体外循环对血管内皮细胞及中性粒细胞弹性蛋白酶影响

　　作者：高从荣,祝会斌,刘卫萍,钟鲁,黄文军,王　　作者单位：合肥市第二人民医院(安徽医科大学第四临床学院)胸心外科

　　【摘要】 目的 探讨体外循环(CPB) 对血管内皮细胞的急性损伤/ 活化及中性粒细胞弹性蛋白酶(NE)的影响。方法 选取30 例先天性心脏病患者,分别于体外循环前(T1)，升主动脉阻断后15 min (T2)，升主动脉开放后30 min (T3)，升主动脉开放后60 min (T4)采集静脉血,测定血浆中性粒细胞弹性蛋白酶(NE)及肿瘤坏死因子-α(TNF-α)，细胞黏附因子(sICAM)的含量。结果 NE、TNF-α、sICAM在升主动脉阻断15 min后己升高, 升主动脉开放30 min后升至最高点，而后有下降趋势结论。NE与sICAM呈正相关(r= 0.7826,P<0.05),并与TNF-α呈正相关(r=0.8256,P<0.05)。结论 CPB 可导致血管内皮细胞的广泛损伤/活化。血浆弹性蛋白酶的动态变化可提示血管内皮细胞的损伤程度。

　　【关键词】 体外循环,中性粒细胞弹性蛋白酶,血管内皮

　　[Abstract] Objective To investigate vascular endothelial cell injurvation and the changs of neutrophil elastase during cardiopulmonary bypass.Methods A prospective randomized study was performed on 30 patients with acyanotic congenital heart disease undergoing corrective surgical procedures. Four blood samples were taken at the time points after anesthesia induction, 15min after starting CPB,30min after opening aorta, and 60min after opening aorta, to measure the levels of NE，TNF-α,sICAM.Results The levels of NE,TNF-α, and sICAM were significantly elevated during CPB and raised to the top 30min immediately after opening aorta , as compared with those before CPB (P<0.01),although the concentration began to decease at T4 point. The changes of contents of NE and sICAM had positive correlation (r=0.7826,P<0.05). The changes of contents of NE and TNF - α had positive correlation(r=0.8256,P<0.05).Conclusion The injury and activation of vascular endothelial cell were induced by CPB, and the changes of content of NE in serum might be used to predict the serious degree vascular endothelial cell injury after CPB.

　　[Key words] Cardiopulmonary bypass ;Neutrophil elastase;Vascurlar endothelial

　　体外循环(cardiopulmonary bypass CPB)引起广泛的血管内皮细胞激活/损伤是CPB术后发生全身性炎症反应和多器官功能障碍的中心环节。血管内皮细胞激活/损伤后,通透性增加,血浆蛋白及其他炎性介质的外渗并伴随炎症网络反应扩大,最终导致CPB后全身系统炎性反应和多器官功能障碍。中性粒细胞激活及激活的中性粒细胞脱颗粒产生大量的中性粒细胞弹性蛋白酶(NE)在此过程中起重要作用[1]。血浆中肿瘤坏死因子-α(TNF-α) 、可溶性细胞间黏附分子-1 ( sICAM- 1) 的水平与内皮细胞损伤或激活相关[2,3]。本文通过体外循环前后中性粒细胞激活的标志物中性粒细胞弹性蛋白酶(NE)及TNF -α与细胞黏附因子(sICAM)的动态监测，来探讨体外循环对血管内皮细胞及中性粒细胞弹性蛋白酶的影响。

　　1 资料与方法

　　1.1 病例选择 选择30例2008年1月至2008年10月在我院行先天性心脏病矫治术的患者,其中男性17例,女性13例,年龄13个月～8岁7个月,体质量10～30 kg。均经超声心动图、胸片、心电图检查确诊为房室水平左向右分流型先天性心脏病。其中房间隔缺损8 例, 室间隔缺损19例, 房间隔缺损合并室间隔缺损3 例。入选标准: 非婴儿及新生儿;临床无发绀、无心衰、无严重肺高压者; 术前无呼吸道感染肝肾功能及心肌酶谱正常者。

　　1.2 麻醉及体外循环：入手术室前30 min 给予肌肉注射吗啡0.2 mg/kg ,东莨菪碱0.3 mg/kg入手术室后面罩给氧,同时局部麻醉下行桡动脉穿刺。诱导药物为异丙酚、咪唑安定、维库溴胺和芬太尼,麻醉维持以吸入异氟醚和分次静脉注射维库溴胺、芬太尼、安定及氯胺酮等。CPB 采用人工心肺机(德国StockertII 型) 进行非搏动性灌注,膜式氧合器(美国百特) 或鼓泡式氧合器(西京) 进行血液氧和。所有患者均采用高钾冷晶体停跳液。

　　1.3 标本采集与测定 ①标本采集：分别于体外循环前(T1)，升主动脉阻断后15 min (T2)，升主动脉开放后30 min (T3)，升主动脉开放后60 min (T4)采静脉血5 ml,经离心(3 000 r/min,10 min)取上清液,保存于-70℃冰箱中待测。②标本测定:选T1、T2、T3，T4的标本,采用ELISA法检测其中细胞黏附因子，肿瘤坏死因子-α和中性粒细胞弹性蛋白酶的含量(试剂盒由上海森雄科技实业公司提供原装产品)。为排除CPB 中血液稀释对测定值的影响,测定结果均予以校正(校正值=实测值×转流前Hct/采样时Hct)。

　　1. 4 统计学处理 所有测定值以均数±标准差表示，采用SPSS 11.0 统计学软件包处理,组内比较以均数t检验,P<0.05为有统计学意义。

　　2 结果

　　2.1 血浆NE、TNF-α、sICAM三者的血浆浓度在T2、 T3、T4均有升高(与CPB前相比P<0.01或P<0.05),T3达到高峰, T4有所下降。见附表。*与T1比较P<0.05,**与T1比较P<0.01。

　　2.2 NE水平与sICAM呈正相关(r=0.7826,P<0.05),并与TNF-α呈正相关(r=0.8256,P<0.05)。

　　3 讨论

　　血管内皮细胞在调节血管通透性、脂质转运、运动张力、凝血和炎症反应等方面起关键作用, 体外循环期间，由于血液与人工材料接触、缺血再灌注、血流动力学急剧变化等因素的影响导致中性粒细胞激活,激活的中性粒细胞脱颗粒产生大量的中性粒细胞弹性蛋白酶,最终引起内皮细胞激活/损伤。内皮细胞激活/损伤后,通透性增加,血浆蛋白及其他炎性介质的外渗并伴随炎症网络反应扩大,这是CPB后全身系统炎性反应和多器官功能障碍的中心环节。中性粒细胞弹性蛋白酶是引起炎症级联反应的终效应因子[4],对体外循环中血管内皮细胞的激活/损伤起重要作用，严重影响患者的预后。

　　NE是含218个氨基酸残基和4 个二硫键的单链糖蛋白, 属于丝氨酸蛋白酶超家族, 主要来源于中性粒细胞(PMN ),在单核细胞、T细胞和肥大细胞中少量存在[5]。正常机体内存在蛋白酶与抗蛋白酶平衡,使机体不会因为蛋白酶的活性增高而导致损伤, CPB时,蛋白酶可能释放过多或/和抗蛋白酶消耗过量,从而导致蛋白酶和抗蛋白酶系统失衡。血浆中的弹性蛋白酶浓度在CPB开始后逐渐升高,在开放30 min时达高峰。从本组研究结果来看:血清中NE在体外循环中各时点与诱导后比较,均有明显增加(P<0.01)。

　　sICAM-I和TNF - a已被证实是CPB期间血管内皮损伤的分子标志物[2，3]。两者血浆中含量可以反映血管内皮损伤的程度。从本组研究的结果来看：血清中sICAM-I和TNF-a在体外循环中各时点与诱导后比较,均有明显增加(P<0.05)。提示 CPB 可导致血管内皮细胞的广泛损伤/活化。CPB期间,中性粒细胞与内皮细胞的黏附是CPB期间内皮细胞损伤重要的环节,而黏附分子( sICAM-I)的表达增强是中性粒细胞与内皮细胞发生黏附,激活/损伤内皮细胞的关键,近来研究表明NE 的活性增强可促进sICAM-I的表达。从本组研究的结果来看：血浆弹性蛋白酶峰值水平与sICAM呈正相关。

　　CPB期间N E 可诱导上皮细胞释放多种促炎细胞因子, 如粒巨噬细胞集落刺激因子(GM -CSF)、白介素-6(IL- 6)、白介素-8(IL -8)、转化生长因子(TGF- B) , 引起激肽释放酶原、纤维酶原、高分子激肽原、H 因子等分解而形成活化产物, 放大炎症反应强度。Podlich等[6]实验表明： NE不仅可以裂解细胞外基质,而且可以降解许多血浆蛋白,如免疫球蛋白以及凝血因子;活化激肽、缓激肽、花生四烯酸,增强IL - 8、TNF - a等趋化因子的表达和释放,而这些炎性介质又能吸引或激活中性粒细胞释放更多NE。NE的这些多重效应构成了级联的炎症网络而形成恶性循环,使炎症网络反应扩大,加重CPB期间内皮细胞的损伤。从本组研究的结果来看：血浆弹性蛋白酶峰值水平与TNF - a呈正相关。

　　综上所述,体外循环后可以引起血管内皮细胞激活/损伤的发生。中性粒细胞激活后产生大量的NE在此过程中起重要作用。血浆弹性蛋白酶浓度的动态变化可能提示内皮细胞损伤的严重程度。

　　【参考文献】

　　[1] Boyle EM, Pohlman TH, Johnson MC,et al.Endothelial cell injury in cardiovasc surgery: the system inflammatory response.Ann Thorac Surg,1997,63(1):277-284.

　　[2] 陈劲进,肖颖彬,王学峰,等.低温体外循环致血管内皮损伤的临床研究.微循环杂志,2000,10(2)：8-10.

　　[3] Xiao X,Zhang C,Wei Y.Leukocyte adhesion molecule expression and circulating ICAM-1,E-selectin levels during cardiopulmonary bypass in patients undergoing valve replacement.Hua Xi Yi Ke Da Xue Xue Bao ,1999,30(1):81-85.

　　[4] 聂晓红,周向东.蛋白酶抑制剂对肺炎性损伤的保护作用.临床肺科杂志,2004,9(6): 665-667.

　　[5] 王殿华,刘旭,凌亦凌.中性粒细胞弹性蛋白酶与急性肺损伤.国外医学呼吸系统分册,2004,24(6):368-370.

　　[6] Podlich D,Kemme M.Different susceptibility of human tissue prokallikrein to cleavage by neutrophil proteinases. Immunopharmacology,1999,45(3):95-101.