体外循环相关的血液保护现状研究

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体外循环(cardio pulmonary bypass，CPB)为心血管手术的发展奠定了基础，极大地促进了心脏外科的发展，并在心脏及大血管手术中具有举足轻重的意义，尽管如此，随着研究的深入，一些问题渐渐被发现，在体外循环过程中炎症介质的释放导致人体凝血系统、炎症反应系统被激活，进而发生凝血作用异常，红细胞和血小板大量破坏后出现功能异常，从而延长了机械通气时间和住院时间，引发术后出血，增加血液输注，导致急性肾损伤、急性肺损伤，甚至危及病人生命。此外，异体输血还会增加感染病毒性肝炎、艾滋病等风险，同时也会激活炎症基因的表达，使机体陷入恶性循环[1]，如果术中、术后异体输血过程中出现过敏反应可能是致命的。因此，采取综合全面的血液保护措施，减少术后出血和同种异体输血成为亟待解决的问题[2]。本研究就CBP对血液成分造成的影响以及近年来人们为应对这种破坏而采取的一系列措施进行总结。

1 CPB对血液成分的影响及其机制

1.1 CPB对红细胞的影响 体外循环情况下，血液经过由滚轴泵、氧合器、微栓滤器、插管管道等体外循环装置时，血液持续暴露于非生理性湍流流场及骤然变化的剪切力，由于与管壁碰撞、剪切、压差等原因使红细胞发生损伤，以及血液进入氧合器时流动的血液与气体接触时的剪切力也使红细胞发生破坏；负压辅助引流和术中左、右心房吸引使红细胞处于负压环境中，当负压大于1/3大气压时可引起红细胞破裂[3]；使用生物相容性低的人工材料，此外，还有炎症反应过程中炎症介质对红细胞膜的攻击，均可诱发红细胞变形、细胞膜损伤、破裂，甚至发生急性溶血。

1.2 CPB对白细胞的影响 当血液通过体外循环管路等异物时，释放大量炎症介质，白细胞在多种介质(血小板激活因子、凝血酶、组胺等)参与下被激活，激活的白细胞可释放花生四烯酸、细胞内颗粒蛋白酶、氧自由基等诱发全身炎症反应，引起溶血，从而导致组织及脑、肺、肾等重要器官损伤[4]。

1.3 CPB对血小板影响 由于预充液的稀释、肝素和鱼精蛋白的应用、血流剪切应力、血液与非生物相容性管道接触以及滚压泵对血小板的直接破坏等，血小板被激活，活化的血小板沉淀在滤网表面及内脏器官内，形成大量栓子，致使血液中血小板数量急剧下降，血小板黏附、聚集功能受损，这也是引起CPB术后出血及栓塞事件的重要原因[5]。

1.4 CPB对纤溶系统的影响 CPB管道内的血液与非生理性人工材料接触，可触发接触途径激活，导致纤溶系统亢进，使纤维蛋白原转变为纤维蛋白，导致组织纤溶酶原激活剂(t-PA)释放，纤溶系统启动，增加纤维蛋白沉积，此外，血液稀释可引起凝血-纤溶系统的激活，导致继发性纤溶亢进产生凝血酶，纤维蛋白原转变成纤维蛋白[6]。

2 血液保护措施

2.1 体外循环预充液 20世纪50年代体外循环开始发展时采用全血预充管道系统，但发现转机后血液破坏严重，术后并发症多，血液需求量大。20世纪70年代晶体胶体混合预充液应用于临床，血液稀释大大减低了体外循环的并发症且减少库血应用，节省了血液资源。为减轻机体基础代谢的氧耗，低温广泛应用于体外循环。研究表明：随着温度降低，血液黏滞度逐渐升高，温度每下降10 ℃，血液黏滞度增加20%～25%，导致外周阻力增加，影响重要组织及器官的有效灌注，这也是造成术后器官损伤的重要因素[7]。中深度血液稀释可明显降低血液黏滞度，使红细胞能够悬浮在血液中，不易发生聚集、破裂，减少并发症。在体外循环过程中采用液体预充技术，达到血液稀释的目的，降低血液黏滞度，增加组织、脏器的灌注，减少并发症，但是过度血液稀释，可能减少重要组织器官氧供，导致重要器官缺血、缺氧、水肿，从而引发功能障碍。因此一个安全的稀释浓度是血液保护的关键。 由于术前禁饮食，手术当天病人血液呈浓缩状态以及心脏手术中出血量大，合理范围的血液稀释，降低单位血中血红蛋白含量，在单位失血量的同时不仅能显著降低术中血红蛋白丢失量，保证重要组织、器官的氧供及血液灌注。减少血制品用量，避免异体血使用所造成的各种输血相关不良反应，同时还能减轻血液炎性因子激活和释放，减轻炎症反应，降低血液黏性，利于组织灌注，是临床上普遍应用的体外循环技术和血液保护方法。目前临床上常用的胶体预冲液包括乳酸林格液、琥珀明胶和羟乙基淀粉。各种液体不同程度血液稀释后对术中、术后凝血功能的影响以及对血小板的功能是否有影响，最佳稀释范围需要进一步明确。卞璐瑜等[8]研究表明，预冲液不同程度的稀释对凝血功能影响不同，30%的血液稀释可使整体凝血功能维持一个正常范围，当血液达到50%稀释时，凝血功能显著下降，因此在临床工作中，30%的血液稀释可能是血液稀释的一个安全范围。同时，选择不同预冲液对术后凝血功能的影响也存在一定差异。与乳酸林格液相比，琥珀明胶和羟乙基淀粉能够明显地影响凝血功能，且羟乙基淀粉作用更加明显，琥珀酰明胶和羟乙基淀粉对凝血功能的影响机制可能具有抗血小板作用，减少血小板糖蛋白表达；影响血小板启动凝血系统的功能。

2.2 急性等容血液稀释(acute normovolemic hemodilution，ANH) ANH是指在病人麻醉到开胸前，根据病人的血细胞比容、体重及估计术中及术后失血量，由静脉或动脉取一定量的血液，同时从另一条输液通路输入与采血量相等的胶体液，维持病人正常的渗透压以及血容量[9]。该方法同样利用血液稀释理论，达到减少术中及术后红细胞、血红蛋白的丢失以及减少异体输血，此外，放出的自体血由于不与体外循环泵管的直接接触，血液中的血小板、白细胞以及炎症介质未被激活，避免了炎症反应，且回输后起到止血作用，同时ANH可以稀释自身血细胞，减轻CPB对红细胞的破坏，减轻炎症反应[10]。ANH广泛用于临床各个外科的一个最大优势是其技术比较成熟，成本低。但ANH也存在一些局限性，例如贫血、菌血症、脓毒症、低射血分数以及其他风险[11]，但其却避免了同种异体输血带来的风险。但对于心脏手术的病人应严格把握其适应证及禁忌证。ANH主要适应证[12]：①择期手术病人，尤其适合于术前血细胞比容高的病人；②曾有输血反应以及有免疫抗体形成的病人；③稀有血型或配血困难者；④高度出血风险的病人；⑤拒绝输血的病人。禁忌证主要包括：①存在脓毒症或发热的病人；②存在贫血或血细胞比容低下的病人；③存在慢性阻塞性肺部疾病以及慢性肺心病的病人；④既往有发生过迟发型献血相关晕厥史；⑤肿瘤病人，特别是怀疑有瘤体破裂或有癌栓形成的病人；⑥有高血压或冠心病、心律失常等严重心功能不全的病人；⑦有严重肝肾功能不全者。

2.3 自体血小板分离回输的应用 绝大多数的心内直视手术需要使用体外循环，体外循环开始时，引入体外循环机的血液与泵管大面积接触，使血小板和凝血系统激活，加之体外循环泵对血液及血小板的破坏，使术后血小板水平下降，出血增加。Tsujita等[13]研究表明在体外循环转流10 min，血液中无功能血小板显著增加，正常功能型血小板数量显著降低。体外循环时间越长，术后出血倾向就越大，因此有学者提出在麻醉诱导完成后，全身肝素化前可以应用自体血小板分离回输技术将自身血小板采集，使用Cell saver 的耗材，枸橼酸钠抗凝，开展三个采集循环，在肝素化之前完成血小板分离，形成浓缩红细胞、血浆和富含血小板血浆三种成分，类似急性等容性血液稀释，在采血的同时给予等容量的胶体液，以维持循环稳定[14]。但术前血小板分离技术优于这种全血采集方式。分离出来的血液成分保存简单，除血小板以外的所有血液成分可以常温保存6 h，血小板的保存需要室温(22±2)℃下的轻微振荡保存，时限6 h。在体外循环术后，鱼精蛋白中和后，血小板回输，纠正术后因血小板降低而导致的凝血功能障碍。罗智超等[15]对72例主动脉夹层(Stanford A)病人行全主动脉弓置换术，术中均使用自体血小板分离技术，术后输自身血制品，结果表明：血小板分离量及分离前后激活全血凝固时间(activated clotting time of whole blood，ACT)值差异不明显，术中出血及用血差别不明显，但术后血小板数量远高于对照组，由于自体血的使用，在总的输血量差异不大的情况下，自体血的使用节省了血液资源。但自体血小板回输技术使用有其安全性和局限性[16]。目前，尚未有确切证据证明术前提取多少血小板能够达到血液保护的目的；心脏外科病人的特殊性，例如，病人长期口服抗凝药物以及不同等级心功能病人每次提取的血小板量，这些安全问题也有待验证。

2.4 CPB期间“血液麻醉药物”的应用 术前，运用药物选择性抑制血液中某些成分，使血液成分中的炎症介质不被激活或者处于“冬眠状态”，亦或是暂时停止CPB过程中的凝血过程的进展及全身炎症反应，待体外循环结束后又被重新“复苏”，由于此过程类似于麻醉过程，因此又称“血液麻醉药物”。目前该类药物主要包括：盐酸戊乙奎醚、乌司他丁、抗纤溶剂，盐酸戊乙奎醚是一种长效的抗胆碱能药物，可能是通过抑制白细胞介素-6(IL-6)、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)的产生及激活来抑制体外循环术后的炎症反应，减少术后并发症[17]；乌司他丁为一种广谱酶抑制剂，通过抑制体外循环过程中受损内皮血管释放的炎症介质来发挥抗炎作用，同时能有效清除氧自由基，起到抗炎及重要器官的保护作用[18]；抗纤溶剂可通过抑制凝血途径从而达到减少凝血因子消耗，以及抑制纤溶系统亢进等过程来达到血液保护的目的。

2.5 抗纤溶剂的使用 体外循环过程中大剂量的肝素化直接激活纤溶系统，同时抑制抗纤溶酶，打破纤溶系统-抗纤溶系统的平衡，使体外循环过程中全身血液处于低凝状态，体外循环停机后使用鱼精蛋白中和肝素后，纤溶酶很快恢复到正常活性，但抗纤溶酶在停机后42～72 h才能恢复正常，同时一些炎症释放因子激活组织性纤溶酶原激活物(t-PA)，将络氨酸纤溶酶原转变为纤溶酶，促进纤维蛋白的降解，此时体内处于纤溶亢进时期。因此抗纤溶剂的使用是血液保护的关键一步，临床上使用的抗纤溶剂包括抑肽酶(aprotinin，AP)、氨甲环酸(tranexamic acid，TXA)等，抑肽酶曾被认为是最有效的抗纤溶剂，尤其是在二次开胸止血的手术中，有Meta分析表明，大剂量抑肽酶能显著降低72%浓缩红细胞的使用，且可使术中总出血量降低53%，同时使用抑肽酶对手术死亡率、心肌梗死、肾衰竭没有影响，且有益于降低术后中风等发生率[19]，但随后越来越多的学者发现，病人术后肾功能不全的发生率有所增加[20]，病人30 d内死亡率升高；Brown等[21]研究表明每100例接受抑肽酶治疗的心脏病病人中，就有5例在术后早期出现血清肌酐升高，但并不增加术后肾衰竭的发生率。很多研究表明大剂量抑肽酶的使用优于任何剂量氨基己酸的治疗，但与氨甲环酸的作用相近，2007年以后，不断有文献报道抑肽酶会增加病人30 d内死亡率，导致其应用前景受限，但由于其对高出血风险病人以及大出血病人止血方面的优势，2011年—2012年欧洲及加拿大重新将其引入临床，同时加强对抑肽酶的监管，目前在国际上，抑肽酶也有重新进入临床的可能。一项Meta分析[22]将前瞻性随机对照试验与观察性试验合并，研究发现，与对照组相比，氨甲环酸能显著降低47%浓缩红细胞用量、67%血制品用量以及48%二次手术的发生率。氨甲环酸的作用与抑肽酶相似，是目前应用最广泛的抗纤溶药。氨甲环酸是一种赖氨酸类似物，通过竞争性占领纤维蛋白原或纤维蛋白与血小板受体上的赖氨酸结合位点从而对纤溶酶产生竞争性抑制作用；同时通过抑制纤溶酶对血小板上GpIb受体的作用，保持血小板形态的完整，维持血小板具有聚集、黏附等功能[23]。

在体外循环过程中，血小板聚集、激活，释放纤溶酶原、纤维蛋白原等触发炎症反应，导致血液中血小板数量减少、功能降低，也是造成术后出血的重要原因，血小板抑制剂可通过抑制血小板受体复合物与纤维蛋白的交联，从而抑制血小板破坏。去氨加压素(DDAVP)是人体精氨酸加压素的衍生物，能增强血小板功能并激活凝血因子Ⅷ，达到止血功效，有研究证实去氨加压素能轻度减少术中出血，但不能减少术后异体血的输注[24]。

2.6 超滤技术的应用 体外循环下，由于大量预充液的输入，使机体处于一种稀释性低凝状态，表现为低浓度的纤维蛋白原和凝血因子。超滤技术是利用半透膜将血液中水分及小分子物质滤出体外，而大分子物质如血红蛋白、血细胞、白蛋白等物质则不能被滤出，类似于肾脏中原尿的形成；此外，超滤还能有效滤出绝大多数的炎症介质、血尿素氮、肌酐等小分子有害物质，降低血液中的炎性介质如补体、白细胞介素-1(IL-1)、白细胞介素-6(IL-6)、白细胞介素-8(IL-8)等的释放，从而减轻炎症因子对凝血系统的激活，降低肾脏负担[25]；一定程度上增加血细胞比容和血浆蛋白浓度，提高血液携氧能力；增加血小板及凝血因子含量，有利于凝血恢复，降低了异体输血量。然而，超滤也有滤出电解质的风险，因此术中需检测血气分析指标，并注意补充钾离子及钙离子[26]。常规超滤技术由于其连接管道不经过体外循环机的滚轮泵，无法准确控制进入超滤器的血流量，在常规超滤的过程中部分血液分流入超滤器，导致组织灌注减少。因此，需要适当提高灌注流量以保证组织器官的正常灌注。由于常规超滤出的液体量少，达不到降低炎症介质及代谢产物的效果，在浓缩血液方面的功能有局限，因其有效滤过压难以掌握，有可能加剧血细胞的破坏。改良超滤技术则运用肾小球滤过原理，避免了血液分流，不影响术中器官灌注，更加有效滤出体内的水及代谢废物[27]。

3 结 语

综上所述，体外循环过程的血液保护是多方面的综合措施，旨在减少凝血因子激活、消耗，减少术中、术后出血，减少异体输血，达到血液保护的目的，其中最重要的是改变术者输血的观念，严格执行外科输血规则，重视各种血液保护措施的运用，才能真正达到血液保护目的；心脏手术过程中及术后因输血引起的过敏性休克甚至心脏骤停等严重并发症在临床上并不少见，心脏手术中，如何合理使用血制品，这也是非常值得探讨的一个问题。