【影响】Mini体外循环中微气栓对各种生物标志物的影响

来源：中华医学会胸心分会

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翻译：李平 华中科技大学同济医学院附属协和医院

审校：沈佳 上海儿童医学中心

摘要

背景

源自体外循环管路的气体微栓子可能导致心脏术后的不良结局。我们前瞻性评价了使用微创体外技术系统后气体微栓子对各种生物标志物释放的影响。

对70例冠状动脉旁路移植术患者行最小化体外循环，术中应用气泡计数器测量气体微栓子。应用免疫分析技术分析炎症反应(IL-6、C5b-9)、内皮细胞损伤（vWF、可溶性血管细胞粘附分子-1)、氧化应激(丙二醛、8-异前列腺素、神经酮)和神经损伤(神经元特异性烯醇化酶、脑型脂肪酸结合蛋白）的生物标志物水平。计算气体微栓子数量或体积与生物标志物曲线下面积增量 (iAUC24h) 或峰值变化之间的关系。

使用微创体外技术系统进行冠状动脉旁路移植术后，除丙二醛外，所有生物标志物至少暂时升高。总气体微栓子数量中位数为6,174（四分位数间距：3,507-10,531），总气体微栓子体积中位数为4.31µL（四分位数间距：2.71-8.50）。对于任何生物标志物，总气体微栓子数量或体积与 iAUC24h 或峰值变化之间均无显著相关性。在控制了可能的其他预测变量的方差后，多元线性回归分析显示气体微栓子参数和生物标志物的释放之间没有相关性。

体外循环冠状动脉旁路移植术后，没有证据表明气体微栓子有助于增加生物标志物水平。气体微栓子没有损伤的原因可能是本研究中进入患者体内的气体微栓子量相对较少。

关键词：微气栓；微创体外技术；最小化体外循环；生物标志物；体外循环的不利影响

前言

尽管近年来体外循环(CPB)系统有了技术上的改进，但心脏手术与CPB仍可导致以全身炎症反应为主的多种不良反应。这种炎症反应的发生被认为可能和血液-循环管道人工表面接触、缺血-再灌注损伤、内毒素血症和手术创伤有关。此外，源于CPB管路的气态微栓子(GME)可能与心脏术后不良结局有关。灌注师的技术和干预措施（如血液采样、大量输血和药物注射）已被证明与患者动脉血流中GME活动度的增加有关。

CPB相关微气泡可能通过多种机制造成损伤。GME的血液-空气表面可能激活补体系统。补体激活之后，一个复杂的级联反应可能导致介导炎症反应的活性产物的释放。此外，GME在循环过程中可能导致内皮细胞的机械性损伤，并阻塞毛细血管网中的血流，从而引起终末器官的一过性缺血。因此，GME可能在由缺血再灌注诱导产生的全身氧化应激中发挥作用。

微创体外技术(MiECT)系统的开发旨在通过减少预充量进一步减少血液接触表面积和血液稀释来减少CPB的不利影响，从而改善生物相容性。然而，根据CPB 管路的设计，MiECT系统可能与空气排除性能下降有关，并且可能向患者体内释放更大量的GME。

研究目的

1. 评估最小化 CPB 后炎症反应、内皮损伤、氧化应激和神经损伤方面生物标志物在血浆中的释放水平；

2. 检测GME 数量和体积与生物标志物水平增加的相关性。

研究方法

病人的选择

本研究前瞻性纳入了71例使用最小化CPB接受首次选择性冠状动脉旁路移植术(CABG)的患者。排除标准为：1.年龄>75岁；2.左心室射血分数<35%；3.术前6个月内中风；4.糖尿病；5.高胆固醇血症；6.慢性肾功能衰竭；7.使用抗炎药物。

该研究获得当地医学伦理委员会(LTME/Z-12.22)的伦理认可，且所有患者均给予书面知情同意。

麻醉和CPB管理

咪达唑仑、异丙酚、潘库溴铵和芬太尼联合麻醉。全身肝素化(150IU/kg)后，常规建立CPB。对于单纯性CABG，使用MiECT系统是标准程序。MiECT系统由静脉气泡排除器(VBT)、离心泵(Rotaflow)和Quadrox-i氧合器组成。950mL预充MiECT系统，管道系统采用肝素涂层。鼻咽温度维持在32-34℃，心脏指数维持在 2.4L/min/m2。平均血压维持在40-80mmHg之间。在主动脉阻断后，通过灌注改良Calafiore含血停搏液技术实现心脏保护，每20min复灌一次。在最初的血液停搏剂量和复温期间，测量血液样本的pO2和红细胞压积值。用自体输血装置收集和处理血液。鱼精蛋白硫酸盐以1:1的比例中和肝素。

ICU管理

通过静脉注射对乙酰氨基酚或镇痛剂和静脉注射吗啡达到镇痛作用。平均动脉压维持在65-80mmHg之间。维持尿量维持⩾0.5mL/kg/h。联合使用血管活性药物和强心药物（如硝酸甘油和多巴胺）以达到上述血流动力学目标。积极推行常温(36.5-37.5℃)。在进入重症监护病房(ICU)时及在6hrs、24hrs和48hrs后，取动脉血和中心静脉血进行血气分析、血液学和生化指标分析。

GME检测

采用基于超声多普勒方法的气泡计数器BCC200对GME进行检测和测量。测量是将两个超声传感器夹在氧合器3/8英寸流入和流出管上进行的。对直径在20-500μm之间的GME进行了计数，并确定其体积。将直径>500μm的气泡归类为“超出范围”，并单独计数。为了避免测量热凝固产生的电子失真，启用了电子滤波算法。CPB一旦开始立即进行，并在整个CPB过程中继续进行。总GME数被评估为20-500μm范围内的气泡计数之和加上“超范围”气泡的计数。

血样和生化分析

以CPB为基线值(pre-CPB)，在肝素化前和术后15min、4h、24h分别采集5mL血液。将血液收集在乙二胺四乙酸(EDTA)管中，在1500-2000g下离心10-15min。血浆收集后储存在-80℃处，以备生化分析。对以下生物标志物进行分析：炎症反应标志物（IL-6和C5b-9）；内皮细胞损伤标志物（vWF和sVCAM-1）；氧化应激标志物包括丙二醛(MDA)、8-异前列腺素(8-epiPGF2α)和神经酮；神经损伤标志物包括神经元特异性烯醇酶(NSE)和脑型脂肪酸结合蛋白(B-FABP)。

应用ELISA双抗体夹心法测定IL-6、C5b-9、vWF、sVCAM-1、NSE和B-FABP。对于每种生物标志物，计算血浆水平与时间相关的曲线下增量面积(iAUC24h)（即忽略基线水平以下的任何面积）。

统计分析

术前血浆生物标志物水平高于组平均值>2个标准差的患者（即基线水平存在统计学显著偏离的患者）被排除在该参数的分析之外。

对所有GME和生物标志物指标进行对数变换后，进行Shapiro-Wilk拟合优度正态分布检验。对数转换值应用多因素方差分析(MANOVA)评估生物标志物血浆水平随时间的变化。采用配对t检验比较术后措施与术前基线值。采用Bonferroni校正进行多次检验。总GME数或体积与iAUC24h的关系或生化参数峰值变化（最高值减去基线）通过计算Pearson乘积-矩相关系数来检验。多元线性回归分析评估总GME数和体积预测iAUC24h水平的能力或所有生物标志物参数的峰值变化。采用二元 Logistic 回归分析或皮尔逊积矩相关性 (Pearson‘s积矩相关性)研究GME指标与临床结果 变量之间的关系。p值<0.05具有统计学意义。

研究结果

病人特征

成功地测量了71例患者的生物标志物。其中一名患者因没有GEM数据被排除。表1描述了研究患者的基线和术中特征。

生物标志物浓度

炎症反应、内皮损伤、氧化应激和神经损伤生物标志物的血浆水平平均值随时间的变化如图1所示。除MDA外，术后所有生物标志物均显著增加。术后15min C5b-9、NSE和B-FABP血浆值出现早期峰值，术后24h VWF、SVCAM-1和神经酮显示血浆水平峰值。由于MDA较基线未增加，在剩余统计分析中该生物标志物被排除。

GME和生物标志物

GME总数中位数为6,174(四分位数范围(IQR)：3,507-10,531)，GME总数体积中位数为4.31µL(IQR：2.71-8.50)。从前10例患者中计算出的平均气泡直径为62±35µm。

总GME数量或体积和IAUC24h或任何生物标志物的峰值变化之间无显著相关性 (Pearson)。在控制其他可能的预测变量的方差后，逐步多元线性回归分析显示GME数量和体积不能预测iAUC24h 或任何生物标志物的峰值变化。

术后结果

临床结果总结见表2。两名患者需要再次开胸以控制出血。共有21名患者需要输血。肾功能受损5例。这些患者均不需要肾脏替代治疗，术后肾脏功能均充分恢复。单变量分析表明，除了较高的总GME数（对数转化）与接受红细胞(RBCs)之间有显著的关联(OR=3.2，95%CI：1.1- 9.3，p=0.032)，总GME数或体积与临床结果之间没有显著关联。

研究结论

1.使用MiECT系统进行CABG后，炎症反应、内皮细胞损伤、氧化应激和神经损伤的生物标志物水平升高。且这些生物标志物的增加与源自CPB管道的GME无关。

2.更高风险的患者人群接受更复杂的手术或使用不同设计的CPB管道可能会导致不同的结果。

研究局限

1. 测量的生物标记物浓度可能受到使用细胞残片的影响。

2. 栓塞负荷相对较低，可能与临床无关。不同设计的CPB管道可能导致更高数量的GME。

3. GME数据可能不可靠，因此应谨慎考虑当前气泡计数器的结果。虽然GME绝对值可能不正确，但气泡计数器可用于研究GME在无事件CPB过程中的相对差异。

4. 根据Mitchell和Merry的假设，在CPB心脏手术中微栓子的36个不良反应可能具有阈值，这取决于患者术前的共同疾病。