体外循环对全身炎症反应的影响

　　作者：张永恒，向小勇 作者单位：1.遂宁市人民医院胸心外科，四川 遂宁629000;2.重庆医科大学第一附属医院胸心外科，重庆400016

　　【摘要】 目的探讨体外循环(CPB)对全身炎症反应(SIR)的影响。方法选择健康杂种犬12只，随机分为自体肺组(利用杂种犬自体肺作为氧合器)和人工肺组(常规体外循环，利用鼓泡肺作为氧合器)。两组采用相同的心肌保护、心脏停跳方法(冷晶体停跳液)，CBP持续1小时，于CPB前、CPB开始30分钟、停机后5、60分钟、2、4小时取血标本，用ELSISA法测定血浆中白介素6(IL6)、白介素8(IL8)、TNFα及白介素10(IL10)水平。所得数据用SAS6.14统计软件对数据进行相关分析。结果转流后各组血浆中IL6、IL8及TNFα水平均明显高于基础值(P<0.05)，其中人工肺组在不同时点明显高于自体肺组(P<0.05);CPB开始后血浆中IL10水平明显升高(P<0.05)，人工肺组在不同时点低于自体肺组(P<0.05)。结论心脏手术CPB诱导了SIR及抗炎反应，自体CPB降低了血浆中促炎性细胞因子的水平，促使抗炎性细胞因子IL10的生成，抑制炎症反应。

　　【关键词】 炎症反应;抗炎反应;细胞因子;体外循环

　　Effect of cardiopulmonary bypass(CPB) on systemic inflammatory response(SIR)

　　ZHANG Yongheng，XIANG Xiaoyong

　　Department of Cardiothoracic Surgery,People's Hospital of Suining,Suining629000,China

　　Abstract：ObjectiveTo study the effect of CPB on SIR.MethodsTwelve adult mongrels were randomly divided into two groups,6 for ownlung group, in which the dog's own lung was used as oxygenator;6 for artifical-lung group in which the artificial lung(bubble oxygenator) was used as oxygenator.The technique of myocardium protection and cardiac arrest were same in both groups.CPB was controlled running for 1 hour in both groups.The blood samples were collected in both groups at the time points of preoperation,30min of aortic onclamping,5,60min,1,2,4h of post aotic offclamping.Plasma concentration of IL6,IL8,TNFα，IL10 was detected with ELISA.ResultsAfter the running of CPB,plasma levels of IL6,IL8,TNFα were significantly increased at different time points in the artificallung group compared with those in the ownlung groups(P<0.05).However,they were significantly higher than that before CPB in both groups.The antiinflammatory IL10 concentration was also increased significantly,but there was a lower IL10 level in artificallung group than that in the ownlung group(P<0.05).ConclusionCPB induces and conducts systemic inflammatory response and compensatory antiinflammatory response during heart operation,autogenous oxygenator CPB could inhibit inflammatory response and develop antiinflammatory response.

　　Key words：inflammatory respone;antiinflammatory response;cytokine;cardiopulmonary bypass

　　自体肺体外循环(cardiopulmonary bypass，CPB)技术是在心脏手术中实行自体肺灌注心脏转流，自身肺作为氧合器摆脱了人工肺非生理界面与血液接触，去除部分全身炎症反应(SIR)发生的诱因，在理论上可以减轻SIR。本研究通过建立自体肺CPB和人工肺CPB的动物模型，对比其对SIR及抗炎反应的影响，以探讨CPB术后SIR机制。

　　材料与方法

　　1实验动物与设备

　　健康杂种犬12只，体重(13±1)kg，随机分为自体肺组和人工肺组，每组6只。使用主要仪器设备有CPB机(广州Ⅲ型，国产)，水箱(广州Ⅲ型CPB机配套水箱，国产)，麻醉呼吸机(金三角牌，国产)，鼓泡式氧合器、血液贮存器(西京，国产)。

　　2模型制备

　　两组动物均采用气管插管静脉复合麻醉，监测肛温，经颈静脉、颈动脉切开输液、监测有创动脉压。均用乳酸钠林格氏液、低分子右旋糖苷预充，乳酸钠林格氏液35ml/kg，低分子右旋糖苷15ml/kg。

　　2.1自体肺组左心辅助循环系统：血液贮存器1个，其血流入口处通过管道与左心房插管连接，血液贮存器出口通过管道与人工心泵入口连接，人工心泵出口与升主动脉插管连接，在左心房与血液贮存器之间连接变温器。右心辅助循环系统：血液贮存器1个，其血流入口处通过管道与右心房插管连接，血液贮存器出口通过管道与人工心泵入口连接，人工心泵出口与肺动脉插管连接。先开始左边转流，然后缓慢开始右边转流，逐渐加快两边循环，保持两边液面基本平衡。左、右心流量分别为50～70ml/㎏，维持体循环动脉压在80~100mmHg;肺动脉压20mmHg时开始降温，当肛温降至30℃时，阻断升主动脉，主动脉根部灌注冷晶体停跳液，15ml/㎏，心脏停止跳动。转流期间肺持续通气，呼吸频率20次/min，呼吸比1.5：1。CPB持续1小时。开放升主动脉后，继续辅助循环20分钟，逐渐回输左右贮血器内余血，终止CPB。

　　2.2人工肺组同常规人工肺CPB模式。开始CPB后，同时进行降温，当肛温降至30℃，阻断升主动脉，主动脉根部灌注冷晶体停跳液，心脏停止跳动。转流期间肺停止通气，鼓泡肺血液与通气比例大约为1：0.5，根据血气动脉血氧分压调整。CPB持续1小时，开放升主动脉后，继续辅助循环20分钟，逐渐回输氧合器内余血，终止CPB。

　　3标本检测

　　两组犬均存活，在取完标本后处死。两组在手术开始时(T1)、CPB开始30分钟(T2)、停机后5分钟(T3)、60分钟(T4)、2小时(T5)、4小时(T6)各时点分别抽取各组每只杂种犬的中心静脉血作标本。非抗凝管采血5ml测定白介素6(IL6)、白介素8(IL8)、TNFα及白介素10(IL10)，标本用医用水平低温离心机以3000r/min、离心10分钟，血清冻存-20℃冰箱待测。血浆中IL6、IL8、TNFα及IL10用酶联免疫吸附法(ELISA法)。检测方法按照试剂盒的说明进行。

　　4统计方法

　　利用SAS6.14统计软件包对数据进行相关分析，组内比较用重复设计方差分析，组间比较用t检验，α=0.05为检验水准。测定结果均以转流前和采取标本时HCT值校正，校正值=测定值×术前HCT/标本HCT。所有数据均以均数±标准差(x±s)表示。

　　结果

　　1IL6水平的变化

　　72份标本中3份未能测出,将缺损值以平均值代替。各组血清IL6水平在转流后呈上升趋势，CPB转流30分钟明显高于基础值(P<0.05);自体肺组在停机后5分钟明显低于人工肺组(P<0.05)(表1)。表1CPB前后血清中IL6水平的变化(略)

　　2IL8水平的变化

　　CPB开始后各组IL-8水平均明显增高，CPB转流30分钟明显高于基础值(P<0.05)，自体肺组明显低于人工肺组(P<0.05)(表2)。表2CPB前后血清中IL8水平的变化(略)

　　3TNFα水平的变化

　　各组在转流后水平升高，自体肺组在CPB转流5分钟明显低于人工肺组(P<0.05)(表3)。表3CPB前后血清中TNFα水平的变化(略)

　　4IL10水平变化

　　CPB停机后5分钟IL10水平明显升高，60分钟达高峰，自体肺组明显高于人工肺组，后逐渐下降，术后4小时两组相近(P>0.05)(表4)。表4CPB前后血清中IL-10水平的变化(略)

　　讨论

　　1CPB与SIR的关系

　　早在60年代初就有了关于CPB术后器官功能障碍的报道，特别是肺功能不全。许多研究都集中在对CPB术后器官损伤发生的病理生理机制的研究上。80年代早期，Kirklin等[1]首次提出CPB能够诱发SIR后，人们认识到CPB术后器官系统功能障碍的发生除了心源性和感染等因素外，SIR是主要的原因。

　　在CPB心内直视手术中,CPB管道、人工肺等异物与血液的接触，缺血再灌注损伤、机血回输、血液稀释、肝素鱼精蛋白的复合物，诱导了SIR的发生[2，3]，这些诱导因素中，血液与人工肺异物及气血界面等外来界面的互补激活被认为是主要原因[4]。

　　IL6作为“急性时相反应”的一种表现，参与了CPB的炎症反应，可引起CPB后发热、应激等病理变化。本实验发现血清IL6水平在转流后呈上升趋势，转流30分钟明显高于基础值，提示IL6参与了CPB炎症反应。与Sabalotzki[5]及Wan等[6]的研究相一致。

　　IL8由活化的内皮细胞、单核细胞及T淋巴组胞产生，是最强的多形核白细胞和T淋巴细胞激活和趋化因子, 它的血浆水平被认为是严重组织损伤的标志。CPB中IL8的水平与白细胞在肺的隔离有关。本实验显示：CPB开始后各组IL8水平均明显增高，提示IL8共同参与了CPB炎症反应。

　　TNF是强有力的炎性介质，激活内皮细胞表面黏附分子的表达，作用于中性粒细胞，使其发生“呼吸爆发”，产生大量氧自由基，脱颗粒，增强其吞噬能力及白细胞黏附分子的表达[6]。本实验提示，CPB时促炎性因子TNFα的释放较术前明显增加，证实TNFα参与了炎症反应。

　　抗炎因子IL10主要由T细胞产生。在CPB过程中可通过抑制炎性因子的释放或激活IL10受体拮抗剂及TNF溶解受体起到抗炎作用[7]。实验发现：在人工肺组，转流开始后IL10水平明显增高。提示CPB不仅诱导了全身炎症反应，同时也诱导了抗炎反应的增强。

　　2自体肺CBP技术对SIR的影响

　　2.1对炎性细胞因子的作用本实验发现：自体肺CPB组的炎症细胞因子在CPB后明显低于人工肺组。正是自体肺CPB减轻了补体、血小板、白细胞的激活，减轻了组织器官的损伤，从多个水平阻断炎症瀑布反应所致。

　　2.2对抗炎细胞因子IL10的作用近年有人提出了代偿性抗炎反应(CAR)理论[3]，认为机体在创伤、感染、休克等因素作用下，引起SIR的同时伴随发生CAR。IL-10是细胞因子网络中一个重要的内源性抗炎细胞因子，具有强大的抗炎作用。本研究发现自体肺CPB能够明显提高IL10水平，提示自体肺CPB一方面可以抑制炎性细胞因子的表达，另一方面又可以增加抗炎性细胞因子的产生，具体机制还待进一步研究。

　　自体肺CPB技术因不需要人工肺而极大地减少了异物接触面积，因没有气血直接接触,减少炎症因子产生，激活了抗炎反应，减轻了炎症反应。随着国外学者成功运用于冠状动脉移植术，显示其运用前景广阔。

　　【参考文献】

　　[1]Kirklin JK，Wetaby S，Blackone EH，et al.Complement and the damaging effects of cardiopulmonary bypass[J].J Thorac Cardiovasc Surg，1983，86(4)：845-857.

　　[2]曾祥君，肖颖彬，王学锋.体外循环后全身炎症反应综合征[J].创伤外科杂志，2001，3(2)：139-141.

　　[3]Schultz JM,Karamlou T,Swanson J.Hypothermic lowflow cardiopulmonary bypass impairs pulmonary and right ventricular function more than circulatory arrest[J].Ann Thorac Surg,2006,81(2):474-480.

　　[4]王建刚,龚庆成.微创体外循环的进展[J].中国体外循环杂志,2005,3(1):51-52.

　　[5]Sabalotzki A，Dehne MG，Mann V，et al.Plasma levels of selectins and interleukins in cardiovascular surgery using cardiopulmonary bypass[J].Thorac Cardiovasc Surg，1999，47(12)：26-31.

　　[6]Wan S，LeClerc JL，Vincent JL.Cytokine responses to cardiopulmonary bypass: lessons learned from cardiac transplantation[J].Ann Thorac Surg,1997，63(11)：269-276.

　　[7]Eppinger MJ，Ward PA，Bolling SF，et al.Regulatory effects of interleukin10 on lung ischemiareperfusion injury[J].J Thorac Cardiovasc Surg，1996，112(7)：1301-1306.