离心泵和滚压泵对S100β蛋白释放的影响

作者：訾捷,郭兰敏,范全心,邹承 作者单位：山东省立医院心外科，山东 济南 250021

    【摘要】  目的观察体外循环（extracorporeal circulation，ECC）手术后S100β 蛋白血浆浓度的变化，比较离心泵和滚压泵对S100β 释放的影响。方法选取20例行双瓣膜置换手术的患者随机分为两组，ECC使用离心泵组（CP组，n=9）和使用滚压泵组（RP组,n=11），分别在ECC开始前、ECC结束时和ECC结束后4 h、12 h抽血检测S100β 蛋白血浆浓度。结果ECC开始前两组血浆中均未检测到S100β ，两组均是在ECC结束时S100β 血浆浓度最高，此后逐渐下降。两组相比较，ECC结束时无显著差异，而在ECC结束后4 h和12 h两组有显著性差别，滚压泵组比离心泵组释放S100β 多。结论ECC使应用离心泵时术后早期释放的S100β比滚压泵的少，提示在时间较长的ECC中应用离心泵可能有利于减轻ECC对脑组织的损伤。

【关键词】  离心泵；滚压泵；S100β 蛋白；体外循环；脑损伤

　　The Influence of Roller and Centrifugal Pump on Plasma S100β Protein Release after Extracorporeal Circulation

　　ZI Jie，GUO Lan－min，FAN Quan-xin，ZOU Cheng-wei

　　Department of Cardiac Surgery,Shandong Provincial Hospital,Shandong Jinan 250021， China

　　Abstract: OBJECTIVE To investigated the change of S100β  plasma concentrations during and after extracorporeal circulation（ECC）, compared the influence of roller pump and centrifugal pump on S100β  releasel .METHODS20 patients underwent double valves replacement were randomly divided into two groups: centrifugal (CP, n=9) versus roller (RP, n=11) pump. The CP group used a Jostra centrifugal pump and the RP group a Stochert roller pump for ECC. Before the start of ECC, at the end of ECC and 4 hours, 12 hours after ECC termination, whole blood was taken from radial artery indwelling tube. The plasma levels of S100β were assayed by radioimmuno-assay(RIA) method.RESULTSBoth groups were matched for age, body weight and cardiopulmonary bypass and cross-clamp time. S100β was not found inboth group  before the start of ECC. At the end of ECC, the plasma concentrations of S100β got to peak values, but there was no significant difference between two groups. 4  hours and 12 hours after ECC termination, S100β levels in CP group were significanly lower than RP group.CONCLUSIONS100β  plasma levels increase after ECC，and centrifugal pumps  can significantly decrease it, which  indicate that using centrifugal pumps in ECC  maybe have a more neuroprotective effect than roller pumps.

　　Key words：Roller pump； Centrifugal pump；S100β；Extracorporeal circulation；Cerebral injury

　　体外循环（extracorporeal circulation，ECC）手术可以引起脑功能和结构损害。 S100β 是一种存在于星形胶质细胞和雪旺氏细胞的酸性钙结合蛋白，当神经组织损伤时脑脊液和血液内的浓度均增高。本研究用S100β 作为脑损伤的标志，观察ECC手术前后S100β 变化，比较应用离心泵和滚压泵的ECC手术后S100β 变化有无不同，判断离心泵是否比滚压泵对脑组织的损伤轻。

　　1资料与方法

　　1.1临床病例及分组

　　选择20例准备在ECC下行主动脉瓣和二尖瓣双瓣膜置换的风湿性联合瓣膜病患者，随机分为两组，ECC使用离心泵组（CP组）和使用滚压泵组（RP组），其中CP组9例，RP组11例。20例患者术前均无肢体活动不灵、语言障碍等神经功能受损的表现；另外术前合并有糖尿病、感染、术前服用抗凝药或者长期应用皮质类固醇的患者，均不列为研究对象。CP组男6例，女3例，年龄（51±4.9）岁，体重（53±12.6）kg。RP组男7例，女4例，年龄（49±5.3）岁，体重（51±10.9）kg。两组患者术前血色素（Hb）、红细胞压积（Hct）、心功能分级及手术种类均无明显差异，具有可比性。

　　1.2麻醉和ECC方法

　　所有20例患者均采用标准统一的麻醉技术，术前用药为东莨菪碱0.3 mg肌肉注射。麻醉诱导用咪唑安定（0.1 mg/kg），芬太尼（0.1 mg/kg，静脉推注），肌松剂均用维库溴安（0.1～0.2 mg/kg，静脉推注）,手术过程中用吸入性麻醉药氨氟烷维持麻醉深度。在手术开始前头孢类抗生素2 g静脉推注预防感染。

　　ECC装置的组成包括一个滚压泵（德国斯托克公司生产 Stokert Ⅲ型）或离心泵（德国Jostra公司生产控制台和叶轮式离心泵头），两组患者所用的ECC装置只有主泵不同。其他装置包括中空纤维膜式氧合器(Baxter公司,成人型)，硬质静脉回流储血室（同氧合器组合在一起），动脉管路微栓过滤器，升主动脉及上、下腔静脉插管，上述组件均用硅橡胶管连接。另外有两个滚压泵作为吸引泵回收手术野的积血（其中一个泵在ECC过程中作为左心吸引泵），所回收的血液直接汇入静脉储血室。还有两个滚压泵用来灌注含血停搏液。预充液包括600～800 ml晶体液，1000 ml胶体液以及白蛋白、小苏打、氯化钾、硫酸镁、肝素。所有患者均在预充液中加入300万 KIU抑肽酶。预充液中不应用糖皮质激素。肝素化标准是3 mg/kg体重，使ACT值在ECC开始前达到750 s以上，ECC过程中监测ACT值(Medtronic 公司，ACT Ⅱ型)，如果低于500 s则适当追加肝素用量。转机过程中，红细胞压积维持在0.25～0.30。两组均采用非搏动性灌注方式，流量保持在2.0～2.4 L/（m2·min），平均动脉压在50～80 mmHg 。鼻咽温降至30℃左右，在主动脉阻断之后，顺行或逆行灌注4℃含血停博液（血液∶停搏液为4∶1）1000 ml保护心肌，每隔15～20 min灌注一次。停搏液为改良St Thomas液。

　　1.3血液标本的采集和保存

　　于ECC开始前、ECC结束时、ECC结束后4 h和12 h从桡动脉留置管抽取动脉血，立即离心处理（3000转/min，10 min）分离出血浆后－80℃保存以备批量检测。

　　1.4S100β的检测

　　用放射免疫方法检测。所需要的单克隆抗体有三种SMST 12，SMSK 25，SMSK 28 L,均购自瑞典Sangtec Medical AB,Bromma 公司。这三种抗体可检测S100 ββ和S100 αβ两种同分异构二聚体。血浆标本用磷酸缓冲液稀释后与覆盖有抗S100 单克隆抗体的小珠一起孵育1 h，在这一过程中S100 蛋白就会结合到小珠子上。然后用标准冲洗液冲洗除去未结合的物质，再与标记有I125的抗S100 抗体一起孵育后冲洗，用γ计数器测量珠状物的放射活性总量。用已知浓度的S100β 与其相对应的放射活性做出标准曲线，据此可推算检测标本中的S100 浓度。该试剂盒的最低测量浓度为0.2 μg/L。

　　1.5统计分析方法

　　根据Hct对测定值进行校正，用校正值进行统计处理。校正公式：校正值＝（测定值×血液稀释前Hct）/测定时Hct。所有数据均用SPSS 10.0 统计软件包录入和处理。计量资料表述为±s，用t检验进行组内和组间数据的统计分析，计数资料用χ2检验，P＜0.05为有显著性统计学意义。

　　2结果

　　2.1临床结果两组患者均无术中和术后死亡，均无脑卒中、偏瘫等严重神经系统并发症产生，无一例患者术后出现明显精神性症状。ECC时间CP组是（151±28） min，RP组（147±32） min、主动脉阻断时间CP组（71±19）min，RP组（75±18）min、拔气管导管时间CP组（22.1±5.6）h，RP组(24.5±3.1) h、术后24 h引流量CP组(736±446) ml、RP组(741±537) ml，均无统计学差异（P＞0.05）。

　　2.2S100β 血浆浓度两组各时段的血浆浓度见表1。两组ECC开始前血浆中均未检测到S100β ，在ECC结束时S100β 血浆浓度最高，此后逐渐下降。两组相比较，ECC结束时无显著差异，而在ECC结束后4 h和12 h有显著性差别，滚压泵组比离心泵组释放S100β 多。表1两组S100β 血浆浓度的比较（略）注：两组间比较，*P＜0.05

　3讨论

　　我们应用血浆中S100  β蛋白作为脑损害的指标比较了离心泵和滚压泵两种血泵对ECC双瓣膜置换手术患者脑功能的影响。两组患者血浆S100β 浓度在ECC围术期的变化规律同文献报告相一致，在ECC结束时S100β 血浆浓度达峰值，其后逐渐下降，如果没有手术后明显的神经系统并发症，如脑卒中等情况出现，则S100β 不会再有升高［1］。

　　S100 蛋白为二聚体，包括三种异构体（S100 ββ、 S100 αβ和 S100 αα），其中S100 ββ只存在于星形胶质细胞和雪旺氏细胞内。S100 蛋白由肾脏清除，生物半衰期大约2 h［2］。已有的研究表明脑损伤的患者其血浆中的S100β 浓度增高并且在ECC手术后血浆水平也增高。Lindberg［3］比较了心脏手术和非心脏手术患者血浆中的S100β 水平，发现S100β 在ECC结束时达峰值，并认为S100β 的升高与麻醉、手术和血液有形成分破坏无关但与脑损伤有关。Westaby［4］进一步确认在ECC冠状动脉搭桥的患者中S100 血浆水平增高，而在非ECC冠状动脉搭桥的患者中无此现象，且S100 增高的程度与ECC时间显著相关（r＝0.89，P＜0.01）。在一组主动脉弓手术的患者，虽然应用了深低温和脑逆行灌注，但S100β 血浆浓度增高的程度与停循环的时间相关［5］。Johnsson确认了在ECC手术中S100 血浆浓度增高与神经系统受损的关系并且认为S100β 增高的程度可能反映脑损害的程度［6］。

　　在本研究中，ECC后离心泵组和滚压泵组S100β 均较ECC结束时下降，但下降程度不同。离心泵组下降明显，两组相比有显著性差异，这可能反映了离心泵组脑损害程度较轻。一是因为滚压泵挤压泵管致使管壁脱落固体颗粒形成栓子，离心泵产生的微栓子较滚压泵少的缘故；二是由于两种泵产生血流动力的机理不同，滚压泵更容易生成微气泡，而微气泡也可以造成栓塞。在滚压泵应用过程中，用超声检测脑血流，可以发现血流中有颗粒回声。这些颗粒回声的物质可能是固体颗粒，也可能是微小气泡。数量与ECC手术后神经系统并发症的发生有关。滚压泵组患者脑内微循环接受了更大量的栓子，造成微循环的功能障碍，损伤神经组织，使胶质细胞释放多量的S100β 。

　　Ashraf［7］等将32例冠状动脉搭桥患者分成两组，分别应用离心泵和滚压泵，在ECC结束时和结束后30 min、2 h和24 h用免疫发光法测量患者血清中S100β 浓度，发现冠脉搭桥手术后S100β 水平增高，在离心泵组未能显著降低S100β 的释放。但该临床试验的ECC时间少于90 min。我们在ECC时间150 min的双瓣膜置换患者中发现，ECC结束后的4 h和12 h，离心泵组比滚压泵组的S100β血浆浓度均低，有显著性差异。据此我们认为，离心泵应用于较长时间后可能有利于减少脑损害。

　　从90年代中后期以来出现的研究提示，血浆中S100β 可能不只是来源于神经胶质细胞［8］。Ashraf等采用的免疫发光法检测S100β ，是一种更为敏感的方法，他们在ECC开始前就检测到血清S100β 浓度。还有研究发现ECC手术时纵隔手术野中S100β 血清浓度是静脉取血标本中S100β 的20倍［9］，另外的研究表明如果ECC手术时纵隔手术野的积血不吸回静脉储血室，而是先用细胞洗涤机处理，去掉血浆只将细胞回输，在这种情况下，整个ECC手术围术期所测得的S100β血清浓度与非ECC患者无明显差别［10］。开胸手术患者其胸腔引流液中的S100β 浓度与ECC手术患者纵隔手术野积血中的S100β 浓度相当，从外科伤口、骨髓吸取物、纵隔脂肪、骨骼肌中获取标本测到的S100β 浓度是手术前血液浓度的1000倍［11］。由此可以认为，S100β 不只是来源于脑神经细胞，ECC过程中血清S100β 浓度明显升高，除了因为有脑组织释放到血液中的S100β ，还有纵隔等处的血液吸回到静脉储血室参与全身血液循环，使其内所含的高浓度S100β 也进入血液循环。

本研究的ECC装置中不包括有血细胞洗涤机，纵隔手术野的积血回吸后经吸引器管道直接进入静脉引流储血室，所以ECC结束时所采集的标本中也可能含有来自手术野的S100β ，但在ECC结束后4h和12 h采集血样时手术野的S100β 已不会直接进入血流，这两个时点的血浆S100β 浓度基本可以反映脑脊液中S100β 的浓度。在本课题中，ECC结束时两组的S100β 血浆浓度无差别，可能是由于混有来自手术野的的S100β 的缘故。

　　本研究结果显示应用离心泵手术后早期释放的S100β 比滚压泵少，提示在转流时间较长的ECC中应用离心泵可能有利于减轻对脑组织的损伤。

【参考文献】  　　［1］Johnsson H, Johnsson P, Alling C, et al. S100 beta after coronary artery surgery: release pattern, source of contamination, and relation to neuropsychological outcome［J］. Ann Thorac Surg， 1999， 68（6）: 2202-2208.

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　　［7］Ashraf S,Bhattacharya K,Zacharias S,et al.Serum S100β relaease after coronary artery bypass grafting:roller versus centrifugal pump［J］.Ann Thorac Surg，1998，66（6）:1958-1962.

　　［8］Westaby S, Saatvedt K, White S, et al. Is there a relationship between serum S-100 beta protein and neuropsychologic dysfunction after cardiopulmonary bypass? ［J］. J Thorac Cardiovasc Surg， 2000，119（1）: 132-137.

　　［9］Anderson RE,Hansson LO,Vaage J. Release of S100β during coronary artery bypass grafting is reduced by off-pump surgery［J］. Ann Thorac Surg，1999，67（6）:1721-1725.

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　　［11］Anderson E,Hansson L,Nilsson O,et al. Increase in serum S100α1- β and s100ββ during cardiac surgery arises from extracerebral sources［J］.Ann Thorac Surg， 2001，71（5）:1512-1517.