心脏瓣膜置换术中应用1,6-二磷酸果糖的心肌保护作用研究
作者：黄志勇 , 姬尚义 , 王毅 , 叶小青 , 吴贵云
【摘要】 目的 探讨1,6-二磷酸果糖(FDP)在心脏瓣膜置换术中对心肌的保护作用。方法 瓣膜置换术患者60例，随机分为实验组和对照组，每组30例。实验组于CPB前分别从中心静脉滴入和经心肌保护液中加入FDP 150 mg/kg，对照组则以等量生理盐水代替。两组于围术期不同时点中心静脉采血检测心肌肌钙蛋白I(cTnI)、肌酸激酶同功酶(CKMB)、乳酸脱氢酶(LDH)、肌红蛋白(MYO);临床观察心脏自动复跳情况、心电图S-T段改变、正性肌力药用量、术后拔管时间、ICU滞留时间等项目;在电境下观察心肌超微结构的变化。结果 两组cTnI、CKMB、LDH、MYO于主动脉开放后逐步升高，明显高于阻断前(P<0.05)。实验组这些指标升幅均小于对照组，cTnI、CKMB于开放升主动脉后30 min 及CPB停机后6 h显著低于对照组(P<0.05)，且实验组心脏自动复跳率高、术中S-T段改变轻微、正性肌力药用量少、ICU滞留时间短;电镜亦显示实验组心肌超微结构损伤明显轻于对照组。结论 1，6-二磷酸果糖在心脏瓣膜置换术中具有良好的心肌保护作用。
【关键词】 心脏瓣膜置换术;1，6-二磷酸果糖;体外循环;心肌保护
Abstract: OBJECTIVE To evaluate protective effects of Fructose-1,6-bisphosphate(FDP) on myocardial structure and function during cardiac valve replacement surgery. METHODS 60 patients undergoing cardiac valve replacement were randomly and double-blinded selected to a treatment group and a control group (30 cases for each). Before initiation of cardiopulmonary bypass (CPB), FDP was administered in the treatment group at dosage of 150 mg/kg by the central vein and mixed with cardioplegia solution in CPB line, respectively. As compared with FDP, in control group the same volume of normal saline was given into the patients. Plasma concentrations of cardiac biomarkers including Cardiac troponin I (cTnI), Creatine kinase MB isoenzyme(CKMB), Lactate dehydrogenase(LDH), Myoglobin(MYO) were measured at different time points in the two groups, meanwhile, Clinical data including heart resuscitation, ST-segment deviations, dosages of positive inotropic agent, time of ICU stay were recorded. Microstructures of myocardial cell were scanned by electrical microscope. RESULTS The plasma concentrations of the cardiac biomarkers after clamping off the aorta in both groups were significantly higher than those before onset of clamping the aorta (P<0.05), the concentrations of all the cardiac biomarkers measured in the treatment group were much lower than those in control group. cTnI、CKMB showed significant lower level at time points of 30 minutes after clamping off the aorta and 6 hours after the end of CPB (P<0.05). Clinical observations showed that treatment group had successful heart resuscitation, mild ST-segment deviations, less positive inotropic support and shorter length of ICU stay. The myocardial microstructures were found less damages in treatment group than in control group. CONCLUSION The findings suggest that FDP plays substantial, protective roles on myocardial structure and function during cardiac valve replacement surgery.
Key words： Cardiac valve replacement; Fructose-1,6-disphosphate; Cardiopulmonary bypass; Myocardium protection
1,6-二磷酸果糖(Fructose-1,6-disphosphate, FDP)是细胞能量代谢过程中重要的中间产物。现已发现，外源性FDP具有增强细胞供能及钙拮抗、生物膜稳定、减轻氧自由基损害和减少炎性因子释放等作用[1]。其在冠脉搭桥术中的应用能明显减轻心肌缺血再灌注损伤，促进心功能恢复[2]。本实验通过检测血浆中心肌肌钙蛋白I(cTnI)、肌酸激酶同功酶(CKMB)、乳酸脱氢酶(LDH)、肌红蛋白(MYO)等含量变化、临床观察心脏自动复跳情况、正性肌力药用量、术后拔管时间、ICU滞留时间、电镜观察缺血前、后心肌组织超微结构的改变等项目，综合评价FDP在心脏瓣膜置换术中的心肌保护作用。
1 资料与方法
1.1 病例资料 60例心脏瓣膜病患者在体外循环(cardiopulmonary bypass,CPB)下行心脏瓣膜置换术。随机分为实验组和对照组，每组30例。两组患者在年龄、性别、体重、瓣膜置换例数(EF)、左室射血分数、心功能分级、心律失常、心脏血栓等方面无明显差异，见表1。全部患者根据病情不同给予强心、利尿、扩血管等。术前均无明显血流动力学改变和肝肾功能异常，无钙、磷代谢异常。
1.2 用药方法 实验组于CPB开始前经中心静脉滴注FDP 150 mg/kg(海南天王国际制药有限公司)，20 min内滴完。 CPB中在心脏停搏液中加入相同剂量的FDP。对照组则相应加入等容量的生理盐水。
1.3 麻醉和CPB方法 术前肌注吗啡10 mg、东莨菪碱0.3 mg，采用依托咪脂、异丙酚、芬太尼、维库溴铵及异氟烷等麻醉剂静吸复合麻醉，气管插管。常规监测血压、中心静脉压、体温、血气和电解质及灌注压。肝素化后常规建立CPB，采用膜式氧合器，非搏动灌注。CPB 期间，鼻咽温降至 32 ℃～30 ℃，红细胞比容(Hct)控制在0. 20～0.25，流量和灌注压分别控制在2.4～2. 6 L/(min·m2)和50～80 mmHg。采用冷晶体停搏液加心脏局部低温保护心肌。开放主动脉后根据心肌收缩力及血流动力学情况应用多巴胺[3～8 μg/(kg·min)]和硝普钠[1～5 μg/(kg·min)]，必要时加用肾上腺素。
1.4 标本采集和观察 临床观察项目及血浆、组织标本检测详见表2。两组分别于麻醉诱导后转流前(T0)、开放升主动脉后30 min(T1) 、CPB停机后6 h(T2)、24 h(T3)、48 h(T4)从中心静脉采血测量cTnI、CKMB、LDH和MYO等含量变化。每组随机抽取15例分别于开胸后CPB前以及关胸前取右心房组织经相应处理作电镜检查。
1.5 统计学处理 由于体外循环存在血液稀释, 所有数据均用Hct校正。应用SPSS 11.0 统计软件处理数据, 计数资料采用卡方检验, 测量值采用均数±标准差(±s)表示, 组内作方差分析, 组间作 t 检验。P<0.05表示差异有显著性。
2 结 果
2.1 临床指标 一般临床指标两组间无显著差异(P>0.05)，但实验组在平均除颤次数、临时起搏器使用率、术后S-T段异常[3]例数及围术期多巴胺用量等方面明显小于对照组，心脏自动复跳率实验组明显高于对照组(P<0.05)。见表2 。
2.2 检测指标 两组cTnI、CKMB及MYO在T1、T2和T3等时点均不同程度显著升高(P<0.05)，于T2时达峰值，以后浓度逐渐降低。血浆LDH变化较晚，自T2后各时点均明显高于T0(P<0.01)。组间比较，实验组各测量指标自T1后均低于对照组，其中cTnI及LDH在T2和T3时点分别显著低于对照组(P<0.05)。见表3。
2.3 电镜显示 两组CPB前心肌纤维结构均清晰，排列整齐，线粒体形态结构正常，见图1。实验组心肌结构清楚，心肌纤维排列整齐，线粒体、肌质网数量和形态基本未见明显改变，线粒体嵴排列整表1 两组心脏瓣膜病患者术前一般资料注：MVR：二尖瓣置换术;AVR：主动脉瓣置换术表2 两组心脏瓣膜病患者临床观察资料注：与对照组比较*P<0.05表3 两组心脏瓣膜病患者血浆中cTnI、CKMB、LDH及MYO等指标的变化注：与T0比较*P<0.05，**P<0.01;与对照组比较△P<0.05齐，未见明显肿胀，细胞核未见明显改变，见图2。对照组心肌结构存在，心肌纤维结构尚好，肌节结构尚清楚，线粒体数量较多，部分有肿胀，基质变浅，嵴断裂，细胞核稍有水肿，见图3。
3 讨 论
心脏瓣膜病变患者术前均存在不同程度心肌肥厚或扩张等心肌损害表现，CPB缺血再灌注期间更因为心肌能量的耗竭、钙离子超负荷、炎性因子的侵润和氧自由基损伤等因素加重心肌损伤[1]，故实施有效的心肌保护、最大程度地减轻心肌损伤是围术期麻醉管理的关键。
评价心肌有无缺血性损伤及损伤程度常以 CKMB、LDH、MYO及cTnI作为敏感的生物标志物，正常情况下它们存在于心肌细胞中，心肌坏死后释放入血，若在血中发现这些标志物浓度升高则表明有心肌损伤存在。在这些标志物中，cTnI 是目前发现对心肌损伤诊断特异性和敏感性最高的标志物之一,联合监测CKMB、LDH和MYO更是极大地提高心肌损伤的诊断准确率[4]。我们实验结果显示：与对照组相比，实验组通过在CPB前加入FDP进行预处理及在心脏停搏液加入适量FDP能显著降低CPB后血液中CKMB、LDH、MYO及cTnI浓度;显著提高心脏自动复跳率、减少心脏除颤次数、S-T段的改变及术后多巴胺用量。心肌电镜检查也显示实验组CPB后心肌超微机构基本保持完好，损伤轻微。说明FDP具有极好的对抗心肌缺血再灌注损伤、保护心肌结构和功能完整的作用。
FDP发挥心肌保护作用的机制可能与下列因素有关：① 改善心肌细胞能量代谢，并直接供能。心肌缺血期间心肌细胞内有氧代谢减少，糖酵解是主要供能方式，而缺血所致的局部酸中毒抑制了糖酵解的限速酶——磷酸果糖激酶(phosphofructokinase，PFK)活性，减慢代谢速度，使心肌细胞能量供应进一步减少。FDP是细胞内糖代谢过程中重要的中间代谢产物，它可正反馈地激活PFK、丙酮酸激酶(pyruvate kinase，PK)等，促进糖酵解加速。同时，外源FDP还能进入细胞内直接分解产生ATP，1摩尔的FDP经代谢可产生4摩尔的ATP[1]，从而保证心肌细胞在缺血期间的能量供应。② 具有膜稳定性，抑制炎症反应。FDP通过增强细胞内ATP含量来增强细胞膜及细胞器膜的稳定性，减少炎性因子的释放，从而减轻CPB期间其对心肌细胞的侵润。研究表明， FDP可明显减少心脏术后血浆促炎因子如 TNF-α 、IL-6 、IL-8的浓度升高[5]。③ 抑制受刺激的中性粒细胞的“呼吸爆发”，减少氧自由基的生成[6]。④ 降低细胞内无机磷和细胞外游离钙浓度。FDP一方面提供能量, 促使Ca2+ -Mg2+ 泵将 Ca2+ 泵出细胞外;另一方面可以减轻缺氧能量不足而使细胞膜除极引发 Ca2+ 内流[7]。
总之，在心脏瓣膜置换术中，通过CPB前给于FDP进行预处理和在心脏停搏液中加入FDP等措施能显著减轻心肌缺血再灌注损伤，极大发挥心肌保护作用。
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