体外循环中康斯特保护液肺动脉灌注的肺保护作用

【摘要】  目的 采用体外循环下肺动脉灌注动物模型观察康斯特保护液（HTK液）对体外循环所致肺损伤的保护作用。方法 20只大耳白兔，体重2.5～3Kg，随机分为对照组（体外循环组）；实验组（体外循环＋HTK液肺动脉灌注组）。于麻醉后、复跳60min、90min时抽取血样检测髓过氧化物酶(MPO)、丙二醛(MDA)和细胞因子白介素－6 (IL-6)、白介素－8 (IL-8)浓度。实验结束后取肺组织作干湿比检测并作光镜和电镜检查。结果 实验组MPO、MDA和IL-6在复跳60min、90min时浓度均低于对照组，其中90min时差异显著（P<0.05）；IL-8浓度低于对照组，但无显著差异（P＞0.05）；实验组肺组织干湿比低于对照组（P<0.05）；光、电镜结果显示：实验组肺组织病理改变明显轻于对照组。结论 HTK液肺动脉灌注能明显抑制体外循环引起的炎症反应，减轻体外循环所造成的肺损伤。

【关键词】  体外循环 HTK液 肺动脉灌注

    Abstract: OBJECTIVE   To observe the protective effect of HTK solution on lung injury after extracorporeal circulation (ECC).METHODS  20 rabbits were randomly divided into two groups: control group (ECC group) and protective group (ECC+HTK group). Plasma myeloperoxidase (MPO), malondialdehyde (MDA) and cytokine of interleukin-6 (IL-6), interleukin-8 (IL-8) in left atrium blood were measured after anesthesia, 60 min and 90 min after aorta declamped. Lung biopsies were also performed after operation. Light microscope and transmission electron microscopy were used to cast lung injury of the two groups. RESULTS  The plasma levels of MPO and MDA in protective group was lower than that in control group at 60 min and 90 min after aorta declamped, and the difference was significant (P<0.05) at 90 min after aorta declamped. The plasma levels of IL-8 in control group was higher than that in protective group, however the difference was not significant(P>0.05). The lung wet-to-dry ratio of control group was higher than that of protective group and the ratios were significantly different between groups(P<0.05). The light microscopic analyses and transmission electron microscopy demonstrated that in control group lung damage was severer than the protective group. CONCLUSION  HTK solution can distinctly inhibit inflammatory responses caused by ECC. Thus we conclude that HTK solution can ameliorate lung function and attenuate lung injury after ECC.

    Key words：  Extracorporeal circulation; HTK solution; Pulmonary artery perfusion

    体外循环(extracorporeal circulation，ECC)导致的肺损伤是心脏直视术后最常见的并发症。如何减少ECC 导致肺损伤仍是心脏外科亟待解决的问题。在术中经肺动脉灌注肺保护液被认为是较好的保护方法［1-4］。动物实验研究［5-6］均证实康斯特保护液（HTK）溶液能在缺血期间有效保护移植肺组织。 本实验通过建立动物模型并经肺动脉灌注HTK液的方法检验该方法的疗效。

    1  材料与方法

    1.1  实验材料  20只大耳白兔，体重2.5～3.0 kg，完全随机双盲分为两组，每组10只。对照组常规建立ECC后阻断主动脉，心脏停跳，开放主动脉后心脏复跳；实验组ECC期间经肺动脉灌注HTK液(20 ml/kg)。

    1.2  实验仪器  Stocket D型体外循环机，PM-6000插件式多参数监护仪，江湾I型微型人工呼吸机，HX－10555型恒温循环器，小动物膜肺  Becton ，Dickinson静脉留置针， NOVA Stat Profice M血气分析仪。

    1.3  实验方法  实验兔经耳缘静脉推注苯巴比妥钠20～25 mg/kg诱导麻醉后，固定于手术台上。气管切开后插管，人工呼吸机容量控制模式辅助呼吸，吸入氧浓度92％，潮气量22～25 ml/kg，呼吸频率40 次/min。监测股动脉压、心电图并建立静脉通路。胸骨正中开胸，剪开并悬吊心包，显露心脏。肝素700 mg/kg抗凝。经右侧颈动脉插入动脉插管，经右房插入静脉引流管，经左房插入左房引流管后，建立体外循环。阻断主动脉，经主动脉根部灌注冷停搏液，心脏停跳后，阻断肺动脉近端，经肺动脉灌注HTK液(20ml/kg)（德国科勒公司），灌注压25 cmH2O，灌注温度15℃～23℃，灌注液经左房引流管吸走并弃之。主动脉阻断60 min后开放，心脏复跳并维持血液动力学稳定，90 min后撤除体外循环机并立即用高钾溶液处死实验兔。

    1.4  检测指标 

    1.4.1  血浆白介素-6(IL-6)和白介素-8(IL-8)  （放免试剂盒由解放军总生化实验中心提供）、 血浆丙二醛(MDA)、血浆髓过氧化物酶(MPO)（试剂盒由南京建成生物制品有限公司提供）。于ECC前、主动脉开放60 min和90 min分别从股动脉和左房抽取血样。

    1.4.2  组织干湿比测定   ECC结束后处死实验兔后取右下肺组织行干湿比测定。

    1.4.3  光镜和电镜检查  ECC结束后处死实验兔后取右下肺组织行HE染色和透视电镜检查。

    1.5  统计方法  应用SPSS 11.0统计软件对所得生化指标和细胞因子数据进行重复性方差分析，对干湿比数据应用独立t检验分析。结果用均数±标准差(±s)表示，P<0.05时表示差异显著，P<0.01时表示差异非常显著。

    2  结  果

    2.1  检测结果 

    2.1.1  IL-6和IL-8在ECC过程中不同时间点的变化  主动脉开放60 min时，对照组IL-6和IL-8浓度高于实验组，但没有显著性差异(P＞0.05)；在主动脉开放90 min时，对照组IL-6浓度升高具有显著性意义(P<0.05)，IL-8浓度高于试验组，但没有显著性差异(P＞0.05)。见图1和图2。

    2.1.2  MPO在ECC过程中不同时间点的变化  对照组MPO活性在主动脉开放60 min时虽高于实验组，但没有显著性差异(P＞0.05)； 在90 min时，具有显著性差异(P<0.05)。见图3。

    2.1.3  MDA在ECC过程中不同时间点的变化  主动脉开放60 min和90 min时，对照组MDA活性高于实验组，具有显著性差异(P<0.05)。见图4。

    2.2  肺组织干湿比的比较  实验组较对照组比较具有非常显著差异(P<0.01)，见图5。

    2.3  肺组织光镜形态学比较  可见对照组肺泡毛细血管充血、出血，肺泡及间质水肿，有中性粒细胞炎性细胞浸润。肺泡腔容积减小较为明显(图6)。实验组肺组织改变明显轻于对照组，肺组织渗出不明显，无明显肺泡水肿和中性粒细胞聚集(图7)。

    2.4  肺组织电镜形态学比较     对照组可见肺泡腔内出现红细胞、中性粒细胞等炎性细胞浸润，肺泡II型上皮细胞线粒体肿胀，空泡变性，气血屏障加宽(图8)。实验组肺泡II型上皮细胞结构完整，线粒体及板层小体结构正常(图9)。

    3  讨  论

    HTK液是一种低钾、低钠、无钙和富含高能磷酸物底物的细胞内液型的溶液。它于1979年作为心脏停搏液用于心脏手术，随后发现该液对处于热缺血状态下的器官具有保护功能［7］。HTK液被认为是目前理想的器官保存液，有动物实验证实［5-6］其能在缺血期间有效保护移植肺组织。 我们在兔ECC模型的基础上设计了HTK液肺动脉灌注的实验研究，并通过多个检测指标从不同的侧面反映了HTK液减轻ECC所致肺损伤的作用。

    3.1  减少细胞因子释放  ECC期间血液与人工管道接触以及器官缺血再灌注可导致血液成分的激活，释放多种炎性介质。IL-6为促炎性介质之一，它是一种广泛生物活性的细胞因子,临床研究发现其升高与手术创伤程度有关，常把它作为组织损伤的早期敏感指标。 IL-8的主要作用是在炎性反应中趋化中性粒细胞，它对中性粒细胞的趋化力高于其它已知的趋化因子［8］。

    实验结果表明ECC本身会引起细胞因子(IL-6、IL-8)血浆含量的升高，实验组通过应用HTK液肺动脉灌注起到了抑制细胞因子产生，降低其血浆含量，减轻炎性反应的作用。HTK液降低血浆细胞因子含量、减轻炎性损伤的作用是通过对内皮细胞的保护实现的。其可能机制为：① HTK液中较低的钾浓度和组氨酸缓冲对能够有效的缓解缺血期间的细胞外高钾和高pH值，维持缺血期间细胞ATP水平的稳定［9］，保护了血管内皮细胞，减少内皮细胞对炎性因子的释放。组织学检测结果显示：对照组肺组织损伤明显重于实验组。光镜及电镜结果均提示保护组的肺泡上皮和血管上皮基本正常，对照组则有肺泡毛细血管充血、出血，炎性细胞浸润。肺泡上皮细胞空泡变性，线粒体肿胀。Wilson等研究证实HTK对内皮细胞功能良好的保护功能［10］。②HTK液中含有α-酮戊二酸和色氨酸。α-酮戊二酸是三羧酸循环的中间产物，它可以通过三羧酸循环，呼吸链及氧化磷酸化产生ATP［11］。色氨酸为尼可酰胺核苷酸辅酶(NAD，NADP)的前体，也可经呼吸链和氧化磷酸化产生ATP。这两种物质有助于为处于缺血再灌注期间的内皮细胞提供合成ATP的原材料［12］。Akbar 等通过研究证实HTK液能提高缺血期间细胞cAMP，有利于细胞完整性的保持［13］。

    3.2  减少自由基释放  MDA是脂质过氧化物反应的产物之一，可作为衡量自由基多少的指标。在ECC期间，常用评价ECC中自由基的方法是硫代巴比妥酸法(TAB-reaction)，它主要通过测定自由基脂质过氧化最终产物之一丙二醛的含量来反映自由基的多少［14］。髓过氧化物酶(MPO)是由活化的中性粒细胞释放嗜兰颗粒中的成分之一，它参与氧自由基的形成。

    实验结果显示：实验组血浆自由基含量显著减少。HTK液能显著降低血浆自由基，减轻缺血再灌注损伤，主要是通过减轻钙超载来实现的，其可能机制为：① HTK液中钙含量极低，可以有效防止钙超载，还可以减少黄嘌呤氧化酶的生成，减少氧自由基的生成，从而减轻缺血再灌注对肺脏的损伤；② HTK液中含有镁离子，对保持细胞膜的完整性有重要作用［15］。镁离子可以通过和钙离子竞争通道而减轻钙离子内流，从而减轻钙超载和自由基的产生。另外，镁离子是各种ATP酶的激活剂，但在缺血期间镁容易丢失， HTK液通过对镁离子的补充有效的提高了缺血后的代谢恢复［16］。③ HTK液中的甘露醇不仅有增加渗透压、脱水的作用，也具有很强的氧自由基清除能力。Luh 等［17］对小型猪肺脏缺血再灌注模型采用HTK液和EC液肺组织保护效果比较后证实：HTK液保护组较EC液保护组能显著降低组织MPO含量。

    从肺组织的干湿比结果可见，实验组肺水含量显著少于对照组，表明其肺组织渗出减轻。这可能是由于HTK液中的钠含量较低（15mmol/L），减小了缺血期间钠离子的内流，有效减轻缺血期间细胞水肿［18］。

    HTK液肺动脉灌注能有效减轻ECC所致肺损伤。该方法易于手术期间操作，是一种可以达到临床应用要求的肺保护方法。

【】
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