动脉球囊反搏，它可以增加心脏的后负荷，减轻心肌能耗，增加心脏射血。但它也有一些局限性。①主动脉瓣关闭不全和主动脉瘤的患者不能使用。②婴幼儿缺乏合适导管。③不能降低前负荷。④对心肌收缩功能差的患者无能为力。⑤严重心律失常效果不佳。⑥对右心衰作用有限。ECMO对于上述严重急性呼吸衰竭和心衰可进行有效的治疗。表现在：①膜肺优良的气体交换功能可有效地改善低氧血症和高二氧化碳血症。②长期的体外循环支持为心肺功能的恢复赢得了时间。③避免长期高氧吸入所致的氧中毒。④避免了机械呼吸的气压伤。⑤心脏射血可由机械代替，可进行有效的循环支持。目前，ECMO在西方发达国家有很多成功的病例[9] 。
　　2、PTCA的辅助治疗
　　冠心病是由冠状动脉阻塞引起的疾病。冠状动脉搭桥可以从根本上改变冠脉血运，但它是一损伤很大的手术，急性心肌梗塞手术死亡率高。70年代放射介入治疗的兴起，诞生了经皮冠状动脉球囊扩张术，使狭窄部位的血管松解，一些患者可免受手术之苦。由于冠心病是心肌缺血性疾病，在球囊扩张时，冠脉血管阻塞，可加重这种缺血。另外球囊扩张的时间和扩张的效果呈正比。这样就激化了心肌氧供和氧耗的矛盾，特别是在急性心肌梗塞时更为突出。一些作者用体外循环进行辅助取得了良好的效果。具体方法是在PTCA过程中同时进行股静脉－股动脉的体外循环支持。通过体外循环的机械做工代替自身心脏的做功。同时保证了心肌血流的供应，延长球囊扩张时间，提高治疗效果[10]。亦有学者认为这种方法的一些并发症较棘手，如出血或少见的神经损伤[11]。
　　3、低温意外的复苏
　　在一些高寒地区，常常可以遇到低温意外的患者。如中心供热失灵或掉进冰水里使患者温度降低。意外低温患者常常处于循环衰竭状态，主要是因为全身血管阻力增加，心脏收缩功能下降所致。严重低温患者心律失常，甚至室颤。在常规治疗中，主要是复温，可分为体外复温和体内复温。体外复温的方法有电热毯、温水浴。这种方法主要不足是速度慢。体内复温方法有温溶液腹膜透析，加温通气，胸腔温水灌洗等。这些方法主要不足是易形成水盐电解质紊乱。另外一棘手问题为复温时容量血管扩张，在扩容后，心负荷过重，心肌收缩无力，加重水的储留。常规方法抢救这类患者的死亡率为30－80％。用体外循环方法可进行均匀、快速中心复温，同时可进行有效的循环支持，及时地纠正电解质紊乱。这种方法使死亡率已下降至22％[12]。
　　4、肝移植手术
　　肝移植手术中需要阻断门静脉，腔静脉和肝动脉，静脉阻断可造成大量血液淤积于腹腔脏器和下肢，心排血量减少50%，并出现血管阻力增加。在恢复肝脏循环时，滞留腹腔脏器内含有大量钾和酸性物质的血液以及供体肝脏低温保护液大量涌入体循环。体外循环可减轻无肝期阻断静脉时造成的脏器瘀血。将导管插入门静脉和下腔静脉，引出的血液从腋静脉灌入体循环。目前体外循环血液接触面生物相容性大为改善，肝素涂抹技术使血液接触面有良好的抗凝性，避免体外循环全身肝素化导致的出血。体外循环中可有效地调节血温，排除多余的液体和废物。普遍认为危重病人如伴有严重心脏病，肾功能不全等，在肝移植中采用体外循环很少发生血流动力学紊乱，术后存活率高[13]。
　　五、pH稳态和α-稳态
　　自从体外循环以来，有关低温条件下pH稳态和α－稳态一直存在着争议。pH稳态是指不管温度怎样变化，均维持pH在7.42，PaCO2维持在40mmHg。α－稳态是指无论温度怎样变化，只保持37℃时pH在7.42，PaCO2 ＝40mmHg，即保持血中CO2总量的恒定。在低温状态下需吹入CO2方能维持PH稳态。早期的体外循环人们为了保证脑血流量，增加血中的CO2含量，维持一定的脑血流。因CO2是脑血管强有力的扩张剂。近来的研究认为低温体外循环时脑血流自动调节机制仍然存在。在α-稳态时，脑血流的多少取决于脑组织代谢的多少。虽然体外循环时脑血流下降，但这是脑代谢降低的结果，不会产生脑缺氧。如果吹入CO2，脑血管自动调节能力丧失，在高流量下可形成"奢侈"性灌注。对一些脑局部缺血的患者，PaCO2的增加还可产生脑血管的"窃血现象"，加重原有缺血区的缺血程度。体外循环中维持α-稳态可维持脑血管的自动调节[14]。同时，能保持H+/OH－的比值不变，维持电化学中性，保证d组氨酸咪唑环缓冲性能的恒定。电化学中性保护了一些酶的活性，利于血红蛋白氧的运输和释放。α-稳态使血液的pH高于细胞内的pH。利于细胞内的酸性物质向外排出。另有研究发现，α-稳态可增加心排血量，加强乳酸的分解[15]。但有研究认为某些脑血管疾病、顽固性高血压患者、婴幼儿深低温低流量或停循环，pH稳态可增加脑血流满足脑代谢的需要。
　　六、血流动力学
　　体外循环初期血压一般较低，原因主要有①血液稀释，血液粘稠度下降。②缩血管物质浓度降低。③非搏动血流灌注。④大量血液引流至体外，使体循环平均压难以维持。⑤体外循环流量指数低于正常心指数。由于低温、肌松、麻醉状态、全身氧供基本有保障。但低血压状态是否会导致脑缺血缺氧是广大学者所关心的问题。一些研究发现体外循环中脑血流自动调节机制仍存在。但调节域的下限下降，成人在30mmHg左右，小儿在20mmHg。现在一般情况下体外循环中患者压力高于此值，脑血流就有充分的灌注[16]。为了安全起见，体外循环中在此基础上提高10mmHg。即成人40mmHg，小儿30mmHg。处理时主要是增加灌注流量，如血压在一段时间内仍不上升(>5分钟)可酌情应用一些缩血管药(α受体兴奋剂)如甲氧胺、阿拉明等。给药时应少量、分次。在心肌复跳时，血压应考虑冠脉血流的因素，即保持一定舒张压，使心肌有充分的血流灌注。
　　体外循环中期和后期，血压大部趋于升高，这是体外循环强烈应激的结果。对于①长期高血压患者②年龄大于50岁③粥样动脉硬化患者，在体外循环中血压应保持在较高水平。体外循环应激素水平逐渐增高。表现儿茶酚胺系统、肾素血管紧张素系统、加压素系统兴奋[17]。另外体外循环中麻醉深度逐渐变浅亦是一重要因素。体外循环中吸入麻醉药挥发至体外。静脉麻醉药被体外循环一些人工物质吸附。血压过高，意味着全身小血管痉挛，微循环灌注不足。另外使心脏射血的后负荷加重，增加了心肌氧耗量。这不利于心脏术后的恢复。处理以上情况应加深麻醉为主，再辅以一些扩血管药。　　　　
　　七、白细胞滤器在体外循环中的应用
　　体外循环中血液和异物表面接触炎性介质释放，白细胞激活。激活的白细胞形态上发生变化。在通过肺循环时嵌顿于毛细血管之中。激活的白细胞脆性增加，易于破碎。同时释放大量的溶酶体酶，弹性蛋白酶分解毛细血管基底膜的纤维使其通透性增加。另外激活的白细胞还释放大量氧自由基。这在缺血的心脏和肺恢复血流后的再灌注损伤中起很重要作用。为了缓解白细胞在体外循环中这些不良作用，有学者在体外循环中应用白细胞滤器。白细胞滤器可选择性将激活白细胞滤除。白细胞滤过作用为综合性，概括为不同孔径的机械过滤和吸附作用。吸附又分为直接吸附和间接吸附两种。前者是指激活白细胞在钙离子、镁离子、补体、粘附蛋白的介导下，形态发生变化吸附入滤网上。后者是指激活白细胞在凝血酶介导下，血小板糖蛋白2b/3a受体增加，使一些微血物质如血栓素增加，进而吸附于滤网表面的过程[18]。
一些试验发现体外循环应用白细胞滤器可使白细胞减少70% ，血液中和白细胞相关炎性介质和酶明显降低，氧自由基产生幅度明显下降，肺功能明显改善。表现在肺顺应性比对照组高，降低血管阻力，保持良好的通气功能和换气功能良好，肺水肿轻微[19]。在全心肺移植术中，应用白细胞滤器可取得较佳的心肺保持效果。目前临床上主要用于含血停跳液灌注管路上，它可减轻心脏缺血后的再灌注损伤[20]。在体外循环动脉管路上亦有安装，结果是氧自由基减少。随着大量白细胞的滤除，机体体外循环后的免疫能力如何维持，这方面的问题至今尚无人研究。这在临床应引起足够的重视。最近有报道白细胞滤器在体外循环一例滤器栓塞问题，临床使用时应非常慎重。
　　八、自体血回输
　　当今血清病如乙型肝炎，爱滋病流行日趋严重。另外血源也日益紧张，加之一些宗教因素，使心脏手术自体输血技术不断发展。按手术阶段可分术前、术中、术后。
　　1、术前省血方法
　　心脏手术前省血是靠病人自己建立"血库"。即放一部分血为手术中回输之用。为了加强自身血液再生，可服用促红细胞生成素。具体方法在表1中看出[21]。

　　　　　　　　　　表1 旧血液交换的术前备血法
采血日期 　住院第2天 　住院第7天　　 住院第12天 　　住院第17天 　　住院低21天
采血(单位序)　１　　　　２，３　　　４，５，６　　　７，８，９,10　　手术

输还血(单位序) 　　　　　１　　　　　２，３　　　　　４，５　

　　2、术中省血方法
　　(1) 废弃血液回收：通过特殊的装置，将未肝素化的血液回收，再经过洗血球机将破损的细胞和其它有害物质清除。洗净的红细胞悬液回输病人，对于一些大体重的病人，通过这种方法可避免库血使用[22]。
(　　2) 体外循环前一定量的血液放出体外，留在体外循环后输入。因为血液在体外循环中和异物接触后，将发生一系列的不良变化其中血小板凝血活性物质大量释放，血液中凝血因子消耗，是术后出凝血异常的主要原因。体外循环前放血可避免上述不足[23]。
　　(3) 抑肽酶应用：抑肽酶于1930年首先从牛淋巴中提取。60年代用于急性胰腺炎。1987年Van Oeven 首次报道体外循环下应用抑肽酶有效地保护血小板粘附和聚集功能，改善术后凝血功能，减少术中和术后库血应用。抑肽酶是通过抑制纤溶酶使血小板膜受体免受损伤而发挥作用[24]。
　　3、术后省血：主要是将胸腔引流液回输。有研究发现术后的胸腔引流液质量高于长时间的库血，表现在凝血因子有较少的保存(除纤维蛋白原外）。一般胸腔引流液的游离血红蛋白在肾功能正常时不会造成明显影响。胸腔引流液的心肌酶含量高，在输入应注意和心肌梗塞相鉴别[25]。
总之，心脏手术省血是一综合的措施，需要术前，术中，术后各方面医务人员大力合作。省血的社会效益和经济效益是无法估量的。
　　九、体外循环中的脑保护
　　脑是缺血耐受最差的器官。随着体温技术的完善致命性脑损伤的发生率已降至0.3～2%。目前心理健康日益受到人们的重视，研究发现体外循环有30-60%患者有明显精神障碍。这些异常的变化主要是由脑血管栓塞引起。按体积大小分为大栓塞和小栓塞。大栓塞主要有赘生物，气栓，血栓，可引起明显局灶性神经损伤。小栓塞主要是血小板纤维聚合物，微气栓。目前在动脉管道上安装40μm的滤器可有效滤除栓子，明显较少体外循环神经并发症。Blauth用荧光眼底镜研究表明使用鼓泡式氧合器患者眼底微血管100%栓塞，而使用膜肺患者发生这种现象只有36%[25]。
　　体外循环的预充技术和一些药物对脑保护有积极的作用。近来发现高血糖可导致乳酸中毒，降低pH，破坏膜功能，可使神经组织损伤。目前体外循环基本不预充含糖液体，而是用林格氏液。70年代至80年代初认为体外循环中低温时给CO2，提高CO2分压可使氧离曲线右移，脑血管扩张，预防脑缺氧。但近期大量的研究表明这种方法可使脑血流自动调节能力丧失，形成"奢侈性灌注"或"窃血现象"，易产生脑水肿[26]。目前在小儿深低温停循环和大多数体外循环均采用d状态，术后的神经并发症明显减少。
体外循环中药物保护脑组织的研究日益增多。Nussmeier发现体外循环应用硫苯妥钠或巴比妥类的药物脑血损伤明显减轻。氧自由基是脑血管损伤重要因素，体外循环应用自由基清除剂，Vit E和Deferoxamine 可明显减少体外循环中自由基的产生[27]。近来，有研究发现甘露醇可清除氧自由基。
深低温停循环在一些复杂病例得以应用。传统观念认为深低温停循环在安全时限内对大脑无影响。Swain等用深低温低流量和深低温停循环对比研究发现，停循环的脑组织pH明显下降，ATP和磷酸肌酸明显减少。这提示心血管手术应尽量不要采用停循环方法。但有些手术必须中断主动脉血流，一些学者采用经上腔静脉逆行灌注的方法，取得了良好临床效果。另一些学者在实验中探索脑麻痹（Cerebroplegia)的灌注方法取得了良好的脑保护效果[28]。但在临床上推广尚有一段距离。
　　十、搏动灌注
　　自体外循环开展以来，人们力图使其接近生理，搏动灌注就是其中之一。但其效果有很大的争议，特别是在临床应用搏动灌注的优点并未充分体现。实验中搏动灌注的优点主要有三点。（1）同等流量的搏动灌注耗能是平流灌注的3倍，这种高能量灌注利于血流动力学的稳定；（2）搏动灌注可克服毛细血管的腔界闭合压，减少分流，增加氧和葡萄糖的摄取；（3）搏动灌注对维持血流动力学的神经反射影响小。表现在儿茶酚胺系统，肾素－血管紧张素－醛固酮系统，血管加压素系统兴奋性无过度异常。周围血管阻力增加不明显，从而改善肾血流和其它组织灌注[29]。（4）临床上搏动灌注效果差异很大，近来的大部分文章未体现相应的优越性。原因是多方面的，如短时间的搏动灌注使其效果不能充分发挥，泵后型膜肺对搏动灌注波形的衰减作用；体外循环管道的顺应性；动脉插管的口径；搏动时各项参数（脉宽，基线，峰值，流量，搏动频率等）；患者的血管张力；血气状态等都可影响搏动效果。应该指出人工搏动灌注和心脏搏动灌注不仅在压力波形上有差异，更重要的是人工搏动灌注不能象心脏一样根据机体具体情况进行精细的反馈调节[30]。搏动灌注操作复杂，器械价格昂贵亦是其未能普遍使用的应用之一。