温氧合血心停搏液微流量连灌心肌超微结构的临床研究

  【摘要】  目的  评估温氧合血心停搏液不同流量连灌对心肌的保护作用。方法  我们选择60例择期心脏手术患者分别用温氧合血心停搏液微流量连灌［A组0.5ml/（kg·min）］，高流量连灌［B组2.0ml/(kg·min）］灌注的结果进行分析。结果  纤维镜观察两组在主动脉阻断前，心肌超微结构基本正常，阻断60min，两组均出现线粒体肿胀，基质密度下降，糖原减少，部分肌原纤维松弛，复跳后30min，两组线粒体肿胀减轻，糖原大体恢复正常，组间差异无显著性。临床结果表明，两组术后需循环和呼吸辅助时间短，心功能恢复迅速，稳定。结论  微流量氧合血心停搏液连续灌注亦能保持心肌能量储备，保护心肌超微结构完整，术后心功能恢复迅速。
   
    【关键词】  温氧合血心停搏液；高流量；微流量；心肌超微结构
    
    【Abstract】  Objective  To investigate the effects of different flow volume of continuous warm oxygenated blood cardioplegia on open heart surgery.Methods  A prospective，randomized study was performed on 60 patients undergoing value replacement and congenital heart disease with myocardial protection by minimum flow perfusion(0.5ml/kg·min-1，n=30)，highflow perfusion(2.0ml/kg·min-1，n=30)，cardioplegia，preoperative and surgical characteristics of the two groups were similar.Results  Ultrastructure of the myocardium were not significantly different between two groups before the aortic cross-clamping.Myofibrils were loose apparently and its crest was in disorder with the decrease of density，matrix focal dissolved of the crest，glyeco gen decreased mitochondrial membrance swelling between two groups when the crossclamped time was 60 minutes.Ultrastructure of myocardium was almost normal after 30 minutes reperfusion.Conclusion  Minimum-flow continuous perfusion of warm blood cardioplegia appeared to be superior in safety，protecting the myocardial ultrastructure.
   
    【Key words】  warm oxygenated blood cardioplegia；high flow；minimum-flow perfusion；myocardial ultrastructure
   
    常温体外循环温氧合血心停搏液连续灌注是近年来心脏直视手术中心肌保护技术的重大进展。术中心肌保护技术的改进必须同时满足两个基本要求，既要保护术中心肌细胞代谢和结构的完整性，又要为手术操作提供清晰的视野和足够的安全阻断时间，到底需多少灌注量能在满足手术操作要求的同时充分维持术中停搏心肌的基本有氧代谢是亟待探讨的重要课题。我们在温血高流量连灌的基础上，改进采用温血微流量连灌技术，探索此方法的生理性和安全性，对比观察两组心肌超微结构的变化，为目前临床应用提供理论根据。
   
    1  资料与方法
   
    1.1  一般资料  选择1997年8月～2001年2月间主动脉阻断时间＞1h的心内直视手术患者60例（n=60），男28例，女32例；年龄6～56岁，平均（30.4±8.6）岁。体重22～74kg，平均（48.5±9.2）kg。随机分为两组：实验组（A组，n1=30），维持心停搏液量0.5ml/(kg·min)；对照组（B组，n2=30），维持心停搏液量2.0ml/(kg·min)。
   
    1.2  材料  温氧合血心停搏液系采用瑞典Gambro型体外循环机，国产膜肺氧合器氧合高氧预充液与新鲜库血按1∶1混合后加入10%氯化钾溶液调节钾离子浓度，首次诱导停搏钾含量为20～25mmol/L。维持量为直接机血加入10%氯化钾溶液调至钾含量6～8mmol/L两组停搏液成分和理化指标相同。
   
    1.3  灌注方法  两组高钾停搏液首灌速度相同，均为8～10ml/(kg·min)，心脏停搏后改为维持量。A组0.5ml/(kg·min)，B组2.0ml/(kg·min)连续灌注，主动脉开放前3～5min以正常钾浓度温氧合血连灌［2.0ml/(kg·min)］直至开放。外科技术及体外循环：两组患者均以胸骨正中切口入路，全身肝素化（300μg/kg）后常规建立体外循环，术中循环维持高流量灌注，不人为降温，体温随预充液和室温自动下滑至（33±1）℃，心内操作基本完毕时血温要求在（35±1）℃，开放主动脉钳后心脏多在60s内自动复跳，心功能稳定，一般勿需辅助转流。
   
    1.4  标本采集与检测  两组患者分别于主动脉阻断前，阻断60min及复跳后30min三个时相取心房或心室壁心肌组织各一块固定。采用日本HITACHITEM：H-500型透射电镜观察，参照Flameng方法，对心肌线粒体变化进行半定量评价［1］。随机选取100个线粒体，对每个线粒体按下述标准分为5级：0级：正常结构线粒体；1级：结构基本正常，基质颗粒消失；2级：线粒体肿胀，基质清亮化；3级：2级基础上有嵴断裂或基质融合；4级：3级基础上线粒体内外膜破坏。
   
    1.5  统计学方法  实验结果用均数±标准差（x±s）表示，组间采用两样本均数t检验，以P<0.05为差异有显著性，具有统计学意义。
   
    2  结果
   
    两组电镜下心肌超微结构的形态学改变（北京医科大学电镜室）：（1）两组在主动脉阻断前心肌组织较完整，线粒体结构基本正常，糖原颗粒丰富，肌丝结构基本正常（见图1、2）。（2）主动脉阻断60min两组均出现线粒体肿胀，基质密度下降，糖原颗粒减少，部分肌原纤维松弛，无溶解和断裂现象，明、暗带清晰。（3）开放升主动脉后30min，两组线粒体含量下降，线粒体肿胀，基质密度下降，个别线粒体嵴膜断裂，肌丝排列尚整齐，糖原颗粒减少（见图3、4）。两组按Flameng分级标准半定量分析，结果表明：两组停跳前线粒体结构改变，均为0、1级为主，线粒体体积分别为0.74±0.51和0.83±0.57，差异无显著性（P>0.05)。再灌注30min时，两组线粒体改变均以2、3级为主，A组占84%，B组占87%，线粒体体积分别为1.65±0.75和1.72±0.81，差异无显著性（P>0.05）。

图1  A组阻断前线粒体结构正常，糖原颗粒丰富，肌丝完整  （×2.0万倍）
图2  B组阻断前线粒体结构正常，肌丝结构完整，糖原颗粒丰富  （×2.0万倍）
图3  A组：再灌注30min，线粒体肿胀，但程度减轻，无嵴断裂，肌丝完整，糖原大体正常  （×2.0万倍）
图4  B组：再灌注30min，线粒体肿胀，基质密度下降，肌原纤维松弛  （×2.0万倍）

   

 3  讨论
   
    研究结果表明，两组形态学变化均为可复性改变，差异无显著性（P＞0.05），持续温血灌注，理论上可避免再灌注损伤，但实验结果仍有可复性损伤。其原因可能为：（1）高流量组由于心停搏液灌注量明显增多，需要不断的接取大量体外循环机血，这些机血，特别是转流时间长的机血，由于血液与异物表面接触（如体外循环等管道间界面，外源性或内源性微栓间界面，塑料管制作用添加剂脱落等外毒素和运转过程中源自肠管的内毒素等）导致血液破坏，大量的炎性介质释放。它包括纤维蛋白降解产物、补体、激肽、组胺、前列腺素、弹性蛋白酶等［2］。（2）体外循环血液和大量异物接触产生有毒物质，这些物质使线粒体内三羧酸循环以及生物氧化的一些酶被抑制，ATP产生障碍使细胞能量产生不足，Na+-K+ATP酶运转失灵，使细胞内Na+增加，K+减少，酸中毒，进而使细胞渗透压增高，水分渗入细胞内引起心肌细胞水肿。（3）血浆胶体渗透压降低。由于血液稀释，体外循环机械性破坏，异物表面使蛋白变性和毛细血管通透性增加，蛋白渗出血管外使血浆胶渗压降低，导致心肌组织水肿，压迫微血管，恢复灌注后造成部分心肌不能恢复血供。中性白细胞释放的磷脂酶及通过呼吸爆发产生的氧自由基破坏细胞膜结构和肌质网上Ca+-Na+泵功能，从而使细胞外Ca+内流增加，肌质网中的Ca+释放到胞浆中，造成细胞内钙超载，线粒体受损，导致心肌摄氧障碍［3］。由于上述诸因素的影响，造成细胞脆性增加，不能耐受复灌产生的物理应力而导致心肌细胞损伤，心肌酶释放增加，线粒体肿胀。
   
    本研究证明，两组流量心停搏液连续灌注均能够满足常温下停跳心肌代谢的氧需求，A组与B组相比不仅心停搏液灌注量明显减少，避免了心停搏液高流量所导致的术野多血，影响手术操作，而且又可减少高血钾、钠水潴留、血细胞破坏、浪费血源和影响心肺机管理等缺点。Buckberg和Saleno已分别阐明常温下心电机械活动停止能降低氧耗的92%～95%［4，5］。只要温血停跳液中血红蛋白含量高于8g/100ml，心肌灌注量超过80ml/min，既可满足常温下高钾性停跳心肌的能量代谢需求［6］。临床上为了更好地配合术野显露，就需要降低心停搏液灌注量，心肌灌注量能否在保证氧供的前提下，进一步减少，经我们在临床应用微流量心停搏液连灌手术400余例临床效果及心肌超微结构变化证明，心肌保护效果满意，完全可以满足停跳状态下的心肌氧需求。

【】

    1  Flaming W. Ultrastructural and cytochemical correlates of mycaredial protection by cold hypothermia in man. J Thorac Cardiovasc Surg， 1980， 79： 413-425.    
    2  李佳春，李功宋.体外循环灌注学.北京：人民军医出版社，1993，305.    
    3  Lente FV. Free radecals. Anal Chem， 1993， 65： 347R.    
    4  Buckberg GD. Myocardial temperature managementdruing aortic clamping for cardiac surgery： protection，preoccupation and perspective. J Thorac Cardiovasc Surg，1991， 102(6)： 895.    
    5  Saleno TA， Houck JP， Barrozo CAM， et al. Retrogradecontromous warm blood cardioplegia： a new cenceptin myocardial protection. Ann Thtoac Surg， 1991， 51： 245.    
    6  Terrence M， Yau CM， Richard D， et al. Optimal delivery of blood cadioplegin. Circulation，1991，84(supp15)：380.