李艷輝 施琳穎 周謀 許京菁 謝婷婷 單桂秋

創(chuàng)傷或手術(shù)中大出血，是導致死亡的重要原因之一，因此及時足量地補充有效循環(huán)血量是提高生存率的重要手段。研究表明，輸血早期擴容速率比容量更為重要[1]。此外，紅細胞采集后保存需要維持在2～6℃之間，因此在不加熱血液的情況下，輸血存在降低體溫的風險。同時有研究表明，快速輸注大容量（30 mL/kg）4℃的晶體液會在30 min后導致核心體溫下降約1.3～1.5℃，輸注液體總量在1～1.5 L[2-4]，存在導致低體溫的風險。有研究報道，在手術(shù)過程中，與室溫靜脈輸液相比，加熱靜脈輸液可以保持患者核心體溫，進一步降低低溫休克等風險[5]。因此探索加溫加速輸液輸血方式，對預防患者核心體溫降低，治療大出血導致的失血性休克，降低死亡風險具有重要意義。

目前國內(nèi)尚無加溫加壓一體的輸液輸血裝置，本課題組通過參考借鑒現(xiàn)有單一加溫或加壓儀器和方法的基礎(chǔ)上進行創(chuàng)新研究，研發(fā)了一套加溫加壓輸血儀器。本儀器包括采用機械加壓方式的速度控制設(shè)備和利用熱傳導方式的加熱裝置兩部分，采用了Pro/E建模軟件進行三維結(jié)構(gòu)設(shè)計，主機以PIC16F1947微處理器芯片為核心，利用蠕動泵實現(xiàn)精準控速?？煞蛛x式加溫器單獨使用PIC16F1936微處理器與主機通訊，通過PID算法實現(xiàn)控溫。同時配套一次性使用加溫盒（管路耗材），加溫盒傳熱表面采用鋁合金材料制作，并采取雙面加溫和對向齒形鋁板結(jié)構(gòu)設(shè)計，提高了加溫效率[6]。

本實驗檢測了生理鹽水和懸浮紅細胞流速和加溫效果以及懸浮紅細胞輸出前后FHb、鉀離子和紅細胞形態(tài)的變化，以此初步評估儀器的應用效果，為下一步臨床應用提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

材料與方法

1 實驗材料 加溫加壓輸血儀器（KSW3100型，自制，圖1），配套急救輸血輸液控溫控速系統(tǒng)（Super Warmer 3100），手持式數(shù)字溫度計（AI-5500，廈門宇電自動化科技有限公司），低溫恒溫槽（DC-0506，上海舜宇恒平科學儀器有限公司），便攜式桌上型數(shù)據(jù)記錄儀（FLUKE2638A）， 透析參考儀表HDM97（IBP Medical，HDM99/97），醫(yī)用冷藏冰箱（4℃，海爾），數(shù)顯水浴恒溫振蕩器（SHA-B，常州澳華儀器有限公司），微量游離血紅蛋白試劑盒（50T，48樣，批號20200515，南京建成生物工程研究所），752紫外可見分光光度計（上海菁華科技儀器有限公司），臺式離心機（Eppendorf 5804，德國）。低速離心機（KDC-1044，安徽中科中佳科學儀器有限公司），全自動生化分析儀（羅氏cobas c 702，瑞士），全自動血細胞分析儀（邁瑞B(yǎng)C-3000，中國深圳）。

圖1 加溫加壓輸血儀器

2 實驗方法 實驗利用加溫加壓輸血儀器進行了不同加熱溫度和流速條件下對生理鹽水加熱溫度和流量的檢測。實驗環(huán)境溫度25℃，相對濕度68%， 101.3 kPa大氣壓強。經(jīng)2～6℃冷藏的懸浮紅細胞通過加溫加壓儀器輸出前后溫度、游離血紅蛋白濃度、鉀離子濃度和血常規(guī)檢測。

本實驗所用懸浮紅細胞來源于中國人民解放軍南部戰(zhàn)區(qū)血液中心，為傳染病檢測合格而谷丙轉(zhuǎn)氨酶檢驗不合格的效期內(nèi)報廢血液，實驗結(jié)束后血液廢液進行無公害化處理。

2.1 生理鹽水和懸浮紅細胞流速檢測：檢測加溫加壓輸血儀器顯示50 mL/min、100 mL/min、150 mL/min、200 mL/min流速下，用透析參考儀表檢測4組流速實際生理鹽水和懸浮紅細胞的流速，每組檢測3次，比較生理鹽水組和懸浮紅細胞組的流速差異（n=12）。

2.2 生理鹽水輸出溫度的檢測：生理鹽水初始溫度為（10±0.5）℃和（20±0.5）℃時，檢測在36℃、38℃、40℃、42℃預設(shè)加溫條件下流速分別為50 mL/min、100 mL/min、150 mL/min、200 mL/min時加溫加壓儀器生理鹽水輸出溫度（n=3）。經(jīng)前期預實驗檢測到機器在50 s左右時輸出溫度趨于穩(wěn)定，所以我們在第60 s，90 s和120 s時用手持式數(shù)字溫度計檢測生理鹽水輸出溫度。

2.3 快速加溫加壓懸浮紅細胞輸出溫度的檢測：懸浮紅細胞從4℃冰箱取出。安裝定制管路，室溫生理鹽水預充管路，連接懸浮紅細胞血袋，加溫前測試管路中懸浮紅細胞液體（n=6）溫度為（16.78±1.37）℃。在42℃預設(shè)加溫條件下分別調(diào)節(jié)流速為50 mL/min、100 mL/min、150 mL/min和200 mL/min，在啟動的第60 s時檢測加溫加壓后每個流速（n=6）的輸出溫度。

2.4 懸浮紅細胞快速加溫加壓輸出后上清FHb濃度檢測：留取加溫加壓前（對照組）懸浮紅細胞樣本（n=36）和加溫（42℃）加壓后流速分別為50 mL/min、100 mL/min、150 mL/min、200 mL/min時懸浮紅細胞樣本（4組流速每組n=9）。經(jīng)臺式離心機（1590×g）離心5 min后取上清液。游離血紅蛋白檢測按照試劑說明書方法利用分光光度計測試上清液中FHb濃度，比較加溫加壓前后兩組FHb濃度的差異。計算每組加溫加壓前后FHb濃度差值（n=9），比較 42℃加溫后不同流速共4組的FHb濃度變化的差異。

2.5 懸浮紅細胞快速加溫加壓輸出前后上清鉀離子濃度檢測：留取加溫加壓前（對照組）懸浮紅細胞樣本（n=3）和加溫（42℃）加壓后流速分別為50 mL/min、100 mL/min、150 mL/min和200 mL/min時懸浮紅細胞樣本，4組流速每組3個樣本（n=3）于肝素鋰抗凝管。經(jīng)低速離心機（1620×g）離心3 min后，使用全自動生化分析儀檢測上清中鉀離子濃度。

2.6 懸浮紅細胞快速加溫加壓輸出前后血常規(guī)檢測：留取加溫加壓前（對照組）懸浮紅細胞樣本（n=3）和加溫（42℃）加壓后流速分別為50 mL/min、100 mL/min、150 mL/min和200 mL/min時懸浮紅細胞樣本，4組流速每組6個樣本（n=6）于血常規(guī)管EDTA·K2抗凝管。檢測血常規(guī)，統(tǒng)計HGB、HCT、MCV、MCH四個指標在加溫加壓前后的變化。

3 統(tǒng)計學處理 使用SPSS 20.0軟件進行統(tǒng)計分析處理，實驗數(shù)據(jù)以均數(shù)±標準差（）表示。采用單因素方差分析（One-Way ANOVA）比較多組數(shù)據(jù)間差異，若樣本總體方差齊，比較采用LSD法分析；若樣本總體方差不齊采用Dunnett T3法分析。采用獨立樣本t檢驗比較生理鹽水與懸浮紅細胞檢測流速的數(shù)據(jù)差異。采用配對樣本t檢驗比較懸浮紅細胞加溫前后FHb兩組數(shù)據(jù)的差異。P＜0.05視為差異有統(tǒng)計學意義。

結(jié)果

1 生理鹽水與懸浮紅細胞流速檢測 經(jīng)加溫加壓輸血儀器輸出的生理鹽水和懸浮紅細胞用透析參考儀表檢測實際流速（見表1）所示。懸浮紅細胞液體的密度高于生理鹽水，檢測到其平均流速略低于生理鹽水的流速。生理鹽水和懸浮紅細胞兩組流速之間比較，經(jīng)兩獨立樣本（n=12）t檢驗分析，結(jié)果顯示t=0.111，P=0.905，P＞0.05，兩組數(shù)據(jù)的差異沒有統(tǒng)計學意義。2 生理鹽水（10±0.5）℃和（20±0.5）℃輸出溫度檢測結(jié)果 在36 ℃、38 ℃、40 ℃、42 ℃加溫條件下，流速為50 mL/min、100 mL/min、150 mL/min、200 mL/min時，10℃和20℃生理鹽水輸出溫度見下方表2和表3。

表1 生理鹽水流量檢測（±s）

表1 生理鹽水流量檢測（±s）

顯示流速 50 mL/min 100 mL/min 150 mL/min 200 mL/min生理鹽水檢測流速 50.5±0.5101.17±0.76149.33±0.58199.33±1.53懸浮紅細胞檢測流速 50.17±0.7698.83±0.76148.33±0.58192.67±1.15

表2 不同流速與加熱溫度條件下（10±0.5 ）℃生理鹽水的輸出溫度（±s）

表2 不同流速與加熱溫度條件下（10±0.5 ）℃生理鹽水的輸出溫度（±s）

流速 加熱溫度（℃）3638 4042 50 mL/min 31.8±0.533.1±0.634.3±0.537.5±0.3100 mL/min 30.9±0.533.0±0.134.7±0.436.7±0.2150 mL/min 25.8±0.127.7±0.529.8±0.630.5±0.8200 mL/min 25.2±0.227.1±0.528.8±0.429.4±0.1

表3 不同流速與加熱條件下（20±0.5）℃生理鹽水的輸出溫度（±s ）

表3 不同流速與加熱條件下（20±0.5）℃生理鹽水的輸出溫度（±s ）

流速 加熱溫度（℃）3638 4042 50 mL/min 34.5±0.136.0±0.137.9±0.339.5±0.2100 mL/min 31.8±0.133.7±0.435.2±0.238.8±0.9150 mL/min 30.8±0.332.1±0.433.4±0.334.5±0.2200 mL/min 29.2±0.330.5±0.231.8±0.233.2±0.4

3 懸浮紅細胞輸出溫度的檢測結(jié)果 42℃加溫，流速為50 mL/min、100 mL/min、150 mL/min和200 mL/min時每組輸出溫度（n=6）分別為（40.8±0.3）℃、（36.4±0.2）℃、（34.7±0.9）℃和（32.8±0.4）℃，與加溫加壓輸注前懸浮紅細胞在管路中的溫度（16.8±1.4）℃進行多組比較，F(xiàn)=878.641，P=0.000，P＜0.05，五組數(shù)據(jù)間的差異均有統(tǒng)計學意義（見圖2）。

圖2 懸浮紅細胞42℃加溫不同流速輸出溫度

4 懸浮紅細胞加溫加壓輸出前后FHb含量變化

4.1 輸注前、后懸浮紅細胞上清中FHb含量比較：加熱溫度42℃時，加溫加壓前、后兩組懸浮紅細胞中FHb（n=36）經(jīng)配對樣本t檢驗統(tǒng)計分析顯示，加溫加壓后懸浮紅細胞中FHb含量升高，差異具有統(tǒng)計學意義，t=-10.503，P=0.000，P＜0.05。

表4 加溫加壓前、后懸浮紅細胞中FHb含量

4.2 42℃加溫不同流速時懸浮紅細胞上清中FHb增加值比較：42℃加溫，流速為50 mL/min、100 mL/min、150 mL/min和200 mL/min時的輸出懸浮紅細胞中FHb含量較加溫加壓前增加值（n=9）分別為67.28±36.20、70.37±28.09、75.40±53.30和89.95±53.98 mg/L，F(xiàn)=0.462，P=0.710，P＞0.05，差異沒有統(tǒng)計學意義，見圖3。

圖3 輸出懸浮紅細胞FHb增加值的比較

5 加溫加壓輸出前后鉀離子濃度檢測結(jié)果 42℃加溫，懸浮紅細胞在加溫加壓前（n=3）和流速為50 mL/min、100 mL/min、150 mL/min、200 mL/min流速時的檢測到的懸浮紅細胞上清中的鉀離子濃度（n=3）分別為（15.50±2.15）mmol/L、（15.57±2.20）mmol/L、（15.63±2.15）mmol/L、（15.73±2.15）mmol/L、（16.27±1.96）mmol/L。F=0.063，P=0.970、0.940、0.896、0.668，P＞0.05，差異沒有統(tǒng)計學意義，見圖4。

圖4 輸出前后懸浮紅細胞上清中鉀離子濃度比較

6 懸浮紅細胞加溫加壓輸出前后血常規(guī)檢測 懸浮紅細胞在加溫加壓前后經(jīng)血常規(guī)檢測分析可以看到加溫加壓前（對照組）和加溫加壓后不同流速的4組數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果顯示HGB、HCT、MCV、MCH四個指標不同組別的比較差異沒有統(tǒng)計學意義。

表5 加溫加壓前與不同流速加溫加壓后血常規(guī)檢測紅細胞情況（n=6）

討論

當患者發(fā)生急性大出血時，為盡快補足血容量、恢復血壓、保證重要臟器供血，同時提供血液止血成分，因此需要通過物理方法加壓，達到快速輸血的目的。有研究表明在30 min內(nèi)完成補液量1000 mL時，SBP（收縮壓） 、DBP（舒張壓）、VCP（中心靜脈壓） 、SpO2（血氧飽和度） 回升顯著，糾正休克效果優(yōu)于傳統(tǒng)的治療方法，保障了手術(shù)進行順利[7-8]。然而，由于血庫保存的血液溫度較低，在快速大量輸血的情況下，患者容易產(chǎn)生輸血低溫反應，會出現(xiàn)血管痙攣、體溫降低、血壓升高等危險癥狀，甚至心臟停搏[9]。研究表明在術(shù)中進行主動升溫，可以有效減少身體核心溫度的降低[10-11]?；谶@些原因，本課題組研發(fā)了加溫加壓儀器，以期既可以滿足快速輸液輸血，又同時可以保證液體溫度，防止低體溫并發(fā)癥。本實驗通過檢測輸出溫度和流速，檢測加溫加壓前后懸浮紅細胞上清中游離血紅蛋白和鉀離子的含量，以及懸浮紅細胞的血常規(guī)，對該儀器的性能指標做了初步驗證。

急性大量失血需快速輸血時，輸血速度可達 50～100 mL/min，因此本課題組研制的儀器設(shè)定液體流速在0.1～200 mL/min內(nèi)可調(diào)。為了明確生理鹽水與懸浮紅細胞是否會由于密度、粘度系數(shù)等不同而影響流速，在室溫環(huán)境下分別作了檢測，結(jié)果發(fā)現(xiàn)懸浮紅細胞流速略低于生理鹽水，誤差在10%以內(nèi)，基本滿足使用需求。根據(jù)藥學理論有關(guān)輸液問題的報道，輸入人體的藥液最佳溫度為 32～34℃，在此溫度下，人體對藥液的吸收最好[12]。另外有研究表明，對晶體液生理鹽水加溫到54℃后輸注不會改變晶體液的性質(zhì)，是安全的[3]。與此同時，在手術(shù)中大量補液會造成患者丟失大量熱量，有研究表明輸注30 mL/kg劑量的4 ℃晶體液可以使38～45℃的高體溫患者的體溫降低1.2～1.4℃，同時輸注加溫到42℃的同體積晶體液會升高其基礎(chǔ)體溫0.2～0.8℃[13]。大量補充4 ℃晶體液可能導致圍術(shù)期低體溫（核心溫度＜36℃）[14]，減弱機體免疫功能、損害凝血功能，進而增加了手術(shù)切口感染、出血、術(shù)后寒戰(zhàn)以及心血管意外等發(fā)生的風險[15-16]。液體加熱設(shè)備在手術(shù)靜脈輸注過程中必不可少，它控制輸注液體如電解質(zhì)溶液、紅細胞及其他血液制品的輸入溫度，防止低體溫并發(fā)癥的發(fā)生。這些設(shè)備的技術(shù)比較成熟并在英國及全球的醫(yī)療保健系統(tǒng)中使用[17]。國外有使用加溫設(shè)備和輸液泵對不同流速為0.33、2、4、8、16 mL/min的復方乳酸鈉溶液（compound sodium lactate，CSL）在室溫條件下進行加溫，可以獲得22～36℃的輸出溫度[18]。我們研制的是結(jié)合加溫設(shè)備和輸液泵于一體的加溫加壓儀器，速度在0.1～200 mL/min內(nèi)可調(diào)。在不同溫度環(huán)境下，輸注所用液體的起始溫度也有所差異，這會影響液體的輸出溫度，因此我們檢測了起始溫度為（10±0.5）℃和（20±0.5）℃條件下，不同流速生理鹽水的輸出溫度。結(jié)果表明設(shè)置加熱溫度為36℃，流速為50 mL/min和100 mL/min時，起始溫度為（10±0.5）℃的生理鹽水輸出溫度可以達到（31.8±0.5）℃和（30.9±0.5）℃，起始溫度為（20±0.5）℃的生理鹽水輸出溫度可以達到（34.5±0.1）℃和（31.8±0.1）℃，這足以防止輸液過程中的低溫。此外，在流速為100 mL/min時，設(shè)置加熱溫度在42℃時，起始溫度為（10±0.5）℃和（20±0.5）℃的生理鹽水輸出可達（36.7～38.8）℃，起始溫度為（16.8±1.4）℃的紅細胞輸出溫度可達（36.4±0.2）℃。國外有研究報道發(fā)現(xiàn)，當液體以＞30 mL/min的速度流動時，液體加熱對體溫過低有預防作用[19]。英國國家健康和保健醫(yī)學研究所（The National Institute for Health and Care Excellence，NICE）建議在靜脈輸液超過500 mL或者麻醉時間超過30 min時需要對輸注液體進行加溫，輸注血液制品需要加溫到37℃[20]。因此，我們的實驗結(jié)果表明本課題組研發(fā)的儀器加溫效果和流速可以滿足急救快速大量補液時對輸液輸血溫度的要求，并且適用于在寒冷天氣環(huán)境下急救輸液輸血。

有研究表明加熱紅細胞超過42℃可能會導致溶血，進而產(chǎn)生大量的細胞碎片、鉀離子和游離血紅蛋白，這些物質(zhì)輸入體內(nèi)會引起心血管系統(tǒng)、凝血功能和電解質(zhì)紊亂的風險[21]。馬印圖的研究結(jié)果說明在非流動情況下≤50℃ 加溫10 min對血液紅細胞影響不明顯，超過55℃則紅細胞損傷作用加重[22]。本儀器設(shè)置最高加熱溫度為42℃。除了溫度對紅細胞有影響，加壓同樣可能造成紅細胞破裂損傷，因此我們檢測了42℃加溫條件下，不同流速對紅細胞溶血情況的影響。我們通過檢測加溫加壓前后輸出的懸浮紅細胞上清中FHb和鉀離子濃度來判斷懸浮紅細胞溶血情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在42℃加溫，50 mL/min流速條件下，F(xiàn)Hb的平均增加值在（67.28±36.20）mg/L，隨著流速的增加，F(xiàn)Hb的增加值也隨之增加，鉀離子濃度隨著流速的增加也有升高，其中FHb的平均增加值和鉀離子濃度在加溫 加壓后不同流速組別間比較差異沒有統(tǒng)計學意義。根據(jù)我國《臨床用血質(zhì)量控制指標（2019版）》的有關(guān)規(guī)定，臨床輸血的質(zhì)量標準“GB18469-2012《全血及成分血質(zhì)量要求》”[23]： 全血保存期末血漿游離血紅蛋白≤0.72 g/L。在血液質(zhì)量控制標準中，全血和冰凍紅細胞中游離血紅蛋白有明確的規(guī)定，而懸浮紅細胞目前無明確標準[24]。有研究表明懸浮紅細胞保存35天后游離血紅蛋白遠高于全血組，說明紅細胞制品在制備過程中明顯發(fā)生細胞膜功能的減弱或破壞[25]。本研究結(jié)果顯示使用本儀器加溫加壓后的懸浮紅細胞有輕微損傷，但是其中游離血紅蛋白含量低于《全血及成分血質(zhì)量要求》的0.72 g/L，說明質(zhì)量符合我們國家的上述標準求。

綜上所述，本課題組研制的加溫加壓輸血儀器性能較好，可以達到加溫加壓輸血輸液的要求，并且對紅細胞影響較小，符合國家標準。這種儀器同時具備給液體加溫和快速輸注的性能，把臨床上的輸液泵和輸液加溫儀器有效結(jié)合在一起，以期減少操作上的復雜性并達到臨床治療效果，是本文的特色。但是初代的加溫加壓儀器也有短板，在加壓的情況下加溫，加熱溫度顯示在數(shù)控操作區(qū)，經(jīng)檢測也可以達到目標溫度。本文測試結(jié)果顯示生理鹽水和懸浮紅細胞的輸出溫度在50 mL/min～150 mL/min的流速下輸出溫度均可以達到30℃以上，但是實際輸出溫度卻沒有在屏幕實時顯示。下一步儀器的設(shè)計升級會考慮輸出新增溫度監(jiān)測單元，并在儀器界面實時顯示，以達到臨床精準控溫的目標，更利于臨床推廣應用。本文僅是在體外檢測了初步性能檢測，并未進行細胞內(nèi)2，3-二磷酸甘油酸（2，3-diphosphoglycerate，2，3-DPG）、三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP）和細胞外過氧化氫（hydrogen peroxide，H2O2）含量變化檢測[26-27]，下一步擬進行更深一步的細胞應激反應、攜氧能力、能量等檢測，以及動物體內(nèi)實驗效果、安全性檢測等等，為臨床應用奠定充分的實驗基礎(chǔ)。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突