人体的血液在身体内部循环，即体内循环。血液循环包括两方面，一方面是肺循环，另一方面是体循环。肺循环将含氧气少，二氧化碳多的静脉血，通过气体交换变为含氧气多，二氧化碳少的动脉血，体循环则将动脉血驱动到全身的组织进行交换，供这些组织利用，然后再变为静脉血，心脏在此过程中起着泵的作用。体外循环相对于体内循环而言，从字面上理解，就是身体外部的循环，利用一些特殊的人工装置，将身体内部的静脉血引流到体外，再通过人工肺进行氧合，去除二氧化碳，然后通过人工装置的心脏，输回体内动脉系统的过程。体外循环过程中，由于人工装置取代了人体心和肺的功能，所以体外循环又叫做心肺转流，体外循环机又称为人工心肺机。体外循环是因心脏外科手术的需要而产生的，是在心脏停止、在心脏上进行手术的时候，通过体外循环机向全身其他的组织、器官输送血液供应。世界上第一台体外循环心脏手术是1953年由美国的心脏外科医生DoctorGibbon完成的房间隔缺损修补术。而我们国家的第一台体外循环心脏手术是1958年由留美回国的心脏外科医生苏鸿熙教授完成的室间隔缺损修补术。随着医学的发展，体外循环的应用范围不断扩大，除了在心脏大血管手术的运用外，在肺、脑、肝手术以及肿瘤治疗、心肺功能衰竭患者的生命支持方面也取得了瞩目的成绩，成为临床医学一门重要的技术。

体外循环由两部分组成，第一部分是体外循环设备，最重要的是体外循环机，它通常由5-6个泵头组成，动脉泵相当于人工心脏。此外，还有右心吸引泵、左心引流泵、心肌保护液灌注泵等。除了体外循环机，还有其他一些设备，包括变温水箱、静脉血氧饱和度监测仪等。体外循环设备都是重复使用的，目前临床上使用的体外循环设备都是进口的，与心脏外科的高精尖相匹配。体外循环的第二部分是不可重复使用的物品，即体外循环耗材，最重要的是膜肺，也就是人工肺。其他的必选耗材有体外循环管路、插管。另外，根据手术的需要，也可以选用一些血液浓缩器、静脉血氧饱和度监测仪探头等。体外循环的耗材大部分是进口的，一部分耗材已经国产化，但在产品质量上还有待提高。体外循环的设备和体外循环的耗材都是非常专业的，在操作上必须由经过严格训练的人员持证上岗操作，因为机器的操作以及耗材的选用直接关系到患者的安危。

ECMO的转运是否安全，要根据具体情况而言。首先要求开展ECMO的单位有相应的设备，特别是转运的设备，其次参加转运的人员必须经过严格的专业培训。此外，还需要有相当良好的管理流程。ECMO本身是一种生命支持，关键是保证ECMO系统在转运的过程中能够正常的运行。南方医科大学深圳医院做过陆地的救护车转运，也做过一例直升机转运，总结的经验是平时需加强训练，要把握好流程和操作的每一个细小环节，如气体的连接和电源的连接等，都应落实到位，操作人员要分工合理，各司其职，保证ECMO工作转移的顺利进行。总体而言，对于训练有素的团队，ECMO的转运工作相对更加安全。

大多数的心脏手术都是在心脏停止跳动的情况下完成的。让心脏停止跳动的方法主要是灌注心肌保护液，通过心肌保护液的低温和高钾，让心脏跳动停止。心肌保护液的灌注是通过体外循环机上一个可以监测压力和量的特殊装置，然后通过升主动脉根部的一个心肌保护液灌注针灌注到心脏内。一般首次灌注心肌保护液的量为每公斤体重20-30ml，第一次灌注后25-30分钟，需重复灌注心肌保护液，目的是让心脏处于一个低温和停跳的状态，减少心脏的代谢和做功，以达到保护心肌的作用。心脏停跳的时间是由心脏外科的操作来决定的，正确地灌注心肌保护液，基本上能够得到需要的营养成分。让停跳的心脏恢复跳动，最主要的是打开升主动脉的阻断钳，让心脏的血流供应得以恢复，同时也要进行血流的复温，让心脏的温度得以恢复，从而使心脏恢复跳动。如果在升主动脉阻断钳打开以后，心脏不能自动复跳或者是出现室颤的情况，可以用电击除颤或者药物除颤的方法让它恢复跳动。对于不跳也不颤的心脏，则可以用临时起搏器带动它跳动。

在心脏手术中会用到较多的插管，如升主动脉插管、上下腔静脉插管、右心插管、左心插管、心肌保护液灌注插管等。在建立体外循环的时候，通过上下腔插管将静脉血引流到体外循环机内，通过升主动脉插管将动脉血输回患者体内，左心插管是这些插管中的一种。左心插管按照放置的部位可以分为左房插管和左室插管，它的作用主要有以下三点：第一、左心减压。在体外循环的过程中，心脏有跳动时，通过左心引流管可以减少左心内的压力，避免左室膨胀造成损害。例如对于严重主动脉瓣关闭不全的患者，在启动体外循环之前，会开启左心减压，避免由于大量主动脉瓣关闭不全返流而造成左心膨胀，损伤心脏的功能。另外，在升主动脉开放之后，通常也会通过左心减压来减少左心内的压力，使心脏在空跳的状况下慢慢恢复功能。第二、保持手术野的清晰。在心脏直视手术的过程中，一直会有血液通过肺静脉回流到左心房，如果不对这些血液进行适当的持续吸引，会让手术野充满血液，变得模糊。左心减压可以使外科医生在比较清晰的手术视野中不受阻碍地进行手术。第三、肺保护。若左心内的回血不能被适当地吸走，则左心内的压力增加，会使肺内血管的压力相应的增加，时间过长就会引起肺组织的水肿，造成并发症，如灌注肺等。

ECMO的建立是一场抢救手术，更是一场战斗。由于面对的是非常危重的患者，ECMO从其产生就注定是一个团队的合作。ECMO建立所需要的时间取决于团队的综合应变能力、患者的状况、实施的地点以及医院和政府的投入等。美国密西根大学是世界上最大的ECMO中心之一，医院ECMO机上的耗材都是装好随时可以利用的，在手术室和导管室建立ECMO，10分钟即可转动，在ICU、急诊科等15-20分钟，也可建立ECMO转流。遇到置管困难，需要外科切开置管的情况，半小时内也可以完成。我国建立ECMO所需要的时间，主要取决于团队各成员的熟练程度。比如外科医生，经皮或者切开置管的速度，体外循环灌注师建立系统、安装排气、预冲调试等所需要的时间，操作越多的团队越熟练，建立ECMO的时间越短。南方医科大学深圳医院是深圳市参加ECMO例数最多的一家医院，在ICU建立ECMO所需要的时间在22分钟，在外院从到达抢救地点到建立起ECMO30分钟也可完成。目前救治的患者以重症肺炎呼吸支持以及爆发性心肌炎循环支持为主，总的成活率在65%。根据ELSO组织的数据，循环支持的平均时间在5-7天，呼吸支持的时间在两周，最长的ECMO时间为6745个小时，即281天，是2013年进行的一例成人呼吸支持。

体外循环事故的发生率较低。2014年体外循环事故的发生率只有2.6‰，而在大约25%的住院患者中，都会经历过一些意外引起的伤害。医疗本身是一种缺陷行为，利用再好的仪器设备，具有再丰富的经验，再完美的治疗策略，都不可避免发生意外。体外循环更是医疗意外发生的重灾区，因为它是对生命损伤最大的一种治疗措施。减少体外循环意外及损伤，对于灌注师的要求是非常重要的，必须持证上岗，每一台体外循环手术必须有两名灌注师参与。体外循环的风险只是心脏外科风险的一部分，心脏外科还有麻醉风险、外科操作风险、术后复苏、康复风险等等。心脏外科有先天性心脏病、冠心病、风湿性心脏病、大血管病变之分，每一个优秀的心脏外科医生只擅长其中的某一部分。目前在大型医院以及部分专科心血管病医院，心脏手术的死亡率已经低于2%，接近1%。选择心脏手术量大，专科的外科医生去进行心脏手术，可以进一步提高手术的成功率，降低风险。

体外循环是在麻醉医生、外科医生、灌注师、手术室护士的共同合作下建立和完成的。在体外循环开始之前，灌注师必须做充分的准备，包括对于体外循环设备的检查、体外循环管路系统的安装、排气预冲等。病人全麻后，外科医生正中开胸，分离出上下腔静脉、升主动脉，然后麻醉医生会进行患者的全身肝素化。当抗凝指标达到标准以后，外科医生会在升主动脉及上下腔静脉置管，并与体外循环管道相连接，然后发出开始体外循环的指令。同时，灌注师会打开静脉的控制钳，开启氧合器的气源，并开动人工心肺机上的动脉灌注泵，逐渐把灌注的流量加到全流量，然后进行患者的血流降温。当患者的体温达到目标温度时，外科医生会阻断升主动脉，让体外循环灌注师灌注心肌保护液。心肌保护液经体外循环中的一个心肌保护泵和灌注装置，打到患者的升主动脉根部，经过患者自身的冠状动脉系统，输送到心肌组织中，使心脏的跳动变缓，停止下来，心电图显示为一条直线后，外科医生便在静止的心脏上进行心内操作，操作结束以后，会告知灌注师全身复温、血流复温。血流复温以后，就会开启升主动脉的阻断钳，让心脏的血流恢复供应，可以重新跳动起来。当灌注师将患者的体温恢复到一定的程度，即心脏主动脉开放，辅助时间达到预期时间后，复查血气、电解质水平、血压、心电图的心脏活动等，若情况较满意，外科医生、麻醉医生和灌注师会达成共识，准备撤机。一旦决定撤机后，灌注师就会减少静脉的引流，同时减低动脉的灌注流量，然后逐步钳夹静脉的引流，停止动脉输血泵，体外循环结束，然后外科医生拔出心脏的各种插管，逐层关胸，完成手术。

体外循环的时间主要取决于心脏外科操作的时间。一般来讲，一台心脏手术体外循环的时间都会在3小时内完成，但是对于一些特别复杂、术前心功能特别差或者手术过程不顺利的手术，体外循环的时间也会被相应延长。决定体外循环时间的另一个因素是膜肺的使用时间，目前市面上膜肺的使用时间都是保证6个小时，是几乎所有体外循环手术时间的两倍。但是膜肺可能会发生故障，一旦膜肺的功能出现问题，那么不管体外循环的时间有多长，都需暂停进行更换。体外循环没有最长时间，如果在心脏手术的过程中，不能够撤离体外循环，通常会转为ECMO，然后带着ECMO机器回到ICU。ECMO是特殊方式的体外循环，ECMO的时间是体外循环时间的延续。医生本人经历过体外循环最长的时间是630分钟，即10.5小时，由于患者无法撤离体外循环，最终转为ECMO，带着机器回到ICU。

随着生物医学工程的发展及人们对体外循环的认识，体外循环的并发症已经大幅度减少，但还是不能完全避免。体外循环的并发症主要有以下几个方面：第一个并发症是出血，体外循环手术在全身抗凝的情况下进行，手术的操作切口较多，对血液系统的影响很大。术后患者出现出血的并发症，首先要排除外科止血不彻底引起的出血，同时要监测抗凝的一些指标，判断对抗凝的药物、肝素的中和是否足够，是否需要补充。另外，由于体外循环整个过程对凝血因子、血小板的破坏和消耗，使得血液的凝血系统有一定的变化，需要补充血小板及凝血因子。体外循环的第二个并发症是神经系统的并发症，神经系统的并发症比较常见，也可能会比较严重，主要是由于体外循环过程中可能会出现的一些微小的气栓，还有动脉斑块的脱落以及可能是意外造成的气体栓塞，轻则造成清醒的延迟或记忆力的部分丧失，重则可能导致昏迷。因此，在整个体外循环手术中需注意做好脑保护，尽量避免意外的发生。