低分子肝素對心臟手術患者血清炎性因子、氧化應激和肺表面活性因子的影響研究*

侯思雨，郭子健，王昀璐，劉淑亞

(1.首都醫科大學附屬北京安貞醫院/北京市心肺血管疾病研究所，北京 100029；2.北京大學口腔醫院,北京 100081；3.首都醫科大學附屬北京朝陽醫院,北京 100020；4.北京佳禾口腔醫院,北京 102218)

在目前的臨床實踐中，由體外循環(CPB)所致的肺損傷是心內直視手術較為常見的并發癥，也是導致術后患者死亡的常見原因[1-2]。由CPB引發的全身炎癥反應綜合征(SIRS)可能是CPB所致肺損傷的關鍵因素之一，SIRS會引發過量自由基的表達，進而促進多種炎性因子的釋放[3-4]。低分子肝素是當前臨床上用于預防深靜脈血栓形成、手術后血栓栓塞及肺栓塞的常用藥物，近年來也在膿毒血癥的診治領域中得到應用[5-6]。然而，目前對低分子肝素抗炎、抗血栓及抗氧自由基的藥物作用機制還缺乏較為深入的研究和探討。基于此，本研究選取2015年1月至2018年1月首都醫科大學附屬北京安貞醫院住院的單獨主動脈瓣狹窄手術診治患者170例作為研究對象，通過檢測手術患者血清肺表面活性因子、氧化應激、肺功能相關指標，分析低分子肝素對心內直視手術患者外周血炎癥細胞因子、氧化應激指標、肺表面活性因子水平的影響，旨在為臨床診治提供理論基礎。

1 資料與方法

1.1一般資料 選取2015年1月至2018年1月首都醫科大學附屬北京安貞醫院住院的單獨主動脈瓣狹窄手術診治患者170例作為研究對象，所有患者都由同一組醫師完成手術，術后均康復出院。將患者隨機分為治療組和對照組，每組85例。2組患者性別、年齡、體重、心胸比及術前血氧分壓(PO2)等一般資料比較，差異均無統計學意義(P>0.05)。見表1。納入標準：(1)年齡小于60歲；(2)術前超聲心動圖檢查顯示，主動脈瓣口中度狹窄(面積為1.0～1.5 cm2)，具備主動脈瓣置換術適應證；(3)紐約心功能(NYHA)分級Ⅱ～Ⅲ級；(4)患者及家屬均簽署《臨床研究知情同意書》，且經醫學倫理委員會同意。排除標準：(1)患者年齡大于60歲；(2)存在聯合瓣膜病變或者存在其他心臟疾病；(3)需要采取安排二次手術；(4)術前患有心內膜炎癥、血液病癥、糖尿病、肝功能不全、腎功能不全；(5)最近服用過激素類藥品或對此次研究結果造成干擾的各類藥品。

表1 2組一般資料比較

1.2方法

1.2.1麻醉方式

1.2.1.1麻醉誘導 所有患者術前均進行利尿、補鉀等治療，并在術前給予地西泮0.01 g。麻醉誘導前，治療組患者采用皮下注射的方式，給予低分子肝素鈣1支(5 000 IU)治療；對照組皮下注射等體積的生理鹽水。麻醉0.5 h時，對患者心肌注射哌替啶1 mg/kg與東莨菪堿0.01 mg/kg，麻醉誘導時給予患者注射維咪唑鎮定0.1 mg/kg和庫溴銨0.1 mg/kg。為避免患者血壓和心率波動幅度過大，麻醉誘導全程盡量維持穩定。對于術前檢測出心功能較差或體質較弱的患者，應適當減少誘導藥用量，以免出現過小的體循環壓力和心肌灌注不足的情況。

1.2.1.2麻醉維持 對患者進行氣管插管，接呼吸機進行通氣支持，潮氣量維持在6～10 mL/kg，呼氣末動脈血二氧化碳分壓(PaCO2)維持在35～45 mm Hg，刺穿橈主動脈進行置管，并檢測有創血壓。右方頸部內側靜脈刺穿置管，持續監測中心靜脈壓。手術全程連續靜脈泵入丙泊酚、咪唑安定進行持續麻醉，間歇吸入七氟醚進行復合麻醉。

1.2.1.3CPB 將灌注針沿升主動脈至右心室導管路線插進主動脈根處，構建CPB。經過右上肺靜脈放入左心房導流管以降低左心室舒張壓，取平臥位，使用人工心肺機(美國Stocket St型)進行非搏動灌注，預充液均使用晶型與膠體，構建成年型膜肺，以實現機體肝素化(3 mg/kg)。稀釋血紅蛋白至80 g/L，中低溫心臟停搏，順灌冷血停搏液至主動脈根處，待心臟停搏后，將心臟停搏液每0.5小時灌入冠形動脈口。術中要求溫度為25～28 ℃、血液稀釋度為20%～28%、灌注量為60～80 mL/(kg·min)，對激活全血凝固時間(ACT)進行檢測，待ACT大于480 s即進行CPB，鼻咽溫度降至32 ℃時行主動脈阻斷，使呼吸暫停，并向心肌灌注停跳液，以誘導心跳停止。為保護心肌，心腔內需放入冰沙。

1.2.2手術方式 病變主動脈瓣均采用主動脈根部橫切，可逐次切除鈣化加劇的瓣體，并采用豎直褥式進行縫合，置換為主動脈瓣機械瓣或生物瓣。機械瓣、生物瓣更換例數分別為25例和5例。

1.2.3檢測指標 采用放射免疫法(RIA)檢測血清血栓素(TXA2)、人6酮前列腺素F1a(6-keto-PGF1a)因子水平。采用雙抗體夾心ABC-酶聯免疫吸附試驗(ELISA)測定血清肺表面活性蛋白A(SP-A)、肺表面活性蛋白D(SP-D)、肌鈣蛋白I(cTnI)、氨基末端B型利鈉肽前體(NT-proBNP)水平。采用ELISA檢測血清白細胞介素(IL)-6、IL-8、腫瘤壞死因子-α(TNF-α)水平。采用比色法測定肺表面活性物質相關蛋白、丙二醛(MDA)、超氧化物歧化酶(SOD)水平。記錄麻醉機與呼吸機系統監測的患者呼吸指數(RI)、電圖ST段壓低幅度。

2 結 果

2.12組患者血清TXB2水平變化 CPB前2組患者血清TXB2水平比較差異無統計學意義(P>0.05)。CPB后2組患者血清TXB2水平均高于CPB前，且治療組血清TXB2水平高于對照組，差異均有統計學意義(P<0.05)。見表2。

表2 2組患者血清TXB2水平變化

2.22組患者血清6-keto-PGF1a水平變化 CPB前2組患者血清6-keto-PGF1a水平比較差異無統計學意義(P>0.05)。CPB后2組患者血清6-keto-PGF1a水平均高于CPB前，且治療組血清6-keto-PGF1a水平高于對照組，差異均有統計學意義(P<0.05)。見表3。

表3 2組患者血清6-keto-PGF1a水平變化

2.32組患者血清SP-A、SP-D水平變化 CPB前2組患者血清SP-A、SP-D水平比較差異均無統計學意義(P>0.05)。CPB后2組患者血清SP-A、SP-D水平均低于CPB前，且治療組血清SP-A、SP-D水平低于對照組，差異均有統計學意義(P<0.05)。見表4。

表4 2組患者血清SP-A、SP-D水平比較

2.42組患者氧化應激指標水平變化 CPB前2組患者血清SOD、MDA水平比較差異均無統計學意義(P>0.05)。CPB后2組患者SOD水平高于CPB前，MDA水平低于CPB前，且治療組SOD高于對照組，MDA低于對照組，差異均有統計學意義(P<0.05)。見表5。

2.52組患者血清炎癥細胞因子水平 CPB前2組患者TNF-α、IL-6及IL-10水平比較差異均無統計學意義(P>0.05)。CPB后，2組患者的血清TNF-α、IL-6及IL-10水平均低于CPB前(P<0.05)，且治療組患者的血清TNF-α、IL-6及IL-10均低于對照組，差異均有統計學意義(P<0.05)。見表6。

表5 2組患者氧化應激指標水平比較

表6 2組患者血清炎癥細胞因子水平

2.62組患者心肌損傷相關指標 CPB前2組患者心肌損傷相關指標ST段壓低幅度、cTnI及NT-proBNP水平比較差異均無統計學意義(P>0.05)，CPB后2組患者心肌損傷相關指標ST段壓低幅度、cTnI及NT-proBNP水平均高于CPB前，且對照組ST段壓低幅度、cTnI及NT-proBNP水平高于治療組，差異均有統計學意義(P<0.05)。見表7。

表7 2組患者心肌損傷相關指標

2.82組患者RI比較 CPB前2組患者的RI比較差異無統計學意義(P>0.05)。CPB后2組RI均高于CPB前，而治療組RI低于對照組，差異均有統計學意義(P<0.05)。見表8。

表8 2組患者RI比較

3 討 論

心臟手術發展迅速，心內直視手術及心肌保護技術也在逐步完善，與之相關的手術并發癥和病死率呈逐漸下降之勢，但CPB引發的心臟外多個器官受損仍難以避免，特別是CPB后對肺部造成損傷而引起的肺部并發癥已被認為是影響患者心臟術后病死率和恢復程度的主要因素[7-8]。低分子肝素(LMWH)由于其自身的血小板弱親和性特點，在不影響血管內表皮組織其他功能的情況下可顯著減少血栓的產生，而且對微循環的血流動力學亦有明顯改善，在臨床上已被廣泛采用[9]。

TXB2和6-keto-PGF1a水平通常是用于反映血管內皮功能的重要指標[10-11]。2組血清TXB2和6-keto-PGF1a水平在CPB后迅速升高，然后逐漸下降，治療組血清TXB2及6-keto-PGF1a水平在CPB后30 min水平達到頂峰，然后下降；對照組血清TXB2及6-keto-PGF1a水平在CPB后2 h達到頂峰，然后下降。在CPB后30 min至2 h期間，治療組患者的血清TXB2、6-keto-PGF1a水平均高于對照組，差異均有統計學意義(P<0.05)；而在CPB前，2組患者的血清6-keto-PGF1a水平比較差異無統計學意義(P>0.05)。提示在心內直視手術中，肺部缺血再灌注使超氧離子產生增多，損傷肺部血管內皮組織并使血管通透性顯著增強，而CPB可誘發機體炎性細胞因子增加，造成肺損傷的發生和發展。

IL-6及IL-10是一類能夠反映組織早期損傷的2個重要炎癥指標[12-13]。TNF-α是肺組織中炎性反應中的特異細胞因子之一[14-15]。CPB后，2組患者的血清TNF-α、IL-6、IL-10水平均低于CPB前，且治療組血清TNF-α、IL-6及IL-10水平均低于對照組，差異均有統計學意義(P<0.05)，說明低分子肝素可調節機體的免疫系統，進而對整體的病情發展過程產生影響，有預防和治療雙重效果。

MDA水平是反映機體細胞受自由基損傷程度的重要指標之一[16]。SOD在機體氧化及抗氧化的過程中發揮重要作用[17]。本研究中，CPB后2組患者SOD水平明顯高于CPB前，MDA水平顯著低于CPB前，且治療組患者的血清SOD水平高于對照組，MDA水平低于對照組，差異均有統計學意義(P<0.05)，提示低分子肝素能夠通過降低MDA水平和提升SOD水平，進而降低脂質過氧化的連鎖反應，實現對肺的保護作用。

SP-A被認為是評估肺損傷、血氣屏障損傷及其程度的敏感指標[18]。血漿SP-D水平與肺損傷嚴重程度有直接關系，是肺損傷的特異性指標之一[19-20]。本研究發現，CPB后2組患者SP-A、SP-D水平均顯著低于CPB前，且治療組血清SP-A、SP-D水平顯著低于對照組，差異均有統計學意義(P<0.05)，說明低分子肝素能夠減少心臟術后的肺部損傷。

cTnI、NT-proBNP是評價圍手術期心肌損傷程度的最常見標志物。cTnI在臨床上被認為是評價心肌損傷程度的“金標準”。NT-proBNP是一種常用的神經內分泌指標，其水平的高低常用來評價心功能狀態和心肌缺血程度，且敏感度和特異度較為理想。RI是肺泡-動脈氧分壓[P(A-a)DO2]與動脈氧分壓(PaO2)的比值，該數值還受到通氣狀況、肺彌散功能、通氣血流比值等某些因素的影響。RI與機體肺功能狀態顯著相關，是用來評價患者肺功能狀態的可靠指標。RI正常值通常小于或等于1.0，當出現肺內分流時可大于或等于5.0。本研究結果顯示，2組CPB后RI、ST段壓低幅度、cTnI及NT-proBNP水平均顯著高于CPB前，且治療組ST段壓低幅度、cTnI及NT-proBNP水平均顯著高于對照組，差異均有統計學意義(P<0.05)，說明2組CPB后均可提升患者心肌損傷因子水平，但治療組干預效果更為明顯。

研究顯示，肝素及其低分子量衍生物的抗氧化作用機制可能與其特殊結構有關，其結構中包含自由基庫中的糖胺聚糖或聚陰離子，后者具有螯合游離鐵等無機離子并抑制自由基生成的能力。以上結構與肝素結合域結合后，可將SOD限制在細胞表面，從而抑制自由基對組織的損傷[21-23]。有報道稱，炎性細胞因子的增加與氧化應激的增加有相關性，而炎性反應的觸發機制通常被認為是氧化應激激活核因子-κB(NF-κB)途徑，從而導致細胞因子的反式激活[24-25]。作者認為，低分子肝素的抗炎作用可能是由于NF-κB途徑失活，從而抑制隨后的細胞因子釋放。由于時間所限，本研究未對術后患者進行遠期預后隨訪，而這對效果的研究可能更有臨床意義，將在后續研究中深入探討。

綜上所述，LMWH在心臟手術中能夠有效降低患者炎性因子水平，改善患者氧化應激水平，同時能夠有效降低肺表面活性因子水平，對肺有保護作用，值得在臨床進行推廣應用。至于用肝素及其低分子量衍生物進行更積極的治療后，是否能在細胞和結構水平上提供更大的心臟保護仍有待確定，這也是本課題組進一步的研究方向。