低心排出量綜合征是低溫體外循環期間心肌能量供需失衡造成的最終結果，主動脈阻斷后代謝由有氧代謝轉變成無氧代謝，能量生成銳減，難以維持細胞正常代謝的需要。細胞膜鈉泵的功能發生障礙，大量鈉離子滯留在細胞內造成心肌水腫。無氧代謝終產物乳酸增多引起細胞內酸中毒，使心肌細胞受損害。缺血缺氧期間左心室內膜下心肌缺氧最嚴重，局部代謝產物堆積，心內膜下微血管擴張。保護不好的心肌，在缺血期間可發生較嚴重的心肌結構損傷，細胞膜通透性增加，毛細血管完整性遭到破壞，復血流灌注后大量水和電解質可在短時間內進入細胞，加重心肌水腫，使心內膜下血管阻力增加，血流量減少，內膜下氧的供需失衡進一步加重，最終發生內膜下出血壞死。
體外循環期間積極采用各種有效的心肌保護方法可以延長心肌缺血的耐受時間，減輕心肌水腫和壞死的程度，以常溫氧合血持續灌注可連續給心肌供氧，使阻斷循環期間心肌由無氧代謝變為有氧代謝，可避免心肌能量代謝發生負平衡，有利于術后心肌功能的恢復。