小兒非紫紺型先心病心臟停跳與非停跳體外循環(huán)下圍手術(shù)期的能量代謝研究▲

彭朝陽(yáng) 馮 旭 謝曉勇 黃柳柳 畢笑寒 楊勝壯

(廣西醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院心胸外科，南寧市 530021)

小兒非紫紺型先心病心臟停跳與非停跳體外循環(huán)下圍手術(shù)期的能量代謝研究▲

彭朝陽(yáng) 馮 旭*謝曉勇 黃柳柳 畢笑寒 楊勝壯

(廣西醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院心胸外科，南寧市 530021)

目的研究先心病心臟停跳與非停跳體外循環(huán)下圍手術(shù)期的能量代謝變化。方法符合研究標(biāo)準(zhǔn)的患者36例，隨機(jī)分為實(shí)驗(yàn)組(心臟非停跳下)、對(duì)照組(心臟停跳組下)各18例，采取圍手術(shù)期8個(gè)時(shí)間點(diǎn)(T1～T8)少量血液，依次離心獲得血漿，應(yīng)用NMR代謝組學(xué)分析及數(shù)據(jù)處理獲取血漿相關(guān)代謝物指標(biāo)，如ATP濃度、肌酸濃度、乳酸濃度。結(jié)果血漿ATP濃度、肌酸濃度、乳酸濃度在圍手術(shù)期呈現(xiàn)一定時(shí)間內(nèi)規(guī)律變化，二組數(shù)據(jù)比較，T4～T7時(shí)間點(diǎn)兩組ATP濃度和肌酸濃度差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)；T4～T8時(shí)間點(diǎn)兩組乳酸濃度差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。結(jié)論兩組患者ATP濃度、肌酸濃度、乳酸濃度在體外循環(huán)(CPB)過(guò)程中的機(jī)體組織代謝呈現(xiàn)出一定規(guī)律性改變，而實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組相關(guān)數(shù)據(jù)比較，存在顯著差異性，表明在CPB手術(shù)過(guò)程中，心臟非停跳狀態(tài)可以較好地保持機(jī)體能量代謝平衡狀態(tài)。

心臟停跳或非停跳下；體外循環(huán)(CPB)；能量代謝；ATP；肌酸；乳酸

先心病為常見(jiàn)先天性畸形中的一類(lèi)，發(fā)病率約占20%～30%，手術(shù)治療為目前最為有效的措施，特別是心內(nèi)直視下手術(shù)。因此，需要更深層次地了解圍手術(shù)期機(jī)體各方面影響因素。本研究通過(guò)心臟停跳與心臟非停跳下兩種不同的非生理性狀態(tài)下了解ATP、肌酸、乳酸變化，進(jìn)一步探討兩組患者在不同狀態(tài)下對(duì)機(jī)體能量代謝的影響。

1 資料與方法

1.1 一般資料 研究對(duì)象為2010年至2012年在廣西醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院住院的患兒共計(jì)36例，隨機(jī)分為實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組，術(shù)前經(jīng)詳細(xì)詢問(wèn)病史，完善胸片、心電圖、超聲心動(dòng)圖，必要時(shí)行心臟CT或心導(dǎo)管等檢查，明確診斷先心病，EF值>50%，心功能Ⅰ～Ⅱ級(jí)。排除紫紺型先心病、血糖異常、血脂異常、甲狀腺功能異常、家族遺傳性組織代謝病、全身結(jié)締組織疾病等影響因素。兩組患兒基本情況見(jiàn)表1。

表1 兩組患兒術(shù)前一般資料情況

1.2 實(shí)驗(yàn)方法 分別在下列8個(gè)時(shí)間點(diǎn)采集靜脈血4 mL：手術(shù)前動(dòng)脈穿刺成功后(T1)、麻醉誘導(dǎo)成功后(T2)、CPB降溫至32℃～33℃(T3)、CPB結(jié)束時(shí)(T4)、CPB結(jié)束后3 h(T5)、24 h(T6)及48 h(T7)、72 h(T8)，其中CPB前、CPB結(jié)束后3 h、24 h、48 h及72 h各時(shí)間點(diǎn)每1 mL血樣標(biāo)本中加入肝素10U，其他時(shí)間點(diǎn)不額外添加肝素，4℃離心(4 000 r/min，10 min)，取上層血漿分裝3份，-80℃凍存供檢測(cè)血漿代謝物濃度。

1.3 血漿ATP濃度檢測(cè) 使用高效液相色譜-紫外線檢測(cè)法[1，2](high performance liquid chromatography-ultraviolet，HPLC-UV)測(cè)定血漿中三磷酸腺苷(adenosine triphosphate，ATP)含量。

1.4 血漿肌酸濃度、乳酸濃度檢測(cè) 通過(guò)核磁共振譜采集1HNMR譜[4]、NMR譜處理與PCA模式識(shí)別分析[2，3]，利用VNMR 6.1C軟件分析指標(biāo)及積分值，進(jìn)一步使用SIMCA-P 10.5軟件(Umetrics AB，Umea，Sweden)將歸一化的1HNMR積分值進(jìn)行模式識(shí)別分析，進(jìn)一步獲取血漿肌酸、乳酸的定性和定量值。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 使用SPSS 17.0 統(tǒng)計(jì)軟件，符合正態(tài)分布的計(jì)量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(x±s)表示，統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)使用方差分析和t檢驗(yàn)，計(jì)數(shù)資料使用χ2檢驗(yàn)，P<0.05表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié) 果

2.1 血漿ATP濃度 兩組血漿代謝數(shù)據(jù)中ATP濃度圍手術(shù)期T3時(shí)間點(diǎn)開(kāi)始慢慢減小，對(duì)照組直至T7尚未恢復(fù)到T1水平(P<0.05)，而實(shí)驗(yàn)組圍手術(shù)期T3～T6較T1減少(P<0.05)，T7已恢復(fù)到T1水平(P>0.05)。兩組數(shù)據(jù)比較，T4～T7時(shí)間點(diǎn)二組ATP濃度差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，實(shí)驗(yàn)組ATP濃度在T4～T7時(shí)高于對(duì)照組(P<0.05)。見(jiàn)表2。

表2 兩組血漿ATP濃度變化 (μmol/L，x±s)

2.2 血漿肌酸濃度 兩組肌酸濃度圍手術(shù)期T3時(shí)間點(diǎn)逐漸升高，對(duì)照組直至T7尚未恢復(fù)到T1水平(P<0.05)，而實(shí)驗(yàn)組圍手術(shù)期T3～T6較T1增多(P<0.05)，T7已基本恢復(fù)到T1水平(P>0.05)。兩組數(shù)據(jù)比較，T3～T7時(shí)間點(diǎn)兩組肌酸濃度差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，實(shí)驗(yàn)組肌酸濃度在T4～T7時(shí)低于對(duì)照組(P<0.05)。見(jiàn)表3。

表3 兩組血漿肌酸濃度變化 (μmol/L，x±s)

2.3 血漿乳酸濃度 兩組乳酸濃度圍手術(shù)期T3時(shí)間點(diǎn)逐漸升高，對(duì)照組直至T8尚未恢復(fù)到T1水平(P<0.05)，而實(shí)驗(yàn)組圍手術(shù)期T3～T6較T1增多(P<0.05)，T8已基本恢復(fù)到T1水平(P>0.05)。兩組數(shù)據(jù)比較，T3～T8時(shí)間點(diǎn)兩組乳酸濃度差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，實(shí)驗(yàn)組乳酸濃度在T4～T8時(shí)低于對(duì)照組(P<0.05)。見(jiàn)表4。

表4 兩組血漿乳酸濃度變化 (μmol/L，x±s)

組別nT5T6T7T8對(duì)照組1858．739±3．22868．221±4．72659．247±3．63236．735±2．776實(shí)驗(yàn)組1852．274±3．06450．198±2．97541．236±2．73927．279±2．642

3 討 論

新陳代謝是機(jī)體生命活動(dòng)的基本特征，包括物質(zhì)代謝和能量代謝，以糖代謝、脂代謝、氨基酸代謝為主。在各類(lèi)物質(zhì)代謝過(guò)程中，物質(zhì)變化與能量代謝是聯(lián)系緊密、密不可分的，機(jī)體物質(zhì)代謝過(guò)程中所伴隨的能量釋放、轉(zhuǎn)移和利用等，稱之為能量代謝。正常生理狀態(tài)下機(jī)體主要以糖類(lèi)物質(zhì)有氧氧化生成ATP供能，而心內(nèi)直視下手術(shù)的非生理性狀態(tài)下組織存在一定缺血缺氧及缺血-灌注再損傷，此時(shí)機(jī)體合成ATP能力下降，代償性無(wú)氧代謝激發(fā)肌酸、乳酸生成增多，提示著能量代謝障礙，間接預(yù)示著不管在實(shí)驗(yàn)組還是對(duì)照組機(jī)體均以無(wú)氧代謝為主，機(jī)體無(wú)氧代謝生理意義體現(xiàn)著立即滿足供能，滿足機(jī)體在手術(shù)應(yīng)激過(guò)程中不良反應(yīng)；不過(guò)可能也跟胰島素受體抵抗有關(guān)。因此我們通過(guò)檢測(cè)乳酸和肌酸可以間接了解到無(wú)氧氧化供能過(guò)程，也就是說(shuō)糖酵解。

CBP為開(kāi)展心臟手術(shù)的最基本橋梁。在CBP過(guò)程中，心肌保護(hù)、心內(nèi)排氣以及全身性組織或器官的損傷均困擾著心外科醫(yī)師。至今以來(lái)，心臟手術(shù)的相關(guān)影響因素研究甚多，目前大量研究已表明CBP過(guò)程中所致缺血-再灌注損傷，并且增加心肌耗氧量[4，5]；機(jī)體可產(chǎn)生大量能力消耗、活性氧自由基產(chǎn)生以及細(xì)胞內(nèi)鈣超載，三者成為惡性循環(huán)[6]，最終導(dǎo)致線粒體功能障礙，甚至出現(xiàn)不可逆性病理改變，如細(xì)胞壞死、凋亡[7，8]。然而系統(tǒng)性研究在CBP下操作心內(nèi)直視手術(shù)對(duì)全身組織代謝影響仍不多，Haisjacki等[9]研究證實(shí)了CPB可以導(dǎo)致全身血液的乳酸增高，故我們可深入研究，以了解全身組織損傷情況，這樣進(jìn)一步認(rèn)識(shí)手術(shù)后機(jī)體代償性體系，在圍手術(shù)期預(yù)防和治療過(guò)程中提供一定理論支持[7]。非生理血流過(guò)程無(wú)疑會(huì)給機(jī)體帶來(lái)一定負(fù)面效應(yīng)。

近年以來(lái)，開(kāi)展淺低溫心臟非停跳CBP心內(nèi)直視手術(shù)為心臟外科一種新的手術(shù)方式，國(guó)內(nèi)這方面研究甚多。研究表明，心臟非停跳CBP心內(nèi)畸形矯治可降低心肌損傷[10]、心內(nèi)直視手術(shù)對(duì)心肌損傷的恢復(fù)等等[7，10，11]。因此進(jìn)行系統(tǒng)性監(jiān)測(cè)能量代謝甚有必要，可間接評(píng)估手術(shù)對(duì)全身性組織或器官代謝影響，從而更好地體現(xiàn)手術(shù)的優(yōu)越性。

心臟停跳與心臟非停跳下CBP手術(shù)過(guò)程中，二者對(duì)全身性組織或器官能量代謝的影響無(wú)法避免。通過(guò)數(shù)據(jù)比較分析，心臟非停跳組占有明顯優(yōu)勢(shì)，對(duì)能量代謝影響相對(duì)較小并且恢復(fù)較快。這可能與心臟停跳組和心臟非停跳組幾處不同有著直接關(guān)系，比如CBP灌注壓、主動(dòng)脈阻斷、溫度變化及CBP時(shí)間。心臟停跳組灌注壓相對(duì)較低，這樣機(jī)體組織或器官會(huì)存在一定缺血、缺氧，甚至缺血再灌注損傷，機(jī)體合成ATP減少，并且組織恢復(fù)到原來(lái)狀態(tài)所需時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)。也有文獻(xiàn)證明冷灌液可導(dǎo)致心肌損傷[12]，心臟停跳組是在低溫下完成手術(shù)，而心臟非停跳組在淺低溫下溫度相差約10℃，低溫可能會(huì)影響到機(jī)體內(nèi)酶的活性。另外細(xì)胞內(nèi)線粒體破壞(自由基生成增多)[8]、鈣超載等等因素，也會(huì)促進(jìn)機(jī)體能量的合成，甚至因?yàn)锳TP供能不足引起組織壞死或凋亡。

ATP為機(jī)體直接供能物質(zhì)，最為客觀地反映機(jī)體能量代謝異同。當(dāng)機(jī)體ATP供能不足時(shí)，機(jī)體會(huì)啟動(dòng)代償機(jī)制，促使磷酸肌酸分解ATP供能，同時(shí)釋放肌酸，然而肌酸濃度升高可以間接反映機(jī)體ATP的缺乏。另外機(jī)體代償性生成乳酸增多，這可能來(lái)源于無(wú)氧氧化合成ATP過(guò)程中的生成，也可能是機(jī)體氧供減少、組織或器官血流灌注壓偏低所致，二組數(shù)據(jù)可直接反映出機(jī)體微循環(huán)障礙，也可間接意味著代謝障礙，但是實(shí)驗(yàn)組乳酸恢復(fù)快，在圍手術(shù)期T8已恢復(fù)，更好的體現(xiàn)出實(shí)驗(yàn)組在能量代謝影響較對(duì)照組偏低。

另外，機(jī)體組織或器官的能量代謝障礙可直接影響到ATP的合成，ATP的合成減少也會(huì)嚴(yán)重影響到細(xì)胞內(nèi)外離子通道，比如Na-K-ATP泵、Ca通道等，這樣全身機(jī)體各組織的電生理活動(dòng)存在一定程度障礙，因此圍手術(shù)期易出現(xiàn)心律失常、神經(jīng)肌肉電生理恢復(fù)慢等。

總之，CBP下心內(nèi)直視開(kāi)展先心病手術(shù)會(huì)給患者帶來(lái)能量合成障礙，只是淺低溫下對(duì)能量代謝影響相對(duì)性較小。本次研究只是單純從機(jī)體組織糖代謝入手，可能存在一定缺陷。也可單方面上體現(xiàn)了心內(nèi)直視下手術(shù)造成機(jī)體組織或器官能量代謝障礙為可逆性改變，但是選擇手術(shù)方式異同對(duì)機(jī)體能量代謝影響不一樣，淺低溫心臟非停跳CBP下心內(nèi)直視手術(shù)對(duì)能量代謝的影響相對(duì)較少，組織或器官的能量代謝障礙時(shí)間短暫，相對(duì)恢復(fù)快，從而更好地說(shuō)明心臟非停跳CBP下心內(nèi)直視手術(shù)對(duì)維持機(jī)體圍手術(shù)期能量代謝相對(duì)較平穩(wěn)。

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Studyofperioperativemetabolismincardiopulmonarybypassforbeatingheartsurgeryandnon-beatingheartsurgeryintreatmentofNon-CyanoticCongenitalHeartDiseaseChildren

PENGZhaoyang,FENGXu,XIEXiaoyong,HUANGLiuliu,BIXiaohan,YANGShengzhuang(DepartmentofCardiacSurgery,theFirstAffiliatedHospitalofGuangxiMedicalUniversity,Nanning530021,China)

ObjectiveTo study metabolic changes in Cardio-Pulmonary Bypass (CPB) for beating heart surgery and non-beating heart surgery in treatment of Non-Cyanotic Congenital Heart Disease.Methods36 cases were enrolled in the study and were randomly divided into experimental group (beating heart surgery) and control group (non-beating heart surgery). Perioperative blood specimens of 8 different timings (T1～T8) were collected , followed by centrifuged to obtain blood plasma. NMR was used to detect metabolism-related substances such as ATP concentration, creatine concentration and lactate concentration.ResultsPlasma ATP, creatinine and lactate concentration were changed regularly during the perioperative time. Ther were significant differences in ATP and creatinine concentration at the timings of T4～T7, so were lactate concentration at the timings of T4～T8.ConclusionThe plasma concentrations of ATP, creatinine and lactate vary periodically during CPB process. The balance of energy metabolism may be maintained during CPB for beating heart surgery.

Non Beating and Beating heart surgery; cardio-Pulmonary Bypass; Metabolism, ATP; Creatinine; Lactate

廣西自然科學(xué)基金(合同號(hào)：2012GXNSFAA053-108)

彭朝陽(yáng)(1983～)，男，碩士，醫(yī)生，研究方向：淺低溫心臟不停跳手術(shù)進(jìn)程中內(nèi)環(huán)境的代謝。

R 654.1

A

1673-6575(2014)06-0685-04

10.11864/j.issn.1673.2014.06.04

2014-09-13

2014-11-16)

*通訊作者