體外循環(huán)與紅細(xì)胞損傷

鄧 麗（綜述），劉宏宇（審校）

作者單位：150000哈爾濱，哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院心血管外科

體外循環(huán)（cardiopulmonary bypass，CPB）是一種非生理模式，當(dāng)血液暴露在“異物表面”或非生理性條件下（機(jī)械應(yīng)力、高溫／低溫、湍流、氣穴等現(xiàn)象）會(huì)發(fā)生血細(xì)胞損傷，最明顯的紅細(xì)胞（red blood cells，RBCs）損傷表現(xiàn)為立即或者延遲性“溶血”，另一種狀況就是發(fā)生“亞致死性損傷（sublethal red blood cells trauma，SRBCsT）”。 溶血導(dǎo)致 RBCs破碎、數(shù)量減少，RBCs比容降低，攜氧量下降，降低組織與細(xì)胞的供氧。亞損傷雖然沒有導(dǎo)致RBCs直接破碎，血紅蛋白（hemoglobin，Hb）漏出，但會(huì)使 RBCs變形性降低、攜氧能力受到影響，無法順利通過微毛細(xì)血管輸送氧氣，從而影響微循環(huán)血供，最終導(dǎo)致低氧、貧血等不良事件。臨床上“溶血”容易認(rèn)知，相關(guān)研究較多，但是SRBCsT因?yàn)楸鎰e困難，目前有關(guān)的文獻(xiàn)報(bào)告較少。

這篇綜述主要闡述了目前PubMed上可查閱到的相關(guān)SRBCsT的原因、表現(xiàn)形式、機(jī)制，以及如何加強(qiáng)CPB期間的血液保護(hù)，減少SRBCsT。

1 RBCs的基本特征

正常的RBCs呈雙凹圓盤狀，直徑6～9 μm，平均生存周期大約在100～120 d，數(shù)目總量接近血容量的40%～50%。成熟的RBCs沒有細(xì)胞核，富含Hb，Hb是一種含鐵的蛋白質(zhì)，呈紅色，它在氧含量高的地方與氧結(jié)合，在氧含量低的地方與氧分離，因此RBCs具有運(yùn)輸氧氣的功能。RBCs具有變形性，因此可以通過直徑2～3 μm微毛細(xì)血管網(wǎng)，從而達(dá)到輸送氧氣的目的，另外，還可運(yùn)送部分二氧化碳。此外，RBCs還因其變形性和聚集性可以在血管內(nèi)維持適度的血黏度保持正常的血流動(dòng)力學(xué)。

2 SRBCsT ——溶血

2.1 溶血的原因 CPB／體外膜肺氧合（extracorporeal membrane oxygenation，ECMO）期間的機(jī)械應(yīng)力可以導(dǎo)致RBCs發(fā)生立即或者延遲性溶血，Hb從破損或者過度伸展的細(xì)胞中釋放出來。溶血的程度與剪切力的大小和暴露時(shí)間呈正相關(guān)［1］。

泵頭是最主要的致?lián)p因素之一。精細(xì)調(diào)節(jié)滾壓泵的松緊度對(duì)于減少溶血至關(guān)重要。使用輔助校對(duì)裝置可以提高校對(duì)的精準(zhǔn)度，降低溶血的發(fā)生率［2］。關(guān)于哪種泵頭（離心泵還是滾壓泵？）對(duì)減少溶血更加有利，目前還處在爭議之中。研究顯示在關(guān)于溶血指標(biāo)以及炎癥方面二者沒有明顯的區(qū)別［3］，Meta分析也證實(shí)兩種泵頭在血流動(dòng)力學(xué)、出血量、輸血量、神經(jīng)系統(tǒng)預(yù)后以及死亡率方面并沒有差別［4］。結(jié)合有關(guān)文獻(xiàn)內(nèi)容可以總結(jié)出在常規(guī)的CPB手術(shù)中，二者并沒有明顯的區(qū)別。但是在長時(shí)間的機(jī)械輔助中，例如ECMO或者心室輔助裝置（ventricular assist device，VAD），離心泵的優(yōu)勢(shì)更優(yōu)于滾壓泵［5］。

湍流、氣血接觸、過度的負(fù)壓（負(fù)壓靜脈引流裝置、左右心吸引等）吸引是導(dǎo)致嚴(yán)重溶血的另一主要因素。文獻(xiàn)報(bào)告負(fù)壓達(dá)到-70 mm Hg就可以導(dǎo)致血管塌陷，氣栓形成，血液滯留，但是如果低于-40 mm Hg就不會(huì)引起氣栓形成與血流動(dòng)力學(xué)障礙，因此被認(rèn)為是安全的［6］。湍流可以同樣導(dǎo)致溶血和SRBCsT，湍流的速度越大，血液的破壞情況越重［7］。

其它的CPB組件（管路、接頭、動(dòng)靜脈插管、儲(chǔ)血槽、氧合器）以及自體血回輸、CPB期間的生理以及內(nèi)環(huán)境變化等都或多或少的影響RBCs的完整性。

2.2 溶血的臨床危害 血漿游離血紅蛋白（plasma free hemoglobin，PFHb）濃度一直被認(rèn)為是評(píng)價(jià)溶血的經(jīng)典指標(biāo)。此外，平均血紅蛋白濃度也用于評(píng)價(jià)溶血。PFHb和亞鐵血紅素通過破裂的RBCs膜進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)，導(dǎo)致不良的事件發(fā)生，例如黃疸、高膽紅素血癥、貧血、血尿、腎功能不全等。血尿通常是臨床上最常見的溶血癥狀，高膽紅素血癥與CPB術(shù)后高死亡率密不可分。PFHb通過與一氧化氮（nitric oxide，NO）結(jié)合對(duì)心血管系統(tǒng)產(chǎn)生毒性反應(yīng)，值得一提的是，應(yīng)用吸入NO療法并不能減輕溶血［8］。除此之外，溶血和PFHb的釋放加速了硝普鈉中氰化物的釋放，增加了氰化物中毒的風(fēng)險(xiǎn)［9］，同時(shí)也加劇了RBCs的聚集性從而導(dǎo)致血液高凝、纖維蛋白原沉積、血小板的激活與聚集、血管內(nèi)血栓形成、出血以及神經(jīng)系統(tǒng)并發(fā)癥（卒中、意識(shí)障礙等）。

3 SRBCsT--亞損傷

CPB下RBCs亞損傷可以表現(xiàn)為RBCs變形性的降低、表面電荷的改變、RBCs脆性和聚集性增加、RBCs形態(tài)發(fā)生變化以及細(xì)胞生存周期縮短。Dr.Galletti是第一個(gè)提出RBCs亞損傷概念的人，他觀察到CPB下RBCs的壽命縮短，貧血發(fā)生，有可以導(dǎo)致溶血的因素都可以使RBCs發(fā)生亞損傷，除此之外，還有發(fā)現(xiàn)CPB相關(guān)的氧化應(yīng)激在RBCs亞損傷中也扮演了重要角色。

3.1 CPB增加氧化應(yīng)激反應(yīng) CPB下心臟手術(shù)可以導(dǎo)致氧化應(yīng)激反應(yīng)增強(qiáng)、氧自由基增加。心臟術(shù)后患者體內(nèi)血液中氧化物和抗氧化物含量的變化直接證實(shí)了氧化應(yīng)激反應(yīng)與心肌缺血--再灌注損傷之間的關(guān)系，氧化應(yīng)激反應(yīng)的增加顯著影響相關(guān)的臨床預(yù)后，因此應(yīng)盡可能縮短主動(dòng)脈的阻斷時(shí)間［10］。 García J［11］團(tuán)隊(duì)也認(rèn)為主動(dòng)脈的阻斷時(shí)間以及手術(shù)的類型直接與血液中的氧化應(yīng)激反應(yīng)呈正相關(guān)。McDonald［12］完整的敘述了 CPB心臟手術(shù)、血液透析、ECMO等由于氧化應(yīng)激的增加而打破氧化還原反應(yīng)之間的平衡，最終損傷細(xì)胞的脂質(zhì)、蛋白以及DNA。

3.2 氧化應(yīng)激導(dǎo)致RBCs凋亡與細(xì)胞結(jié)構(gòu)損傷 氧化應(yīng)激可以觸發(fā)RBCs凋亡［13］。Olszewska M團(tuán)隊(duì)的體外實(shí)驗(yàn)證實(shí)氧化應(yīng)激可以導(dǎo)致RBCs膜骨架蛋白的損傷，從而影響RBCs膜蛋白骨架的結(jié)構(gòu)［14］。RBCs內(nèi)高氧使氧合Hb變?yōu)楦哞FHb，RBCs膜表面的多不飽和脂肪酸發(fā)生脂質(zhì)過氧化，脂肪鏈斷裂交聯(lián)，膜質(zhì)流動(dòng)性降低。另外，氧化應(yīng)激會(huì)引起band3等相關(guān)膜蛋白的損傷，包括抗原位點(diǎn)的暴露、鈣離子超載、鉀離子的外流、細(xì)胞膜的腫脹破裂從而導(dǎo)致RBCs的凋亡以及結(jié)構(gòu)損傷［15］。

4 SRBCsT導(dǎo)致RBCs功能改變

4.1 SRBCsT導(dǎo)致RBCs變形性降低 RBCs的變形性是RBCs的一個(gè)非常重要功能，它使得RBCs可以通過直徑只有2～3 μm的微毛細(xì)血管，為組織提供足夠的氧氣、營養(yǎng)物質(zhì)以及運(yùn)走代謝廢物。CPB下血液流經(jīng)不同材質(zhì)、直徑的人工管路和氧合器，經(jīng)過滾壓泵的擠壓以及負(fù)壓抽吸等，都會(huì)產(chǎn)生血液渦流，對(duì)RBCs產(chǎn)生剪切應(yīng)力，使RBCs變形性下降、黏附性增加。雖然亞損傷細(xì)胞可以早期的被脾臟識(shí)別清除，但有時(shí)候一些異常的細(xì)胞也會(huì)逃脫掉。Ekestr?m S等人雖發(fā)現(xiàn)了CPB下RBCs變形性明顯降低，但是仍不能明確RBCs變形性與CPB時(shí)間和過程的關(guān)系。此外，CPB低溫、血液稀釋和機(jī)械應(yīng)力是導(dǎo)致變形性降低的主要因素，特別是在主動(dòng)脈手術(shù)或者嬰幼兒深低溫手術(shù)中［16］。另外，也有人認(rèn)為心臟病患者術(shù)后RBCs的變形性改變與輸入異體血制品有關(guān)，而且呈現(xiàn)劑量依賴性，而輸入自體血沒有影響RBCs的變形性或者是聚集性［17］。

4.2 SRBCsT導(dǎo)致RBCs聚集性改變 RBCs聚集性是反應(yīng)RBCs結(jié)合在一起的能力，研究顯示不論是在低流量和低水平的溶血條件下還是高剪切力下，RBCs的聚集性都會(huì)增高［18］。 大分子交聯(lián)、RBCs表面電荷的改變、剪切應(yīng)力、纖維蛋白原和血漿中的其它大分子蛋白、感染、炎癥以及其它非生理?xiàng)l件的改變也會(huì)影響聚集性。Gu YJ等證實(shí)了經(jīng)歷CPB患者的血漿蛋白濃度的稀釋明顯降低了RBCs的聚集性［19］。值得一提的是：在體外儲(chǔ)存的RBCs中加入新鮮血漿不能降低RBCs的聚集性［19］，其原因有待于進(jìn)一步研究。

4.3 SRBCsT導(dǎo)致RBCs機(jī)械脆性增加 RBCs機(jī)械脆性（mechanical fragility，MF）是評(píng)價(jià) RBCs膜健康程度的重要指標(biāo)，MF越高，RBCs越容易發(fā)生溶血。MF與年齡、疾病狀態(tài)以及性別等因素有關(guān)。新生兒的MF要高于成年人［20］，這就解釋了為什么在離心泵支持的嬰幼兒ECMO中溶血的發(fā)生率要高，更多的出現(xiàn)高膽紅素血癥。此外，女性的MF要高于男性；與絕經(jīng)前期的女性相對(duì)應(yīng)年齡的男性相比，女性RBCs對(duì)機(jī)械應(yīng)力更加敏感，更容易發(fā)生溶血［21］。

4.4 SRBCsT導(dǎo)致RBCs形態(tài)的改變 Kamada T等發(fā)現(xiàn)經(jīng)歷CPB的患者RBCs出現(xiàn)了鋸齒狀改變，而這種改變跟游離脂肪酸的增多有關(guān)，該研究小組認(rèn)為在開胸CPB手術(shù)中維持足夠的血漿蛋白濃度對(duì)于預(yù)防RBCs鋸齒樣改變有著重要的意義［22］。

4.5 SRBCsT對(duì)血小板的影響 與其它因素（例如膠原蛋白、纖維蛋白原、或者二磷酸腺苷）相比，剪切力是一種非常強(qiáng)有力的激活血小板的因素，當(dāng)剪切力達(dá)到8 Pa足可以引起血小板的激活、黏附以及聚集［23］。血小板激活分泌了一些增加細(xì)胞膜表面靜電荷的吸附能力的物質(zhì)，從而引起了RBCs的聚集。

5 怎樣減少RBCs損傷

5.1 藥物 研究證實(shí)藥物減輕RBCs損傷方面存在益處，在氧化應(yīng)激過程中，利多卡因可以抑制RBCs內(nèi)鉀離子外流和溶血［24］；吸入NO可以通過抑制K＋外流來保護(hù) RBCs免遭 SRBCsT［25］；血中加入甘油三亞油酸酯可能改善 CPB中 RBCs的變形性［26］。此外，辛伐他丁、聚乙二醇、褪黑素、異克舒令等藥物也都有對(duì)RBCs保護(hù)存在益處。

此外，CPB的預(yù)充策略也是比較重要的，在CPB的預(yù)充液里添加白蛋白可以改善患者的微循環(huán)，預(yù)防 RBCs鋸齒樣改變［27］。 Sümpelmann R 認(rèn)為CPB或者cell saver自體血液回收的患者通過改良預(yù)充膠體液成分（4%白蛋白，6%的羥乙基淀粉以及正常的生理鹽水）或者cell saver洗滌液可以很明顯的降低機(jī)械性溶血的程度。CPB下嚴(yán)重溶血可以使用血漿置換來預(yù)防溶血誘導(dǎo)的急性腎損傷［28］。使用碳酸氫鈉、堿化尿液也可以預(yù)防和減輕由PFHb導(dǎo)致的腎臟損傷。硒、維生素C、維生素E、鋅、半胱氨酸以及谷氨酸鹽等抗氧化物質(zhì)都可以有效減少氧化物質(zhì)的生成，從而減輕氧化應(yīng)激反應(yīng)［12］。最近還有文獻(xiàn)報(bào)道遠(yuǎn)端的缺血預(yù)處理也可以減輕CPB 下氧化應(yīng)激反應(yīng)［29］。

5.2 合理的負(fù)壓與CPB管理 很多RBCs機(jī)械性損傷是由過度的負(fù)壓吸引造成的。負(fù)壓低于-40 mm Hg被認(rèn)為是安全可靠的，既可以保證引流，又不會(huì)引起明顯的溶血和微氣栓。不同的吸血設(shè)備也同樣會(huì)影響溶血的程度和MF，持續(xù)吸引壓力裝置通過自動(dòng)調(diào)節(jié)負(fù)壓大小可能有助于減少溶血的程度。另外，保持合理的流量、泵速、RBCs比容（HCT 0.20～0.30）也是非常重要的，這樣既能保證氧供又能預(yù)防 RBCs過度破壞［3］。

5.3 提高體外設(shè)備和管路的生物相容性 良好的血液生物相容性可以避免抗凝血系統(tǒng)的過度激活，有利于保護(hù)血細(xì)胞。很多涂層技術(shù)［poly-2-methoxyethylacrylate（PMEA），Heparin-coated，Albumin-coated，Senko E-Ternal CoatingTM等］都被臨床證實(shí)有效，能夠減輕CPB過程中的炎癥反應(yīng)［30］。但是，目前為止關(guān)于哪種涂層技術(shù)更好，仍沒有統(tǒng)一定論。隨著技術(shù)的發(fā)展，越來越多的新型涂層技術(shù)出現(xiàn)，目前有文獻(xiàn)稱直接凝血酶抑制劑與聚氨酯結(jié)合作為非血栓形成表面涂層材料用于CPB設(shè)備有很好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，但臨床應(yīng)用前景仍有待于進(jìn)一步觀察。

6 結(jié) 論

綜上所述，雖然筆者對(duì)CPB下溶血和RBCs亞損傷有了一定認(rèn)識(shí)，但仍不充分，溶血相關(guān)的PFHb毒性、亞損傷所帶來貧血、異體血使用增加、微循環(huán)灌注不足，組織乏氧等問題影響著患者的預(yù)后。血液保護(hù)仍是現(xiàn)階段每一位灌注師和外科醫(yī)生所要共同面臨的問題。提高體外設(shè)備耗材與血液之間的生物相容性，維持一個(gè)合理的血液流變學(xué)、加強(qiáng)圍CPB期間的血液管理方案、縮短CPB時(shí)間仍是現(xiàn)階段減少RBCs損傷的最有效方法。