白细胞过滤对肺保护作用的临床研究

作者：章晓华,张希,肖学钧

作者单位：1.广东省人民医院心血管病研究所心外科；2.中山大学第一附属医院心外科，广东 广州 510080

     【摘要】  目的 探讨心肺再灌注早期循环血白细胞过滤对体外循环(Extracorporeal circulation，ECC)心瓣膜置换术患者的肺保护作用。方法 52例心瓣膜置换术患者，随机分成实验组(EG)和对照组(CG)。实验组在动脉旁路上并行安装白细胞滤器（Pall LG-6），白细胞滤器开放时间在心肺再灌注前5 min～10 min至ECC结束；对照组仅用ECC常规动脉滤器。观察术中及术后循环血白细胞计数、再灌注肺内白细胞隔离、ECC前后肺动脉压改变、机械辅助通气和动脉血气分析。 结果 ① 在心肺再灌注前，白细胞过滤可显著降低循环血中的白细胞计数；②再灌注15 min时白细胞过滤对肺内白细胞隔离的影响并不明显；③白细胞过滤可缓和ECC后肺动脉压力的上升；④白细胞过滤可显著降低术后呼吸指数(RI)和提高机械通气氧合指数(OI)。 结论 再灌注前及再灌注早期循环血白细胞过滤可明显改善心瓣膜置换术患者术后肺功能。

【关键词】  白细胞过滤器；肺保护；体外循环；心脏瓣膜置换术

基金项目：广东省医学科研基金（A2004055）

　　Clinical Evaluation of Leukocyte Depletion Filter on Lung Protection

　　ZHANG Xiao-Hua, ZHANG Xi, XIAO Xue-Jun, WU Ruo-Bin, ZHENG Shao-Yi, XIONG Wei-Ping, WANG Wen-Xian, CHEN Ping, LUO Zhi-Chao

　　1.Department of Cardiovascular Surgery, Guangdong Cardiovascular Disease Institute； 2.Department of Cardiovascular Surgery, The First Affiliated Hospital of SUN Yat-sen University,Guangdong Guangzhou 510080, China

　　Abstract: OBJECTIVE    To evaluate the effects of leukocyte depletion filter during the early period of cardiopulmonary reperfusion on lung protection in patients undergoing valve surgery. METHODS  Fifty-two patients underwent elective mitral valve or mitral and aortic valves replacement surgery in this study. All the patients were randomly divided into two groups，experimental group(EG)26 cases and control group (CG) 26 cases.The CG only used the TERUMO ordinary arterial line filter, and the EG used the Pall LG-6 leukocyte depletion filter and TERUMO filter in a parallel way. The leukocyte depletion filter were used from 5 to 10 minutes before aortic cross clamp released to the end of ECC. Intra- and postoperative variables consist of leukocyte counts, pulmonary leukocyte sequestration, pulmonary artery pressure pre- and post-ECC, mechanic assist ventilation and arterial blood gases were measured. Statistical analysis using indepent-samples t-tests, paired-samples t-test, correlate and chi-square (SPSS11.5) was performed on all data to test for significant differences. RESULTS  The counts of leukocyte were reduced significantly before cardiopulmonary reperfusion in the patients undergoing leukocyte depletion filtration. No detectable benefit was found to pulmonary leukocyte sequestration for the leukocyte  depletion filtration during the period of reperfusion. The elevating of pulmonary artery pressure post-ECC could be relieved, and the postoperative oxygenation ability of lung improved with leukocyte depletion filtration. CONCLUSION  Leukocyte depletion filtration short time before and during the period of reperfusion significantly improved the lung function in the patients undergoing valve surgery.

Key words：Leukocyte depletion filter; Lung protection; Extracorporeal circulation ; Valve replacement surgery

　　体外循环(Extracorporeal circulation，ECC)心脏手术时，众多因素导致中性粒细胞活化［1-2］，肺组织出现粒细胞隔离［3］。粒细胞渗出至肺毛细血管内皮下，并在肺泡腔内聚集和释放其颗粒内容物，导致肺组织损伤，并在再灌注后达到高峰［4-5］。严重二尖瓣病变使肺组织对缺血-再灌注损伤更为易感［6］。本研究是观察用低白细胞血再灌注对以二尖瓣病变为主的心脏瓣膜置换术患者的肺保护作用。

　　1  资料与方法

　　1.1  临床病例选择

　　2003年11月至2004年3月，选取年龄70岁以下、伴中度以上肺动脉高压、心功能Ⅲ-Ⅳ级的二尖瓣或二尖瓣和主动脉瓣双瓣置换术患者，随机分成实验组(EG)和对照组(CG)，两组患者术前资料无显著差异，见表1。表1  术前资料(略)

　　1.2  研究方法

　　实验组在使用常规ECC动脉滤器同时，在动脉旁路上并行安装Pall LG-6白细胞滤器；对照组仅用常规动脉滤器。白细胞滤器开放时间设定在心肺再灌注前5 min～10 min至ECC结束。两组患者ECC和手术方法相同。ECC采用中度低温 (鼻咽温25℃～28℃)和中度血液稀释(Hct 0.20～0.30)。

　　1.3  观察指标

　　主要观察指标包括：①循环血白细胞计数，观察时点包括：术前、ECC前、ECC 15 min、白细胞过滤前(EG)、心脏再灌注前(实验组为白细胞过滤5 min)、再灌注15 min、ECC结束后10 min、术毕、术后3 h、术后1 d、术后2 d、术后3 d；②再灌注15min肺内白细胞隔离情况；③ECC前后肺动脉压力改变；④术后机械辅助通气和动脉血气分析；⑤术后呼吸指数［RI=(713-PaO2-PaCO2)/PaO2］及氧合指数（OI=PaO2/FiO2）；⑥术后X线胸片改变及肺部并发症。

　　1.4  统计学方法

　　使用SPSS11.5统计学软件包，采用独立样本t检验、配对样本t检验、相关分析和x2检验，对有关数据进行统计学处理。数据以(均数±标准差)表示，P<0.05为具有统计学显著性差异。

　　2  结果

　　2.1  一般临床资料

　　全组患者手术过程顺利，两组均各有12例和14例分别行二尖瓣置换术和二尖瓣及主动脉瓣双瓣置换术。ECC时间和主动脉阻断时间对照组和实验组分别为（125.5±52.1）min、（89.3±45.4）min和（125.1±41.8）min、（86.5±35.1）min。

　　2.2  循环血白细胞计数

　　心肺再灌注前实验组和对照组的白细胞计数分别为(4.282±1.714)和(6.880±2.997)，P<0.01；中性粒细胞计数分别为(2.188±1.184)和(4.115±2.243)，P<0.01；单核细胞计数分别为(0.159±0.137)和(0.309±0.198)，P<0.01。细胞计数单位为×109/L。从术前至术后3 d的其他观察时点白细胞及其分类计数两组间均无显著差异。

　　2.3  肺动脉与肺静脉血白细胞计数

　　再灌注15min肺动脉血与肺静脉血白细胞计数和比例见表2。表2 再灌注15min两组患者肺动脉血与肺静脉白细胞计数比较（略）注：与组内肺动脉血比较，*P<0.05;**P<0.01Pp/Ps上升率［(ECC后Pp/Ps-ECC前Pp/Ps)/ECC前Pp/Ps］，差异无显著性。

　　2.4  肺动脉压力改变

　　ECC前后肺动脉压力改变见表3。表3  ECC前后肺动脉压组间及组内比较（略）注：组内与ECC前相应值比较，*P<0.05，**P<0.01；与对照组比    较，#P<0.05    　　实验组和对照组ECC前后肺循环压力/体循环压力（Pp/Ps）组间无显著差异。实验组和对照组

　　2.5  术后机械辅助通气及动脉血气分析

　　实验组和对照组机械辅助通气时间分别为（16.5±15.7）h和（35.0±82.7）h,P>0.05。术后3 h机械辅助通气吸氧浓度(FiO2)对照组和实验组分别为（0.51±0.12）和(0.45±0.04)，P<0.05。术后1 h呼吸机潮气量对照组和实验组分别为（473.5±62.0）ml和（426.1±54.9）ml，P<0.05。对照组1例气管切开。图1和图2显示术后动脉血气变化。除术后21 h实验组PaO2显著高于对照组(P<0.05)，术毕及术后6 h对照组PaCO2显著低于实验组(P<0.05)外，其他指标无显著差异。对照组和实验组两组患者术后呼吸指数(RI)和机械辅助通气氧合指数(OI)变化见图3、图4。对照组和实验组平均 RI 分别为（3.253±1.775）和（2.734±1.478），P<0.01；平均 OI 分别为（4.253±1.704）和（5.207±2.005），P<0.01。图中13个观察时点依次分别是：ICU入室和术后3 h、6 h、9 h、12 h、15 h、18 h、21 h、24 h、36h、48 h、60 h、72 h。

　2.6  X线胸片改变及呼吸系统并发症

　　对照组和实验组手术日及术后第一天胸片主要表现为双肺纹理稍增粗、肺血大致正常和无实变；各有3例显示肺野有渗出性改变或明显肺瘀血表现。术后一周复查胸片显示：除对照组和实验组分别有 2 例和 1 例患者肺野显示密度明显升高和片状模糊阴影(疑为肺水肿或/和肺部感染表现)外，其余患者X线胸片均显示恢复良好或仅有轻度的肺纹理和轻微肺血改变。对照组和实验组各有 1 例术后并发肺部感染，对照组有 1 例需要行气管切开术和 2 例术后出现一过性低氧血症。

　　3  讨论

　　3.1  白细胞计数的改变 

　　Pall LG-6的滤网包括40 μm聚酯滤网及其近端特殊的过滤白细胞滤网。尽管白细胞滤器在实验条件下对循环血白细胞具有极好的滤除作用，但在临床使用时滤过率相对较低，但对粒细胞的滤除效果较好［7］。本研究显示实验组在心肺再灌注前白细胞、中性粒细胞和单核细胞计数呈显著下降，但这种低白细胞血症只能维持在再灌注的早期。因缺血期间心肺组织内滞留的大量中性粒细胞在再灌注早期进入循环；或是随着血流复温和灌注流量的增加，贮存在骨髓和其他贮血或造血器官内的白细胞不断被释放进入循环中；并且白细胞进入循环的速度超出白细胞滤器的滤过能力，再灌注15 min后白细胞计数在两组间已无显著性差异。但Dreyer认为仅在再灌注早期使用低白细胞血灌注，也可通过降低白细胞的趋化因子或下调中性粒细胞粘附受体的表达，使白细胞在缺血-再灌注时期的聚集减少［8］。中性粒细胞从血管内渗出和释放其颗粒内容物减少，降低氧自由基活性，减轻肺血管收缩，从而减少肺内的血液分流，减轻缺血-再灌注导致的急性肺损伤［4-5］。

　　3.2  再灌注肺组织白细胞隔离

　　白细胞在肺组织的隔离是导致肺缺血-再灌注损伤的重要表现［3-5,9］。表2显示心肺再灌注15 min时对照组和实验组均表现出肺组织有显著的白细胞隔离现象。其中肺静脉血中性粒细胞计数在实验组和对照组均显著低于肺动脉血；单核细胞计数也显著降低。在实验组淋巴细胞和嗜酸性粒细胞计数也有显著降低。结果提示再灌注白细胞隔离主要体现在中性粒细胞，其次是单核细胞；淋巴细胞和嗜酸性粒细胞也有一定的肺隔离现象。白细胞过滤并未表现出在减轻再灌注肺组织内白细胞隔离方面的积极作用。

　　3.3  肺动脉压力的改变

　　肺动脉压力的变化在一定程度上反映了肺功能的改变［10］。术前B超测肺动脉收缩压实验组高于对照组，虽然差异不具显著性。表3显示：ECC前肺动脉舒张压及肺动脉平均压实验组显著高于对照组；ECC后两组间肺动脉压力无显著差异。两组患者ECC后肺动脉压力较ECC前主要表现为升高状态，其中对照组肺动脉收缩压、舒张压及平均压均呈显著升高；而在实验组仅表现为收缩压显著上升，舒张压则有所下降，平均压升高也不明显。两组患者ECC后的Pp/Ps均较ECC前升高，对照组升高的比率高于实验组但不具显著差异。结果提示再灌注白细胞过滤可在一定程度上缓和ECC后的肺动脉压力的上升。

　　3.4  术后机械辅助通气及动脉血气分析的比较

　　两组患者机械辅助通气时间无显著差异。对照组术后3 h机械辅助通气的FiO2及术后1 h潮气量均显著高于实验组，P值均<0.05。术后72 h内的动脉血气分析结果显示：术后实验组PaO2普遍高于对照组，而实验组PaCO2在正常范围内但较对照组略高(图1和图2)，其中术后21 h PaO2和术后6 h PCO2实验组显著高于对照组，P值均<0.05。术后患者RI和机械辅助通气的OI综合反映了肺的气体交换功能，比较术后两组患者术后的RI和OI显示(见图3、图4)：实验组术后RI显著低于对照组，而OI则显著高于对照组。结果提示再灌注白细胞过滤对术后患者肺的气体交换功能有显著的保护作用，与Ohto和Hachida的临床研究结果相符［9,11］。

　3.5  术后X线胸片改变及肺部并发症

　　肺部并发症是瓣膜外科最常见的术后并发症之一［12］。本组资料手术日和术后1 d及术后1周肺X线胸片检查结果在两组病例中相似；但对照组有1例需要行气管切开术和2例术后出现一过性低氧血症。对照组死亡1例，其原因之一是肺部感染。在一定程度上提示了白细胞过滤的临床作用，但因研究病例数量的限制，白细胞过滤对术后肺部临床表现的影响仍有待于进一步观察。

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