磷酸肌酸钠对体外循环下房室间隔缺损修补术患儿心肌能量代谢和心肺功能的影响

张武 李贻霞 吴丽灵 蒙丽婵 霍保善 詹锋 杨凯 胡旭东

1南方医科大学附属佛山医院心胸外科，佛山 528000；2南方医科大学附属佛山医院麻醉科，佛山 528000；3南方医科大学附属佛山医院供应室，佛山 528000；4南方医科大学附属佛山医院重症医学科，佛山 528000

我国围生儿先天性心脏病发病率为2.9‰，房室间隔缺损为先天性心脏病的主要表现亚型［1］。虽然其病情进展缓慢，临床症状和体征不明显，但随着患者成年后，肺血流的增加和继发的血管痉挛和增生，肺动脉压力逐渐增加，严重影响患儿的日常生活和学习。而且肺动脉压力的增加，导致肺功能的下降、心力衰竭以及最后的双相分流等严重并发症的发生，严重影响患儿的健康，甚至危及患儿的生命［2］。尽管目前血管介入手术的开展逐步减少了心内直视手术的开展，但心内直视手术仍是目前治疗房室间隔缺损的主要方法［2-3］。由于在心内直视手术中需要心脏停跳，因此必然发生心肌缺血再灌注损伤，干扰心肌的能量代谢，影响患儿术后心功能的恢复［3］。由于小儿的心脏发育尚不成熟，心脏体积小，更容易发生心肌损伤和代谢障碍［4］。高钾晶体冷停搏液通常用于小儿心内直视手术中的心脏停跳和心肌保护，加入磷酸肌酸钠为进一步加强其心肌保护作用［5］。以前研究已经证实，磷酸肌酸钠停跳液可以减轻小儿先心病修补术、成人瓣膜置换术以及冠脉搭桥术的心肌缺血再灌注损伤［5-7］。我们以前研究也证实，磷酸肌酸钠可以治疗成人瓣膜置换术后的心肌缺血再灌注损伤［6］。但关于磷酸肌酸钠对小儿心内直视手术后心肌能量代谢的影响少有报道。本研究将磷酸肌酸钠加入高钾冷晶体心脏停搏液中，观察其对体外循环下房室间隔缺损修补术患儿心肌能量代谢和心肌再灌注损伤的影响，为小儿体外循环下行房室间隔缺损修补术后心肌功能保护提供依据。

资料与方法

1、一般资料

采用前瞻性随机对照研究。选择在南方医科大学附属佛山医院就诊并计划在体外循环下行房室间隔缺损手术的小儿患者48例，采用随机数字表法分为观察组和对照组，每组24例。（1）纳入标准：①所有患儿均经心脏彩色超声等影像学检查确诊为先天性心脏病房室间隔缺损；②年龄3～12岁；③患儿的父母知情同意；④美国麻醉医师协会（ASA）分级Ⅰ～Ⅲ级。（2）排除标准：①合并其他先天性心脏病；②合并其他先天性畸形；③严重其他严重器官功能障碍；④重度肺动脉高压或双向分流。本研究通过南方医科大学附属佛山医院医学伦理委员会批准，并由患儿父母签署的研究知情同意书。

2、麻醉及建立体外循环

局麻下桡动脉、颈内静脉穿刺置管，监测平均动脉压（MAP）、中心静脉压（CVP）、心电图以及血氧饱和度等指标。静脉注射丙泊酚1 mg/kg（丙泊酚注射液200 mg/20 ml，四川国瑞药业有限责任公司，国药准字H20040079）、芬太尼5μg/kg（枸橼酸芬太尼注射液，0.5 mg/10 ml，宜昌人福药业有限责任公司国药准字H42022132）、维库溴胺0.1 mg/kg（注射用维库溴铵4 mg/支，浙江仙琚制药股份有限公司，国药准字H19991172）麻醉诱导，气管插管行机械通气，间断推注芬太尼和吸入1%～2%七氟烷（吸入用七氟烷，125ml/支，上海恒瑞医药有限公司，国药准字H20173007）维持麻醉。采用stockert SⅢ体外循环机，应用SX-10（Terumo，日本）膜式氧合器，体外循环中鼻咽温降至32℃。主动脉根部灌注0～4℃高钾（20 mmol/L）冷停搏液（试验组加入磷酸肌酸钠），首次灌流量15 ml/kg，间隔30 min重复灌注半量，并用冰屑放置心脏表面。开放前使用利多卡因1～2 mg/kg（盐酸利多卡因注射液100mg/5ml，上海禾丰制药有限公司，国药准字H20023777）、硫酸镁20μg/kg（硫酸镁注射液2.5 g/10 ml，杭州民生药业有限公司，国药准字H33021961），开放升主动脉后，使用多巴胺5～10μg·kg-1·min-1（盐酸多巴胺注射液20 mg/2 ml，浙江新赛科药业有限公司，国药准字H11020137）、硝酸甘油3～5μg·kg-1·min-1（硝酸甘油注射液，5 mg/ml，北京市燕京药业有限公司，国药准字H20073990）维持MAP 50 mmHg（1 mmHg=0.133 kPa）以上。根据循环功能确定体外循环辅助时间，患者循环功能稳定、血气分析正常、鼻咽温37℃时脱离心肺机。术后在重症监护病房（ICU）予以呼吸机支持治疗，根据患者情况应用多巴胺和肾上腺素（盐酸肾上腺素注射液，1 mg/ml，西晋新双鹤药业有限责任公司，国药准字H11020676）。

3、干预措施

试验组在400 ml高钾晶体冷停搏液中加入磷酸肌酸钠1 g（里尔通，意大利阿尔法韦士曼制药公司，进口药品注册标准JX20030255），相当于10 mmol/L；对照组在400 ml高钾晶体冷停搏液注入等量生理盐水。

4、临床观察

观察和记录两组患儿体外循环时间、主动脉阻断时间、体外循环辅助时间、术后呼吸机支持时间、心脏自动复跳情况以及术后多巴胺和肾上腺素的使用情况。

5、标本采集和测定

5.1、血肌酸激酶同工酶（CK-MB）和心肌钙蛋白I（cTnI）水平的检测 分别于体外循环前（T0）、主动脉开放5 min（T1）、主动脉开放30 min（T2）、停机后4 h（T3）、停机后24 h（T4）抽取动脉血，采用免疫荧光法测定CK-MB和cTnI水平。Triage MeterPlus荧光分析仪（Biosite incorporated.USA），试剂盒购买于石家庄洹众生物科技有限公司（冀械注准字20152400002，生产批号：T11600）。

5.2、心肌能量代谢的检测 分别于术前和术后1 d采取静脉血，采用高效液相法测定三磷酸腺苷（ATP）、二磷酸腺苷（ADP）、单磷酸腺苷（AMP）、磷酸肌酸（CP）的含量。采用的液相 色 谱 型 号 为HPl200-DAD（Agilent Technologies，Waldbronn，GeriBany）。色 谱 柱 为NUCLEOSIL⑧&NUCLEODUR ⑩ C18 柱（250.0 mm ×4.6 mm）（Macherey-Nagel，Germany）。四川省南充市食物药品检验所提供仪器。ATP、ADP、AMP、CP的样品均购自Sigma公司（日本）。

6、统计学方法

应用SPSS23.0统计软件进行分析，正态分布的计量资料以均数±标准差（±s）表示，组间比较采用成组t检验；重复测量的计量资料，组内不同时间点的比较采用重复测量的方差分析，同一时间点组间比较采用成组t检验；计数资料比较采用χ2检验；等级资料的比较采用秩和检验（Z检验），P<0.05为差异有统计学意义。

结 果

1、两组患儿一般情况比较

两组患者的年龄、体质量、性别、病种分布比较差异均无统计学意义（均P>0.05），具体见表1。

表1 两组在体外循环下行房室间隔缺损手术患儿一般情况比较

2、两组患儿临床观察情况比较

两组患儿心脏自动复跳率比较差异无统计学意义（P>0.05）；呼吸机辅助时间试验组短于对照组，差异有统计学意义（P=0.03）；两组术后使用多巴胺的例数比较差异无统计学意义（P>0.05）；试验组术后使用肾上腺素的例数少于对照组，差异有统计学意义（P=0.032）。具体见表2。

表2 两组在体外循环下行房室间隔缺损手术患儿临床观察资料比较

3、两组患儿各时点血清心肌标志物（CK-MB、cTnI）浓度变化比较

两组CK-MB、cTnI浓度均在主动脉开放后开始上升，CK-MB在T3时点、cTnI在T1时点达高峰，与术前比较差异均有统计学意义（均P<0.05），cTnI浓度变化早于CK-MB浓度的变化；试验组的CK-MB、cTnI在T1、T2、T3和T4时点均明显低于对照组，差异均有统计学意义（均P<0.05）。具体见表3。

表3 两组在体外循环下行房室间隔缺损手术患儿各时点血清心肌标志物浓度变化比较（±s）

表3 两组在体外循环下行房室间隔缺损手术患儿各时点血清心肌标志物浓度变化比较（±s）

注：对照组采用常规高钾冷液晶心脏停搏液，试验组在常规的冷晶体停跳液中加入磷酸肌酸钠，浓度为10 mmol/L；T0为体外循环前，T1为主动脉开放5 min，T2为主动脉开放30 min，T3为停机后4 h，T4为停机后24 h；a为与同组T0比较，P<0.05

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4、两组患儿术前和停机后24 h血高能物资和氧合指数水平比较

两组患者术前ATP、ADP、AMP和CP浓度比较差异均无统计学意义（均P>0.05），两组患儿术前氧合指数（OI）比较差异无统计学意义（P>0.05）；试验组T4时点ATP、ADP、AMP、CP水平均明显高于对照组（均P<0.05），试验组T4时点OI高于对照组（P<0.05）。具体见表4。

表4 两组在体外循环下行房室间隔缺损手术患儿体外循环前和停机后24 h血高能物质和氧合指数水平比较（±s）

表4 两组在体外循环下行房室间隔缺损手术患儿体外循环前和停机后24 h血高能物质和氧合指数水平比较（±s）

注：对照组采用常规高钾冷液晶心脏停搏液，试验组在常规的冷晶体停跳液中加入磷酸肌酸钠，浓度为10 mmol/L；T0为体外循环前，T4为停机后24 h

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讨 论

本研究证实了假设，含磷酸肌酸钠的高钾冷晶体停跳液可以改善在体外循环下行房室间隔缺损修补术患儿术后心肌的能量代谢的紊乱，减轻全心缺血再灌注损伤。

在小儿心肌保护和停跳液中，常用高钾冷晶体停跳液，然而由于在主动脉阻断后，必然发生心肌能量代谢的紊乱和心肌缺血，心脏复跳后发生再灌注损伤，对于心脏发育不成熟的小儿来说，更易导致术后心功能受损［9］。如何保护房室间隔缺损患儿的心肌功能对改善手术效果和预后具有重要意义。

研究证实，高能磷酸盐的供应不足和过分消耗是导致心脏停跳复跳后心肌缺血-再灌注损伤的重要原因之一。磷酸肌酸钠既是心肌细胞最主要和最直接的供能物质和能量传递载体，在缺血缺氧时外源性磷酸肌酸钠容易穿透心肌细胞参与心肌的能量代谢［10-11］。过去研究已经证实，无论是磷酸肌酸钠预处理、后处理以及加入心脏停跳液中，均可以减轻体外循环下心内直视手术患者的心肌缺血再灌注损伤［5，8，12］。我们以前的研究发现，在心脏手术后持续补充外源性的磷酸肌酸钠，可以促进心功能的恢复，减轻心肌缺血再灌注损伤［8］。本研究于高钾晶体停搏液中加入磷酸肌酸钠，用于小儿房室间隔缺损修补术，结果发现，与对照组比较，心肌损伤指标（CK-MB和cTnI）在体外循环前无明显差别。试验组CK-MB和cTnI在T3和T4时点均明显低于对照组（均P<0.05）。证实磷酸肌酸钠可以减轻体外循环下心内直视手术患围术期的心肌缺血再灌注损伤［5］。

在心肌缺血再灌注损伤过程中，由于心肌细胞膜的通透性增加，导致心肌细胞内的心肌酶如CK-MB和心肌的组成成分如CTnI释放到血液中，导致外周血的CTnI和CK-MB水平增高，是用于评估心肌损伤程度的关键心肌酶［12-13］。其中CTnI在发生缺血再灌注损伤后1～3 h在血中逐步增高，而CK-MB在损伤发生后3～7 h逐步升高［15］。本研究结果也发现，两组的CK-MB、CTnI在T1、T2、T3和T4时点均明显升高，CTnI的变化早于CK-MB。本研究结果表明，含有磷酸肌酸钠的心脏停搏液可有效降低房室间隔缺损小儿的心肌酶和心肌细胞成分，减轻体外循环期间的心肌损伤。最近的研究证实，磷酸肌酸钠复合利巴韦林或维生素C可有效降低心肌损伤标志物乳酸脱氢酶、羟丁酸脱氢酶、天门冬氨酸氨基转移酶、cTnI、CK-MB，抑制炎症因子IL-10、IL-17、IFN-γ、TNF-α、IL-6的表达，改善心功能，改善病情［16-17］。而且，磷酸肌酸钠在我国已经进入新冠肺炎并发心肌损害的治疗指南［18］。

尽管高钾冷晶体心脏停搏液小儿心脏直视手术中的心肌保护功能得到公认，但对于房室间隔缺损的患儿来讲，由于心脏发育不成熟，心搏量小，心率快，左右心腔存在分流，导致右心室或和右心房扩张，肺血管阻力增加，右心功能下降明显，在心脏停跳复跳后发生的心肌缺血再灌注损伤，加重了右心功能不全，进一步加重肺充血，导致肺间质水肿，影响患儿的肺功能的恢复，导致术后呼吸机治疗时间延长［19］。动物试验证实，磷酸肌酸钠可以增强常规心脏停搏液的心肌保护作用和肺功能［20-21］。国内外的报道也证实，磷酸肌酸钠可以加强高钾冷晶体停跳液对心内直视手术患儿的心肌保护作用，进而保护患儿的肺功能［19，22］。我们研究发现，将磷酸肌酸钠加入心脏停搏液中，可以明显改善患儿房室间隔缺损术后的心脏功能和肺功能，提高了患儿术后的平均动脉压，降低了心率和中心静脉压，维持了患者的血流动力学稳定［8］。稳定的动力学水平还可以防止心肌再灌注和血流动力学异常引起的继发性心肌损伤，减少了血管活性药物如多巴胺、肾上腺素和米力农的使用剂量和使用的时间，可减少血管活性药物对儿童身体功能和发育的副作用，有利于术后康复，同时患者呼吸机治疗的时间明显缩短，患儿的氧合指数明显提高，更有利于患儿术后的康复［8-9］。

在心肌细胞的能量供给中，ATP、ADP、AMP和CP是重要的心肌能量指标［23］。在本研究中，我们发现，在接受体外循环下行房室间隔缺损修补术的小儿，使用磷酸肌酸钠停搏液可提高术后ATP、ADP、AMP和CP的水平，这对于患儿的心功能的保护起着关键的作用。这些高能量物质提供了心肌停跳期间的心肌细胞的能量消耗，避免心肌细胞线粒体膜孔的开放导致心肌细胞的凋亡［24］。同时也为心脏复跳后未还清心肌细胞的“氧债”，提高心肌的收缩功能和舒张功能，加快心肌功能的恢复提高了代谢底物，防止术中心肌能量供应不足引起的心肌损伤，有利于术后康复［8-9］。在动物心肌梗塞模型上证实，磷酸肌酸钠和心脉隆注射液一样，对心肌梗塞后的心肌具有保护作用，抑制心肌的炎症反应，保护心肌细胞膜，心肌细胞损伤减轻，心功能得以改善［25］。

研究发现，含磷酸肌酸钠的停搏液加强常规停搏液的心脏保护的机制是，磷酸肌酸钠增强心肌细胞的磷脂双层结果的稳定性，防止心肌细胞在低氧代谢中产生的氧自由基等的氧化而发生降解，进而导致心肌细胞的溶解［23-24］。磷酸肌酸钠可抑制腺苷酸转化，保护心肌细胞的腺苷酸池，避免心肌细胞线粒体膜通道孔的开放导致的细胞凋亡［26-27］。同时外源性的磷酸肌酸钠易于进入缺血或受损的心肌细胞，并增加高能磷酸盐化合物的水平［28-29］。本研究通过测定ATP、ADP、AMP和CP的水平，证实了这一结果［9，30］。然而，由于本研究样本量小，术后观察时间仅涉及停机后24 h，磷酸肌酸钠心脏停搏液对在体外循环行房室间隔缺损患儿的心肌保护作用尚不清楚。因此，磷酸肌酸钠停搏液用于在体外循环下小儿心内直视手术的心肌保护作用需要更多的、大样本的研究。

志谢感谢胡厚祥博士对本文撰写的指导和定稿的修改

利益冲突所有作者均声明不存在利益冲突