全膝关节置换术中止血带性缺血再灌注损伤的研究

张 博，任世祥，赵潇雄，林 源

0 引 言

随着我国人口老龄化的出现，膝关节骨关节炎已经成为致残率最高的疾病，而全膝关节置换术(total knee arthroplasty, TKA)已经成为治疗终末期膝骨关节炎最有效的手段。目前，绝大部分学者认为止血带在TKA术中起着重要的作用，因此在临床上广泛使用[1-2]。Parvizi等[3]支持TKA术中使用止血带，认为止血带提供了无血的术野使术者能够精准操作避免神经血管损伤，控制出血可以减少输血、感染及免疫调节等多种问题。

然而，止血带在手术中广泛应用的同时也带来了许多问题，如止血带局部麻痹、肿胀、疼痛等并发症会严重影响患者术后的身体状态及功能康复。Yi等[4]结果显示，使用止血带可以显著减少手术时间、出血量，但是引流量、深静脉血栓、伤口感染等术后并发症的发生率较不用止血带明显升高。Fan等[5]发现，在TKA术中使用止血带，会加重患肢术后肿胀和疼痛，影响患者术后康复。可见，膝关节周围肿胀疼痛是TKA术后早期最常见的并发症之一，也是阻碍术后早期康复锻炼的主要因素。

研究发现，止血带的长期挤压会引起肌肉神经的损伤，手术相关的隐性失血积存于肌间隙也会引起下肢近端肿胀，而下肢组织细胞出现的缺血再灌注损伤，是引起TKA术后上述症状最主要的因素[6-7]。本研究拟通过观察患者TKA术后的血清学指标变化情况，明确止血带性缺血再灌注损伤的转归情况，并对其临床症状的产生机制进行分析。

1 资料与方法

1.1 一般资料选取2018年6月至2019年6月于北京朝阳医院骨科80例接受初次单侧TKA的患者。纳入标准：①年龄<75岁；②BMI<30mg/kg2；③术前明确诊断为骨关节炎，以一侧症状为主，经保守治疗无效；④术前美国麻醉师协会(American Society of Anesthesiologists，ASA)病情分级为Ⅰ或Ⅱ级。排除标准：①双侧膝骨关节炎需行双侧TKA者；②有明显的固定性畸形或严重的韧带不稳定者；③既往有麻醉药品依赖、药物滥用史及正在使用激素、阿片类药物治疗者；④术前肝、肾功能异常、凝血功能异常者；⑤未控制的心绞痛或急性心肌梗死发病6个月内，卒中发作6个月内，合并精神系统疾病者。按照随机数字法将其分为：止血带组(n=40，术中使用充气止血带)和对照组(n=40，术中不使用止血带)。其中止血带组男10例，女30例；对照组男9例，女31例。本研究经过医院伦理委员会的批准(批准号：2017-8-30-1)，患者均签署知情同意书。

1.2方法所有患者行常规术前检查，评估心、肺、肝肾功能，排除手术禁忌证。围手术期患者血压控制在140～160/80～100 mmHg、血糖控制在5.6～11.2 mmol/L，术前血沉≤50 mm/h，C反应蛋白≤2倍正常值，术前纠正贫血及低蛋白血症，并提前两天给与非甾体消炎镇痛药物进行超前镇痛。术前拍摄双下肢全长负重位、患膝关节正侧位及髌骨轴位 X 线片，初步明确假体型号。膝关节假体由 LINK 公司提供 Gemini Mark II 全膝关节表面假体 (后交叉韧带保留型全髁假体)。

患者全部采用腰硬联合麻醉，患者取仰卧位。止血带组于患肢大腿中上1/3处缚扎止血带，消毒铺巾后充气，止血带血压设定为高于收缩压 100 mmHg，直至关闭伤口后松开。对照组则在术前同样位置上止血带，但是在术中全程不充气，术中电刀止血以保持术野清晰。2组手术均采取常用的膝前方正中切口内侧髌旁入路，术中进行等量截骨及软组织松解技术，不进行外侧支持带松解。膝关节腔常规放置引流管，切口弹力绷带加压包扎。围手术期常规多模式联合镇痛( 关节周围鸡尾酒注射、静脉 PCA、股神经阻滞、非甾体药物、冰敷)，静脉给予抗生素48 h，常规低分子肝素抗凝，术后 24 h 拔除引流管并开始进行功能锻炼，锻炼采用足跟滑移屈膝练习或自然下垂法。

1.3样本的留取及送检止血带组、对照组的患者分别于手术前、松止血带后12 h、1 d、3 d、5 d时间点留取血清学标本。血液于患者静脉采取，常温下静置1～2 h(不加抗凝剂)，放置于4 ℃冰箱过夜(让血块固缩)，当血清自然析出后，4 ℃、3000 r/min，离心10 min，分离血清，弃去不溶物，将血清装入干净试管并分装成小份，-80 ℃冰箱保存。标本运送过程中应避免采血管剧烈震荡及受热。血清学标本在留取后由专人送至华普奥科生物科技(北京)有限公司统一进行测试化验加工。

1.4观察指标采用ELISA检测IL-6、肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)的浓度；利用超氧化物歧化酶 (superoxide dismutase，SOD)测试盒、丙二醛测试盒(南京建成生物工程研究所)测试血清中SOD活性以及丙二醛的含量。

2 结 果

2.1 患者的一般资料所有纳入的患者均顺利完

成手术及术后院内康复，无伤口愈合不良、感染、心脑血管意外、下肢静脉血栓等术后并发症出现。2组患者在手术时间、止血带使用时间、术后24 h引流量等方面差异无统计学意义(P>0.05)。见表1。

2.2外周血血清中IL-6、TNF-α含量2组手术前后不同时间点的IL-6、TNF-α指标均有增加，3 d后再降低的趋势，并且各时间点之间差异均具有统计学意义(P<0.05)。止血带组松止血带后12 h 、1 d、3 d、5 d的IL-6、TNF-α含量明显大于对照组(P<0.05)。见表2。

2.3外周血血清中丙二醛的含量以及SOD活性手术前后不同时间点的丙二醛含量均有增加，3 d后再降低的趋势，而SOD活性先降低再增加的趋势，并且各时间点之间差异具有统计学意义(P<0.05)。止血带组松止血带后12 h 、1 d、3 d、5 d的丙二醛含量明显大于对照组(P<0.05)， SOD活性明显小于对照组(P<0.05)。见表3。

表 1 TKA患者的基本资料

表 2 TKA患者术前及术后不同时间点外周血血清中IL-6及TNF-α含量的比较

表 3 TKA患者术前及术后不同时间点外周血血清中丙二醛含量及SOD活性

3 讨 论

止血带性缺血再灌注损伤对患者会产生极大的危害，而骨骼肌被认为是四肢中对缺血最敏感的组织，因此对骨骼肌缺血再灌注损伤的作用机理、临床预防、治疗的研究有着深远的临床意义。从组织病理学层面研究发现，骨科止血带所引发的骨骼肌缺血再灌注损伤不仅影响局部缺血组织的结构和功能(轻者表现为肌肉晚期纤维化、挛缩、影响功能；重者可致肢体坏死)，还表现在除肢体外的远隔重要器官(如肺、心、肝等)的损伤[8-10]。本研究发现，膝关节置换术中使用止血带，会使膝关节肿胀时间延长，从而延缓患者康复的时间。研究显示，止血带能导致缺血再灌注损伤，引起组织细胞的严重应激反应[11]。Ejaz等[12]通过微透析研究表明随时间的延长，止血带诱导局部缺血产生的血乳酸盐、丙酮酸等代谢产物堆积逐渐增加。与上述学者的观点一致，本研究结果显示早期关节肿胀、疼痛与隐性失血和组织的缺血再灌注损伤有关。

止血带性缺血再灌注损伤导致上述临床症状的最主要的原理可能是在局部发生缺血后，机体首先发生全身性炎症反应，表现为单核细胞、中性粒细胞被激活增多，而IL-1、IL-6及TNF-α等也同时增高，继而引发全身器官发生损害性病理改变[13-16]。本研究结果显示，2组手术后IL-6、TNF-α的含量较术前都有明显的升高，说明手术本身以及止血带造成的缺血再灌注损伤均对机体产生了明显的影响；而2组各时间点止血带组要显著性高于对照组，说明止血带造成的缺血再灌注对机体产生了叠加的损伤效果，大大增加了机体炎症因子的释放，对机体产生了更严重的损害。

另外，缺血再灌注早期可产生大量氧自由基，其可与磷脂膜内多价不饱和脂肪酸作用，形成脂质自由基和过氧化物，从而造成多种损害；脂质过氧化过程中可产生多种醛类产物，以丙二醛为代表。出现丙二醛反应产物被认为是脂质过氧化的标志，通过检测丙二醛的含量可反映脂质过氧化的程度[17]。而 SOD 是歧化超氧阴离子的专一性酶，作为重要的内源性自由基清除酶，可及时清除体内自由基，其活力的高低可间接反映机体清除自由基的能力[18]。本研究从血清中 SOD 活性及丙二醛含量变化入手，从自由基角度来观察膝关节置换术中使用止血带引发缺血再灌注损伤的情况。结果显示，止血带组SOD 活性及丙二醛含量值与对照组均有显著的差异，说明止血带组因为术中使用了止血带，从而加剧了氧自由基损伤的发生。

张永强等[19]研究发现，术后患肢疼痛强度逐渐增加，且术后第1天尤为明显，推测与止血带使用导致的急性损伤有关。Vandenbussche等[20]研究发现止血带组术后6 h的疼痛评分显著高于对照组，但2组术后24 h和48 h的疼痛评分无明显差异，术后前2天的止痛药用量也无显著差别。 本研究结果显示，2组术后第3天是指标趋势变化的转折点，即IL-6、TNF-α、丙二醛含量术前至术后第3天呈逐渐增加的趋势，术后第5天又出现降低，SOD 活性的变化趋势恰好相反。我们可以推断，术后前3天由于手术创伤以及止血带引发缺血再灌注损伤造成机体炎症反应逐渐增强，而3天后患者的机体反应逐渐降低，因此炎症指标也趋于正常。本研究结果与上述研究结果存在一定的差异，全身炎性反应的时间达到峰值的时间偏晚，我们考虑这与我们围手术期进行多模式联合镇痛(鸡尾酒、股神经阻滞)相关，良好的镇痛可以促进组织水肿的恢复，有效的降低炎症因子的释放，从而推迟了峰值的到达。

综上所述，本研究显示除手术本身影响外，止血带引发的缺血再灌注可以对人体损害产生叠加效应，加重机体损伤；而刺激炎症因子的释放以及氧自由基的产生可能是诱发这种损伤的主要机制；术后第3天是损伤变化的转折点，我们应该在术后3 d内尽早的采取保护性措施来降低机体损害。本研究病例数偏少、观察指标较为单一是本研究的不足之处，且我们有必要对损伤机制进行更深入的研究。