郭 震，李 欣，徐凌峰，常 昕，李 健，徐志云

體外循環(huán)技術成功應用于心臟手術已有半個多世紀,隨著設備和技術的不斷發(fā)展,體外循環(huán)相關的并發(fā)癥發(fā)生率逐漸降低,并逐漸擴展出心室輔助、體外膜肺氧合以及人工心臟等技術。然而,體外循環(huán)作為一種有創(chuàng)的生命支持技術,相關神經系統(tǒng)并發(fā)癥、凝血功能障礙、重要臟器的灌注不良、全身炎癥反應等并發(fā)癥仍然是術后死亡率的重要影響因素［1］。這些并發(fā)癥的發(fā)生一定程度上與體外循環(huán)中最普遍采用的非生理平流灌注密切相關［2］。以往不少研究認為搏動比平流血流攜帶更多能量,這種血流動能進入體內會改善灌注,減輕臟器功能障礙,但平流灌注憑借其安全便捷的優(yōu)勢仍然廣泛使用［3］。搏動灌注有效性評價指標的缺乏和其額外附加血流能量發(fā)揮優(yōu)勢的機制不明導致兩種灌注模式優(yōu)劣之爭持續(xù)存在［4］。在前期研究中,筆者對如何實現(xiàn)臨床有效搏動灌注進行了報告［5］。因此,本研究選用單純心臟二尖瓣手術的患者,研究搏動灌注相較平流灌注產生的額外附加能量對血管內皮功能的影響,試圖對搏動灌注臨床效果做一評價,并對其機理進行初步研究。

1 資料與方法

1.1 患者選擇 選取本院2017年1月至2017年7月因單純心臟二尖瓣病變行二尖瓣替換或成形手術的患者40例。隨機分為搏動灌注(pulsatile perfusion,PP)和平流灌注(non-pulsatile perfuion,NP)兩組,隨機化分組方案由SAS統(tǒng)計軟件產生,采用“信封法”分組。如表1所示,兩組患者在年齡、身高、體重、體表面積方面均無顯著差異(P＞0.05)。排除標準為術前左室射血分數(ejection fraction,EF)＜40%,年齡大于70歲,同期合并冠心病、房顫及肝腎功能不全、二次手術。

1.2 體外循環(huán)與搏動血流的建立 根據前期研究結果,通過升主動脈和上下腔靜脈分別插管建立體外循環(huán),利用4∶1含血停搏液進行心肌保護。心臟完全停搏后按照分組情況進行搏動和平流灌注,流量為2.2～2.6 L/(m2·min)。搏動灌注通過滾壓泵的變速運動形成搏動血流。搏動參數設置為:搏動頻率75次/min,基礎流量30%；搏動起始點30%,結束點70%(參數設置詳見前期研究［5］)。體外循環(huán)選用索林公司Stockert S5型人工心肺機(Sorin Group,Munich,Germany),美敦力公司AFFINITY膜式氧合器(Medtronic Inc.,Minneapolis,USA),管道微栓濾器均來自寧波菲拉爾公司。

表1 患者基本資料(n＝20)

1.3 額外附加能量大小計算 通過Transonic T402超聲流量儀(Transonic Systems Inc.,Ithaca,New York 14850 USA)測定微栓后流量(f),Essure Monitoring Kit壓力感受器(Biosensors International Inc.,USA)測定微栓后壓力(p),將數據實時導入Power-Lab ML870(ADinstruments.,Bella Vista,NSW 2153,Australia)數據采集系統(tǒng),并通過labchart(ADinstruments.,Bella Vista,NSW 2153,Australia)軟件按照下列公式實時監(jiān)測和計算能量等效壓(energy equivalent pressure,EEP.EEP＝∫fpdt/fdt,單位:mm Hg)和富裕血流動力學能量［surplus hemodynamic energy,SHE.SHE＝1332×(EEP-MAP),單位:ergs/cm3］。在主動脈阻斷即刻、阻斷10 min、20 min、30 min和開放前五個時間點計算EEP和SHE。

1.4 內皮因子和炎性因子測定 分別在麻醉誘導后(T1)、主動脈阻斷后30 min(T2)、停機后30 min(T3)、術后6 h(T4)抽取動脈血檢測內皮素-1(Endothelin-1,ET-1)、一氧化氮(nitric oxide,NO)、白介素(interleukin,IL)-6、IL-10和腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor,TNF)。抽取橈動脈血5 ml,并在30 min內6 000轉離心8 min分離血漿后-80℃冷藏,采用酶聯(lián)免疫吸附法(ELISA法)測定內皮素ET-1、IL-6、IL-10、TNF,Griess試劑法測定 NO。

1.5 統(tǒng)計學方法 統(tǒng)計分析采用SPSS 16.0統(tǒng)計分析軟件。計量資料采用均數±標準差(±s)表示。組間比較采用兩樣本t檢驗。如果方差不齊,則采用秩和檢驗。組內比較采用重復測量設計的方差分析。計數資料采用卡方檢驗。P＜0.05表示差異有統(tǒng)計學意義。

2 結 果

血流能量由血流速度和產生的壓力形成的流量壓力曲線下的面積計算而得,通過EEP和SHE兩個指標定量測定。研究結果顯示,搏動血流攜帶的能量明顯大于平流,微栓后PP組EEP和SHE顯著高于NP組1.51～1.60倍(P＜0.05)和2.02～2.14倍(P＜0.05),組內各時間點無顯著性差異(詳見表2),搏動灌注提供了更多的總能量和二倍的額外附加能量。

主動脈阻斷30 min和停機后30 min,PP組ET-1明顯高于NP組,術中各時段與術前無差異,術后6 h明顯增高,而NP組阻斷后30 min即開始升高；與基礎值(T1)相比,PP和NP兩組NO在停機后30 min明顯升高,術后6 h基本回落至基礎值,組間無顯著差異；兩組TNF、IL-6和IL-10阻斷后較基礎值均明顯升高,TNF和IL-6組間無顯著性差異,IL-10從阻斷后30 min至術后6 h,PP組明顯低于NP組,內皮因子和炎性因子結果詳見表3。

表2 主動脈阻斷期間不同時點兩組EEP和SHE比較結果(n＝20,±s)

表2 主動脈阻斷期間不同時點兩組EEP和SHE比較結果(n＝20,±s)

項目 組別 阻斷即刻 阻斷后10 min 阻斷后20 min 阻斷后30 min 開放前EEP(mm Hg) PP 組 223.9±32.8 227.2±37.2 231.8±31.1 224.7±36.9 236.9±35.4 NP 組 142.3±33.8 147.9±36.2 148.4±34.1 150.6±34.0 148.3±25.7 P值 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 SHE(ergs/cm3) PP 組 222 533±47 312 217 675±49 367 221 359±41 598 209 463±51 262 226 874±46 948 NP 組 107 394±42 019 107 681±45 089 103 471±46 618 106 774±46 616 105 866±36 022 P值 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000

表3 各時點內皮因子與炎性因子比較(n＝20,±s)

表3 各時點內皮因子與炎性因子比較(n＝20,±s)

注：括號內為各時間點與組內T1比較的P值。

項目 組別 T1 T2 T3 T4 ET-1(pg/ml) PP 組 1.32±0.68 1.39±0.66(0.453) 1.42±0.64(0.383) 2.05±0.87(0.021)NP 組 1.32±0.46 1.81±0.74(0.023) 2.01±0.93(0.018) 2.39±0.94(0.021)P值 0.839 0.012 0.023 0.132 NO(μmol/L) PP 組 8.65±4.74 7.37±2.91(0.163) 17.19±6.9(0.015) 6.09±4.4(0.048)NP 組 6.53±4.58 6.7±4.47(0.387) 16.68±6.96(0.030) 5.68±3.47(0.039)P值 0.372 0.421 0.198 0.217 TNF-α(pg/ml) PP 組 4.21±1.01 4.95±1.06(0.021) 7.11±2.61(0.018) 5.1±4.4(0.088)NP 組 3.8±2.66 5.2±2.81(0.021) 7.02±4.59(0.012) 5.39±3.25(0.037)P值 0.481 0.376 0.821 0.765 IL-6(pg/ml) PP 組 19.75±9.27 17.96±2.91(0.433) 31.76±26.66(0.011) 46.06±34.48(0.003)NP 組 18.34±0.19 17.71±0.89(0.712) 31.25±15.37(0.009) 39.08±21.26(0.006)P值 0.594 0.892 0.782 0.386 IL-10(pg/ml) PP 組 3.59±2.25 16.42±11.96(0.003) 242.47±231.05(0.000) 21.27±13.83(0.012)NP 組 3.74±2.53 25.6±16.58(0.033) 533.86±415.01(0.000) 40.65±38.55(0.028)P值 0.646 0.023 0.017 0.038

3 討 論

體外循環(huán)中由于全身炎癥反應、臟器缺血再灌注損傷、微循環(huán)障礙等原因不可避免的會繼發(fā)術后各種并發(fā)癥,這一定程度上與平流灌注這種非生理的灌注模式有關。以往的研究認為,搏動血流攜帶更多的能量,這些額外附加能量可能通過改善微循環(huán)、增加臟器血供來改善臟器灌注,但其中機理并不明確［4］。本研究在確認搏動血流額外附加能量的基礎上,分析了血流能量對內皮功能、炎癥反應的影響。

血管內皮對調節(jié)血管正常的舒縮活性有重要的生理意義,在一定病理條件下,內皮源性收縮與舒張因子的量和活性發(fā)生變化,引起血管舒縮功能失調,是引起機體微循環(huán)功能障礙的機制之一。ET和NO是最具代表性且相互拮抗的兩種物質［6］。ET是從內皮細胞分泌的最主要且最長效的內皮收縮因子,廣泛分布于神經、內分泌和循環(huán)系統(tǒng),具有強烈的血管收縮作用,也是目前所知唯一能夠作用于小于50 nm毛細血管的縮血管物質［7］。ET-1在細胞因子、缺血、缺氧等應激因素的刺激下迅速合成并分泌入血液,使血管收縮引起外周阻力升高,進一步加重缺氧、內皮細胞損傷、微循環(huán)功能障礙。因此,ET-1含量既反映內皮功能狀態(tài),也間接反映了微循環(huán)障礙的程度［8-9］。文獻報道,體外循環(huán)非搏動灌注患者術中血漿ET-1含量持續(xù)升高,體外循環(huán)結束時達到峰值,與術前或健康者血漿ET-1水平差別非常顯著,提示非生理性血流和組織缺血再灌注可引起血管內皮細胞的損傷,而高水平ET-1可能參與繼發(fā)性肺動脈高壓、血流動力學紊亂和凝血功能障礙［10-11］。Akira等研究表明,體外循環(huán)術中ET-1含量組間差異不明顯,但術后3 h、6 h、9 h和18 h搏動灌注組的ET-1含量顯著低于非搏動灌注組,提示搏動灌注對內皮細胞損傷較小［12］。本研究結果表明,非搏動灌注組ET-1含量在T2～T4各時點均高于T1,呈持續(xù)升高趨勢,且在T2和T3明顯高于搏動灌注,提示與搏動灌注組相比,非搏動灌注可能致使臟器灌注不良,處于缺血、缺氧或應激狀態(tài),可能引起血管內皮細胞損傷、外周阻力升高和微循環(huán)功能障礙。而搏動灌注組在術后6 h增高,這種延遲變化現(xiàn)象筆者尚無法解釋,有待進一步探討。

NO是一種主要由內皮細胞生成,獨立存在于血管、心肌和心內膜等部位的內源性血管舒張因子,可舒張血管平滑肌,擴張微血管,降低血管通透性,增加血流量,對微循環(huán)有一定保護作用。但同時又具有介導臟器、組織損傷的細胞毒性作用［13-14］。體外循環(huán)期間高血流沖擊、炎癥反應、再灌注損傷等均可導致血管內皮細胞不可避免的受損。體外循環(huán)時間延長、復溫過高,炎性因子和內毒素釋放等均可引起誘導型一氧化氮合成酶(inducible nitric oxide synthase,iNOS)表達,使NO釋放增加［15］。本實驗結果表明,兩組灌注模式在體外循環(huán)停機后30 min NO含量均迅速升高,術后6 h降至術前水平。這可能是機體對炎癥反應的應激,體外循環(huán)期間機體產生大量的TNF、IL等炎性介質誘導iNOS表達,NO的合成和釋放增加。

體外循環(huán)過程中異物表面接觸、缺血再灌注損傷、內毒素釋放等因素會促使炎性介質釋放,最終引發(fā)全身炎癥反應綜合征,導致臟器功能紊亂、凝血障礙等并發(fā)癥［1,16］。 TNF-α 是單核/巨噬細胞、淋巴細胞等激活釋放的細胞因子,在炎癥反應中起核心作用,是體外循環(huán)炎癥反應過程中出現(xiàn)最早,最重要的內源性介質之一［17-18］。可損傷內皮細胞,促進黏附分子表達,刺激其他細胞因子合成,抑制心肌細胞,增強炎癥反應,導致臟器損傷［19］。IL-6是活化的T細胞和成纖維細胞產生的淋巴因子,也是急性反應期反應蛋白合成和炎性細胞積聚的主要因素,可整合早期炎癥反應信號,促進炎性因子進一步釋放,是反映組織細胞損傷的早期敏感指標［20］。IL-10是多細胞源、多功能的細胞因子,調節(jié)細胞的生長與分化,參與炎性反應和免疫反應,是目前公認的炎性與免疫抑制因子［21］。體外循環(huán)中組織缺血、缺氧時,IL-10產生也隨之增多,合成晚于致炎因子,具有抑制炎癥反應的作用［22］。本實驗結果顯示,兩組TNF-α術中均明顯升高,術后6 h回落,PP組回落明顯,提示搏動灌注可能更有利于降低術后全身炎癥反應。兩組IL-6和IL-10含量在T2～T4時間點持續(xù)升高,提示兩種灌注模式均會激活細胞防御系統(tǒng)。

4 結 論

體外循環(huán)繼發(fā)的炎癥反應不可避免,與平流灌注相比,采用搏動灌注血流模式可攜帶更多的額外附加能量,在一定程度上抑制炎癥反應,調節(jié)內皮功能,改善微循環(huán)和臟器灌注,其中的機理尚需進一步探討。

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