小儿先天性心脏病术后肠道通透性的研究

作者：李志浩,苏肇伉,陈冬英作者单位：上海第二医科大学附属上海儿童医学中心小儿心胸外科,上海 200127

     【摘要】  目的 心脏手术中体外循环(extracorporeal circulation,ECC)的运用可引起肠道细胞的缺血缺氧, 导致营养吸收障碍和肠粘膜屏障受损，缺血状态下肠道上皮通透性的增加早于肠道粘膜形态学的改变，所以测定肠道通透性的改变可反应先心病术后早期肠粘膜屏障功能的损伤。方法 选取先天性心脏病患儿10名，除外肠道病变和感染性疾病。分别于术前、术后24 h、术后96 h测定肠道通透性和血中内毒素浓度。采用高效液相色谱分析法（HPLC）测定尿中乳果糖（L）和甘露醇（M）的排泄比率(L/M)作为测定肠道通透性的指标，采取静脉血利用鲎试剂与合成基质（鲎三肽）的偶氮显色法来测定样品中微量的内毒素浓度。结果 先天性心脏病患儿手术后24 h肠道通透性增加(P<0.01)，血中内毒素浓度较术前上升(P<0.01)，术后96 h肠道通透性恢复，而血中内毒素仍维持在较高水平(P<0.05)。结论 小儿先天性心脏病术后肠道通透性增高，并出现内毒素血症。

【关键词】  先天性心脏病;体外循环;肠道通透性;高效液相色谱分析;内毒素

　　Research of Intestinal Permeability in Children After Congenital Cardiac Operation

　　LI Zhihao，SU Zhao-kang，CHEN Dong-ying，CHEN Ling，SHI Zhen-ying

　　(Shanghai Children Medical Center of Shanghai Second Medical University,Shanghai 200127Chinese Science Academy,Shanghai Pharmacal Institution,Shanghai  201203,China)

　　Abstract: OBJECTIVE   Extracorporeal circulation used in cardiac operation can result in ischemia and hypoxemia of intestinal epithelium, which leads to nutrition malabsorption and damage of the barrier function of intestinal mucosa. The increment of the permeability in intestinal epithelium under ischemia is prior to its morphology change. So measurement of the change of intestinal permeability can reflect the early damage of its barrier function after congenital cardiac operation. METHODS  Ten infants suffered from congenital heart disease, except intestinal and infection disease were recruited. Intestinal permeability and blood endotoxin level were measured in the following time points: before operation, 24 hours after operation, 96 hours after operation. We use HPLC (high performance liquid chromatography) to measure intestinal permeability with the excretion ratio of lactulose and mannitol in urine. The blood endotoxin level was determined with the limulus amebocyte lysate assay. RESULTS  Intestinal permeability increased in 24 hours after children congenital cardiac operation (P<0.01), while the concentration of endotoxin also increased (P<0.01). 96 hours after operation intestinal permeability recovered, but the endotoxin level maintained at a higher level (P<0.05).CONCLUSION  After congenital cardiac operation, intestinal permeability and blood endotoxin level increases. 　　Key words：  Congenital heart disease;Extracorporeal circulation ;Intestinal permeability;HPLC;Endotoxin

　　心脏直视手术中运用的体外循环(extracorporeal circulation,ECC)是一种非生理性的灌注，低于正常心排量的灌注流量使机体处于控制性的休克状态，机体在保证重要脏器供血的同时使肠道、肾等器官处于缺血状态。肠粘膜屏障功能受损，可发生肠道细菌移位(bacteria translocation, BT)。近来研究表明细菌移位在各种严重病理条件下，参与了全身性炎性反应综合征(SIRS)的发生和发展，促使多脏器功能衰竭。因此先天性心脏病（先心病）手术后肠道通透性改变的研究具有广泛的临床意义。

　1  资料与方法

　　1.1  临床资料  先心病患儿10例，男5例,女5例。其中法洛四联症(TOF)2例,TOF伴肺动脉闭锁1例, 右室双出口2例,完全性房室通道2例, 完全性肺静脉异位引流1例, 永存动脉干1例,主动脉弓中断1例。其中伴有肺高压的患儿，导管资料显示其Pp/Ps均大于0.8,肺血管发育不良的病例McGoon 指数<1.5。年龄18.3(18.3±13.47)m,体重8.15(8.15±2.24)kg。ECC时间115.1(115.1±22.78)min，主动脉阻断时间80.3(80.3±23.07)min。

　　1.2  实验方法

　　1.2.1  标本的留取  患儿术前皆无肠道病变及感染性疾病。禁食6 h后口服测试液2 ml/kg(4 g甘露醇和10 g乳果糖溶于100 ml蒸馏水中)。收集此后5 h的全部尿液，混匀后取10 ml，-20℃保存待检。分别于术前、术后24 h和96 h留取尿液和血浆标本测定肠道通透性和循环中内毒素含量。

　　1.2.2  肠道通透性的测定  采用高效液相色谱分析法（HPLC）检测尿液中乳果糖(L)和甘露醇(M),取其比值L/M来表示肠道通透性。

　　1.2.3  内毒素测定  采用上海伊华临床医学科技公司的鲎试剂盒定量检测内毒素。

　　1.3  统计学方法  数据用均数±标准差( ±s )表示，手术前后观察值的变化采用配对t检验。P<0.05为有统计学意义。

　　2  结果

　　2.1  从术前标准品的HPLC图谱中可见甘露醇和乳果糖相应值出现的时间段，其波峰的高低反映了相应的浓度，见图1。术前和术后24 h尿液中甘露醇和乳果糖的HPLC峰谱见图2、3。6～7min为甘露醇被检出的响应值，13～14min为乳果糖被检出的响应值。

　　2.2  手术前、后肠道通透性和血浆内毒素浓度变化见表1。术后24 h血浆内毒素浓度较术前升高，术后96 h仍未恢复至术前水平。术后24 h的肠道通透性较术前增大，术后96 h恢复至术前水平。

　　2.3  ECC与肠道通透性、内毒素改变的见图4、5。ECC时间与肠道通透性、内毒素的改变无相关关系。

　　图1  术前甘露醇和乳果糖的标准品的HPLC峰谱（略）

　　图2  术前尿液中甘露醇和乳果糖的HPLC峰谱（略）

　　图3  术后24 h尿液中甘露醇和乳果糖的HPLC峰谱（略）

　　图４  ECC时间与肠道通透性改变的关系（略）

　　注：横轴：ECC时间: min；纵轴：术后24 h与术前L/M之差

　　图５  ECC时间与内毒素改变的关系（略）

　　注：横轴：ECC时间: min；纵轴：术后24 h与术前内毒素浓度之差

　　表1  手术前后肠道通透性和血浆内毒素浓度的变化（略）

　　注：*术后24 h与术前比较 P<0.01；#术后96 h与术前比较 N.S，##P<0.05

　　3  讨论    　　静息状态下，正常人的胃肠粘膜的血流量分别为38～77ml/(min·100g)，ECC时人工心肺机提供的灌注流量远远达不到这个水平。Ohri SK［1］用激光Doppler 探头探测ECC时肠粘膜的血流，发现ECC建立后30 min，粘膜血流量减少50%，复温时血流量逐渐回升，ECC结束后能恢复至原来水平。本试验通过肠道通透性的改变及内毒素的变化来观察ECC后肠道的病理生理的变化，结果显示小儿先心病术后24 h肠道通透性增大，并出现内毒素血症。术后96 h通透性恢复正常，而内毒素血症却仍然存在。Sunil报道冠脉搭桥患者肠道通透性从术前的(0.045±0.04)L/M升至术后3 h的(0.36±0.08)L/M，术后5天为(0.062±0.01)L/M，仍未恢复正常，并且L/M的变化在ECC时间超过100 min的患者中明显大于ECC时间少于100 min的患者［2］。本试验显示ECC时间和肠道通透性的改变并无相关，本试验组中所有病例ECC时间较长，平均达115 min，如ECC时间较短，肠道通透性的改变是否有变化，抑或小儿的肠道病理生理是否有其特殊性，值得进一步研究。肠道粘膜的损伤是一个复杂的机制，目前公认的因素主要有以下几点：①粘膜缺氧：肠绒毛的血液是由绒毛内中央营养小动脉供给，血液回流是由弓形小静脉完成的。绒毛微血管的分布符合对流交换条件，这种解剖学的特点虽利于营养物质的吸收，但是也导致了绒毛底部至顶端的氧分压急剧下降，此外绒毛顶端的紧密连接数量少于绒毛根部基腺窝，因此绒毛顶部更易发生通透性的改变。ECC时，肾素-血管紧张素系统激活，肠小动脉阻力明显增加，使肠绒毛缺血缺氧加重［3］。②粘膜酸中毒：缺氧时组织酸中毒抑制果糖磷酸激酶，使ATP的生成减少，影响肌动蛋白，细胞骨架系统受到破坏，使上皮细胞和内皮细胞通透性增加。③氧自由基：缺血再灌注时自由基也可损伤线粒体，抑制ADP氧化磷酸化形成ATP的过程，通过ATP的耗尽影响肠道的通透性［4］。④细胞因子：研究表明，某些细胞因子如γ干扰素（IFN-γ）和白介素-4（IL-4）可增加上皮细胞的通透性，但具体机制尚不清楚。

肠细菌及其内毒素的移位(bacteria translocation, BT)是内毒素血症的主要因素之一。但是肠通透性的增加并不一定表明发生了细菌移位，细菌移位的最直接证据是肠系膜淋巴结的阳性结果，但临床应用却有很大困难，间接证据是外周血培养发现源于肠道的细菌或内毒素。肠通透性的增加只是细菌移位的允许性条件。内毒素的分子量远远大于乳果糖的分子量，乳果糖吸收的增加是否也意味着内毒素的大量吸收目前尚不清楚，但是外伤和烧伤的研究发现随着病程的进展，L/M的比例上升和感染发生率的增加有关［5］，正常情况下，有少量的内毒素进入体循环，但随即被附近的淋巴结清除，残余的极少部分进入肝脏后被门静脉周围的Kupper细胞消灭，因此正常人体血液中没有或只有少量内毒素。由于内毒素性质稳定，普遍存在于自然环境中包括未经特殊处理的医疗器材中。早期的研究认为ECC后的内毒素血症是外源性的［6］，其证据是ECC开始后不久即可见内毒素浓度开始上升，但是这部分报道中内毒素浓度不高，临床症状不显著。然而血液中内毒素随着其浓度的增加，临床上可表现出从发热到多器官功能衰竭的一系列症状，因此一般情况下，外源性的内毒素不是引起ECC后病理改变的主要因素，实验发现术前用药物选择性地清除肠道细菌后可显著减少ECC后内毒素血症的发生［7］，证明了ECC后内毒素血症是由于肠道的细菌移位所致。本实验也发现术后24 h伴随着肠道通透性的增加，血中内毒素浓度升高，术后96 h虽然肠道通透性已恢复，但内毒素血浓度仍高于术前。其原因是内毒素血症的发生也和ECC后体内清除机制的减弱有关，例如ECC时循环中内毒素的水平和当时的低温水平呈正相关，可能是由于低温加重了肠道缺血、降低了酶的活性和损害了肝脏Kuppfer细胞的功能［8］，使肝脏对内毒素的清除功能下降。    　　有报道称接受ECC的患者中有50%发生了一过性的肠粘膜缺血，其证据是肠粘膜内的酸中毒［9］，进一步的研究发现肠道酸中毒的持续时间和心脏手术后预期的死亡率有关。目前普遍认为，肠道粘膜的低灌注状态是多脏器功能不全综合征(MODS)的重要病理基础，缺血时肠道粘膜屏障受到损伤，其完整性的破坏引起细菌移位和继发的细菌溶解并释放其中成分如内毒素等，刺激细胞毒性途径，激活肠道和肝脏的巨噬细胞，它们的作用是无选择性的，而且此时肺对这些细胞的灭活作用也被减弱，因此导致更多脏器的损害。近来报道在麻醉诱导期使用地塞米松可减轻术后肠道通透性的改变［10］。心脏手术由于需要ECC，不可避免的出现低灌注状态，肠道粘膜极易受损尤其在复杂手术的长时间ECC后，研究肠道通透性的变化及细菌移位，对预防术后脏器功能不全，促进预后有着积极的临床意义。

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