引用本文： 吳帆, 周凱, 高峰, 張近寶, 付西, 郭鑫, 何春陽. 高壓氧預處理對體外循環術后炎癥反應的影響. 中國胸心血管外科臨床雜志, 2015, 22(11): 1022-1025. doi: 10.7507/1007-4848.20150254 復制
隨著體外循環（cardiopulmonary bypass，ECC）技術和心肌保護技術的進步，心臟瓣膜置換術的風險大大降低，但手術操作及體外循環技術對機體的損傷不可避免，其中炎癥反應起著重要作用[1-3]。有研究表明，高壓氧（hyperbaric oxygen，HBO）預處理能使體外循環術后患者的心、腦功能得到保護[4-5]，且能減少炎癥過程中的白細胞隔離、腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）、白介素-6 （interl-eukin-6，IL-6）、細胞間粘附分子-1 （intercellular adhe-sion molecule-1，ICAM-1）、CD18、組織髓過氧化酶以及脂質過氧化作用等[6]。因此，我們研究了HBO預處理對體外循環下行心臟瓣膜置換術患者在圍手術期炎癥因子釋放的影響，從炎癥反應角度探索HBO預處理是否能對體外循環手術患者起保護作用。
1 資料與方法
1.1 臨床資料和分組
選取2013年7月至2014年10月在我院心血管外科行擇期二尖瓣或主動脈瓣置換術的輕型瓣膜病患者（射血分數＞40%，心功能≥Ⅱ級）30例，根據計算機隨機數分為兩組：對照組（15例，術前不給予HBO預處理）和預處理組（15例，術前給予3次HBO預處理）。排除標準：冠心病、糖尿病、頻發的心絞痛病史、年齡＞75歲、二次手術、左心室射血分數（LVEF）＜40%、肝腎功能障礙、術前1周內發熱、活動性風濕或免疫性疾病、術前2周內行免疫抑制劑或類固醇激素治療、氣胸、中耳疾病、術中二次轉流、術后急診開胸止血的患者。本研究取得成都軍區總醫院倫理委員會批準及患者（或其代理人）知情同意。
1.2 HBO預處理方法
預處理組患者于術前連續3 d行1次/天的HBO預處理。患者進入醫用高壓氧艙（YC32105/0.3-201V，煙臺冰輪氧艙集團）后封閉艙門，經艙內吸氧面罩吸入1 L/L氧氣，全程持續吸氧。在入艙后30 min 內艙內壓力逐漸加至0.25 mPa，出艙前35 min內逐步減壓至0.10 mPa，治療結束，共計110 min。最后1次治療結束后次日上午行手術治療。
1.3 手術方法
常規全身麻醉，給予肝素以維持激活凝血時間于480 s以上，建立ECC，采用美國Baxtor膜式氧合器和德國Stockert體外循環機進行氧合并維持流量在2.0～2.5 L/ （min ? m2），鼻咽溫降至30℃后阻斷主動脈，將4℃血液與高鉀晶體液（改良St. Thomas心臟停搏液）以4 : 1比例經主動脈冷灌插管或主動脈切口直接注入冠狀動脈，心臟停搏后置換二尖瓣或主動脈瓣，每30 min以10～20 ml/kg輸入心臟停搏液維持心臟停搏。術畢復溫，開放主動脈，心臟復跳，停ECC，按1 : 1～1 : 1.5給予魚精蛋白中和肝素。所有患者在術前及術后24 h內均未輸注異體血液制品。
1.4 實驗室分析
主要檢測的炎癥因子有細胞因子（TNF-α、IL-6、IL-10），可溶性粘附分子（可溶性P-選擇素、可溶性ICAM-1）和應激反應蛋白熱休克蛋白-70（HSP-70）等。分別在4個時間點，即皮膚切開前（T1）、ECC開始后30 min（T2）、ECC停機后1 h（T3）、ECC停機后24 h（T4）從中心靜脈管抽取2 ml血液注入乙二胺四乙酸鹽（EDTA）抗凝管，離心（3 000 r/min，10 min）后－80℃冰箱凍存，利用定量酶聯免疫檢測法進行測定。為去除血液稀釋對結果的影響，測定結果用轉流前（T1）的紅細胞壓積（HCT0）和標本采集時的紅細胞壓積（HCT）的比值進行校正，即校正值=測定值×HCT0 /標本HCT。
1.5 統計學分析
采用SPSS 18.0統計軟件進行統計分析，計量資料以均數±標準差（
2 結果
2.1 圍手術期臨床資料
兩組患者圍手術期在年齡、性別、體重指數、術前左心室射血分數、ECC時間、主動脈阻斷時間、手術時間等方面差異均無統計學意義（P＞0.05），見表 1。
表1
兩組患者圍手術期臨床資料比較（2.2 手術前后炎癥因子的變化
兩組患者的IL6、TNF-α、P-選擇素、ICAM-1、IL-10、HSP-70等炎癥因子的血清濃度在T1時差異無統計學意義（P＞0.05）。兩組患者所有炎癥因子的血清濃度均呈先升后降趨勢，在T3時達到峰值，在T4時雖較T3時的峰值下降，但仍高于T1時（P＜0.05）。其中，HSP-70血清濃度雖也呈先升后降趨勢，但P組在T4時的濃度與T1時的濃度差異已無統計學意義（P＞0.05）。與同期C組相比，P組患者的IL-6和HSP-70血清濃度在T4時更低（P＜0.05），而IL-10血清濃度在T3和T4時更高（P＜0.05），見表 2。
表2
兩組患者在不同時間點炎癥因子的濃度（2.3 兩組患者術后臨床結果
所有患者均存活，恢復良好出院，術后無1例出現肝、腎、腦等重要器官損害，見表 3。
表3
兩組患者術后臨床結果比較（3 討論
體外循環過程中由血液與氧合器、體外循環管路等人工材料的表面接觸、非生理性灌注、缺血-再灌注損傷、體溫變化以及手術創傷等均可觸發全身有害的炎癥反應，激活內皮細胞和白細胞，并釋放多種細胞因子，促進內皮細胞與活化白細胞間的粘附，引起血管內皮損傷[7-8]。一旦發生過度炎癥反應就會導致術后多種并發癥發生。
體外循環引起的炎癥反應過程是一個龐大復雜的網絡調控，細胞因子作為信號物質參與其中，對炎癥反應的發展和轉歸起著重要作用[9-13]。IL-6和TNF-α是炎癥反應中兩個重要的促炎性細胞因子，IL-6作為“急性時相反應”的一種表現，引起再灌注損傷后中性粒細胞在心肌細胞間的浸潤，導致ECC術后心室壁運動功能的障礙[14]。TNF-α則可激活中性粒細胞的吞噬能力，增強白細胞粘附分子的表達，擴大全身炎癥反應，并降低心肌收縮力，介導左心室重構[15-16]。而粘附分子P-選擇素和ICAM-1在炎癥反應中則主要是介導中性粒細胞和血管內皮細胞的粘附反應，而后者恰恰是不同類型的炎癥反應的共同通路[17]。因此，減輕心臟ECC術后的有害炎癥反應就可能為減少術后并發癥提供有效干預。
研究發現，在組織缺血-再灌注損傷前進行高壓氧預處理不僅能提高血紅素加氧酶-1的含量，增加抗氧化損傷能力，還能減輕心臟ECC術后炎癥反應，進而提高心、腦等器官對缺血-再灌注損傷的耐受[6, 18]。本研究結果顯示，預處理組患者的炎癥因子血清濃度普遍稍高于對照組，雖然兩組之間大部分炎癥因子濃度差異無統計學意義，但仍提示相較對照組患者而言，經HBO預處理后患者體內的致炎-抗炎的動態平衡在術后24 h內始終維持在一個相對較高的水平。IL-6、TNF-α、P-選擇素和ICAM-1等多種炎癥因子在停機后1 h達到峰值，停機24 h后均已下降，但此時兩組患者炎癥因子的血清濃度仍高于術前，此結果與其它研究報道相似[6]。然而，進一步研究發現，預處理組患者在停機后24 h時IL-6血清濃度已明顯低于對照組（P＜0.05），說明經HBO預處理的ECC術后患者IL-6下降明顯，提示HBO預處理在一定程度上減輕了ECC術后的不利炎癥反應，使致炎癥因子的釋放得到了有效抑制。此外，HSP-70是熱休克蛋白家族中最重要的一員，在幾乎所有生物的應激細胞中常被高度誘導，具有保護機體和細胞的功能[19]。相應地，HSP-70水平的升高程度也反映了心肌缺血-再灌注損傷的程度。在我們的研究中發現，預處理組患者的HSP-70血清濃度在停機后24 h已經下降至術前水平，且明顯低于對照組，故也說明了HBO預處理在停機24 h后已降低了ECC術后的全身炎癥反應強度。
另一方面，本研究結果還顯示，在停機后1 h以后預處理組患者的IL-10血清濃度明顯高于對照組（P＜0.05）。由于IL-10屬于抗炎細胞因子，主要由T細胞產生，因其能抑制致炎癥因子的釋放而具有強大的抗炎作用[20]。因此，術后IL-10血清濃度維持在一個較高水平也提示了HBO預處理在減輕ECC術后有害炎癥反應的同時，也加強了機體的抗炎能力。從術后的臨床結果來看，經過HBO預處理的患者術后機械通氣時間要短于對照組，可能與術后肺部炎癥反應更輕有關。在其它臨床結果方面兩組無明顯差異，可能由于入組患者均為輕型瓣膜病患者，高壓氧預處理的優勢未能顯現，下一步可對重癥瓣膜病患者進行研究。
綜上所述，HBO作為術前預處理的一種手段，雖然不是完全消除了ECC術后的炎癥反應，卻在一定程度上降低了炎癥反應的程度，減少了術后由于炎癥反應而可能導致的并發癥。
隨著體外循環（cardiopulmonary bypass，ECC）技術和心肌保護技術的進步，心臟瓣膜置換術的風險大大降低，但手術操作及體外循環技術對機體的損傷不可避免，其中炎癥反應起著重要作用[1-3]。有研究表明，高壓氧（hyperbaric oxygen，HBO）預處理能使體外循環術后患者的心、腦功能得到保護[4-5]，且能減少炎癥過程中的白細胞隔離、腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）、白介素-6 （interl-eukin-6，IL-6）、細胞間粘附分子-1 （intercellular adhe-sion molecule-1，ICAM-1）、CD18、組織髓過氧化酶以及脂質過氧化作用等[6]。因此，我們研究了HBO預處理對體外循環下行心臟瓣膜置換術患者在圍手術期炎癥因子釋放的影響，從炎癥反應角度探索HBO預處理是否能對體外循環手術患者起保護作用。
1 資料與方法
1.1 臨床資料和分組
選取2013年7月至2014年10月在我院心血管外科行擇期二尖瓣或主動脈瓣置換術的輕型瓣膜病患者（射血分數＞40%，心功能≥Ⅱ級）30例，根據計算機隨機數分為兩組：對照組（15例，術前不給予HBO預處理）和預處理組（15例，術前給予3次HBO預處理）。排除標準：冠心病、糖尿病、頻發的心絞痛病史、年齡＞75歲、二次手術、左心室射血分數（LVEF）＜40%、肝腎功能障礙、術前1周內發熱、活動性風濕或免疫性疾病、術前2周內行免疫抑制劑或類固醇激素治療、氣胸、中耳疾病、術中二次轉流、術后急診開胸止血的患者。本研究取得成都軍區總醫院倫理委員會批準及患者（或其代理人）知情同意。
1.2 HBO預處理方法
預處理組患者于術前連續3 d行1次/天的HBO預處理。患者進入醫用高壓氧艙（YC32105/0.3-201V，煙臺冰輪氧艙集團）后封閉艙門，經艙內吸氧面罩吸入1 L/L氧氣，全程持續吸氧。在入艙后30 min 內艙內壓力逐漸加至0.25 mPa，出艙前35 min內逐步減壓至0.10 mPa，治療結束，共計110 min。最后1次治療結束后次日上午行手術治療。
1.3 手術方法
常規全身麻醉，給予肝素以維持激活凝血時間于480 s以上，建立ECC，采用美國Baxtor膜式氧合器和德國Stockert體外循環機進行氧合并維持流量在2.0～2.5 L/ （min ? m2），鼻咽溫降至30℃后阻斷主動脈，將4℃血液與高鉀晶體液（改良St. Thomas心臟停搏液）以4 : 1比例經主動脈冷灌插管或主動脈切口直接注入冠狀動脈，心臟停搏后置換二尖瓣或主動脈瓣，每30 min以10～20 ml/kg輸入心臟停搏液維持心臟停搏。術畢復溫，開放主動脈，心臟復跳，停ECC，按1 : 1～1 : 1.5給予魚精蛋白中和肝素。所有患者在術前及術后24 h內均未輸注異體血液制品。
1.4 實驗室分析
主要檢測的炎癥因子有細胞因子（TNF-α、IL-6、IL-10），可溶性粘附分子（可溶性P-選擇素、可溶性ICAM-1）和應激反應蛋白熱休克蛋白-70（HSP-70）等。分別在4個時間點，即皮膚切開前（T1）、ECC開始后30 min（T2）、ECC停機后1 h（T3）、ECC停機后24 h（T4）從中心靜脈管抽取2 ml血液注入乙二胺四乙酸鹽（EDTA）抗凝管，離心（3 000 r/min，10 min）后－80℃冰箱凍存，利用定量酶聯免疫檢測法進行測定。為去除血液稀釋對結果的影響，測定結果用轉流前（T1）的紅細胞壓積（HCT0）和標本采集時的紅細胞壓積（HCT）的比值進行校正，即校正值=測定值×HCT0 /標本HCT。
1.5 統計學分析
采用SPSS 18.0統計軟件進行統計分析，計量資料以均數±標準差（
2 結果
2.1 圍手術期臨床資料
兩組患者圍手術期在年齡、性別、體重指數、術前左心室射血分數、ECC時間、主動脈阻斷時間、手術時間等方面差異均無統計學意義（P＞0.05），見表 1。
表1
兩組患者圍手術期臨床資料比較（2.2 手術前后炎癥因子的變化
兩組患者的IL6、TNF-α、P-選擇素、ICAM-1、IL-10、HSP-70等炎癥因子的血清濃度在T1時差異無統計學意義（P＞0.05）。兩組患者所有炎癥因子的血清濃度均呈先升后降趨勢，在T3時達到峰值，在T4時雖較T3時的峰值下降，但仍高于T1時（P＜0.05）。其中，HSP-70血清濃度雖也呈先升后降趨勢，但P組在T4時的濃度與T1時的濃度差異已無統計學意義（P＞0.05）。與同期C組相比，P組患者的IL-6和HSP-70血清濃度在T4時更低（P＜0.05），而IL-10血清濃度在T3和T4時更高（P＜0.05），見表 2。
表2
兩組患者在不同時間點炎癥因子的濃度（2.3 兩組患者術后臨床結果
所有患者均存活，恢復良好出院，術后無1例出現肝、腎、腦等重要器官損害，見表 3。
表3
兩組患者術后臨床結果比較（3 討論
體外循環過程中由血液與氧合器、體外循環管路等人工材料的表面接觸、非生理性灌注、缺血-再灌注損傷、體溫變化以及手術創傷等均可觸發全身有害的炎癥反應，激活內皮細胞和白細胞，并釋放多種細胞因子，促進內皮細胞與活化白細胞間的粘附，引起血管內皮損傷[7-8]。一旦發生過度炎癥反應就會導致術后多種并發癥發生。
體外循環引起的炎癥反應過程是一個龐大復雜的網絡調控，細胞因子作為信號物質參與其中，對炎癥反應的發展和轉歸起著重要作用[9-13]。IL-6和TNF-α是炎癥反應中兩個重要的促炎性細胞因子，IL-6作為“急性時相反應”的一種表現，引起再灌注損傷后中性粒細胞在心肌細胞間的浸潤，導致ECC術后心室壁運動功能的障礙[14]。TNF-α則可激活中性粒細胞的吞噬能力，增強白細胞粘附分子的表達，擴大全身炎癥反應，并降低心肌收縮力，介導左心室重構[15-16]。而粘附分子P-選擇素和ICAM-1在炎癥反應中則主要是介導中性粒細胞和血管內皮細胞的粘附反應，而后者恰恰是不同類型的炎癥反應的共同通路[17]。因此，減輕心臟ECC術后的有害炎癥反應就可能為減少術后并發癥提供有效干預。
研究發現，在組織缺血-再灌注損傷前進行高壓氧預處理不僅能提高血紅素加氧酶-1的含量，增加抗氧化損傷能力，還能減輕心臟ECC術后炎癥反應，進而提高心、腦等器官對缺血-再灌注損傷的耐受[6, 18]。本研究結果顯示，預處理組患者的炎癥因子血清濃度普遍稍高于對照組，雖然兩組之間大部分炎癥因子濃度差異無統計學意義，但仍提示相較對照組患者而言，經HBO預處理后患者體內的致炎-抗炎的動態平衡在術后24 h內始終維持在一個相對較高的水平。IL-6、TNF-α、P-選擇素和ICAM-1等多種炎癥因子在停機后1 h達到峰值，停機24 h后均已下降，但此時兩組患者炎癥因子的血清濃度仍高于術前，此結果與其它研究報道相似[6]。然而，進一步研究發現，預處理組患者在停機后24 h時IL-6血清濃度已明顯低于對照組（P＜0.05），說明經HBO預處理的ECC術后患者IL-6下降明顯，提示HBO預處理在一定程度上減輕了ECC術后的不利炎癥反應，使致炎癥因子的釋放得到了有效抑制。此外，HSP-70是熱休克蛋白家族中最重要的一員，在幾乎所有生物的應激細胞中常被高度誘導，具有保護機體和細胞的功能[19]。相應地，HSP-70水平的升高程度也反映了心肌缺血-再灌注損傷的程度。在我們的研究中發現，預處理組患者的HSP-70血清濃度在停機后24 h已經下降至術前水平，且明顯低于對照組，故也說明了HBO預處理在停機24 h后已降低了ECC術后的全身炎癥反應強度。
另一方面，本研究結果還顯示，在停機后1 h以后預處理組患者的IL-10血清濃度明顯高于對照組（P＜0.05）。由于IL-10屬于抗炎細胞因子，主要由T細胞產生，因其能抑制致炎癥因子的釋放而具有強大的抗炎作用[20]。因此，術后IL-10血清濃度維持在一個較高水平也提示了HBO預處理在減輕ECC術后有害炎癥反應的同時，也加強了機體的抗炎能力。從術后的臨床結果來看，經過HBO預處理的患者術后機械通氣時間要短于對照組，可能與術后肺部炎癥反應更輕有關。在其它臨床結果方面兩組無明顯差異，可能由于入組患者均為輕型瓣膜病患者，高壓氧預處理的優勢未能顯現，下一步可對重癥瓣膜病患者進行研究。
綜上所述，HBO作為術前預處理的一種手段，雖然不是完全消除了ECC術后的炎癥反應，卻在一定程度上降低了炎癥反應的程度，減少了術后由于炎癥反應而可能導致的并發癥。
