低分子肝素对心脏手术患者血清炎性因子、氧化应激和肺表面活性因子的影响研究*

侯思雨，郭子健，王昀璐，刘淑亚

(1.首都医科大学附属北京安贞医院/北京市心肺血管疾病研究所，北京 100029；2.北京大学口腔医院,北京 100081；3.首都医科大学附属北京朝阳医院,北京 100020；4.北京佳禾口腔医院,北京 102218)

在目前的临床实践中，由体外循环(CPB)所致的肺损伤是心内直视手术较为常见的并发症，也是导致术后患者死亡的常见原因[1-2]。由CPB引发的全身炎症反应综合征(SIRS)可能是CPB所致肺损伤的关键因素之一，SIRS会引发过量自由基的表达，进而促进多种炎性因子的释放[3-4]。低分子肝素是当前临床上用于预防深静脉血栓形成、手术后血栓栓塞及肺栓塞的常用药物，近年来也在脓毒血症的诊治领域中得到应用[5-6]。然而，目前对低分子肝素抗炎、抗血栓及抗氧自由基的药物作用机制还缺乏较为深入的研究和探讨。基于此，本研究选取2015年1月至2018年1月首都医科大学附属北京安贞医院住院的单独主动脉瓣狭窄手术诊治患者170例作为研究对象，通过检测手术患者血清肺表面活性因子、氧化应激、肺功能相关指标，分析低分子肝素对心内直视手术患者外周血炎症细胞因子、氧化应激指标、肺表面活性因子水平的影响，旨在为临床诊治提供理论基础。

1 资料与方法

1.1一般资料 选取2015年1月至2018年1月首都医科大学附属北京安贞医院住院的单独主动脉瓣狭窄手术诊治患者170例作为研究对象，所有患者都由同一组医师完成手术，术后均康复出院。将患者随机分为治疗组和对照组，每组85例。2组患者性别、年龄、体重、心胸比及术前血氧分压(PO2)等一般资料比较，差异均无统计学意义(P>0.05)。见表1。纳入标准：(1)年龄小于60岁；(2)术前超声心动图检查显示，主动脉瓣口中度狭窄(面积为1.0～1.5 cm2)，具备主动脉瓣置换术适应证；(3)纽约心功能(NYHA)分级Ⅱ～Ⅲ级；(4)患者及家属均签署《临床研究知情同意书》，且经医学伦理委员会同意。排除标准：(1)患者年龄大于60岁；(2)存在联合瓣膜病变或者存在其他心脏疾病；(3)需要采取安排二次手术；(4)术前患有心内膜炎症、血液病症、糖尿病、肝功能不全、肾功能不全；(5)最近服用过激素类药品或对此次研究结果造成干扰的各类药品。

表1 2组一般资料比较

1.2方法

1.2.1麻醉方式

1.2.1.1麻醉诱导 所有患者术前均进行利尿、补钾等治疗，并在术前给予地西泮0.01 g。麻醉诱导前，治疗组患者采用皮下注射的方式，给予低分子肝素钙1支(5 000 IU)治疗；对照组皮下注射等体积的生理盐水。麻醉0.5 h时，对患者心肌注射哌替啶1 mg/kg与东莨菪碱0.01 mg/kg，麻醉诱导时给予患者注射维咪唑镇定0.1 mg/kg和库溴铵0.1 mg/kg。为避免患者血压和心率波动幅度过大，麻醉诱导全程尽量维持稳定。对于术前检测出心功能较差或体质较弱的患者，应适当减少诱导药用量，以免出现过小的体循环压力和心肌灌注不足的情况。

1.2.1.2麻醉维持 对患者进行气管插管，接呼吸机进行通气支持，潮气量维持在6～10 mL/kg，呼气末动脉血二氧化碳分压(PaCO2)维持在35～45 mm Hg，刺穿桡主动脉进行置管，并检测有创血压。右方颈部内侧静脉刺穿置管，持续监测中心静脉压。手术全程连续静脉泵入丙泊酚、咪唑安定进行持续麻醉，间歇吸入七氟醚进行复合麻醉。

1.2.1.3CPB 将灌注针沿升主动脉至右心室导管路线插进主动脉根处，构建CPB。经过右上肺静脉放入左心房导流管以降低左心室舒张压，取平卧位，使用人工心肺机(美国Stocket St型)进行非搏动灌注，预充液均使用晶型与胶体，构建成年型膜肺，以实现机体肝素化(3 mg/kg)。稀释血红蛋白至80 g/L，中低温心脏停搏，顺灌冷血停搏液至主动脉根处，待心脏停搏后，将心脏停搏液每0.5小时灌入冠形动脉口。术中要求温度为25～28 ℃、血液稀释度为20%～28%、灌注量为60～80 mL/(kg·min)，对激活全血凝固时间(ACT)进行检测，待ACT大于480 s即进行CPB，鼻咽温度降至32 ℃时行主动脉阻断，使呼吸暂停，并向心肌灌注停跳液，以诱导心跳停止。为保护心肌，心腔内需放入冰沙。

1.2.2手术方式 病变主动脉瓣均采用主动脉根部横切，可逐次切除钙化加剧的瓣体，并采用竖直褥式进行缝合，置换为主动脉瓣机械瓣或生物瓣。机械瓣、生物瓣更换例数分别为25例和5例。

1.2.3检测指标 采用放射免疫法(RIA)检测血清血栓素(TXA2)、人6酮前列腺素F1a(6-keto-PGF1a)因子水平。采用双抗体夹心ABC-酶联免疫吸附试验(ELISA)测定血清肺表面活性蛋白A(SP-A)、肺表面活性蛋白D(SP-D)、肌钙蛋白I(cTnI)、氨基末端B型利钠肽前体(NT-proBNP)水平。采用ELISA检测血清白细胞介素(IL)-6、IL-8、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)水平。采用比色法测定肺表面活性物质相关蛋白、丙二醛(MDA)、超氧化物歧化酶(SOD)水平。记录麻醉机与呼吸机系统监测的患者呼吸指数(RI)、电图ST段压低幅度。

2 结 果

2.12组患者血清TXB2水平变化 CPB前2组患者血清TXB2水平比较差异无统计学意义(P>0.05)。CPB后2组患者血清TXB2水平均高于CPB前，且治疗组血清TXB2水平高于对照组，差异均有统计学意义(P<0.05)。见表2。

表2 2组患者血清TXB2水平变化

2.22组患者血清6-keto-PGF1a水平变化 CPB前2组患者血清6-keto-PGF1a水平比较差异无统计学意义(P>0.05)。CPB后2组患者血清6-keto-PGF1a水平均高于CPB前，且治疗组血清6-keto-PGF1a水平高于对照组，差异均有统计学意义(P<0.05)。见表3。

表3 2组患者血清6-keto-PGF1a水平变化

2.32组患者血清SP-A、SP-D水平变化 CPB前2组患者血清SP-A、SP-D水平比较差异均无统计学意义(P>0.05)。CPB后2组患者血清SP-A、SP-D水平均低于CPB前，且治疗组血清SP-A、SP-D水平低于对照组，差异均有统计学意义(P<0.05)。见表4。

表4 2组患者血清SP-A、SP-D水平比较

2.42组患者氧化应激指标水平变化 CPB前2组患者血清SOD、MDA水平比较差异均无统计学意义(P>0.05)。CPB后2组患者SOD水平高于CPB前，MDA水平低于CPB前，且治疗组SOD高于对照组，MDA低于对照组，差异均有统计学意义(P<0.05)。见表5。

2.52组患者血清炎症细胞因子水平 CPB前2组患者TNF-α、IL-6及IL-10水平比较差异均无统计学意义(P>0.05)。CPB后，2组患者的血清TNF-α、IL-6及IL-10水平均低于CPB前(P<0.05)，且治疗组患者的血清TNF-α、IL-6及IL-10均低于对照组，差异均有统计学意义(P<0.05)。见表6。

表5 2组患者氧化应激指标水平比较

表6 2组患者血清炎症细胞因子水平

2.62组患者心肌损伤相关指标 CPB前2组患者心肌损伤相关指标ST段压低幅度、cTnI及NT-proBNP水平比较差异均无统计学意义(P>0.05)，CPB后2组患者心肌损伤相关指标ST段压低幅度、cTnI及NT-proBNP水平均高于CPB前，且对照组ST段压低幅度、cTnI及NT-proBNP水平高于治疗组，差异均有统计学意义(P<0.05)。见表7。

表7 2组患者心肌损伤相关指标

2.82组患者RI比较 CPB前2组患者的RI比较差异无统计学意义(P>0.05)。CPB后2组RI均高于CPB前，而治疗组RI低于对照组，差异均有统计学意义(P<0.05)。见表8。

表8 2组患者RI比较

3 讨 论

心脏手术发展迅速，心内直视手术及心肌保护技术也在逐步完善，与之相关的手术并发症和病死率呈逐渐下降之势，但CPB引发的心脏外多个器官受损仍难以避免，特别是CPB后对肺部造成损伤而引起的肺部并发症已被认为是影响患者心脏术后病死率和恢复程度的主要因素[7-8]。低分子肝素(LMWH)由于其自身的血小板弱亲和性特点，在不影响血管内表皮组织其他功能的情况下可显著减少血栓的产生，而且对微循环的血流动力学亦有明显改善，在临床上已被广泛采用[9]。

TXB2和6-keto-PGF1a水平通常是用于反映血管内皮功能的重要指标[10-11]。2组血清TXB2和6-keto-PGF1a水平在CPB后迅速升高，然后逐渐下降，治疗组血清TXB2及6-keto-PGF1a水平在CPB后30 min水平达到顶峰，然后下降；对照组血清TXB2及6-keto-PGF1a水平在CPB后2 h达到顶峰，然后下降。在CPB后30 min至2 h期间，治疗组患者的血清TXB2、6-keto-PGF1a水平均高于对照组，差异均有统计学意义(P<0.05)；而在CPB前，2组患者的血清6-keto-PGF1a水平比较差异无统计学意义(P>0.05)。提示在心内直视手术中，肺部缺血再灌注使超氧离子产生增多，损伤肺部血管内皮组织并使血管通透性显著增强，而CPB可诱发机体炎性细胞因子增加，造成肺损伤的发生和发展。

IL-6及IL-10是一类能够反映组织早期损伤的2个重要炎症指标[12-13]。TNF-α是肺组织中炎性反应中的特异细胞因子之一[14-15]。CPB后，2组患者的血清TNF-α、IL-6、IL-10水平均低于CPB前，且治疗组血清TNF-α、IL-6及IL-10水平均低于对照组，差异均有统计学意义(P<0.05)，说明低分子肝素可调节机体的免疫系统，进而对整体的病情发展过程产生影响，有预防和治疗双重效果。

MDA水平是反映机体细胞受自由基损伤程度的重要指标之一[16]。SOD在机体氧化及抗氧化的过程中发挥重要作用[17]。本研究中，CPB后2组患者SOD水平明显高于CPB前，MDA水平显著低于CPB前，且治疗组患者的血清SOD水平高于对照组，MDA水平低于对照组，差异均有统计学意义(P<0.05)，提示低分子肝素能够通过降低MDA水平和提升SOD水平，进而降低脂质过氧化的连锁反应，实现对肺的保护作用。

SP-A被认为是评估肺损伤、血气屏障损伤及其程度的敏感指标[18]。血浆SP-D水平与肺损伤严重程度有直接关系，是肺损伤的特异性指标之一[19-20]。本研究发现，CPB后2组患者SP-A、SP-D水平均显著低于CPB前，且治疗组血清SP-A、SP-D水平显著低于对照组，差异均有统计学意义(P<0.05)，说明低分子肝素能够减少心脏术后的肺部损伤。

cTnI、NT-proBNP是评价围手术期心肌损伤程度的最常见标志物。cTnI在临床上被认为是评价心肌损伤程度的“金标准”。NT-proBNP是一种常用的神经内分泌指标，其水平的高低常用来评价心功能状态和心肌缺血程度，且敏感度和特异度较为理想。RI是肺泡-动脉氧分压[P(A-a)DO2]与动脉氧分压(PaO2)的比值，该数值还受到通气状况、肺弥散功能、通气血流比值等某些因素的影响。RI与机体肺功能状态显著相关，是用来评价患者肺功能状态的可靠指标。RI正常值通常小于或等于1.0，当出现肺内分流时可大于或等于5.0。本研究结果显示，2组CPB后RI、ST段压低幅度、cTnI及NT-proBNP水平均显著高于CPB前，且治疗组ST段压低幅度、cTnI及NT-proBNP水平均显著高于对照组，差异均有统计学意义(P<0.05)，说明2组CPB后均可提升患者心肌损伤因子水平，但治疗组干预效果更为明显。

研究显示，肝素及其低分子量衍生物的抗氧化作用机制可能与其特殊结构有关，其结构中包含自由基库中的糖胺聚糖或聚阴离子，后者具有螯合游离铁等无机离子并抑制自由基生成的能力。以上结构与肝素结合域结合后，可将SOD限制在细胞表面，从而抑制自由基对组织的损伤[21-23]。有报道称，炎性细胞因子的增加与氧化应激的增加有相关性，而炎性反应的触发机制通常被认为是氧化应激激活核因子-κB(NF-κB)途径，从而导致细胞因子的反式激活[24-25]。作者认为，低分子肝素的抗炎作用可能是由于NF-κB途径失活，从而抑制随后的细胞因子释放。由于时间所限，本研究未对术后患者进行远期预后随访，而这对效果的研究可能更有临床意义，将在后续研究中深入探讨。

综上所述，LMWH在心脏手术中能够有效降低患者炎性因子水平，改善患者氧化应激水平，同时能够有效降低肺表面活性因子水平，对肺有保护作用，值得在临床进行推广应用。至于用肝素及其低分子量衍生物进行更积极的治疗后，是否能在细胞和结构水平上提供更大的心脏保护仍有待确定，这也是本课题组进一步的研究方向。