体外循环 小儿心脏手术的“拐杖”

孩子在妈妈肚子里时，都有着一颗“七窍玲珑心”，心房、心室和大动脉等结构随着心脏胚胎的发育不断变化、融合，不同结构之间的通道就像一扇扇轮流开闭的小门。孩子出生后，部分通道将按照预先设定的程序陆续关上。可是上帝也有打盹的时候，在某些新生儿身上，他粗心地没能按时关闭“小门”，又或者弄错了方向。当这种错误很严重的时候，就需要医生采用心脏手术的方式帮助纠正了。

室间隔缺损是婴幼儿中最常见的先天性心脏缺陷，其次是房间隔缺损，还有法洛氏四联症、右室双腔心。更为复杂的先心病还有大动脉转位和完全性肺静脉异位引流等。手术修补这些缺损或者矫治异常，通常需要体外循环这根“拐杖”的辅助才能完成。这根神秘的“拐杖”究竟是什么？它又是如何工作的？接下来，让我们一起揭开小儿心脏手术中体外循环的神秘面纱。

什么是体外循环

顾名思义，体外循环就是将人体的血液引出，在体外进行氧合后再由泵装置输送回患者的体内，在此期间，人体的呼吸（肺）和循环（心脏）功能都可以由体外循环机来代替，在心脏手术期间维持患者生命。值得一提的是，由体外循环发展而来的体外膜氧合（ECMO），可以维持重症呼吸和循环衰竭的患者生存，在新冠疫情中发挥了不可忽视的作用。

说到体外循环，不得不隆重介绍一下来自美国的吉本（Gibbon）医生。正是他和他的助手经过20 多年的不懈努力，于1953 年发明了第一台体外循环机，开启了体外循环心脏手术的新时代。开我国体外循环心脏手术先河的是苏鸿熙教授。他于1958 年为一名6 岁患者成功施行了室间隔缺损修补术。这名患者如今已年逾七旬。

经过数代人不懈的努力探索和试验，在机械工业不断进步的大背景下，小儿体外循环心脏手术逐渐发展为今天的模样。在心脏手术过程中，外科医生通常需要切开心脏，才能正确判断并矫治各类心脏畸形。此时心脏中的血液将在充分抗凝的基础上由特制管道引出体外。在体外，由人工氧合器完成血液氧合，人工心肺机提供血液驱动力，把引出的静脉血变成颜色鲜红的动脉血，再输回患者体内，供应到全身的组织器官，维持患者在自体心脏“停泵维修”时的生存，不会造成严重的缺血缺氧并发症。

体外循环中的高科技

体外循环可以在较短时间内（数小时）替代心脏和肺脏的功能，让外科医生从容地完成心脏手术。但是，血液与较大面积的非生理表面接触和血流动力学变化，也会给患者带来一定的不良影响，引起并发症。例如，目前体外循环技术必须要求对患者实施抗凝，围术期患者出血的风险不容忽视。再如，插管、氧合器和管路等对人体而言都是“异物”，一旦和血液接触，便会触发人体一系列的“抵抗”——全身炎症反应。还有体外循环环路中的微栓、气栓，也有可能造成患者部分组织器官的梗死。

体外循环医生在保证完成心肺替代功能的前提下，会采取各种措施尽可能减轻体外循环带来的负面影响。比如，不断地改进用于体外循环的材料。目前应用于婴幼儿的多为膜式氧合器。膜式氧合器由硬壳静脉贮血器、热交换器和氧合室等组成，采用性能稳定、较为安全的材料和工艺制作而成。静脉贮血器一般选用硬质的聚碳酸酯（PC），氧合室为多孔聚丙烯中空纤维，热交换器则由不锈钢材料或聚酯纤维（PET）构成。为进一步减少体外循环对患者血液系统的影响，减轻炎症反应，科学家们还设计了包括肝素在内的多种材料涂层，应用在氧合器及体外循环管路上。未来，医学科学家还会模拟人体的血管内皮细胞，以进一步减少并发症的发生。

在体外循环手术的过程中，医生会根据每个患者的具体情况选择合适的氧合器、管路和插管进行手术，尽可能缩短管路，减少预充液带来的血液稀释。有时，医生也会使用一些药物来帮助减轻异物表面接触引发的炎症反应。医生还会将多种超滤技术联合使用，以提高手术质量。对于婴幼儿患者，医生尤其会注重管道的微型化和管理的精细化。

为什么一定要输血

在术前谈话中，很多家长会问：“为什么小儿心脏手术围术期要输血？”

首先，心脏手术创面大，血管丰富，加上大量肝素的使用，患儿术中和术后出血量较大。当患儿失血过多时，可能会出现肝肾功能不全、循环不稳定甚至昏迷。所以，合理输血就显得十分必要。

其次，体外循环手术要用特制管路将患儿的血液引出体外，流经膜氧合器、滤器等装置后输回患儿体内。这一套装置内需要预先充满晶体液和/ 或胶体液甚至血液成分，预充量至少需要200 毫升，多则近1000 毫升。这些液体与血液接触后，血液就会被稀释。对小体重的婴幼儿患者而言，预充液量与患儿血容量相当甚至更多，如果不增加预充液中的红细胞比例，就无法达到满意的术中红细胞压积。

再者，体外循环心脏手术后，患儿的血液与大量的非生理性表面接触， 除了红细胞会遭到破坏， 凝血反应也被激活，会消耗凝血因子和血小板。通过输血加以弥补， 可以减少出血风险。

体外循环手术中的低温、机械应力、负压和炎性反应，都可能对血液中的细胞及其他成分造成损伤。例如，血泵对血细胞挤压产生切应力，这种力对血细胞的影响随着体外循环时间的延长而加重，容易引起溶血。

为避免和减轻上述情况，医生需要采取一系列措施。比如，术前将患儿情况调整至最佳，有条件的可以提前采集患儿自体血存留备用；术中操作仔细轻柔，小心止血；改进体外循环材料，完善体外循环方法，使用血液超滤、回收自体余血和采用富血小板血浆分离技术等。这些技术贯穿整个心脏手术围术期，需要外科医生、麻醉医生、体外循环医生和重症监护医生通力合作，才能做到尽可能不输血或少输血。