體外循環相關的血液保護現狀研究

， ，，

體外循環(cardio pulmonary bypass，CPB)為心血管手術的發展奠定了基礎，極大地促進了心臟外科的發展，并在心臟及大血管手術中具有舉足輕重的意義，盡管如此，隨著研究的深入，一些問題漸漸被發現，在體外循環過程中炎癥介質的釋放導致人體凝血系統、炎癥反應系統被激活，進而發生凝血作用異常，紅細胞和血小板大量破壞后出現功能異常，從而延長了機械通氣時間和住院時間，引發術后出血，增加血液輸注，導致急性腎損傷、急性肺損傷，甚至危及病人生命。此外，異體輸血還會增加感染病毒性肝炎、艾滋病等風險，同時也會激活炎癥基因的表達，使機體陷入惡性循環[1]，如果術中、術后異體輸血過程中出現過敏反應可能是致命的。因此，采取綜合全面的血液保護措施，減少術后出血和同種異體輸血成為亟待解決的問題[2]。本研究就CBP對血液成分造成的影響以及近年來人們為應對這種破壞而采取的一系列措施進行總結。

1 CPB對血液成分的影響及其機制

1.1 CPB對紅細胞的影響 體外循環情況下，血液經過由滾軸泵、氧合器、微栓濾器、插管管道等體外循環裝置時，血液持續暴露于非生理性湍流流場及驟然變化的剪切力，由于與管壁碰撞、剪切、壓差等原因使紅細胞發生損傷，以及血液進入氧合器時流動的血液與氣體接觸時的剪切力也使紅細胞發生破壞；負壓輔助引流和術中左、右心房吸引使紅細胞處于負壓環境中，當負壓大于1/3大氣壓時可引起紅細胞破裂[3]；使用生物相容性低的人工材料，此外，還有炎癥反應過程中炎癥介質對紅細胞膜的攻擊，均可誘發紅細胞變形、細胞膜損傷、破裂，甚至發生急性溶血。

1.2 CPB對白細胞的影響 當血液通過體外循環管路等異物時，釋放大量炎癥介質，白細胞在多種介質(血小板激活因子、凝血酶、組胺等)參與下被激活，激活的白細胞可釋放花生四烯酸、細胞內顆粒蛋白酶、氧自由基等誘發全身炎癥反應，引起溶血，從而導致組織及腦、肺、腎等重要器官損傷[4]。

1.3 CPB對血小板影響 由于預充液的稀釋、肝素和魚精蛋白的應用、血流剪切應力、血液與非生物相容性管道接觸以及滾壓泵對血小板的直接破壞等，血小板被激活，活化的血小板沉淀在濾網表面及內臟器官內，形成大量栓子，致使血液中血小板數量急劇下降，血小板黏附、聚集功能受損，這也是引起CPB術后出血及栓塞事件的重要原因[5]。

1.4 CPB對纖溶系統的影響 CPB管道內的血液與非生理性人工材料接觸，可觸發接觸途徑激活，導致纖溶系統亢進，使纖維蛋白原轉變為纖維蛋白，導致組織纖溶酶原激活劑(t-PA)釋放，纖溶系統啟動，增加纖維蛋白沉積，此外，血液稀釋可引起凝血-纖溶系統的激活，導致繼發性纖溶亢進產生凝血酶，纖維蛋白原轉變成纖維蛋白[6]。

2 血液保護措施

2.1 體外循環預充液 20世紀50年代體外循環開始發展時采用全血預充管道系統，但發現轉機后血液破壞嚴重，術后并發癥多，血液需求量大。20世紀70年代晶體膠體混合預充液應用于臨床，血液稀釋大大減低了體外循環的并發癥且減少庫血應用，節省了血液資源。為減輕機體基礎代謝的氧耗，低溫廣泛應用于體外循環。研究表明：隨著溫度降低，血液黏滯度逐漸升高，溫度每下降10 ℃，血液黏滯度增加20%～25%，導致外周阻力增加，影響重要組織及器官的有效灌注，這也是造成術后器官損傷的重要因素[7]。中深度血液稀釋可明顯降低血液黏滯度，使紅細胞能夠懸浮在血液中，不易發生聚集、破裂，減少并發癥。在體外循環過程中采用液體預充技術，達到血液稀釋的目的，降低血液黏滯度，增加組織、臟器的灌注，減少并發癥，但是過度血液稀釋，可能減少重要組織器官氧供，導致重要器官缺血、缺氧、水腫，從而引發功能障礙。因此一個安全的稀釋濃度是血液保護的關鍵。 由于術前禁飲食，手術當天病人血液呈濃縮狀態以及心臟手術中出血量大，合理范圍的血液稀釋，降低單位血中血紅蛋白含量，在單位失血量的同時不僅能顯著降低術中血紅蛋白丟失量，保證重要組織、器官的氧供及血液灌注。減少血制品用量，避免異體血使用所造成的各種輸血相關不良反應，同時還能減輕血液炎性因子激活和釋放，減輕炎癥反應，降低血液黏性，利于組織灌注，是臨床上普遍應用的體外循環技術和血液保護方法。目前臨床上常用的膠體預沖液包括乳酸林格液、琥珀明膠和羥乙基淀粉。各種液體不同程度血液稀釋后對術中、術后凝血功能的影響以及對血小板的功能是否有影響，最佳稀釋范圍需要進一步明確。卞璐瑜等[8]研究表明，預沖液不同程度的稀釋對凝血功能影響不同，30%的血液稀釋可使整體凝血功能維持一個正常范圍，當血液達到50%稀釋時，凝血功能顯著下降，因此在臨床工作中，30%的血液稀釋可能是血液稀釋的一個安全范圍。同時，選擇不同預沖液對術后凝血功能的影響也存在一定差異。與乳酸林格液相比，琥珀明膠和羥乙基淀粉能夠明顯地影響凝血功能，且羥乙基淀粉作用更加明顯，琥珀酰明膠和羥乙基淀粉對凝血功能的影響機制可能具有抗血小板作用，減少血小板糖蛋白表達；影響血小板啟動凝血系統的功能。

2.2 急性等容血液稀釋(acute normovolemic hemodilution，ANH) ANH是指在病人麻醉到開胸前，根據病人的血細胞比容、體重及估計術中及術后失血量，由靜脈或動脈取一定量的血液，同時從另一條輸液通路輸入與采血量相等的膠體液，維持病人正常的滲透壓以及血容量[9]。該方法同樣利用血液稀釋理論，達到減少術中及術后紅細胞、血紅蛋白的丟失以及減少異體輸血，此外，放出的自體血由于不與體外循環泵管的直接接觸，血液中的血小板、白細胞以及炎癥介質未被激活，避免了炎癥反應，且回輸后起到止血作用，同時ANH可以稀釋自身血細胞，減輕CPB對紅細胞的破壞，減輕炎癥反應[10]。ANH廣泛用于臨床各個外科的一個最大優勢是其技術比較成熟，成本低。但ANH也存在一些局限性，例如貧血、菌血癥、膿毒癥、低射血分數以及其他風險[11]，但其卻避免了同種異體輸血帶來的風險。但對于心臟手術的病人應嚴格把握其適應證及禁忌證。ANH主要適應證[12]：①擇期手術病人，尤其適合于術前血細胞比容高的病人；②曾有輸血反應以及有免疫抗體形成的病人；③稀有血型或配血困難者；④高度出血風險的病人；⑤拒絕輸血的病人。禁忌證主要包括：①存在膿毒癥或發熱的病人；②存在貧血或血細胞比容低下的病人；③存在慢性阻塞性肺部疾病以及慢性肺心病的病人；④既往有發生過遲發型獻血相關暈厥史；⑤腫瘤病人，特別是懷疑有瘤體破裂或有癌栓形成的病人；⑥有高血壓或冠心病、心律失常等嚴重心功能不全的病人；⑦有嚴重肝腎功能不全者。

2.3 自體血小板分離回輸的應用 絕大多數的心內直視手術需要使用體外循環，體外循環開始時，引入體外循環機的血液與泵管大面積接觸，使血小板和凝血系統激活，加之體外循環泵對血液及血小板的破壞，使術后血小板水平下降，出血增加。Tsujita等[13]研究表明在體外循環轉流10 min，血液中無功能血小板顯著增加，正常功能型血小板數量顯著降低。體外循環時間越長，術后出血傾向就越大，因此有學者提出在麻醉誘導完成后，全身肝素化前可以應用自體血小板分離回輸技術將自身血小板采集，使用Cell saver 的耗材，枸櫞酸鈉抗凝，開展三個采集循環，在肝素化之前完成血小板分離，形成濃縮紅細胞、血漿和富含血小板血漿三種成分，類似急性等容性血液稀釋，在采血的同時給予等容量的膠體液，以維持循環穩定[14]。但術前血小板分離技術優于這種全血采集方式。分離出來的血液成分保存簡單，除血小板以外的所有血液成分可以常溫保存6 h，血小板的保存需要室溫(22±2)℃下的輕微振蕩保存，時限6 h。在體外循環術后，魚精蛋白中和后，血小板回輸，糾正術后因血小板降低而導致的凝血功能障礙。羅智超等[15]對72例主動脈夾層(Stanford A)病人行全主動脈弓置換術，術中均使用自體血小板分離技術，術后輸自身血制品，結果表明：血小板分離量及分離前后激活全血凝固時間(activated clotting time of whole blood，ACT)值差異不明顯，術中出血及用血差別不明顯，但術后血小板數量遠高于對照組，由于自體血的使用，在總的輸血量差異不大的情況下，自體血的使用節省了血液資源。但自體血小板回輸技術使用有其安全性和局限性[16]。目前，尚未有確切證據證明術前提取多少血小板能夠達到血液保護的目的；心臟外科病人的特殊性，例如，病人長期口服抗凝藥物以及不同等級心功能病人每次提取的血小板量，這些安全問題也有待驗證。

2.4 CPB期間“血液麻醉藥物”的應用 術前，運用藥物選擇性抑制血液中某些成分，使血液成分中的炎癥介質不被激活或者處于“冬眠狀態”，亦或是暫時停止CPB過程中的凝血過程的進展及全身炎癥反應，待體外循環結束后又被重新“復蘇”，由于此過程類似于麻醉過程，因此又稱“血液麻醉藥物”。目前該類藥物主要包括：鹽酸戊乙奎醚、烏司他丁、抗纖溶劑，鹽酸戊乙奎醚是一種長效的抗膽堿能藥物，可能是通過抑制白細胞介素-6(IL-6)、腫瘤壞死因子-α(TNF-α)的產生及激活來抑制體外循環術后的炎癥反應，減少術后并發癥[17]；烏司他丁為一種廣譜酶抑制劑，通過抑制體外循環過程中受損內皮血管釋放的炎癥介質來發揮抗炎作用，同時能有效清除氧自由基，起到抗炎及重要器官的保護作用[18]；抗纖溶劑可通過抑制凝血途徑從而達到減少凝血因子消耗，以及抑制纖溶系統亢進等過程來達到血液保護的目的。

2.5 抗纖溶劑的使用 體外循環過程中大劑量的肝素化直接激活纖溶系統，同時抑制抗纖溶酶，打破纖溶系統-抗纖溶系統的平衡，使體外循環過程中全身血液處于低凝狀態，體外循環停機后使用魚精蛋白中和肝素后，纖溶酶很快恢復到正常活性，但抗纖溶酶在停機后42～72 h才能恢復正常，同時一些炎癥釋放因子激活組織性纖溶酶原激活物(t-PA)，將絡氨酸纖溶酶原轉變為纖溶酶，促進纖維蛋白的降解，此時體內處于纖溶亢進時期。因此抗纖溶劑的使用是血液保護的關鍵一步，臨床上使用的抗纖溶劑包括抑肽酶(aprotinin，AP)、氨甲環酸(tranexamic acid，TXA)等，抑肽酶曾被認為是最有效的抗纖溶劑，尤其是在二次開胸止血的手術中，有Meta分析表明，大劑量抑肽酶能顯著降低72%濃縮紅細胞的使用，且可使術中總出血量降低53%，同時使用抑肽酶對手術死亡率、心肌梗死、腎衰竭沒有影響，且有益于降低術后中風等發生率[19]，但隨后越來越多的學者發現，病人術后腎功能不全的發生率有所增加[20]，病人30 d內死亡率升高；Brown等[21]研究表明每100例接受抑肽酶治療的心臟病病人中，就有5例在術后早期出現血清肌酐升高，但并不增加術后腎衰竭的發生率。很多研究表明大劑量抑肽酶的使用優于任何劑量氨基己酸的治療，但與氨甲環酸的作用相近，2007年以后，不斷有文獻報道抑肽酶會增加病人30 d內死亡率，導致其應用前景受限，但由于其對高出血風險病人以及大出血病人止血方面的優勢，2011年—2012年歐洲及加拿大重新將其引入臨床，同時加強對抑肽酶的監管，目前在國際上，抑肽酶也有重新進入臨床的可能。一項Meta分析[22]將前瞻性隨機對照試驗與觀察性試驗合并，研究發現，與對照組相比，氨甲環酸能顯著降低47%濃縮紅細胞用量、67%血制品用量以及48%二次手術的發生率。氨甲環酸的作用與抑肽酶相似，是目前應用最廣泛的抗纖溶藥。氨甲環酸是一種賴氨酸類似物，通過競爭性占領纖維蛋白原或纖維蛋白與血小板受體上的賴氨酸結合位點從而對纖溶酶產生競爭性抑制作用；同時通過抑制纖溶酶對血小板上GpIb受體的作用，保持血小板形態的完整，維持血小板具有聚集、黏附等功能[23]。

在體外循環過程中，血小板聚集、激活，釋放纖溶酶原、纖維蛋白原等觸發炎癥反應，導致血液中血小板數量減少、功能降低，也是造成術后出血的重要原因，血小板抑制劑可通過抑制血小板受體復合物與纖維蛋白的交聯，從而抑制血小板破壞。去氨加壓素(DDAVP)是人體精氨酸加壓素的衍生物，能增強血小板功能并激活凝血因子Ⅷ，達到止血功效，有研究證實去氨加壓素能輕度減少術中出血，但不能減少術后異體血的輸注[24]。

2.6 超濾技術的應用 體外循環下，由于大量預充液的輸入，使機體處于一種稀釋性低凝狀態，表現為低濃度的纖維蛋白原和凝血因子。超濾技術是利用半透膜將血液中水分及小分子物質濾出體外，而大分子物質如血紅蛋白、血細胞、白蛋白等物質則不能被濾出，類似于腎臟中原尿的形成；此外，超濾還能有效濾出絕大多數的炎癥介質、血尿素氮、肌酐等小分子有害物質，降低血液中的炎性介質如補體、白細胞介素-1(IL-1)、白細胞介素-6(IL-6)、白細胞介素-8(IL-8)等的釋放，從而減輕炎癥因子對凝血系統的激活，降低腎臟負擔[25]；一定程度上增加血細胞比容和血漿蛋白濃度，提高血液攜氧能力；增加血小板及凝血因子含量，有利于凝血恢復，降低了異體輸血量。然而，超濾也有濾出電解質的風險，因此術中需檢測血氣分析指標，并注意補充鉀離子及鈣離子[26]。常規超濾技術由于其連接管道不經過體外循環機的滾輪泵，無法準確控制進入超濾器的血流量，在常規超濾的過程中部分血液分流入超濾器，導致組織灌注減少。因此，需要適當提高灌注流量以保證組織器官的正常灌注。由于常規超濾出的液體量少，達不到降低炎癥介質及代謝產物的效果，在濃縮血液方面的功能有局限，因其有效濾過壓難以掌握，有可能加劇血細胞的破壞。改良超濾技術則運用腎小球濾過原理，避免了血液分流，不影響術中器官灌注，更加有效濾出體內的水及代謝廢物[27]。

3 結 語

綜上所述，體外循環過程的血液保護是多方面的綜合措施，旨在減少凝血因子激活、消耗，減少術中、術后出血，減少異體輸血，達到血液保護的目的，其中最重要的是改變術者輸血的觀念，嚴格執行外科輸血規則，重視各種血液保護措施的運用，才能真正達到血液保護目的；心臟手術過程中及術后因輸血引起的過敏性休克甚至心臟驟停等嚴重并發癥在臨床上并不少見，心臟手術中，如何合理使用血制品，這也是非常值得探討的一個問題。