脂氧素A4在體外循環期間的變化和相關性分析

魏利娟 馬亞飛 郭仲輝 陳小莉

體外循環(cardiopulmonary bypass, CPB)誘發的全身炎性反應綜合征(systemic inflammatory response syndrome，SIRS)與心臟手術后心臟、肺、腎臟等重要臟器功能不全密切相關，甚至可導致多器官功能障礙或死亡[1]。炎性反應的發生、發展和消退過程與多種細胞介質相關，除了有腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)、白細胞介素-1(interleukin-1，IL-1)、IL-6、IL-8等促炎細胞因子和IL-4、IL-5、IL-10、IL-13等抗炎細胞因子參與外，還有一些特殊的促炎癥消退介質，如脂氧素(lipoxins，LXs)、消退素、保護素以及maresins，也起著非常重要的作用[2,3]。LXs是最早發現的具有抗感染和促進炎癥消退功能的內源性脂質介質，其中脂氧素A4(lipoxin A4，LXA4)是最具特征的一員，被譽為啟動巨噬細胞吞噬的“起始信號”以及抑制中性粒細胞(polymorph nuclear cell，PMN)激活的“剎車信號”[4]。因此本研究擬通過測定心臟瓣膜置換術患者圍術期不同時間點LXA4、TNF-α、IL-6、IL-10和PMN的水平，探討 CPB心臟手術圍術期機體在促炎、抗炎和促炎癥消退3方面相關介質的變化規律和相關性，為早期臨床調控 CPB 觸發的炎性反應、減少其相關并發癥以及增強圍術期安全提供依據。

資料與方法

1.一般資料：本研究經筆者醫院醫學倫理學委員會批準，并與患者家屬簽署知情同意書，選取2017年9月～2018年8月于筆者醫院收治的擬行心臟瓣膜置換的心臟病患者30例，患者年齡38～72歲，ASA分級Ⅱ或Ⅲ級。納入標準：①符合心臟瓣膜病診斷標準和手術指征；②無高血壓、冠心病和糖尿病病史；③左心室射血分數>35%，近1個月內未發生心肌梗死；④無肺、肝臟、腎臟等重要器官功能不全。排除標準：①二次心臟病手術；②肝、腎功能、凝血功能嚴重受損；③術前服用非甾體類抗炎藥、甾體類抗炎藥或免疫抑制劑等藥物影響炎性反應的患者；④哺乳期或妊娠期女性以及惡性腫瘤患者。男性13例，女性17例，患者年齡48.26±10.31歲，體重57.85±11.43kg，ASA分級Ⅱ級10例、Ⅲ級20例，主動脈阻斷時間56.74±26.38min，轉流時間97.19±30.62min，主動脈瓣置換7例，二尖瓣置換12例，雙瓣置換5例，二尖瓣置換+三尖瓣成形6例，機械通氣時間9.24±2.91min，ICU停留時間28.74±5.57min。

2.麻醉與CPB方法：患者麻醉誘導給予咪達唑侖0.05mg/kg、舒芬太尼1～2μg/kg、順苯磺酸阿曲庫銨0.2mg/kg和(或)丙泊酚1mg/kg。誘導后給予氣管插管機械通氣，潮氣量8～10ml/kg，呼吸頻率10～14次/分，維持呼氣末二氧化碳分壓35～40mmHg(1mmHg=0.133kPa)。術中持續靜脈泵入丙泊酚2～5mg/(kg·h)和苯磺順阿曲庫銨0.1mg/(kg·h)，間斷靜脈注射舒芬太尼注射液0.5μg/kg和吸入1%～2%七氟醚維持麻醉，手術過程中維持腦電雙頻指數值40～55。體外循環預充液主要應用乳酸林格注射液、羥乙基淀粉、人血白蛋白。全身肝素化后，ACT>480s開始 CPB。CPB 管理采用淺低溫非搏動性灌注，維持灌注流量在50～70ml/(kg2·min)，平均動脈壓50～80mmHg，血細胞比容23%～25%。應用 Aalst 胰島素輸注方案維持術中血糖<10mmol/L，術中根據食管超聲心動圖調整血管活性藥物和液體輸注維持循環穩定[5]。

3.檢測指標：分別于麻醉誘導前(T1)、CPB 30min(T2)、CPB 停機時(T3)、停機后3h(T4)、6h(T5)、24h(T6)時用全血測定中性粒細胞計數，同時抽血離心取血清應用ELISA 法測定血清中TNF-α、IL-6、IL-10和LXA4的濃度。測定值按校正值=實測值×誘導前HCT值/采樣時HCT測得值進行校正。TNF-α、IL-6 和IL-10檢測試劑盒購自武漢伊萊瑞特生物科技有限公司，LXA4檢測試劑盒購自美國RD公司。

結 果

1.CPB不同時間點LXA4、IL-10、TNF-α、IL-6、PMN的變化情況：與T1時比較，LXA4、IL-10、TNF-α、IL-6、PMN水平在各時間點均明顯升高(P<0.05)，促炎癥消退介質LXA4于T3時達到高峰后逐漸下降，于 T6時再次升高(P<0.05)；抗炎細胞因子IL-10在T3時達到高峰，之后逐漸下降(P<0.05)；促炎細胞因子TNF-α濃度和PMN計數于T4時達到高峰后逐漸下降，于T6時再次升高(P<0.05)；IL-6于T5時達到高峰后逐漸下降(P<0.05)，詳見表1。

表1 不同時點LXA4、IL-10、TNF-α、IL-6、PMN的變化情況

2.圍術期LXA4與IL-10、TNF-α、IL-6和PMN之間的相關性分析：Spearman相關分析顯示，血清LXA4水平與IL-10、TNF-α和PMN計數之間呈相關性(P<0.05)，而血清LXA4水平與IL-6水平之間無明顯相關性(P>0.05)，詳見表2。

表2 圍術期LXA4與其他指標之間的相關性(n=30)

討 論

CPB早期由于血液與非內皮表面接觸，激活內皮細胞、中性粒細胞、單核細胞、淋巴細胞和血小板等細胞防御系統，導致補體、凝血和纖溶系統異常；晚期由缺血再灌注損傷、內毒素血癥、凝血障礙和肝素/魚精蛋白反應等因素導致中性粒細胞-內皮細胞相互作用和過度激活，活性氧、花生四烯酸代謝產物和炎性細胞因子大量釋放，二者共同加重CPB后SIRS的發生[6,7]。中性粒細胞數的激活程度和TNF-α、IL-6、IL-8等促炎細胞因子水平的高低與CPB后 SIRS的嚴重程度密切相關，大量促炎細胞因子的釋放和PMN的聚集可抑制心肌收縮力，降低周圍阻力,加重肺水腫，造成CPB術后心肺功能不全[8,9]。

IL-10作為一種抗炎細胞因子，可作用NF-κB細胞內信號轉導途徑抑制TNF-α、IL-6等促炎細胞因子的合成，發揮其抗炎作用[10]。本研究結果顯示,促炎細胞因子TNF-α濃度和PMN計數于CPB 結束后3h時達到高峰后逐漸下降，于CPB結束后24h再次升高；IL-6于CPB 結束后6h時達到高峰后逐漸下降，且各時間點均明顯高于術前水平，抗炎細胞因子IL-10在CPB結束時達到高峰，之后逐漸下降，且CPB 結束后24h仍高于術前水平，表明CPB術后導致PMN的過度激活，且早期炎性反應期PMN的浸潤與促炎細胞因子的出現幾乎相一致，提示CPB后誘發SIRS的存在，同時機體不斷促進抗炎細胞因子的釋放，以應對過度炎性反應的發生，避免機體促炎/抗炎水平的失衡。

適度的炎性反應是機體抵抗有害刺激的適應反應，可促進炎癥消退和組織的修復，使機體內環境回歸穩態，這種效應依賴于機體內源性抗炎和促炎消退介質的調節作用[11]。LXA4是花生四烯酸通過脂氧合酶途徑產生的代謝產物，其可通過作用蛋白激酶 C、酪氨酸激酶信號轉導及轉錄激活蛋白信號通路、磷脂酰肌醇 3 激酶/蛋白激酶 B、絲裂原活化蛋白激酶、核轉錄因子等多種炎性信號通路抑制炎性因子的釋放和功能，抑制PMN的激活、聚集和浸潤，促進PMN凋亡和清除，增強巨噬細胞活性，促進巨噬細胞吞噬凋亡的PMN和微生物顆粒，且可作用于淋巴細胞、自然殺傷性細胞發揮免疫調節作用，另外還可通過抑制氧化應激、抗細胞凋亡、上調血紅素加氧酶-1等作用減輕心機缺血再灌注損傷[12～14]。

本研究結果顯示，LXA4水平在CPB后明顯升高，在CPB結束時達到高峰后持續降低，但CPB后24h再次升高。而在急性心肌梗死數小時和行腹主動脈瘤手術中開放腹主動脈5min后也可見 LXA4迅速增高，之后降低，24h后再次升高[15,16]。這可能由于CPB術后缺血再灌注、補體激活、內毒素釋放等多種因素促使CPB結束時機體生成LXA4水平急劇增加，以對抗CPB術后SIRS的發生，而CPB過程脂質過氧化水平增加，花生四烯酸代謝產物前列腺素類、白三烯類和血栓素類的生成失衡，均可導致合成LXA4的前體脂肪酸減少，致使LXA4水平在CPB結束后持續降低，之后隨著機體功能的恢復，LXA4水平再次增加以促進炎癥消退。

SIRS是多種體液炎性介質和細胞炎性介質與效應細胞間相互作用而形成的極其復雜的反應過程[17]。研究表明,多種細胞因子(TNF-α、IL-1β、IL-3、IL-4等)刺激可促進脂氧合酶的表達與活性，增加LXA4的生成[18]。而LXA4可與吞噬細胞表面的脂氧素受體結合，通過調節多種炎性信號通路，改變細胞結構，誘導巨噬細胞由M1型向M2型轉化，其中 M1 型巨噬細胞可分泌促炎細胞因子(IL-6、TNF-α等)，加重炎性反應，而M2型可釋放抗炎細胞因子(IL-4、IL-10等)[19]。另外LXA4可增強巨噬細胞的吞噬中性粒細胞的能力，并抑制巨噬細胞自身的凋亡，從而發揮抗炎和吞噬作用，促進炎癥消退[20]。本研究顯示，圍體外循環期間患者血清LXA4水平與IL-10、TNF-α和PMN計數之間密切相關，且LXA4和IL-10更早達到高峰，表明應激反應發生后，機體迅速增強抗炎和促銷退介質的生成，以抑制CPB造成的過度炎性反應。

綜上所述，CPB 可觸發心臟瓣膜置換患者全身炎性反應，表現為中性粒細胞和促炎細胞因子(TNF-α、L-6)水平升高，同時抗炎細胞因子IL-10和促炎癥消退介質LXA4更早被激活，以促進全身炎性反應的消退。由于未檢測生成LXA4的前體脂肪酸和其他促炎癥消退介質的變化，因此有待于進一步分析CPB對促炎癥消退系統的影響。