體外循環引起血小板損傷的相關因素分析

池昊育(綜述),劉志剛,劉曉程1， ※(審校)

(1.中國醫學科學院 北京協和醫學院，北京 100730; 2.泰達國際心血管病醫院心外科，天津 300457)

體外循環引起血小板損傷的相關因素分析

池昊育1，2△(綜述),劉志剛2,劉曉程1，2 ※(審校)

(1.中國醫學科學院 北京協和醫學院，北京 100730; 2.泰達國際心血管病醫院心外科，天津 300457)

體外循環技術是現代心血管外科的重大突破，是心內直視手術必不可少的手段。隨著該技術不斷改善,體外循環帶來的并發癥逐漸減少，但體外循環后的非外科性出血仍是較常見的并發癥，嚴重影響患者的預后，甚至造成患者死亡。造成體外循環后凝血障礙的因素包括外科創傷、血液稀釋、體外循環管道內血液與非內皮表面的接觸、血小板功能障礙、低溫等，其中，血小板功能障礙被認為是體外循環心內直視手術后非外科性出血的主要原因[1]。體外循環造成血小板損傷的具體機制依然不明，對體外循環造成血小板損傷的因素與機制的探討將有助于進行血小板保護，從而降低術后非外科性出血的發生率。近年來，許多學者對體外循環期間造成血小板損傷的因素進行了一系列的實驗與臨床研究,現綜述如下。

1低溫

全身中、淺低溫和心臟局部深低溫是心臟手術中心肌保護的基礎方法。低溫使機體的基礎代謝率降低，機體氧耗量減少，故體外循環灌注量降低，不僅可減輕血細胞損傷，還能增加體外循環的安全性。Speziale等[2]報道，低溫體外循環能在更大程度上引起血小板的激活和功能損傷：血小板表面P-選擇素表達明顯升高、血漿中可溶性P-選擇素釋放增加也更明顯、血小板聚集功能降低，但不論是低溫體外循環,還是常溫體外循環，血小板數目均無明顯改變。還有學者指出低溫體外循環導致的血小板聚集功能損傷是部分可逆的，即復溫后，血小板的聚集功能可部分恢復[3-4]。

關于低溫對血小板聚集功能的影響，有學者持相反觀點。Straub等[5]的體外實驗顯示，低溫會誘導血小板聚集，在從中低溫(25～30 ℃)到深低溫(<20 ℃)范圍內,溫度變化與血小板的聚集程度呈負相關。低溫對血小板聚集功能的影響有待進一步的實驗研究。

Ranucci等[6]的試驗證實，體外循環過程中應用低溫與術后遲發性血小板減少癥有關，并且溫度越低，發生遲發性血小板減少癥的機會就越大。發生這一現象的具體機制尚未闡明，可能與低溫導致血小板在肝臟和脾臟內扣押有關[7]，即低溫情況下，血液流經肝臟與脾臟時，會將血小板“扣押”下來，導致外周循環中血小板數目降低，復溫后，肝臟與脾臟的扣押作用消失，血小板重新進入外周循環。

2血液與氣體接觸

體外循環管道中存在血液與氣體直接接觸。國內學者認為，在體外循環轉流中血液和氣體直接接觸會產生氣泡與渦流，使血液有效成分破壞，膜式氧合器能消除血液和氣體直接接觸，使血液有形成分破壞減輕[8]。但El-Sabbagh等[9]的體外實驗指出，血液與空氣直接接觸并不會導致血小板激活。Pohlmann等[10]的體外實驗也發現，單獨的負壓吸引或氣血接觸并不會引起溶血，但是當這個兩個因素結合時則會引起溶血。

3生物相容性

體外循環管道為人工材料，與血液的生物相容性低。血液和體外循環管道表面接觸會導致血小板激活與消耗[11]，激活的血小板形成微栓，靜脈系統形成的微栓在回收過程中可被濾器過濾，而動脈系統形成的微栓則聚集在患者的微循環中，加重了微循環障礙和血小板消耗[8]。因此提高體外循環管道的生物相容性成為減少術后相關并發癥的有效途徑。研究指出，肝素涂層管道[12]對血小板有保護作用、磷酰膽堿涂層的氧合器能降低手術期間凝血酶的生成以及血小板的消耗[11]，聚合-2-甲基丙烯酸涂層管道[13]對于血小板也有保護作用。

4剪切力

國外學者[10]將剪切力定義為血液流動時受到的機械作用力。Huang和Hellums[14]研究表明，剪切力大小與血小板損傷程度呈正比，且兩者的相關性在低溫下更顯著。Boonstra等[15]認為采用心內吸引時，吸入空氣的量與剪切力大小呈正比，與血小板的激活和術后非外科性失血呈正相關，并且證明防止空氣吸入的可控性心內吸引裝置能明顯降低血小板激活和術后非外科性失血。Lau等[16]還證實在不停跳心臟搭橋時不使用心內吸引裝置不僅不會增加術后輸血要求，還會減輕術后的全身炎癥反應，這也必然會減輕血小板損害。然而，El-Sabbagh等[9]發現，在600 mmHg (1 mmHg=0.133 kPa)負壓的情況下吸引血液并不會激活血小板。滾軸泵擠壓管道產生的剪切力會損傷血液成分，而離心泵不擠壓管道，因此對血液的損傷更小，但是Kehara等[18]的實驗證實，離心泵和滾軸泵對血小板功能的損害差異無統計學意義。

為了減少體外循環過程中的剪切力，應避免左心吸引負壓過大。應用心內吸引時，把吸引器尖頭置于血面下進行吸引，避免血液氣體同時吸入。

5魚精蛋白

肝素和魚精蛋白結合形成的肝素-魚精蛋白復合體有時可被硫酸酯酶分離，使魚精蛋白用量增加，Ortmann等[4]的實驗表明，在體內外實驗中，魚精蛋白中和肝素均能引起血小板聚集功能降低。McLaughlin和Dunning[18]指出，在魚精蛋白與肝素的比例高于2.6時，魚精蛋白能損害血小板功能、增加出血風險。Mochizuki等[19]則認為，魚精蛋白與肝素的比例大于1.3∶1時，就會導致ADP誘發的血小板聚集功能降低。Khan等[20]認為造成血小板功能損害的魚精蛋白和肝素比例大于2∶1。Gertler等[21]的實驗也表明，應用魚精蛋白中和肝素之后，血小板功能會降低，并且這一損害從1∶1的比例就開始了。Ortmann等[4]還指出，魚精蛋白造成的血小板聚集功能損傷在患者到達ICU后的1～2 h內可恢復，故在臨床工作中，對血小板功能的評價試驗應該在體外循環停機后尚未應用魚精蛋白之前進行，以避免魚精蛋白造成的血小板聚集功能暫時性降低被誤讀為血小板功能障礙。Hofmann等[22]認為，應用個體化的肝素與魚精蛋白管理方案，即以血液肝素濃度為標準而非激活全血凝固時間為標準來指導肝素與魚精蛋白的應用(此時肝素的應用劑量會更高，而魚精蛋白的應用劑量會更低)，能保護血小板的功能。

6肝素

肝素用于體外循環期間的全身抗凝。關于肝素激活血小板以及誘導血小板不可逆聚集的機制，各研究有不同看法。對于血小板的激活， Gao等[23]認為，肝素是通過整合素αⅡbβ3介導的由外到內的信號通路來增強血小板對其激動劑的反應從而激活血小板的，并提出，可應用血小板膜糖蛋白Ⅱb/Ⅲa抑制劑來抑制非免疫性肝素誘導的血小板激活。對于血小板聚集功能的影響，Laga等[24]的試驗表明，體外循環心臟手術中，應用肝素會導致血小板聚集功能降低；Gallandat等[25]的研究也證明，普通肝素會影響血小板聚集功能，其可能原因為肝素對血小板的不可逆激活，即肝素誘導血小板的釋放反應以及隨后的不可逆聚集，此時血小板不會再被激活發生釋放反應和聚集反應。

7麻醉藥物的使用

目前，研究認為靜脈麻醉藥丙泊酚會影響血小板功能。丙泊酚能抑制血小板的聚集功能[26]。Hirakata等[27]的體外實驗證實，丙泊酚對血小板聚集功能的影響取決于丙泊酚的藥物濃度：低濃度增強，高濃度抑制，并指出，不論濃度高低，丙泊酚均不會影響血小板的第一相聚集功能。另外一種對血小板功能有影響的靜脈麻醉藥物是硫賁妥鈉，研究指出，不論體內外，硫賁妥鈉均能使血小板的功能降低[28]。關于吸入麻醉藥，Yuki 等[29]指出，異氟烷和七氟烷能損害血小板αⅡbβ3受體的活化，而該受體的活化對于血小板的活化和血凝塊的穩定性來說是關鍵步驟，從而影響血小板的聚集功能和血凝塊的穩定。

8體外循環機血液回輸

Kongsgaard等[30]對體外循環機血液中的血小板進行研究發現，機血中大部分血小板由正常的圓盤狀變為球形，并且缺少α-顆粒和致密體——這些物質的缺乏是血小板不可逆活化的標志。De Somer等[31]的實驗表明，相比將回吸的血液丟棄，機血回輸會引起明顯的血小板激活。Lau等[16]指出，從心包腔內回吸的血液，其凝血因子激活、炎癥反應標志物水平升高、血小板激活；這些血液回輸后，機體血漿中補體C3、腫瘤壞死因子和白細胞介素6相比未行機血回輸的對照組明顯升高，這使機血回輸不但不能降低血液丟失和術后輸血需求，反而會增加微循環栓塞，使術后的全身炎癥反應增強。因此，Lau等[16]認為，在冠狀動脈旁路移植手術中，常規應用心包血液回吸是不必要的。

9血液稀釋

體外循環中合理的血液稀釋可以改善微循環灌注，減輕酸中毒和減少體外循環多種并發癥，減少血制品用量[32]。龍村[33]認為，血液稀釋的同時，也稀釋了血液中的各種成分和血細胞，但只要能保持血小板>60×1012/L、其他凝血因子不低于正常的30%，就能保持正常的凝血功能。同時指出，血液稀釋降低了細胞濃度，能避免血小板聚集產生微循環阻塞，減輕體外循環對血小板的激活與消耗。

10體外循環流轉時間

研究表明，體外循環流轉時間與出血傾向呈正相關[3,33]。此外，體外循環流轉時間短時，血小板的功能得到增強，可能的機制為短時間的體外循環促進了血小板的激活，但體外循環時間的進一步延長會導致血小板的耗竭[3]。Bφnding Andreasen等[3]研究認為造成體外循環流轉時間與出血傾向呈正相關的原因與體外循環造成血小板數目及功能下降有關。因此盡量縮短體外循環轉流時間，是降低體外循環中血液破壞及術后非外科性出血發生率的重要措施。

11結語

體外循環造成血小板損傷的因素眾多，目前，國內外學者圍繞體外循環引起血小板損傷的因素做了大量實驗研究，但對各種因素造成血小板損傷的分子水平機制還缺乏了解。目前對于血小板的保護措施主要包括藥物對血小板的保護、制備富血小板血漿及自體血小板膠，但真正安全、有效且價格合理的藥物還有待開發，而制備富血小板血漿以及自體血小板膠也未在臨床廣泛應用，體外循環造成的血小板損傷還不能有效預防。對于體外循環造成血小板損傷的相關因素和機制的進一步了解將有助于針對性地采取血小板保護措施，從而降低術后非外科性出血的發生率。

參考文獻

[1]Reece MJ,Klein AA,Salviz EA,etal.Near-patient platelet function testing in patients undergoing coronary artery surgery:a pilot study[J].Anaesthesia,2011,66(2):97-103.

[2]Speziale G,Ferroni P,Ruvolo G,etal.Effect of normothermic versus hypothermic cardiopulmonary bypass on cytokine production and platelet function[J].J Cardiovasc Surg (Torino),2000,41(6):819-827.

[3]Bφnding Andreasen J,Hvas AM,Ravn HB.Marked changes in platelet count and function following pediatric congenital heart surgery[J].Paediatr Anaesth,2014,24(4):386-392.

[4]Ortmann E,Klein AA,Sharples LD,etal.Point-of-care assessment of hypothermia and protamine-induced platelet dysfunction with multiple electrode aggregometry (Multiplate(R)) in patients undergoing cardiopulmonary bypass[J].Anesth Analg,2013,116(3):533-540.

[5]Straub A,Breuer M,Wendel HP,etal.Critical temperature ranges of hypothermia-induced platelet activation:possible implications for cooling patients in cardiac surgery[J].Thromb Haemost,2007,97(4):608-616.

[6]Ranucci M,Carlucci C,Isgro G,etal.Hypothermic cardiopulmonary bypass as a determinant of late thrombocytopenia following cardiac operations in pediatric patients[J].Acta Anaesthesiol Scand,2009,53(8):1060-1067.

[7]Vella MA,Jenner C,Betteridge DJ,etal.Hypothermia-induced thrombocytopenia[J].J R Soc Med,1988,81(10):619.

[8]林琦,覃家錦,馮旭,等.P-選擇素與體外循環關系的研究進展[J].微創醫學,2009,4(2):165-167.

[9]El-Sabbagh AM,Toomasian CJ,Toomasian JM,etal.Effect of air exposure and suction on blood cell activation and hemolysis in an in vitro cardiotomy suction model[J].ASAIO J,2013,59(5):474-479.

[10]Pohlmann JR,Toomasian JM,Hampton CE,etal.The relationships between air exposure,negative pressure,and hemolysis[J].ASAIO J,2009,55(5):469-473.

[11]Pappalardo F,Della VP,Crescenzi G,etal.Phosphorylcholine coating may limit thrombin formation during high-risk cardiac surgery:a randomized controlled trial[J].Ann Thorac Surg,2006,81(3):886-891.

[12]Mahmood S,Bilal H,Zaman M,etal.Is a fully heparin-bonded cardiopulmonary bypass circuit superior to a standard cardiopulmonary bypass circuit[J].Interact Cardiovasc Thorac Surg,2012,14(4):406-414.

[13]Thiara AS,Mollnes TE,Videm V,etal.Biocompatibility and pathways of initial complement pathway activation with Phisio- and PMEA-coated cardiopulmonary bypass circuits during open-heart surgery[J].Perfusion,2011,26(2):107-114.

[14]Huang PY,Hellums JD.Aggregation and disaggregation kinetics of human blood platelets:Part Ⅱ.Shear-induced platelet aggregation[J].Biophys J,1993,65(1):344-353.

[15]Boonstra PW,van Imhoff GW,Eysman L,etal.Reduced platelet activation and improved hemostasis after controlled cardiotomy suction during clinical membrane oxygenator perfusions[J].J Thorac Cardiovasc Surg,1985,89(6):900-906.

[16]Lau K,Shah H,Kelleher A,etal.Coronary artery surgery:cardiotomy suction or cell salvage[J].J Cardiothorac Surg,2007,2:46.

[17]Kehara H,Takano T,Ohashi N,etal.Platelet function during cardiopulmonary bypass using multiple electrode aggregometry:comparison of centrifugal and roller pumps[J].Artif Organs,2014,38(11):924-930.

[18]McLaughlin KE,Dunning J.In patients post cardiac surgery do high doses of protamine cause increased bleeding[J].Interact Cardiovasc Thorac Surg,2003,2(4):424-426.

[19]Mochizuki T,Olson PJ,Szlam F,etal.Protamine reversal of heparin affects platelet aggregation and activated clotting time after cardiopulmonary bypass[J].Anesth Analg,1998,87(4):781-785.

[20]Khan NU,Wayne CK,Barker J,etal.The effects of protamine overdose on coagulation parameters as measured by the thrombelastograph[J].Eur J Anaesthesiol,2010,27(7):624-627.

[21]Gertler R,Wiesner G,Tassani-Prell P,etal.Are the point-of-care diagnostics MULTIPLATE and ROTEM valid in the setting of high concentrations of heparin and its reversal with protamine[J].J Cardiothorac Vasc Anesth,2011,25(6):981-986.

[22]Hofmann B,Bushnaq H,Kraus FB,etal.Immediate effects of individualized heparin and protamine management on hemostatic activation and platelet function in adult patients undergoing cardiac surgery with tranexamic acid antifibrinolytic therapy[J].Perfusion,2013,28(5):412-418.

[23]Gao C,Boylan B,Fang J,etal.Heparin promotes platelet responsiveness by potentiating alphaIIbbeta3-mediated outside-in signaling[J].Blood,2011,117(18):4946-4952.

[24]Laga S,Bollen H,Arnout J,etal.Heparin influences human platelet behavior in cardiac surgery with or without cardiopulmonary bypass[J].Artif Organs,2005,29(7):541-546.

[25]Gallandat HRC,de Vries AJ,Cernak V,etal.Platelet function in stored heparinised autologous blood is not superior to in patient platelet function during routine cardiopulmonary bypass[J].PLoS One,2012,7(3):e33686.

[26]Vasileiou I,Xanthos T,Koudouna E,etal.Propofol:a review of its non-anaesthetic effects[J].Eur J Pharmacol,2009,605(1/3):1-8.

[27]Hirakata H,Nakamura K,Yokubol B,etal.Propofol has both enhancing and suppressing effects on human platelet aggregation in vitro[J].Anesthesiology,1999,91(5):1361-1369.

[28]Dordoni PL,Frassanito L,Bruno MF,etal.In vivo and in vitro effects of different anaesthetics on platelet function[J].Br J Haematol,2004,125(1):79-82.

[29]Yuki K,Bu W,Shimaoka M,etal.Volatile anesthetics,not intravenous anesthetic propofol bind to and attenuate the activation of platelet receptor integrin αⅡβ3[J].PLoS One,2013,8(4):e60415.

[30]Kongsgaard UE,Hovig T,Brosstad F,etal.Platelets in shed mediastinal blood used for postoperative autotransfusion[J].Acta Anaesthesiol Scand,1993,37(3):265-268.

[31]De Somer F,Van Belleghem Y,Caes F,etal.Tissue factor as the main activator of the coagulation system during cardiopulmonary bypass[J].J Thorac Cardiovasc Surg,2002,123(5):951-958.

[32]龍村.體外循環學[M].北京:人民軍醫出版社,2004:393-395.

[33]Hayashi T,Sakurai Y,Fukuda K,etal.Correlations between global clotting function tests,duration of operation,and postoperative chest tube drainage in pediatric cardiac surgery[J].Paediatr Anaesth,2011,21(8):865-871.

摘要：體外循環是心內直視手術重要的輔助手段，非外科性出血是體外循環心內直視手術后的常見并發癥，可危及患者生命。體外循環造成的血小板功能損傷被認為是體外循環心內直視手術后非外科性出血的主要原因。體外循環引起血小板損傷的因素主要包括低溫、血液與氣體接觸、生物相容性、剪切力、魚精蛋白、肝素、麻醉藥物的使用、機血回輸、血液稀釋、體外循環流轉時間等。

關鍵詞：血小板損傷;體外循環;非外科性出血

The Factors Affecting Platelet Function during Cardiopulmonary BypassCHIHao-yu1,2,LIUZhi-gang2,LIUXiao-cheng1,2.(1.ChineseAcademyofMedicalSciences&PekingUnionMedicalCollege，Beijing100730,China;2.DepartmentofCardiacSurgery,TEDAInternationalCardiovascularHospital,Tianjin300457,China)

Abstract:Cardiopulmonary bypass(CPB) is important to support the circulation during cardiac surgery.Postoperative nonsurgical bleeding of patients undergoing cardiac surgery with CPB is a common complication,which sometimes endangers patient′s life.Platelet dysfunction is considered to be one of the main contributors to nonsurgical bleeding after CPB.Contributing factors to platelet dysfunction during CPB include hypothermia,blood-air interaction,biocompatibility,shear stress,protamine,heparin,anaesthetic,hemodilution,duration of operation and shed blood retransfusion.

Key words:Platelet dysfunction; Cardiopulmonary bypass; Nonsurgical bleeding

收稿日期：2014-10-14修回日期：2014-12-27編輯：相丹峰

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.15.032

中圖分類號：R54

文獻標識碼：A

文章編號：1006-2084(2015)15-2775-03