全程吸入不同浓度七氟烷对冠状动脉旁路移植术患者心肌保护作用及炎症细胞因子的影响

2020-05-22万子琳李亚雄王小燕吴剑王钊张丽王俊玉刘源

实用医学杂志 2020年8期

万子琳李亚雄王小燕吴剑王钊张丽王俊玉刘源

昆明医科大学附属延安医院心脏大血管外科麻醉（昆明650051）

体外循环下的心脏手术可导致心肌缺血⁃再灌注损伤（myocardial ischemia⁃reperfusion injury，MIRI）的发生。全身炎性反应综合征（systemic in⁃flammatory response syndrome，SIRS）是缺血再灌注损伤的重要机制之一［1］，减轻SIRS，防治MIRI，对患者的预后有重要作用。七氟烷是临床常用的吸入性麻醉药，具有对呼吸道刺激微弱，麻醉诱导、苏醒迅速，麻醉深度易掌控调节等优点。临床研究表明，七氟烷能扩张冠状动脉减少心肌氧耗量，具有良好的心肌保护作用［2⁃3］。术中全程吸入七氟烷能有效减轻心肌损伤［4⁃5］，且其作用大小随吸入浓度变化而变化，呈剂量依赖性［6］。但目前七氟烷心肌保护作用的最佳吸入浓度尚未明确。本实验拟通过评价体外循环（cardiopulmonarybypass，CPB）下冠状动脉旁路移植（coronaryarterybypass⁃grafting，CABG）术中全程吸入不同浓度七氟烷对MIRI 及SIRS 的影响，以探讨七氟烷发挥心肌保护和抗炎作用的最佳浓度。

1 资料与方法

1.1 一般资料本研究获得本院（昆明医科大学附属延安医院）伦理委员会查核批准（伦理审查批件号2016⁃036⁃01），所有患者都已签署知情同意书。选择2016年7月至2017年7月择期CPB 下拟行CABG 术的患者60 例，性别不限，年龄40 ～76岁，体质量54 ～87 kg，NYHAⅡ到Ⅲ级，ASAⅢ到Ⅳ级，术前心肌肌钙蛋白Ⅰ（cardiactroponinI，cTnI）、肌酸激酶同工酶⁃MB（creatinekinaseisoenzymes⁃mb，CK⁃MB）血浆浓度在正常范围。剔除术后出现室颤需进行胸外按压、二次开胸止血患者。实验采用双盲措施（所有患者的资料都被密封保存，负责患者们相关临床工作的护士、麻醉医生、外科医生和实验室工作人员及其他相关医务人员均未告知其分组情况，以确保该临床实验的随机性），按计算机随机法将60 例患者分为1%七氟烷（S1）组、2%七氟烷（S2）组、3%七氟烷（S3）组和丙泊酚（P）组共4 组，每组15 例。

1.2 研究方法

1.2.1 术前收集评价患者的各项检查结果，告知注意事项。由同组外科、麻醉和体外循环医生共同完成所有手术。

1.2.2 术中患者在麻醉前30 min 肌肉注射盐酸戊乙奎醚0.01 mg/kg，入室后先行面罩吸氧，并常规地监测心率、心电图、脉搏氧饱和度，局麻下进行桡动脉穿刺术，麻醉诱导后行中心静脉穿刺置管术，监测呼气末二氧化碳压（PETCO2）和尿量情况。麻醉诱导：静脉注射咪达唑仑0.03 ～0.05 mg/kg、依托咪酯0.2 ～0.3 mg/kg、舒芬太尼0.8 ～1.2 μg/kg、罗库溴铵0.6 mg/kg，经口明视气管插管后接麻醉机行机械通气，调整潮气量至6 ～8 mL/kg，呼吸频率10 ～12 次/min，PETCO235 ～45 mmHg。麻醉维持：S1、S2、S3 组舒芬太尼0.8 ～1 μg/（kg·h）、罗库溴铵0.6 mg/（kg·h）和右美托咪定1 μg/（kg·h）持续静脉泵注并由机械通气开始，将七氟烷挥发罐刻度分别调到1%、2%和3%浓度，体外循环转流期间七氟烷经膜式氧合器吸入。P 组用丙泊酚4 mg/（kg·h）、舒芬太尼0.8 ～1 μg/（kg·h）、罗库溴铵0.6 mg/（kg·h）和右美托咪定1 μg/（kg·h）持续静脉泵注。四组患者均于切皮前、CPB 前、CPB 后分别静注咪达唑仑0.03 ～0.05 mg/kg。

1.2.3 CPB体外循环采用非搏动性灌注、Stock⁃ertⅢ体外循环机、变温水箱和Dideco 膜式氧合器，行常规预充，肝素化，4∶1 含血停搏液，主动脉阻断期间保持心脏一直处于静息状态。手术在浅低温（28 ～34 ℃）下进行，CPB 中维持MAP 50 ～80 mmHg，HCT 25% ～30%，监测动脉血气，随时调整。CABG 近心端吻合完成时开始复温，主动脉开放后持续静脉泵注血管活性药物维持循环稳定。体外循环期间，S1 组、S2 组、S3 组分别经安装在体外循环膜式氧合器前的七氟烷挥发罐持续吸入挥发罐刻度1%、2%、3%七氟烷。

1.2.4 术后患者出室后转到ICU，保持机械通气至血流动力学稳定，可以进行自主呼吸且意识水平达到要求后再拔管。

1.3 观察指标

1.3.1 主要指标本实验主要测量反映心肌损伤的生物化学标志物心肌肌钙蛋白I（cTnI）、肌酸激酶同工酶⁃MB（CK⁃MB）和炎症相关因子白细胞介素⁃8（interleukin⁃8，IL⁃8）、白细胞介素⁃10（interleu⁃kin⁃10，IL⁃10）的血浆浓度变化。

1.3.2 次要指标实验中记录各临床阶段时长［包括CPB 时长、主动脉阻断（aorticcrossclamp，ACC）时长、ICU 时长、机械通气时长、住院时长］，术中心脏复跳情况及使用的血管活性药物情况。分别于术前（T0）、主动脉开放后6 h（T1）、24 h（T2）、48 h（T3）、72 h（T4）五个不同的时间点，从患者的中心静脉采血3 mL，经肝素抗凝，并高速离心（3 000 r/min）10 min 后，取上清液置于试管-70 ℃保存备用。cTnI、CK⁃MB 血浆浓度使用免疫化学法测量，IL⁃8、IL⁃10 浓度采用Elisa 法测量，使用QuantiCyto®ELISA 试剂盒。

1.4 统计学方法采用SPSS 17.0 版统计学软件进行统计分析，计量资料以均数±标准差表示；两两组间比较用t检验，组内不同时点间比较采用重复测量方差分析；计数资料用构成比表示，组间采用χ2检验，以P<0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 一般资料比较原计划入组患者60 例，按上述出组标准剔除后，本研究实际入组患者56 例，S1 组14 例、S2 组13 例、S3 组14 例、P 组15 例。其中男45 例，女11 例，四组患者的性别、年龄、体质量等一般资料组间比较差异无统计学意义（P >0.05）。见表1。

表1 一般资料的比较Tab.1 Comparison of general information ±s

组别S1 组S2 组S3 组P 组例数14 13 14 15男/女（例）12/2 10/3 9/5 14/1年龄（岁）56.86±6.32 63.23±7.56 62.50±6.19 59.53±8.58体质量（kg）71.07±9.03 64.92±6.33 66.36±7.41 71.40±8.33

表2 心脏自动复跳与血管活性药物使用情况的比较Tab.2 Comparison of automatic cardiac reactivation and vasoactive drug use ±s

注：血管活性药物使用情况：多巴胺/多巴胺+ 硝酸甘油/多巴胺+ 去甲肾上腺素/多巴胺+ 硝酸甘油+ 去甲肾上腺素/多巴胺+硝酸甘油+肾上腺素

组别S1 组S2 组S3 组P 组例数14 13 14 15是/否自动复跳（例）13/1 13/0 13/1 14/1复跳时长（min）4.64±2.59 4.23±3.27 3.86±5.01 7.67±9.45血管活性药物使用方法（例）1/10/1/2/0 3/8/0/2/0 3/9/0/1/1 3/7/1/3/1

2.2 心脏自动复跳与血管活性药物使用情况的比较四组患者术中心脏自动复跳情况（是否复跳、复跳时长）和血管活性药物使用情况（药物种类）组间比较差异无统计学意义（P>0.05）。见表2。

2.3 术中及术后短期临床结果比较四组患者ACC 时长、CPB 时长、机械通气时长、ICU 时长以及住院时长等短期临床结果组间比较差异无统计学意义（P>0.05）。见表3。

表3 术中及术后短期临床结果的比较Tab.3 Comparison of intraoperative and postoperative short⁃term clinical results ±s

组别S1 组S2 组S3 组P 组例数14 13 14 15 ACC 时长（min）79.86±27.03 77.77±24.11 82.93±32.38 66.33±13.64 CPB 时长（min）131.14±33.16 130.92±31.65 137.93±38.28 122.53±16.37机械通气时长（h）25.46±14.67 19.58±1.21 21.46±6.10 23.53±13.37 ICU 时长（h）88.68±56.72 81.19±33.96 67.82±28.59 76.10±37.45住院时长（d）30.07±8.94 33.08±16.94 26.36±7.33 30.07±7.77

2.4 不同时点MAP、HR 水平的比较四组患者术前MAP、HR 水平组间比较差异无统计学意义（P>0.05）；麻醉诱导后、切皮后、劈胸骨后、术毕时组间比较差异无统计学意义（P>0.05）。见表4。

表4 不同时点MAP、HR 水平的比较Tab.4 Comparison of MAP and HR levels at different time points ±s

指标MAP（mmHg）HR（次/min）组别S1 组S2 组S3 组P 组S1 组S2 组S3 组P 组例数14 13 14 15 14 13 14 15术前105.50±14.73 98.38±12.33 101.29±10.43 99.47±16.10 76.93±20.82 69.00±7.14 72.14±11.21 63.33±9.54麻醉诱导后76.14±11.40 76.46±11.05 73.36±8.15 68.73±6.49 66.64±12.23 62.23±12.62 61.36±11.88 55.87±7.46切皮后82.07±13.68 75.54±12.31 71.36±7.00 77.20±10.61 63.00±11.35 58.92±8.93 57.86±8.27 56.73±7.21劈胸骨后84.86±13.96 84.00±15.41 75.07±8.02 85.13±11.03 63.07±10.69 63.00±10.70 60.57±8.93 57.53±6.29术毕81.93±7.84 82.54±9.39 77.93±5.61 83.33±4.20 77.79±14.68 77.92±9.42 79.36±13.63 73.33±11.25

2.5 不同时点cTnI、CK⁃MB 血浆浓度的比较四组患者T0时点cTnI、CK⁃MB 血浆浓度水平组间比较差异无统计学意义（P> 0.05）。与T0时点比较，T1⁃T4时点四组的cTnI、CK⁃MB 浓度均明显高于术前（P< 0.05），各组间差异无统计学意义（P>0.05）。见表5。

表5 不同时点cTnI、CK⁃MB 血浆浓度的比较Tab.5 Comparison of MAP and HR levels at different time points ±s

注：与T0比较，a P<0.05

指标cTnI（μg/L）CK⁃MB（μg/L）组别S1 组S2 组S3 组P 组S1 组S2 组S3 组P 组例数14 13 14 15 14 13 14 15 T0 0.01±0.00 0.02±0.01 0.01±0.01 0.01±0.01 1.21±0.64 1.51±0.58 1.32±0.75 1.42±0.83 T1 1.60±1.81a 1.32±0.96a 3.91±5.97a 1.64±1.56a 21.59±8.22a 19.37±4.90a 35.66±35.94a 25.07±7.41a T2 3.14±3.96a 2.66±2.68a 2.38±2.20a 1.64±1.05a 17.74±18.68a 24.54±22.90a 26.04±25.06a 17.09±15.26a T3 3.02±4.85a 4.25±5.82a 1.89±1.92a 2.14±2.69a 6.52±7.24a 12.64±16.92a 8.31±8.21a 7.65±8.97a T4 1.15±1.91a 2.14±3.13a 0.96±0.98a 1.48±1.98a 2.06±1.30a 3.68±2.98a 1.96±1.00a 2.73±2.45a

2.6 不同时点IL⁃8、IL⁃10 的血浆浓度的比较四组患者T0时点IL⁃8、IL⁃10 血浆浓度水平组间比较差异无统计学意义（P>0.05）。

IL⁃8 中，与T0时点比较，T1⁃T3时点四组的浓度均明显高于术前（P< 0.05），T4时点差别无统计学意义（P> 0.05）；与P 组比较，S1、S2、S3 组T1⁃T4时点浓度与P 组差异无统计学意义（P> 0.05）；与S2组比较，S1 组和S3 组在T1⁃T4时点均明显升高，S1组在T1、T4时点浓度差异有统计学意义（P<0.05），S3 组在T1、T2时点浓度差异有统计学意义（P<0.05）。

IL⁃10 中，与T0时点比较，T1时点四组的浓度均明显高于术前（P< 0.05），T2⁃T4时点差异无统计学意义（P> 0.05）；与T1时点比较，T2⁃T4时点四组的浓度均明显低于T1（P< 0.05）；与P 组比较，S2 组浓度在T1时点明显高于P 组，S1、S3 组各时点差异无统计学意义（P> 0.05）；与S3 组比较，S2 组浓度在T1时点明显高于S3 组（P<0.05）。见表6。

表6 不同时点IL⁃8、IL⁃10 的血浆浓度的比较Tab.6 Comparison of the plasma concentration of IL⁃8 and IL⁃10 at different time points ±s

注：与T0比较，aP<0.05；与T1比较，bP<0.05；与S2 组比较，cP<0.05

指标IL⁃8（pg/mL）IL⁃10（pg/mL）组别S1 组S2 组S3 组P 组S1 组S2 组S3 组P 组例数14 13 14 15 14 13 14 15 T0 1.06±0.69 1.13±0.79 1.27±1.95 0.99±0.66 0.10±0.11 0.63±1.45 0.23±0.56 0.96±2.97 T1 10.08±8.82ac 4.38±1.70a 10.48±3.24ac 6.89±6.55a 4.00±3.54a 6.25±5.92a 2.01±2.08ac 2.42±2.19ac T2 3.11±3.83a 1.90±1.04a 3.26±1.96ac 3.19±2.80a 0.71±0.99b 1.17±2.46b 0.60±0.55b 0.28±0.27b T3 3.22±2.31a 1.82±1.09a 2.19±0.99a 2.04±1.60a 0.79±0.65b 0.27±0.24b 0.54±0.59b 0.15±0.12b T4 2.00±1.30c 0.85±0.80 1.26±2.51 1.22±1.92 1.41±4.45b 0.60±1.44b 0.22±0.23b 0.83±2.45b

3 讨论

体外循环心脏手术中，主动脉钳闭⁃开放可导致心肌缺血再灌注损伤过程。高活性氧自由基过度生成、钙离子超载、微血管损伤等电生理改变导致心肌细胞损伤、心功能紊乱，诱发传导阻滞、心律失常等一系列临床症状。除缺血再灌注过程外，术中血液与非生理性异物表面接触及操作所产生的伤害性刺激等途径［7］都能激活补体系统，引发内毒素血症，导致促炎性因子增多，诱发SIRS，炎症细胞因子水平的高低直接反应SIRS 的严重程度。临床检测心肌损伤的标志物主要有cTnI 和CK⁃MB两类，既往认为CK⁃MB 为诊断心肌损伤的“金标准”［8］，随着研究深入已经发现cTnI 更具特异性，目前认为cTnI 是检测心肌损伤最敏感的指标［9］。本研究结果显示：各组术前cTnI、CK⁃MB 的血浆浓度正常，主动脉开放后6 ～72 h 都有显著升高，提示缺血再灌注造成了心肌长时间持续性损伤。

研究发现七氟烷对心肌的保护作用具有剂量依赖性［10⁃11］，因此本研究设置1%、2%、3%三个七氟烷组。既往研究证实丙泊酚能够改善心肌的舒缩功能，显著减轻MIRI 并促进代谢恢复，产生良好的心肌保护作用［12⁃13］。本研究设置丙泊酚为阳性对照组，旨在证实全程吸入七氟烷在CPB 下CABG 术中有心肌保护作用的基础上，进一步探寻最佳用药浓度。

三个七氟烷组与丙泊酚组比较cTnI、CK⁃MB无明显差异，全程吸入浓度1%、2%和3%七氟烷均产生了确切的心肌保护作用，且与丙泊酚相似，与ZHANG［14］等研究结果相似。有研究显示七氟烷的心肌保护作用优于丙泊酚［15］，与本研究结果不同；这可能与不同实验应用七氟烷的方式或浓度等不同有关，也可能与七氟烷心肌保护涉及的多种病理生理机制相关：（1）七氟烷通过激活线粒体内膜KATP通道，改善膜离子转运减轻钙超载从而实现心肌保护。线粒体内膜KATP通道存在心肌和冠脉血管中，冠脉血管严重病变时其开放数量减少，可能限制了七氟烷的心肌保护作用；（2）七氟烷的心肌保护机制还与抑制心肌细胞凋亡、减少活性氧化合物［16］等途径相关。本研究中患者年龄偏大，老年患者对于血管压力的反应更为敏感，心功能更易受损，导致心肌细胞凋亡和活性氧成分数量增多，可能抵消一部分七氟烷的心肌保护作用。

三个七氟烷组间比较cTnI、CK⁃MB 无明显差异，提示全程吸入浓度1%、2%和3%七氟烷的心肌保护作用相似。HARKIN 等［17］在犬实验中观察1.0 ～1.75 MAC（约2% ～3.5%）七氟烷对血流动力学的影响发现，七氟烷的浓度越高，产生的心肌保护作用越强。本研究中心肌保护作用有可能在应用1%浓度七氟烷时已经达到最大，所以不再随浓度升高而增强，后续需设置低于1%浓度的不同浓度组进一步研究。既往研究对于不同浓度七氟烷是否有不同心肌保护作用及最佳心肌保护浓度都存在争议，王江梅等［18］发现1.2%、1.8%和2.2%浓度七氟烷后处理减轻大鼠MIRI 的作用无差异，郭圣东等［19］、阳子华等［20］认为2%浓度七氟烷预处理或后处理产生的心肌保护作用优于1%和3%浓度，而张新科等［21］则认为3%浓度七氟烷全程吸入对心肌的保护作用最佳。本研究结果与以往不同可能是由于：（1）本研究采用全程吸入七氟烷，七氟烷处理方法和处理时长均不同；（2）选择检测CK⁃MB、cTnI 的时点不同；（3）入选患者患病种类不同。冠状动脉血流丰富，CABG 术对心功能的损伤比瓣膜置换术等更大，可能抵消部分七氟烷的心肌保护作用。且冠心病患者多伴有高胆固醇血症，有研究显示高胆固醇血症会限制吸入麻醉药的心肌保护作用［22］。

IL⁃8 是一种中性粒细胞趋化因子，心肌损伤时释放激活中性粒细胞，加剧炎症反应和组织器官的损伤，是炎症反应急性期主要的促炎因子之一。IL⁃8 的过度生成与MIRI、术中血液与非生理性异物接触、手术操作的伤害性刺激等因素密切相关［23］。本研究中主动脉开放后各组IL⁃8 的血浆浓度显著上升，于6 h 达到峰值后下降，证实IL⁃8是组织损伤早期的敏感标志，与高鲁燕［24］等研究结果相似。主动脉开放后72 h，IL⁃8 浓度降至接近术前水平，与马云帆等［25］、张建欣［26］等的研究结果相似，提示CPB 缺血再灌注后即发生SIRS，持续长达72 h，对组织器官造成了长时间的损伤。研究表明丙泊酚可减轻CABG 术MIRI 过程中自由基介导的脂质过氧化和SIRS［27］。本研究中主动脉开放后72 h 内，三个七氟烷组下调IL⁃8 作用与丙泊酚组比较无明显差异，提示全程吸入浓度1%、2%、3%七氟烷与丙泊酚相似，有显著的抗炎作用。主动脉开放后24 h 及72 h，浓度2%七氟烷下调IL⁃8作用优于1%、3%浓度，提示三个七氟烷组中浓度2%七氟烷抗炎作用更好。

IL⁃10 是炎症与免疫抑制因子，在炎症反应中起负向调节作用，是炎症反应中最重要的抗炎因子。本研究中主动脉开放后各组IL⁃10 的血浆浓度显著上升，6 h 达到峰值后下降。炎症反应中IL⁃10 具有可抑制其自身及IL⁃8 合成的功能，本研究中IL⁃10 和IL⁃8 浓度升降同步，趋势变化相似，提示促炎因子和抗炎因子存在着一段相互作用拮抗期［28］。直到主动脉开放后24 h IL⁃10 浓度已下降到近术前水平，后持续到72 h 无显著变化。本研究显示，主动脉开放后6 h 内，浓度2%的七氟烷促IL⁃10 作用优于1%七氟烷，且明显优于丙泊酚和浓度3%七氟烷，提示浓度2%七氟烷早期抗炎作用更好。郭圣东等发现2%浓度预处理减轻机体炎症反应的效果优于1%和3%浓度［19］，与本研究相似；赖峻松等研究亦显示2.4%浓度的七氟烷预处理可以显著减轻心肌组织的炎症反应［29］。

本研究中还存在着一些不足之处：（1）纳入的样本量较小，不利于结果的客观性；（2）采用阳性对照，未设置空白对照组，可能产生假阴性结果。后续还有待进一步扩大实验范围，进行更全面深入的研究来完善结论。

综上所述，在CPB 下CABG 术中分别全程吸入浓度1%、2%和3%七氟烷都具有显著的心肌保护和抗炎作用。浓度1%、2%和3%七氟烷的心肌保护作用相似，浓度2%七氟烷抗炎作用更好。