肺动脉灌注HTK液在法乐氏四联症矫治术中的肺保护作用

李建安【1】刘迎龙【1】刘晋萍【2】 李晓峰【1】

1. 北京协和医学院中国医学科学院阜外医院小儿心脏中心
2. 北京协和医学院中国医学科学院阜外医院体外循环科

【摘要】目的：评价体外循环中肺动脉灌注低温HTK液对法乐氏四联征患儿的肺保护作用。方法：选取法乐氏四联征患儿24例，随机分成肺动脉灌注组和对照组，检测术前、后的氧合指数和AaDO2、IL-6、8、sICAM-1和P-selectin。结果：CPB后各时间点，灌注组氧合指数均显著高于对照组，两组间变化趋势有显著差异；灌注组AaDO2均显著低于对照组；两组间CPB后IL-6、sICAM-1和P-selectin水平变化趋势有显著差异，且灌注组CPB后各时间点IL-8水平均较对照组显著降低。 结论：体外循环中肺动脉灌注低温HTK液可以有效减轻炎性反应的发生，提高法乐氏四联征矫治术后患儿肺换气功能，改善预后。

【关键词】肺损伤；HTK液；体外循环

Lung perfusion with HTK solution relieves lung injury in corrections of Tetralogy of Fallot. Li Jianan, Liu Yinglong, Liu Jinping, et al. Pediatric Center of Cardiac Surgery, Fuwai Hospital, Chinese Academy of Medical Sciences and Peking Union Medical College, Beijing, 100037, China

【Abstract】Objective: To evaluate the protective effect of pulmonary perfusion with hypothermic HTK solution on lung function after cardiopulmonary bypass in corrections of Tetralogy of Fallot. Methods: 24 consecutive infants with Tetralogy of Fallot were randomly divided into perfusion group (n=12) and control group (n=12). Oxygen index, alveolar-arterial O2 gradient, serum levels of IL-6, 8, sICAM-1, and P-selectin were measured before commencement and serially for 48 hours after termination of bypass. Results: Oxygenation values were better preserved in the perfusion group than in the control group. The trend revealed significant differences in serum levels of IL-6, sICAM-1, and P-selectin between groups. The serum levels of IL-8 after termination of bypass were significantly lower in the perfusion group than in the control group. Conclusions: This study suggests that in infants having Tetralogy of Fallot, pulmonary perfusion with hypothermic HTK solution during cardiopulmonary bypass relieves lung injury.

【Key words】Lung injury; HTK solution; Cardiopulmonary bypass

法乐氏四联症（TOF）是最常见的紫绀性先天性心脏病，体外循环（CPB）所导致的肺损伤仍然是TOF矫治术最常见而重要的并发症之一，显著影响预后。未成熟肺对于CPB肺损伤尤其敏感，所以婴儿的肺部并发症发生率远高于成人。肺动脉灌注作为一种新技术，可以减轻CPB心脏术后肺损伤的发生。而HTK (Histidine-Tryptophan-Ketoglutarate)液作为一种的广泛应用的多器官保护液，在动物实验和临床应用中被证实能有效保护缺血肺组织。本研究旨在评价在CPB中肺动脉灌注低温HTK液对法乐氏四联症患儿的肺保护作用。

1 资料与方法

1.1 一般资料  自2009年1月至2009年6月，连续手术治疗法乐氏四联征患儿24例，男18例，女6例；月龄3-12月，平均8.4±2.7；体重4.5-10kg，平均7.5±1.5kg。随机分为两组，对照组12例，肺动脉灌注组12例。两组患儿的月龄，体重，体表面积，心胸比，术前经皮氧饱和度，肺动脉跨瓣压差、McGoon比值等详见表1.

表1. 两组患儿基本资料

1.2 临床操作

1.2.1 麻醉与监护  两组均为常规安定（0.1mg/kg）、吗啡（0.1mg/kg）、654-2（0.01mg/kg）术前用药，芬太尼（0.01mg/kg），万可松（0.2mg/kg）诱导麻醉，芬太尼（0.01mg/kg）、万可松（0.2mg/kg/h）、安氟醚（0.5-2%）术中维持麻醉。CPB达到全流量时即停止通气，并保持于呼气末正压5cmH2O。术后潮气量设定为10ml/kg，常规吸痰保持气道通畅。一旦患儿完全清醒、生命体征平稳、无活动性出血、氧合指数（OI）大于150mmHg，即拔除气管插管。

1.2.2 CPB及肺灌注方法 使用Stöckert 滚轴泵体外循环机（Stöckert，Munich， Germany），膜式氧合器（Dideco，Mirandola，Italy），中度低温（鼻咽温度28-30℃），乳酸钠林格氏液+血浆/白蛋白预充。主动脉阻断后顺行灌注4℃保存HTK液（40ml/kg）保护心肌。Alpha稳态管理血气。CPB结束时常规改良超滤，保持红细胞压积（HCT）在35%左右。两组均采用同样的CPB建立和矫治手术方法。与对照组不同的是，灌注组在分别阻断主动脉和主肺动脉后，在主肺动脉阻断远端插管灌注4℃保存HTK液，同时通过房间隔切口置左房引流管引流灌注液保持术野清晰。灌注压力保持20mmHg，灌注量20ml/kg。

1.3 检测指标

1.3.1 临床指标  CPB时间、主动脉阻断时间、机械通气时间、重症监护（ICU）时间、术后24小时出血量、术后住院时间、住院费用等指标见表2。

1.3.2 肺功能指标  分别于CPB前、CPB后0、12、24、48小时（h）采集外周动脉血进行血气分析（Mallinckrodt Sensor Systems Inc, Ann Arbor, MI）。通过血气分析结果计算氧合指数（OI）和肺泡-动脉氧分压差（AaDO2）作为评价肺功能的指标。 氧合指数计算公式为: OI=PaO2/FiO2，FiO2代表吸入氧浓度。AaDO2计算公式为: AaDO2=(Patm–47)×FiO2–PaCO2/0.8–PaO2，Patm代表大气压。

1.3.3 生化指标  同样时间点未经抗凝的外周动脉血标本置入0℃冷藏，在3000转/分钟离心20分钟后保存于–70℃冰箱冻存后统一检测。检测项目包括： ELISA法检测血清白介素6、8（IL-6、8）、可溶性细胞间粘附分子-1（sICAM-1）和P-selection。

1.4 统计学处理  采用SPSS15.0统计软件对所有数据进行非配对t检验或双因素重复测量方差分析，结果采用均数±标准误表示，P＜O.05时认为有显著性差异。

Table 2. 术中和术后的临床指标

2 结果

2.1 两组患儿的月龄、体重、体表面积、心胸比无显著差异，但灌注组术前经皮氧饱和度和McGoon比值均低于对照组，而灌注组肺动脉跨瓣压差大于对照组，差异有显著性（表1）。两组的CPB时间、主动脉阻断时间、术后24h出血量、术后住院时间无显著差异，但灌注组机械通气时间、ICU时间、住院费用均低于对照组，差异有显著性（表2）。对照组有1例死亡发生，死亡原因为肺部感染导致的呼吸衰竭；1例肾功能衰竭经腹膜透析后痊愈；无其他死亡和严重并发症发生。

2.2 肺功能指标 

两组CPB前OI无显著差异（灌注组：101.42±81.18mmHg；对照组：104.00±78.96 mmHg；P =0.3274），在CPB后0、12、24、48h，灌注组OI均显著高于对照组，分别为415.09±57.23 vs 328.12±73.50mmHg（P =0.0226）；471.91±113.27 vs 311.58±90.11 mmHg（P =0.0109）；465.65±125.92 vs 328.14±80.54mmHg（P=0.0184）；399.60±90.09 vs 281.36±128.87mmHg（P =0.0359）（图1）。双因素重复测量方差分析显示两组之间OI变化趋势存在显著差异（P =0.0302）。

CPB前灌注组AaDO2与对照组亦无显著差异（396.47±72.72 vs 428.29±129.58；P =0.3631）。在CPB后0、12、24、48h，灌注组AaDO2均显著低于对照组，分别为111.96±48.13 vs 219.11±77.79mmHg（P=0.0083）；54.89±51.91 vs 138.18±72.58 mmHg（P=0.0227）；58.86±46.26 vs 129.21±51.91 mmHg（P=0.0207）；76.24±33.28 vs 149.87±72.84mmHg（P =0.0264）（图2）。但是方差分析显示两组之间AaDO2变化趋势没有显著差异（P =0.054）。

2.3 生化指标

两组术前血清IL-6水平无显著差异（灌注组：3.850±1.764pg/ml；对照组：6.205±3.121pg/ml；P =0.069）。对照组血清IL-6水平在CPB后显著增高，直到CPB后48h仍然处于较高水平，与CPB前比较有显著差异（P =0.024）；而灌注组CPB后血清IL-6水平升高程度均较对照组低，CPB后0、24、48h差异均有显著性（P =0.002，P =0.020，P =0.028），CPB后48h与CPB前比较已无显著差异（P =0.060）（图3）。方差分析显示两组之间血清IL-6水平变化趋势存在显著差异（P =0.0268）。

两组术前血清IL-8水平无显著差异（灌注组：6.425±4.651pg/ml；对照组：3.084±1.282pg/ml；P = 0.060）。对照组血清IL-8水平在CPB后显著增高，直到CPB后48h仍然处于较高水平，与CPB前比较有显著差异（P＜0.001）；相比之下，灌注组虽然同样在CPB后0h显著增高，但CPB后12、24、48h一直处于与CPB前相似的低水平（P =0.226，P =0.099，P =0.279）。虽然方差分析没能显示两组之间血清IL-8水平变化趋势存在显著差异（P =0.0946），但灌注组CPB后血清IL-8水平在各时间点均较对照组显著降低（P =0.012，P =0.036，P =0.037，P =0.034）（图4）。

两组术前血清sICAM-1水平无显著差异（灌注组：19.028±5.391ng/ml；对照组：19.937±5.391ng/ml；P =0.381）。对照组血清sICAM-1水平在CPB后显著增高，直到CPB后48h才恢复到接近基线水平，但仍较CPB前为高；而灌注组在CPB后各时间点一直与CPB前无显著差异（P =0.353，P =0.146，P =0.091，P =0.144）。同时灌注组CPB后血清sICAM-1水平在各时间点均较对照组显著降低（P = 0.001，P =0.004，P =0.004，P =0.011），而且方差分析显示两组之间血清sICAM-1水平变化趋势存在显著差异（P =0.0158）（图5）。

两组术前血清P-selectin水平无显著差异（灌注组：130.021±46.172ng/ml；对照组：132.089±41.182ng/ml；P = 0.468），CPB后即时也未较CPB前有显著变化。对照组血清P-selectin水平在CPB后12h较CPB前显著增高（P =0.005），直到CPB后48h才恢复到接近基线水平，但仍较CPB前为高；而灌注组在CPB后12h较CPB前显著降低（P =0.041），CPB后24、48h虽恢复至接近CPB前，但仍较CPB前为低。同时灌注组CPB后血清P-selectin水平在CPB后12、24、48h均较对照组显著降低（P＜0.001，P=0.013，P=0.031），而且方差分析显示两组之间血清P-selectin水平变化趋势存在显著差异（P =0.0158）（图6）。

3 讨论

除了血液与CPB管道的非生物表面接触导致全身炎性反应，以及手术创伤应激会引起肺损伤以外，CPB时肺血流停止引起的缺血-再灌注损伤也是CPB术后肺损伤发生和加剧的重要原因。越来越多的实验研究证明通过各种方法在CPB期间为肺组织提供肺动脉灌注可以有效减轻术后肺损伤的发生[1-3]。

肺组织由肺动脉和支气管动脉(BA)双重供血，BA在生理情况下供应肺总血流的1-3%。CPB期间，肺动脉血流停止，且BA血流显著降低，导致肺发生缺血性损伤[4]。肺动脉灌注可以通过肺动脉和BA之间广泛存在的吻合支为肺组织提供代谢底物从而减轻肺缺血性损伤。由于肺动脉血流的暂时性中断，肺组织在CPB期间处于相对较温暖的状态，肺动脉灌注低温保护液可以使肺组织达到和维持均一的低温状态从而有效减轻热缺血损伤[5]。另外肺动脉灌注通过对肺血管的机械冲刷作用遏制白细胞集聚和微血栓的形成，减轻无复流现象，并降低肺组织炎性因子的产生[1]。

由于氧合血富含氧、代谢底物、能量物质和缓冲物质，有学者采用氧合血进行肺动脉灌注，但是氧合血同样富含在低温情况下丧失功能的红细胞，红细胞碎片，血小板，白细胞和炎性介质，这些可能导致肺毛细血管堵塞和炎性反应的加重[6]。HTK液属于细胞外液型器官保护液，最主要的特点是引入了强有力的组氨酸缓冲系统，遏制了缺血导致的酸中毒，从而能够防止ATP降解，改善能量代谢；同时组氨酸可以通过对抗氧自由基来保护内皮依赖性的血管舒张反应；色氨酸和α-酮戊二酸的膜保护作用也会抵抗再灌注期间氧自由基对内皮细胞膜的损害。有动物和临床试验证明HTK液可以在肺缺血期间保护肺组织，减轻肺损伤[7,8]。

OI和AaDO2是评价肺氧合功能的重要指标。虽然本研究中方差分析显示两组之间AaDO2变化趋势没有显著差异，但OI变化趋势存在显著差异，且CPB后各时间点，灌注组OI均显著高于对照组，AaDO2均显著低于对照组。结果提示灌注组术后肺氧合功能明显优于对照组。

IL-6主要由肺泡巨噬细胞产生，是肺内中性粒细胞集聚的关键炎性介质。IL-6水平升高促进肺血管内皮损伤和微血栓形成，增加肺毛细血管渗透性，损害肺通气和换气功能。而IL-8则通过趋化作用，促进中性粒细胞向肺泡腔内募集，造成肺损伤。研究证实IL-6和IL-8水平与急性肺损伤患儿死亡率呈正相关[9]。本研究中两组CPB后血清IL-6和IL-8水平平均较术前明显升高，但相对于对照组，灌注组CPB后血清IL-6和IL-8水平较术前的升高幅度较低，且恢复较快，这也与其较优的临床转归相一致。

在缺血后再灌注肺损伤中，粘附分子作为炎性反应的始动因子之一，在内皮细胞表面表达的上调促使中性粒细胞和内皮细胞粘附，进而使内皮细胞功能紊乱，造成中性粒细胞介导的组织损伤。新近的研究显示在肺损伤患儿中cICAM-1与中性粒细胞介导的器官功能不全存在正相关，cICAM-1 水平对于预后有预测价值[10]。在灌注组中cICAM-1维持低水平说明肺微血管中中性粒细胞和内皮细胞间相互作用受到抑制，从而未能释放cICAM-1。P-selectin的可溶性异构体则通过与中性粒细胞细胞表面的P-selectin受体结合促进其与内皮细胞的粘附，高水平的P-selectin被认为是中性粒细胞介导的肺损伤的另一独立预测因子[11]。这与本研究中灌注组与对照组从CPB后P-selectin水平截然不同的变化趋势相吻合。

4 结论

    缺血-再灌注是未成熟肺体外循环肺损伤的重要因素。通过体外循环中肺动脉灌注低温HTK液可以有效保护肺血管内皮细胞功能，改善肺组织能量代谢，减轻炎性反应的发生，提高TOF矫治术后患儿肺换气功能，改良预后，为降低未成熟肺CPB肺损伤提供了一条新的途径。

参考文献

1. Siepe M, Goebel U, Mecklenburg A et al. Pulsatile pulmonary perfusion during cardiopulmonary bypass reduces the pulmonary inflammatory response[J]. Ann Thorac Surg, 2008, 86(1): 115-122.
2. Zheng JH, Xu ZW, Wang W, et al. Lung perfusion with oxygenated blood during aortic clamping prevents lung injury[J]. Asian Cardiovasc Thorac Ann, 2004, 12(1): 58-60.
3. Wei B, Liu YL, Wang Q, et al. Lung Perfusion With Protective Solution Relieves Lung Injury in Corrections of Tetralogy of Fallot[J]. Ann Thorac Surg, 2004, 77(3): 918-924.
4. Schlensak C, Doenst T, Preusser S, et al. Bronchial artery perfusion during cardiopulmonary bypass does not prevent ischemia of the lung in piglets: assessment of bronchial artery blood flow with fluorescent microspheres[J]. Eur J Cardiothorac Surg, 2001, 19(3): 326-331.
5. Turan Ege, Gülara Huseyin, Omer Yalcin, et al. Importance of Pulmonary Artery Perfusion in Cardiac Surgery[J]. Journal of Cardiothoracic and Vascular Anesthesia, 2004, 18(2): 166-174.
6. Sakata J, Morishita K, Ito T, et al. Comparison of clinical outcome between histidine-triptophan-ketoglutalate solution and cold blood cardioplegic solution in mitral valve replacement[J]. J Card Surg, 1998, 13(1): 43-47.
7. Warnecke G, Struber M, Hohlfeld JM et al. Pulmonary preservation with Bretscheider's HTK and Celsior solution in minipigs[J]. Eur J Cardiothorac Surg 2002, 21 (6):1073-1079.
8. Schulz U, Morshuis M, Godo a, et al. Organ preservation in heart and heart-lung transplantation using HTK-Bretschneider solution[C]. Proceedings of the World Society of Cardio-Thoracic Surgeons 8th World Congress, Houston, 1998: 132.
9. Koike T, Tsuchida M, Saitoh M, et al. Protective mechanism of ultrafiltration against cardiopulmonary bypass-induced lung injury[J]. Transplant Proc. 2009, 41(9): 3845-3848.
10. Flori HR, Ware LB, Glidden D, et al. Early elevation of plasma soluble intercellular adhesion molecule-1 in pediatric acute lung injury identifies patients at increased risk of death and prolonged mechanical ventilation[J]. Pediatr Crit Care Med. 2003, 4(3): 315-21.
11. Koh TW, DeSouza AC, Pepper JR. The adhesion molecule P-selectin and cardiovascular disease - cardiac surgical implications[J]. Eur. Heart J. 2004, 25(11): 993 - 993.