小兒主動脈縮窄圍術期泛素羧基末端水解酶L1的變化與臨床意義

童 峰 李 磊 趙 濤 李曉峰 劉迎龍*

(1.首都醫科大學附屬北京兒童醫院心外科，北京 100056；2.首都醫科大學附屬北京安貞醫院小兒心臟中心， 北京 100029)

體外循環(cardiopulmonary bypass,CPB)引起腦損傷可導致住院時間延長、住院費用增加、病死率和其他合并癥增加[1]。監測腦損傷標志物有利于嬰幼兒CPB相關腦損傷的早期診斷和治療。神經元特異性烯醇化酶(neuron specific enolase，NSE)，膠質蛋白S-100β和髓鞘堿性蛋白等腦損傷標志物由于敏感度和/或特異性不高，使其臨床應用仍受限[2]。泛素羧基末端水解酶L1(ubiquitin carboxyl-terminal esterase-L1,UCH-L1)在神經元中表達豐富，是泛素蛋白酶體系統中一種重要的去泛素化酶，對維持神經軸突功能的穩定起重要作用[3]。本研究關注小兒主動脈縮窄圍術期血清UCH-L1變化特點，初步評估UCH-L1在小兒中度低溫停循環(moderate hypothermia circulatory arrest，MHCA)/選擇性腦灌注(selective cerebral perfusion，SCP)相關的腦損傷中是否是一種有效的血清標志物。

1 對象與方法

1.1 研究對象

納入標準：診斷為單純主動脈縮窄(aortic coarctation，CoA)或合并心內畸形的CoA患兒，并同意參與研究。排除標準：年齡>6歲，生后Apgar評分<7分，術前有明顯神經系統異常表現，術前左室射血分數<35%，染色體異常，二次手術，術前腎功能不全。根據納入和排除標準，在2012年1月-2013年6月在首都醫科大學附屬北京安貞醫院小兒心臟中心住院手術的患兒共43例。其中4例血液樣本顯示明顯異?；蛉苎仨殎G棄，最終共納入39例。將研究對象分為2組：A組為單發主動脈縮窄的患者，未行CPB；B組包括合并室間隔缺損或其他心內畸形的主動脈縮窄患者，需要進行中度低溫停循環聯合SCP操作。本研究經醫院醫學倫理委員會批準并獲得所有參與者父母的同意。

1.2 麻醉、灌注技術

所有患兒采取相同的麻醉管理策略。B組患兒CPB平均灌注壓維持在40～60 mmHg(1 mmHg=0.133 kPa)；在主動脈阻斷后，鼻咽溫降至23～26 ℃，直腸溫降至24～28 ℃行SCP，調整動脈灌注流量為20～30 mL·kg-1·min-1,SCP期間嚴格按照安貞醫院常規操作[4]。手術期間不應用負壓吸引而采用節血過濾裝置，手術結束后不進行自體輸血。

1.3 手術操作

兩組均采取標準的外科操作技術：所有患兒的手術通過典型的左胸后外側切口或胸部正中切口進行，根據主動脈弓形態決定主動脈弓和降主動脈吻合方法[5]。

1.4 監護與數據采集

患兒麻醉誘導后將近紅外光譜探頭(Niro200; Hamamatsu Photonics公司,日本)置放在患兒的雙側前額處記錄腦組織氧飽和度(brain tissue oxygen saturation，ScO2)，B組在手術中的6個不同時點記錄，A組僅記錄t1和t6時點ScO2值(t1: 麻醉誘導后,t2: CPB后5 min, t3:SCP后5 min,t4: SCP停止后5 min, t5:CPB停止后5 min, t6:外科關胸)。

在另外6個不同時點(T1:麻醉誘導后，T2：外科關胸，T3：術后2 h，T4：術后8 h，T5：術后24 h，T6：術后48 h)，從中心靜脈導管取血并離心(離心半徑13.5 cm，3 000 r/min，15 min)分離血清。使用相應商品化試劑盒酶聯免疫吸附測定法測定血清UCH-L1，S100β和NSE濃度[5]。

術后患兒被轉送到ICU；所有患者在術后8 h，脫離呼吸機后6 h及出院前進行改良格拉斯哥昏迷評分(James’ adaptation of Glasgow coma scale，JGCS)測定，評估腦損傷的嚴重程度。神經系統合并癥被定義術后新出現的神經癥狀或體征，在出院后30 d內或住院期間的死亡定義為早期死亡。

1.5 統計學方法

2 結果

2.1 術前分組資料

兩組間性別和年齡與術前比較，差異無統計學意義(P>0.05)，B組手術時體質量與A組比較，差異有統計學意義(P<0.05)。其中A組合并畸形：主動脈發育不良1例，主動脈二瓣化畸形1例，卵圓孔未閉1例，動脈導管未閉10例，二尖瓣狹窄2例，氣管狹窄1例；B組合并畸形：主動脈發育不良3例，主動脈二瓣化畸形5例，室間隔缺損14例，房間隔缺損6例，動脈導管未閉11例，部分心內膜墊缺損1例，主動脈瓣下隔膜2例，肺動脈吊帶1例，二尖瓣狹窄1例，腭裂1例，氣管狹窄2例。

A組降主動脈阻斷時間(23.76±5.94)min與B組(34.27±8.74)min比較，差異有統計學意義(P<0.05)。B組CPB和主動脈阻斷時間分別為(137.50±26.99) min，(71.32±12.71) min。B組術后呼吸機輔助通氣時間和住院時間較A組明顯延長(t=9.403，P=0.034)。兩組患兒術后均無死亡，詳見表1。

表1 術前兩組主動脈縮窄患兒臨床資料Tab.1 Clinical data of patients with aorticcoarctation in two groups

groupA: CoA patients without CPB;groupB: CoA patients with SCP combined with intracardiac malformations；CoA:aortic coarctation;SCP:selective cerebral perfusion.

2.2 兩組ScO2濃度變化

兩組間麻醉誘導后ScO2差異無統計學意義(P=0.939)。B組ScO2在CPB開始后有增加，并在降溫期間保持在同一較高水平，在復溫階段ScO2逐漸下降到最低點。另一方面，A組患者在整個手術操作過程ScO2沒有顯著的變化 (圖 1)。

圖1 兩組不同時點ScO2變化

ScO2：cerebral tissue oxygen saturation；t1:induction of anesthesia;t2: 5 min after cardiopulmonary bypass;t3: 5 min after selective cerebral perfusion;t4: 5 min after selective cerebral perfusion;t5: 5 min after stopping cardiopulmonary bypass;t6: surgical closure.

2.3 兩組血清UCH-L1，S-100β和NSE的濃度變化

麻醉誘導后2組患者血清生物化學指標間差異無統計學意義(P>0.05)。A組術前、術后不同時點的血清S100β濃度差異無統計學意義(t=9.003,P=0.690)，而術后2 h的血清NSE濃度和術后2 h,8 h血清UCH-L1濃度較術前升高，差異有統計學意義(P<0.05)。B組術后UCH-L1，S-100β蛋白和NSE濃度較術前顯著增加(P<0.01)；NSE和S100β蛋白血清濃度峰值在術后2 h，而UCH-L1血清峰值濃度出現在術后8 h。在B組中血清UCH-L1蛋白水平從基線時間到手術后8 h持續增加，但術后24 h即基本恢復基線水平，術后24 h兩組間UCH-L1水平差異無統計學意義(t=11.841,P=0.791；F組間=8.9，P組間=0.005)(圖2)。兩組間比較，B組術后S100β蛋白有顯著升高，差異有統計學意義(t=8.355,P=0.003)；B組S100β蛋白水平自術后2 h下降，至術后48 h恢復至基線水平，術后24 h兩組間差異無統計學意義(t=7.416,P=0.750；F組間=17.4，P組間<0.001) (圖3)。B組NSE水平術后波動較大，且術后48 h均值低于A組水平(F組間=1.153，P組間=0.29)(圖4)。

圖2 不同檢測時點血清UCH-L1濃度變化Fig.2 Changes in serum UCH-L1 concentration atdifferent points

*P<0.05vsgroup A；UCH-L1：ubiquitin carboxyl-terminal hydrolase L1；T1: induction of anesthesia；T2：surgical closure；T3：2 h after the operation；T4：8 h after the operation；T5：24 h after the operation；T6：48 h after the operation.

2.4 2組血清UCH-L1和S-100β蛋白與CPB時間相關性分析

B組中UCH-L1和血清S-100β蛋白的峰值水平與CPB時間長短相關(r=0.575，P=0.005),(r=0.453，P=0.034)，與降主動脈阻斷時間不相關。

2.5 2組患兒JGCS評分及預后

兩組術前JGCS評分均為15分，術后8 h JGCS A組為(14.06±0.83)分，B組為(13.82±1.18)分，2組間差異無統計學意義(P>0.05)；其中在B組中4例患者JGCS評分<12分，而在A組中沒有患者的得分低于12分。在患者脫離呼吸機后6 h， 2組JGCS評分差異無統計學意義(P=0.205)，出院前評分均達到15分。所有患者未出現抽搐，偏癱等嚴重神經系統癥狀體征，而B組中3例患者術后發生譫妄狀態，所有患者未遺留不可逆轉的神經系統功能障礙。

圖3 不同檢測時點血清S100-β濃度變化Fig.3 Changes in serum S100-β concentration atdifferent detection points

*P<0.05vsgroup A；T1: induction of anesthesia；T2：surgical closure；T3：2 h after the operation；T4：8 h after the operation；T5：24 h after the operation；T6：48 h after the operation.

圖4 不同檢測時點血清NSE濃度變化Fig.4 Changes in serum NSE concentration at different points

*P<0.05vsgroup A;NSE：neuron specific enolase；T1: induction of anesthesia；T2：surgical closure；T3：2 h after the operation；T4：8 h after the operation；T5：24 h after the operation；T6：48 h after the operation.

3 討論

CPB造成的腦組織損傷與CPB的低灌注狀態、全身炎性反應、腦血管栓塞、缺血/再灌注損傷, 代謝物積聚及興奮性氨基酸(excitatory amino acids,EAA)增加等因素有關[6]。而小兒神經細胞的樹突和軸突少而短，更易受缺血、缺氧等影響而發生不可逆性凋亡壞死，所以先天性心臟病術后如注意力，行為問題、學習困難、高級整合功能障礙等仍然常見[7]。心臟手術患兒術中及術后早期大多處于全身麻醉或鎮靜狀態，且需呼吸、循環支持，常規影像學檢查如頭部CT等往往難以實現，使得CPB相關腦損傷的早期診斷很困難。從受損的腦組織中釋放的生物標志物在腦脊液中的監測較準確，干擾因素少，但臨床獲取標本較困難,而血清相對容易獲取。監測血清中S-100β蛋白，髓鞘堿性蛋白(myelin basic protein, MBP)，NSE等臨床應用較多，但易受多種因素干擾，致其特異度和/或敏感度有限。

相關研究[5，8]發現腦損傷后UCH-L1可大量釋放到外周血或腦脊液中，腦脊液中UCH-L1升高與腦缺血再灌注損傷相關，同時其升高的水平可反映顱腦損傷后血腦屏障損傷程度。Arnaoutakis等[9]在CPB動物模型中發現深低溫停循環(deep hypothermia circulatory arrest,DHCA)后血清中UCH-L1明顯升高，升高幅度與DHCA時間相關，術后8 h風險預測臨界值為3.9 ng/mg。而血清UCH-L1水平與SCP后腦損傷的關系，以及和其他常用指標的相關性研究仍鮮有報道。本研究分析了血清UCH-L1水平與多種臨床因素(包括CPB時間，術中腦氧飽和度等)和其他腦損傷生物標志物間的關系。結果表明，術后血清UCH-L1水平在B組患者明顯高于A組，其變化趨勢與常用腦損傷生物標志物有趨同性；并且其升高幅度和CPB時間等呈正相關。B組血清 UCH-L1水平升高可能是在CPB過程中神經細胞損傷和腦毛細血管通透性增加使其釋放到外周血液。這種變化與CPB手術圍術期諸多腦損傷因素有關[10]。A組中血清UCH-L1和S-100β水平始終保持在術前正常范圍，僅血清NSE濃度與術前相比有顯著升高。這樣的研究結果表明，非CPB手術是一種更符合生理而且創傷小的過程，符合臨床實際。而與A組患者相比， B組患者UCH-L1的升高則反映了長時間的CPB可引起腦損傷；同時在B組中手術后各種血清標志物濃度隨著時間變化的過程是不同于A組的。這些變化可能基于腦部的解剖基礎。膠質細胞終足與毛細血管內皮緊密相連參與血-腦脊液屏障的組成，腦組織受到缺血、缺氧打擊后，血-腦脊液屏障破壞，此時星形膠質細胞中的S100β釋放入血。同時膠質細胞作為神經元與血管之間代謝物質的轉運站，使存在于神經元細胞中的UCH-L1和NSE需經過它釋放入血。本研究結果中B組血清UCH-L1峰值濃度出現在術后8 h，而為NSE和S100β血清峰值濃度出現在術后2 h。NSE的血清峰值濃度較UCH-L1提前出現考慮可能與外源性污染有關。

目前研究[11-13]已表明血清S-100β和NSE水平的升高可以由外源性污染引起。為減少其他來源的S-100β蛋白污染，本研究在手術中不用心內吸引而采用血液回收過濾系統，以減少對檢測結果的干擾。CPB不可避免引起一定程度的溶血，為了減少溶血對研究結果的影響，所有患者均未進行自體輸血，術后出現明顯溶血時也被排除在研究之外。雖然UCH-L1在卵巢，睪丸和神經內分泌細胞中可以檢測到，但其在大腦中的含量更豐富，且特異性更高[3]；同時大腦較其他器官對缺血、缺氧的耐受力差，所以心臟手術后早期血清UCH-L1濃度的升高更可能是由腦組織損傷引起的[14-15]。

在這項研究中手術后血清UCH-L1水平和術后神經功能評分之間的相關性不大，考慮與研究樣本較小和GCS對輕度腦損傷的診斷效率有關。由于時間和研究條件限制沒有進行中遠期神經認知功能評估，但進一步完善相關神經系統檢查很有必要。綜上所述，在本研究中小兒主動脈縮窄患者行MHCA/SCP后可出現血清UCH-L1濃度的升高，其與S100β，NSE等的變化有一定的趨同性，其可能成為一具更好特異性敏感性的腦損傷血清標志物。

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