蛋白酶抑制劑對體外循環瓣膜置換術圍術期胰島素抵抗的影響

江繼端 蔣鵬飛

[摘要] 目的 研究體外循環心臟瓣膜置換術中蛋白酶抑制劑的應用對圍術期胰島素抵抗的影響。 方法 選取2018年5月～2019年5月于我院行體外循環瓣膜置換術患者40例，按隨機數字表法分為烏司他丁組（U組）和對照組（C組），每組各20例。術中U組于CPB前給予烏司他丁1.2×104 U/kg靜滴，C組予等量生理鹽水。兩組分別于CPB前（T1）、CPB 15 min（T2）、主動脈開放后15 min（T3）、CPB后15 min（T4）、手術結束時（T5）5個時間點，抽取橈動脈血及冠狀靜脈竇血，比較兩組間相應時間點血糖、胰島素、血漿TNF-α濃度、心肌葡萄糖凈攝取量、胰島素敏感指數的變化及其之間的關系。 結果 C組患者血糖（橈動脈血糖和冠狀靜脈竇血糖）自CPB開始后明顯增高，U組患者血糖自主動脈開放后15 min顯著增高，兩組患者血糖均于CPB后15 min達峰值;與CPB前比較，兩組患者CPB期間和CPB后胰島素、TNF-α濃度較CPB前均顯著增加。T2～T5，U組血糖、胰島素及TNF-α濃度均顯著低于C組相應時點;心肌葡萄糖凈攝取量于CPB 15 min時開始下降，說明心肌在CPB期間對葡萄糖的攝取和利用發生障礙;胰島素敏感指數均顯著降低，差異有統計學意義（P<0.001）。U組心肌葡萄糖凈攝取量明顯高于C組相應時點，表明U組患者心肌對葡萄糖的利用較C組有明顯改善，差異有統計學意義（P<0.05）。 結論 體外循環心臟瓣膜置換術患者應用蛋白酶抑制劑可顯著降低TNF-α的分泌，減輕胰島素抵抗，增加心肌對葡萄糖的攝取、利用，有利于術中心肌保護。

[關鍵詞] 蛋白酶抑制劑;體外循環;腫瘤壞死因子-α;胰島素抵抗

[中圖分類號] R654.2 ? ? ? ? ?[文獻標識碼] B ? ? ? ? ?[文章編號] 1673-9701（2020）31-0110-04

[Abstract] Objective To study the effect of protease inhibitors on perioperative insulin resistance during cardiopulmonary bypass heart valve replacement. Methods Forty patients who underwent cardiopulmonary bypass heart valve replacement in our hospital from May 2018 to May 2019 were selected and divided into ulinastatin group（group U） and control group（group C） according to the random number table method， with 20 cases in each group. During the operation， group U was given ulinastatin 1.2×104 U/kg intravenously before CPB， and group C was given the same amount of normal saline. Radial artery blood and coronary sinus blood of the two groups were taken at 5 time points before CPB（T1）， CPB 15 min（T2）， 15 min after the aorta opening（T3）， 15 min after CPB（T4）， and at the end of the operation（T5）. The changes of blood glucose， insulin， plasma TNF-α concentration， net myocardial glucose uptake， insulin sensitivity index and their relationship between the two groups at the corresponding time point were compared. Results The blood glucose（radial artery blood glucose and coronary sinus blood glucose） in group C was significantly increased after CPB， and that in group U was significantly increased at the 15 min afteropening of autonomic artery. The blood glucose of both groups reached the peak at 15 min after CPB. Compared with that before CPB， the concentrations of insulin and TNF-α during and after CPB in both groups were significantly increased compared with those before CPB. The concentrations of blood glucose， insulin and TNF-α in group U were significantly lower than those in group C at T2-T5. The net glucose uptake of myocardium began to decrease at 15 min after CPB， which indicated that glucose uptake and utilization were impaired during CPB. The insulin sensitivity index was significantly reduced， and the difference was statistically significant（P<0.001）. The net glucose uptake of group u was significantly higher than that of group C at the corresponding time point， indicating that the utilization of glucose in group u was significantly improved compared with that in group C， and the differences were statistically significant（P<0.05）. Conclusion The use of protease inhibitors in patients undergoing cardiopulmonary bypass heart valve replacement surgery can significantly reduce the secretion of TNF-α， reduce insulin resistance， and increase the uptake and utilization of glucose by the myocardium， which is beneficial to intraoperative myocardial protection.

[Key words] Protease inhibitors; Cardiopulmonary bypass; Tumor necrosis factor-α; Insulin resistance

體外循環（Cardiopulmonary bypass，CPB）是心臟瓣膜置換手術的重要輔助手段，體外循環與術中全身炎性反應的發生關系密切。另一方面，高血糖作為心臟直視手術的一種常見并發癥，一直困擾著人們。其發生原因很復雜，CPB期間胰島素抵抗（Insulin resistance，IR）被認為起著重要作用[1]。目前已有很多研究證實，CPB期間大量產生的炎癥因子如腫瘤壞死因子α（Tumor necrosis factor-α，TNF-α）分泌增加在心肌IR的發生機制中起著重要作用[2-3]。烏司他丁作為一種蛋白酶抑制劑，能有效抑制中性粒細胞激活，并間接抑制TNF-α、白介素6（Interleukin-6，IL-6）等炎癥因子產生，具有較明確的抗炎與器官保護作用[4]，目前已廣泛應用于體外循環心臟瓣膜置換術中。但蛋白酶抑制劑能否通過其抑制炎癥反應的作用對術中IR及血糖的變化產生影響，目前尚未見報道。本研究擬應用蛋白酶抑制劑控制體外循環術中炎癥反應，抑制TNF-α等炎癥因子的分泌，探討體外循環瓣膜置換術中蛋白酶抑制劑對IR的影響，現報道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選擇2018年5月～2019年5月于我院行體外循環心臟瓣膜置換術的患者40例，納入標準：①無糖尿病史，無其他內分泌及代謝異常史者;②無超重及肥胖者;③術前肝腎功能、凝血功能無異常者;④接受首次、擇期體外循環瓣膜置換術者。排除標準：既往有心臟手術史，肝腎功能嚴重受損，有糖尿病史，過敏體質，哺乳及妊娠期婦女等。本研究中所有患者均簽署知情同意書，并經醫院醫學倫理委員會審核批準。

按隨機數字表法分為烏司他丁組（U組）和對照組（C組），每組各20例。兩組患者一般資料比較，差異無統計學意義（P>0.05），具有可比性，見表1。

1.2 方法

患者入手術室后予常規心電監護，建立外周靜脈通道，在局麻下行橈動脈穿刺置管，用于持續動脈血壓監測和動脈血標本采集。所有患者均在氣管插管靜吸復合麻醉及中低溫CPB輔助下進行手術。麻醉誘導：靜脈注射咪噠唑侖（江蘇恩華藥業股份有限公司，批準文號：國藥準字H19990027）0.05～0.10 mg/kg、舒芬太尼（宜昌人福藥業有限責任公司，批準文號：國藥準字H20054172）0.3～0.5 μg/kg、丙泊酚（四川國瑞藥業有限責任公司，批準文號：國藥準字H20030115）1 mg/kg、苯磺順阿曲庫銨（江蘇恒瑞醫藥有限公司，批準文號：國藥準字H20060869）0.1 mg/kg，3～5 min后，肌松完全后插入氣管導管，調整氣管導管位置，呼吸機控制呼吸。術中靜脈持續泵注瑞芬太尼（宜昌人福藥業有限責任公司，批準文號：國藥準字H20030197），間斷靜脈注射苯磺順阿曲庫銨，輔以七氟烷（上海恒瑞醫藥有限公司，批準文號：國藥準字H20070172）吸入維持麻醉。麻醉深度：腦電雙頻指數（Bispectral index，BIS）維持在40～60。術中U組于CPB前給予烏司他丁1.2×104 U/kg靜滴，C組予等量生理鹽水。所有患者均使用Stockert S5體外循環機和Maquet VKMO78000成人膜式氧合器。采用非搏動性灌注，灌注流量范圍為2.2～2.4 L/（m2·min）。行主動脈及上下腔靜脈插管（單純主動脈瓣置換術采用右房插管），常規放置左房引流管。阻斷主動脈后，經主動脈根部灌注心臟停跳液（需行主動脈瓣置換術患者切開主動脈后經左右冠狀動脈灌注），停跳液為4∶1含血冷晶體心肌保護液，每25分鐘灌注1次。

麻醉誘導后行右鎖骨下靜脈穿刺，將單腔20 G深靜脈導管置入右心房冠狀靜脈竇水平（置入長度約17～18 cm），體外循環開始后切開右心房將該導管置入冠狀靜脈竇內，以便采集冠狀靜脈竇血標本[5]。

1.3 標本采集與測定

兩組分別于CPB前（T1）、CPB 15 min（T2）、主動脈開放后15 min（T3）、CPB后15 min（T4）、手術結束時（T5）5個時間點，采集橈動脈血2 mL和冠狀靜脈竇血7 mL，其中橈動脈血及冠狀靜脈竇血標本各2 mL用于血氣分析檢測血糖，余冠狀靜脈竇血5 mL在3000 r/min離心5 min分離出血漿，置入4℃冰箱中保存備用。

將動脈血及冠狀靜脈竇血標本各2 mL利用GEM Premier3000血氣分析儀分別行血氣分析檢測血糖。血漿TNF-α濃度使用酶聯免疫吸附試驗（ELISA）雙抗體夾心法檢測，胰島素濃度采用放射免疫分析法測定。

1.4 數據換算

心肌葡萄糖凈攝取量[Glu（a-v）]=橈動脈血糖（Glua）-冠狀靜脈竇血糖（Gluv）;胰島素敏感指數=1/（I×G），I為胰島素，G為冠狀靜脈竇血糖，以上數值均為同一時間點測定值。

1.5 統計學方法

應用SPSS24.0統計學軟件進行分析，正態分布的連續型變量以均數±標準差（x±s）表示，組間比較使用獨立樣本t檢驗，計量資料以[n（%）]表示，采用χ2檢驗，P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 兩組患者各時間點血糖及心肌葡萄糖代謝比較

C組患者血糖（橈動脈血糖和冠狀靜脈竇血糖）自CPB開始后明顯增高，U組患者血糖自主動脈開放后15 min開始增高，兩組患者血糖均于CPB結束后15 min達峰值，此后逐漸降低，但至手術結束時尚未恢復到CPB前水平。T2～T5，U組患者血糖顯著低于C組相應時點，差異有統計學意義（P<0.05）。主動脈開放后兩組患者心肌葡萄糖凈攝取量均顯著下降，T3～T5，U組心肌葡萄糖凈攝取量明顯高于C組，差異有統計學意義（P<0.05）。見表2。

2.2 兩組患者各時間點TNF-α比較

CPB開始后兩組患者的血漿TNF-α濃度逐漸增加，于主動脈開放15 min達峰值，停CPB后仍顯著高于CPB前。T2～T4血漿TNF-α濃度與T1相比顯著增加，差異有統計學意義（P<0.05）。T2～T5 U組TNF-α濃度顯著低于C組相應時點，差異有統計學意義（P<0.05）。見表3。

2.3 兩組患者各時間點胰島素比較

兩組患者胰島素濃度自CPB開始后顯著增高，于CPB開始后15 min時達峰值，至手術結束時仍顯著高于CPB前。T2～T5，U組胰島素濃度顯著低于C組相應時點，差異有統計學意義（P<0.05）。見表4。

2.4 兩組患者各時間點胰島素敏感指數比較

兩組CPB期間胰島素敏感指數均顯著下降，于主動脈開放15 min時降至最低，此后逐漸升高，但至手術結束時仍顯著低于CPB前。T2～T5，兩組患者的胰島素敏感性較CPB前顯著下降，其中，U組胰島素敏感指數明顯高于C組相應時點，差異有統計學意義（P<0.05）。見表5。

3 討論

體外循環心臟手術由于麻醉與手術的劇烈創傷、體外循環管路對血液的刺激、體外循環中的低體溫與血液稀釋及非生理性灌注、心肌缺血再灌注損傷等因素使應激激素和TNF-α等炎癥介質的分泌大量增加，引起全身炎癥反應，同時細胞對胰島素的敏感性降低，導致IR的產生，血糖顯著升高[6-7]，心肌對葡萄糖的攝取及氧化利用減少，造成術后心肌功能受損。有研究表明，體外循環期間的缺血心肌是TNF-α等炎癥介質的重要來源[8-9]。

蛋白酶抑制劑是一種重要的圍術期抗炎癥和臟器保護藥物，可減少促炎因子、增加抗炎因子，調節促炎與抗炎平衡，從而減輕炎癥反應和心肌缺血再灌注損傷。其中烏司他丁最為常用，目前已廣泛應用于各種體外循環手術。目前已有研究表明，烏司他丁對體外循環心臟手術中的炎癥反應有明顯抑制作用[10]。石佳等[11]研究發現烏司他丁可顯著抑制體外循環手術中TNF-α等炎癥介質的分泌。周濤等[12]研究發現，烏司他丁可減輕犬體外循環手術后的胰島素抵抗，該作用與烏司他丁減輕機體炎性反應有關。

本研究結果顯示，CPB開始后兩組患者血漿TNF-α濃度均顯著增加，但U組患者TNF-α增高程度明顯低于C組，表明烏司他丁可顯著抑制體外循環瓣膜置換術中TNF-α等炎癥介質的分泌。與石佳等[11]、周濤等[12]的研究結果一致。

本研究結果顯示，兩組患者CPB開始后血糖和胰島素濃度均明顯增高，表明心內直視手術中血糖升高不是由胰島素分泌減少所致，而是由于機體對胰島素的敏感性降低引起的。兩組患者胰島素敏感指數和心肌葡萄糖凈攝取量的變化表明CPB開始后心肌對胰島素的敏感性較CPB前明顯降低，心肌對葡萄糖的攝取及氧化利用發生嚴重障礙，說明CPB期間發生了嚴重的胰島素抵抗。同時TNF-α分泌程度與IR程度的變化基本一致，表明TNF-α在IR的發生中起了重要作用。大量資料表明，在腫瘤、感染、創傷等病理情況下，機體的TNF-α水平明顯增高，并呈現明顯的IR狀態[13]，表明IR的發生與TNF-α含量的升高密切相關。臨床實驗結果也從多方面揭示，TNF-α有明顯抑制胰島素的作用[14-15]。本研究結果顯示，U組相對C組TNF-α分泌明顯減少，胰島素抵抗程度也相應減輕，這一結果說明，蛋白酶抑制劑能明顯減輕體外循環瓣膜置換術中IR的程度，其作用可能與抑制CPB期間炎癥反應有關。

綜上所述，在體外循環心臟瓣膜置換手術中應用蛋白酶抑制劑，可有效抑制TNF-α等炎癥介質的分泌，減輕IR的程度，增加心肌對葡萄糖的攝取及利用，從而有利于保護心肌功能。

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（收稿日期：2020-07-22）