心脏跳动中二尖瓣替换术对心肌保护的临床研究

作者:邱志兵,陈鑫,李朝先

作者单位：南京医科大学附属南京第一医院南京市心血管病研究所心胸外科，江苏 南京，210006

  【摘要】  目的 旨在为浅低温体外循环心脏不停跳心内直视手术对心肌保护效果作进一步客观的评价。方法 连续40例风湿性心脏病二尖瓣病变患者随机分为不停跳组（n=20），停跳组（n=20）。两组均分别于体外循环前、后抽取静脉血测定血浆内皮素(ET)、心钠素(ANP)和切取右心房少许心肌组织作细胞超微结构进行对比分析。结果 停跳组ET、ANP波动范围大、变化剧烈，而不停跳组ET、ANP变化相对平缓、稳定，与停跳组相比差异显著（P<0.05）；开放即刻至开放24 h停跳组ANP值高于不停跳组（P<0.05）；在心肌超微结构方面，不停跳组基本无变化，停跳组各时点呈现损伤逐渐加重趋势。结论 浅低温体外循环心脏跳动中心内直视手术是一种较接近生理状态的心肌保护方法，能减轻心肌缺血缺氧损伤，避免再灌注损伤，保持心肌细胞形态结构的完整性，而获得较理想的心肌保护效果。

【关键词】  心脏跳动；二尖瓣置换术；心肌保护； 缺血再灌注损伤

　　Research on the Myocardial Protection of Mitral Valve Replacement on Beating Heart

　　QIU Zhi-Bing，CHEN Xin，LI Chao-Xian，XU Ming，SHI Kai-Hu

　　(The First Affiliated Hospital of Nanjing Medical University，Nanjing  210006;The First Affiliated Hospital of Chongqing Medical University, Chongqing 410006,China）

　　Abstract: OBJECTIVE   To make a further objective evaluation to the myocardial protective effect of beating heart with mild hypothermia and extracorporeal circulation （ECC） during open-heart operation.  METHODS  40 patients with  rheumatic heart disease were randomly allocated to two groups: beating heart group,20 cases of mitral valve replacement (MVR) on beating heart with mild hypothermia and ECC;arrested heart group,20 cases of MVR on arrested heart with ECC. The samples of plasma were obtained before and after ECC to  survey  the contents of endothelin (ET) and atrial natriuretic polypetide (ANP). The samples of myocardium were obtained during ECC through which myocardial ultra structure were observed and analyzed in two groups. RESULTS  The range of ET and ANP fluctuated more dramatically and significantly in arrested heart group than in beating heart group. The contents of plasma ET in beating heart group were lower than in the arrested heart group  from 15 minutes after  arrested to 12 hours after aorta  opened (P<0.05). The levels of ANP in beating heart group were higher than in arrested heart groups (P<0.05) during arrested time, and were lower than  in arrested  heart group from the beginning of open to  the 24th hour after opening (P<0.05). CONCLUSION  The open-heart surgery with beating heart is a good myocardial protective method closed to physiological condition, which may be attributed to the reduction of ischemic-reperfusion injury. The heart is better preserved in beating heart surgery, which has good myocardial protective effect.

　　Key words：  Beating heart；Mitral valve replacement；Myocardial protective；Ischemic-reperfusion injury

　　心血管调节肽不仅对心血管系统的功能代谢、生长发育具有重要调节作用，而且对心血管疾病的发生、发展亦有重要影响［1］。本实验通过心脏跳动中与传统心脏停搏下二尖瓣置换术（MVR）血浆内皮素（ET）、心钠素（ANP）两种心血管调节肽和心肌超微结构在体外循环（extracorporeal circulation，ECC）对比研究，旨在为浅低温体外循环心脏不停跳心内直视手术对心肌保护效果作进一步客观的评价，为该术式的临床应用提供依据。

　　1  资料与方法

　　1.1  临床资料及手术方法  将40例风湿性心脏病行MVR患者随机分为2组，每组20例，临床资料见表1。全部手术均经右房——房间隔途径行MVR，无手术死亡。

　　表1   两组患者临床资料（略）

　　注：EF：左室射血分数；FS：短轴缩短率；LVEDD：左室舒张末直径；      LVESD：左室收缩末直径；PASP：肺动脉压

　　1.1.1  不停跳组  心内直视术在浅低温体外循环心脏跳动中进行，即建立ECC后逐渐缓慢降温，保持鼻咽温（32±1）℃，仅收紧上、下腔静脉约束带，不阻断主动脉，不使用心脏停搏液，充分左心引流，维持心脏有节律的空跳、慢跳，心率维持在30～60次/分，主动脉灌注压80～100 mmHg，平均动脉压60～80 mmHg，灌注流量60～80 ml/（kg·min）或2.4～3.0 L/（m2·min）。

　　1.1.2  停跳组  心内直视术在中低温体外循环冷血停搏液间断灌注心脏停跳下进行。即转机后逐渐降温，鼻咽温（30±1）℃时收紧上、下腔静脉约束带及阻断主动脉，同时主动脉根部灌注高钾含血停搏液（K+ 23～25 mmol/L），每隔30 min追加灌注一次停搏液，心包腔周围置冰屑维持局部深低温，转流中维持血液温度28℃～30℃。

　　1.2  标本采集及制备方法  两组均分别于ECC前、阻断后（停跳组是阻断升主动脉，不停跳组是收紧上、下腔静脉约束带）15 min、30min、开放即刻（升主动脉，上、下腔静脉）、开放后15 min、30 min、2 h、6 h、12h、24 h、48 h、7 d共12个时点（以后分别用1～12个时点表示），前11个时点抽取中心静脉血，最后一个时点抽取外周静脉血，抽血2ml，装入有乙二胺四乙酸-二钠（EDTA-Na2）、抑肽酶的试管中，混匀，离心，分离出血浆，分装2份，放入-80℃保存。    　　心肌组织标本采集：两组随机各选10例，分别于阻断前、右房切口关闭时、上腔静脉插管拔除时，于右心房或右心耳仔细切取少许心肌组织作常规电镜观察，依次经固定、脱水、包埋、定位、切片（400～600A）、染色，H-600透射电镜观察。

　　1.3  观察指标与检测方法

　　1.3.1  血浆ET、ANP测定  本实验ET、ANP测定采用非平衡放射免疫法，测定前，使样本置于室温或冷水中复融，再次离心，取上清液测定。由放射免疫γ计数器测定，试剂盒由解放军总医院科技开发中心放免所提供。

　　1.3.2  常规电镜观察心肌超微结构  根据Balderman的评定心肌超微结构（如线粒体、肌原纤维、肌浆网等）的受损程度分为4级(见表2)，应用H-600型透射电镜观察。

　　表2   心肌超微结构受损程度分级（略）　　　　1.4  统计学处理  采用SPSS 10.0 统计分析软件，数据均以均数±标准差（±s）表示。临床资料两组间用t检验；血浆ET及ANP组间用t检验，组内用重复测量多因素设计方差分析，P<0.05为显著性差异（或相关）；P<0.01为极显著差异（或相关）。

　　2  结果

　　2.1  血浆ET和ANP测定结果和动态变化

　　2.1.1  血浆ET的测定值及动态变化  不停跳组从阻断15 min到开放后48 h血浆ET各时点均较停跳组低，有显著性差异 (P<0.05)，其中开放即刻至开放后12 h有极显著性差异(P<0.01)，两组血浆ET在术后7d降至正常无显著性差异（P＞0.05）。

　从整个ECC及其以后的时点来看，停跳组ET波动范围大，变化较剧烈，而不停跳组ET变化相对平缓、稳定，与停跳组相比差异显著。见图1 　　图1   两组血浆ET的动态变化图（略）

　　2.1.2  血浆ANP的测定值及动态变化  阻断期间不停跳组ANP值较停跳组高，有显著性差异 (P<0.05)；而开放即刻至开放24 h停跳组ANP值即高于不停跳组，有显著性差异 (P<0.05)；开放后48h、7 d两组无显著性差异（P＞0.05）。    　　可以非常醒目地观察到，停跳组ANP变化剧烈，而不停跳组变化相对平缓和平稳。见图2 　　图2  两组血浆ANP的动态变化（略）

　　2.2  常规心肌超微结构电镜观察  常规电镜观察两组患者各时相心肌超微结构包括线粒体、肌原纤维、肌浆网及核的改变等，两组超微结构变化，见表3。

　　2.2.1  阻断前  两组心肌线粒体双层膜结构清晰完整，嵴透明，无断裂，基质密度稍浅，局部肌丝成分减少，肌浆网正常，核无改变，偶有髓样结构，可见心房颗粒，无质膜改变，见图3、4。

　　2.2.2  关闭右房切口时  不停跳组与阻断前基本一致，偶见线粒体轻-中度肿胀，基质密度变浅；而停跳组，线粒体内灶性空泡化，嵴减少，外膜尚完整，肌浆网增多，中度扩大，核内异染色质有凝集，成团块状，肌丝广泛溶解、断裂，Z线增宽、模糊，脂褐素颗粒较多，见图5、6。

　　2.2.3  上腔静脉插管拔除时  不停跳组，线粒体轻度肿胀，嵴无断裂，基质颗粒减少，肌原纤维疏松，局部溶解、断裂；停跳组，线粒体广泛显著肿胀、空泡化，局部外膜破裂，肌浆网明显增多，显著扩大，肌丝广泛溶解，成分减少，脂褐素及髓样结构较多，核肥大，异染色质增多，见图7、8。

　　图3  不停跳组-阻断前（略）

　　表3  心肌超微结构变化（略）

　　图4  停跳组-阻断前（略）

　　图5  不停跳组-关闭右房切口时（略）

　　图6  停跳组-关闭右房切口时（略）

　　图7  不停跳组-上腔静脉插管拔除时（略）

　　图8  停跳组-上腔静脉插管拔除时（略）

　　3  讨论    　　自1950年Bigelow介绍低温心脏手术以来，心肌保护的研究已有多半个世纪的历史，应该指出，心肌保护是一个综合措施，尽量降低能耗，保证能量供应是关键，而尽快恢复冠脉循环对减轻心肌缺血，尤其是再灌注损伤有非常重要的作用。传统冷钾、冷血化学停跳法是通过降温、停跳、复跳方式，不可避免发生缺血再灌注损伤（I/R），持续温血灌注能避免术中心肌缺血缺氧和I/R，有较晶体停跳液更好的心肌保护效果，但存在管道多灌注装置复杂等缺点［2］。    　　而浅低温体外循环心脏跳动中心内直视手术，采用不阻断主动脉，不灌注心脏停搏液，使心肌得到持续的氧合血灌注，保持较接近生理的有氧代谢、酸碱平衡和电解质代谢，从而最大程度地减轻心肌缺血缺氧损伤，避免再灌注损伤［3］。本研究试图通过细胞生物化学和细胞超微结构的实验及观察，进一步客观评价该术式的心肌保护效果，揭示其心肌保护优越性的根本机制。

　　3.1  两种心肌保护方式对细胞生化指标的影响    　　本实验采用两种细胞生物化学指标，也是心血管调节肽，即ET和ANP来进行测定和衡量。

　　3.1.1  ET  作为细胞因子之一，在局部通过特异性受体参与调节机体的许多生理活动及炎性反应，是迄今所知的效应最强，持续最高的血管收缩剂。心肌缺血再灌注时血浆ET水平急剧升高［4］，目前ET在心肌缺血再灌注损伤中的病理作用、机制已阐明。本实验结果发现两组内与其术前比较，血浆ET在停跳组主动脉阻断后15 min即明显升高，且开放主动脉后进一步升高，于开放后2h达高峰，我们推测除手术创伤、应激等因素导致血浆ET-1水平上升外，可能的机制：①相对性低血压，②非搏动性血流；③血小板的聚集与功能障碍；④ECC期间肺与循环的“隔离”，使内皮素失去了体内降解的主要场所；⑤心肌缺血再灌注损伤造成冠状动脉内皮细胞损伤，可能与开放主动脉后ET-1水平进一步升高有关；⑥随着主动脉开放，循环的恢复，术后ET水平较术中降低，接近术前水平，体内正常的ET水平对调节血管张力与组织血流量，维持正常血压及维持机体正常的内环境均有重要作用。因此，我们有意地观察到不停跳组ET水平升高较停跳组晚，升高幅度较小，且下降较早，在阻断、开放各时相ET含量均低于停跳组，差异非常显著，且从动态变化趋势来看，不停跳组ET变化较停跳组明显平缓，提示不停跳组中ET对心肌的损害作用较停跳组为轻，就血流动力学而言，ECC期间ET水平保持稳定无疑是有益的。因此，我们推测，不停跳组较停跳组具有良好心肌保护作用与减少了损害性细胞因子如ET的产生有关。

　3.1.2  ANP  是心脏分泌的一种循环激素，在心房肌细胞含量最高。研究证实ET和ANP之间存在着反馈调节关系，ANP可以抑制ET的合成和分泌，ANP以剂量依赖的方式，抑制ET mRNA在内皮细胞的表达［5］。本试验发现，不停跳组ANP含量在阻断期间较停跳组高，原因可能是：①不停跳组阻断上下腔静脉期间，由于心脏始终保持空跳、慢跳，心房内存在压力，而相对停跳组，由于心脏已停止跳动，心房内压很低；②由于停跳组阻断主动脉，心脏停跳，ANP不能释放，而且开放后大量释放出，血浆ANP猛增，这也是停跳组开放后ANP含量迅猛增加的原因。    　　本实验也发现停跳组由于ET增高明显，ANP也明显增高，尤其是开放主动脉后，而不停跳组ANP伴随ET上升平缓，在阻断、开放各时点也相对平稳，两组差异有显著性，且从动态变化趋势来看，推测其原因可能是由于不停跳组不阻断主动脉，不灌注低温停跳液，使冠状动脉接受不断来自体外循环机的氧合血供应，心脏不断得到氧和营养物质供应，减少了心肌缺血缺氧，避免了I/R，使机体内环境紊乱减少到最低限度，从而使反应性的ANP增加的幅度不大，心肌损伤轻。结合血浆ET的结果，我们推测由于不停跳组更多地降低了损伤性细胞因子ET的产生，从而显示出比停跳组更好的心肌保护效果。

　　3.2  两种心肌保护方法对心肌形态改变的影响    　　通过本实验研究发现，在心肌超微结构方面，不停跳组关闭右房切口前及拔除上腔静脉插管时基本无变化，停跳组各时点呈现损伤逐渐加重趋势，与有关文献报道一致［6］。提示不停跳组心肌无明显I/R，停跳组心肌损伤较不停跳组严重而且伴有明显I/R损伤，亦证明心肌缺血缺氧导致细胞损伤不仅出现在血流阻断期，其严重病理改变还发生在心肌血流再通后，且比血流阻断期更为严重的损伤只在血流再通后方能反映出来［7］。    　　本实验通过对细胞因子ET、ANP的实验结果分析，可以推测浅低温体外循环心脏跳动中心内直视手术这一术式更多的是通过降低损伤性因素，如细胞因子ET的产生，而达到比停跳组更好的心肌保护效果，结合心肌超微结构观察，我们有理由相信，随着不停跳手术技术的不断提高，该术式将为现代心肌保护概念及方法学的进一步完善开辟一条好的途径，是一种值得推广的手术方式。

【参考文献】  　　［1］ Gibbs CL, Loiselle DS.Cardiac basal metabolism［J］. Jpn J Physiol，2001，51(4):399-426.

　　［2］ Kirklin JW，Barratt-Boyes BG．Cardiac Surgery［M］．2nded．New York：Churchill Livingstone Inc，1993，130.

　　［3］ 李朝先，向小勇，邱志兵，等．心脏不停跳心瓣膜置换术45例［J］.中国胸心血管外科临床杂志，2001,11(8)：282-283.

　　［4］ 邱志兵、李朝先．内皮素与心肌缺血再灌注损伤［J］．国外医学·老年医学分册，2001，22（4）：158-161.

　　［5］ Fiore AC, Swartz MT, Nevett R, et al. Intermittent antegrade tepid versus cold blood cardioplegia in elective myocardial revascularization［J］. Ann Thorac Surg, 1998,65(6):1559-1564.

　　［6］ 杨明，秦太昌，梁法禹，等. 浅低温不停跳心内直视手术的临床分析［J］. 中国体外循环杂志，2005，3（1）：22-24

　　［7］ 张咭，肖颖彬，陈林，等.心脏手术不停跳与停跳对心肌细胞因子表达的影响［J］.中国体外循环杂志，2005，3（2）：77-78.