缺血后適應(yīng)用于深低溫停循環(huán)的神經(jīng)系統(tǒng)保護(hù)效應(yīng)

張仁騰，劉 宇，李 寧，徐 殊，張 永

深低溫停循環(huán)（deep hypothermia circulatory ar?rest，DHCA）技術(shù)使許多常規(guī)技術(shù)難以處理的復(fù)雜先天性心臟病、Stanford A型主動(dòng)脈夾層、復(fù)雜主動(dòng)脈弓部病變［1－2］、戰(zhàn)場(chǎng)創(chuàng)傷休克［3］等病情的救治成為可能。然而，DHCA造成嚴(yán)重全身炎癥反應(yīng)及臟器缺血再灌注損傷。缺血后適應(yīng)（ischemic postcon?ditioning，IPOC）是在缺血臟器恢復(fù)再灌注過(guò)程中給予多次短時(shí)間“灌注－缺血”操作。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)顯示IPOC有助于緩解臟器缺血再灌注損傷及炎癥反應(yīng)［4］。該策略應(yīng)用于DHCA手術(shù)，可能惠及全身各臟器保護(hù)；且操作簡(jiǎn)單、實(shí)施方便、不干擾手術(shù)進(jìn)程。本研究擬于探索“缺血后適應(yīng)”對(duì)于神經(jīng)系統(tǒng)的保護(hù)效應(yīng)。

1 實(shí)驗(yàn)資料與方法

1．1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物及主要儀器 清潔級(jí)健康成年巴馬香豬（北部戰(zhàn)區(qū)總醫(yī)院實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心提供）12只，雌雄不拘。 體重 35～53（43．2±5．1）kg。

體外膜肺氧合（extracorporeal membrane oxygen?ation，ECMO）系統(tǒng)采用Maquet公司離心泵及配套包；體外循環(huán)管道：Edward公司16 F動(dòng)脈插管、18 F靜脈插管；Sorin公司變溫水箱；Datex－Ohmeda公司S／5多功能監(jiān)護(hù)儀；動(dòng)物麻醉呼吸機(jī)。

1．2 方法

1．2．1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物分組 12只香豬按照抽簽法隨機(jī)分為2組，每組6只。分別為：DHCA組（A組）；DHCA IPOC組（B組）。

1．2．2 動(dòng)物麻醉 試驗(yàn)豬術(shù)前12 h禁食，4 h禁水。采用氯胺酮20．0 mg／kg及阿托品 0．5 mg肌內(nèi)注射誘導(dǎo)麻醉，1．5%～2．0%異氟烷面罩吸入5 min后行氣管插管，呼吸機(jī)輔助呼吸，吸入氧濃度50%，潮氣量 10 ml／kg，呼吸頻率 15～20 次／min。 手術(shù)期間，以異氟烷、泮庫(kù)溴銨、芬太尼維持麻醉穩(wěn)定。胸部貼電極片行心電監(jiān)護(hù)，豬舌中部夾氧飽和度探頭監(jiān)測(cè)末梢血氧飽和度，肛門置溫度探頭監(jiān)測(cè)直腸溫度。右頸部、胸部、下腹部、雙側(cè)腹股溝備皮。術(shù)區(qū)以安爾碘消毒，鋪無(wú)菌單。左側(cè)股靜脈、右側(cè)股動(dòng)脈及右側(cè)股靜脈分別穿刺置管，分別監(jiān)測(cè)中心靜脈壓、動(dòng)脈壓及建立靜脈輸液通路。

1．2．3 體外循環(huán)及DHCA 右頸部氣管旁行約4 cm長(zhǎng)縱向切口，切開(kāi)皮膚、皮下組織；胸鎖乳突肌中點(diǎn)內(nèi)側(cè)肌間溝內(nèi)分離出右側(cè)頸總動(dòng)脈及頸內(nèi)靜脈，以5－0 Prolene縫線于頸總動(dòng)脈及頸內(nèi)靜脈預(yù)置荷包縫線；股靜脈注射肝素鈉300 U／kg，全身肝素化（活化全血凝固時(shí)間＞400 s）。切開(kāi)血管后，分別置入16 F動(dòng)脈插管及18 F靜脈插管（靜脈插管置入右心房?jī)?nèi)），與便攜式心肺支持系統(tǒng)（portable car?diopulmonary support system，PCSS）連接，建立體外循環(huán)。該便攜式心肺支持系統(tǒng)由離心泵、熱交換器（Maquet Inc，Ann Arbor，MI） 和體外膜肺（Maquet Inc，Ann Arbor，MI）組成。 預(yù)充 600～1 000 ml器官保護(hù)液（按照 Taylor等設(shè)計(jì)［5］），預(yù)充液中加入 500 mg甲基強(qiáng)的松龍；灌流流量維持于75～80 ml／（kg·min），平均動(dòng)脈壓維持于50～70 mm Hg之間。控制室內(nèi)溫度在20～25℃，體外循環(huán)逐漸降溫，同時(shí)置放冰袋于小豬腹部、胸部和腦部，促進(jìn)均衡降溫。心電圖成直線為循環(huán)停止標(biāo)志。直至直腸溫度15℃時(shí)。停止轉(zhuǎn)流和機(jī)械呼吸。停循環(huán)后，漲肺并擠壓肝臟，依靠重力作用，促使靜脈血回流至血袋保存，備復(fù)溫時(shí)回輸。停循環(huán)90 min后進(jìn)行轉(zhuǎn)流復(fù)溫，復(fù)溫速率小于0．5℃／min，直至直腸溫度達(dá)到37℃左右。復(fù)溫過(guò)程如出現(xiàn)室顫，體外電極除顫復(fù)跳，并恢復(fù)機(jī)械通氣。B組動(dòng)物恢復(fù)體外循環(huán)初，給予IPOC處理（3個(gè)輪回的灌注30 s／阻斷30 s）。A組動(dòng)物無(wú)此操作。循環(huán)穩(wěn)定后逐漸減流量并停機(jī)，魚(yú)精蛋白中和肝素，拔除體外循環(huán)插管。整個(gè)過(guò)程根據(jù)α－穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)動(dòng)脈血?dú)饧半娊赓|(zhì)于正常范圍。術(shù)后根據(jù)呼吸狀況，決定氣管插管應(yīng)用時(shí)間。根據(jù)循環(huán)狀況，酌情應(yīng)用心功能支持（強(qiáng)心、利尿），術(shù)后24 h內(nèi)給予20%甘露醇溶液125 ml靜脈滴注，1～2次。間斷靜脈注射氟比洛芬酯鎮(zhèn)痛，靜脈應(yīng)用頭孢呋辛抗感染至術(shù)后24 h。

1．2．4 生命體征監(jiān)測(cè) 圍術(shù)期持續(xù)監(jiān)測(cè)生命體征，分別記錄麻醉誘導(dǎo)后、轉(zhuǎn)流初期、停循環(huán)、心臟復(fù)跳、脫離體外循環(huán)等時(shí)刻的生命體征。

1．2．5 術(shù)后神經(jīng)系統(tǒng)功能評(píng)估 ①分級(jí)法：用整體性能分類指數(shù)（overall performance category index，OPC）分級(jí)，評(píng)估術(shù)后1 d、3 d、7 d動(dòng)物神經(jīng)功能狀態(tài)：OPC 1級(jí)代表正常；OPC 2級(jí)代表輕微功能不良；OPC 3級(jí)代表中度功能不良；OPC 4級(jí)代表嚴(yán)重功能不良；OPC 5級(jí)代表死亡或腦死亡［6］。②評(píng)分法：對(duì)存活動(dòng)物使用神經(jīng)系統(tǒng)評(píng)分量表，分別評(píng)估存活動(dòng)物術(shù)后1 d、3 d及7 d神經(jīng)系統(tǒng)恢復(fù)情況。該量表衡量?jī)?nèi)容包括：動(dòng)物清醒程度，行為，進(jìn)食，飲水，顱神經(jīng)（瞳孔、角膜、口、舌等）反射，活動(dòng)，感覺(jué)，協(xié)調(diào)能力，移動(dòng)能力等，總分共計(jì)75分，分值越高，反應(yīng)神經(jīng)系統(tǒng)恢復(fù)越好［7］。

1．2．6 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用 SPSS 17．0 統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。計(jì)量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（±s）表示，兩組間均數(shù)的比較采用單因素方差分析或t檢驗(yàn)。以P＜0．05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié) 果

所有動(dòng)物均順利度過(guò)圍術(shù)期。體外循環(huán)前后5個(gè)時(shí)間點(diǎn)，兩組動(dòng)物血壓、心率、直腸溫度等生命體征數(shù)據(jù)無(wú)明顯統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，見(jiàn)表1。

術(shù)后第一天，B組動(dòng)物神經(jīng)系統(tǒng)功能評(píng)級(jí)明顯低于A組，B組神經(jīng)系統(tǒng)功能評(píng)分明顯高于A組；3～7 d，上述比較無(wú)明顯統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，見(jiàn)表2。

3 討 論

DHCA是嬰幼兒復(fù)雜先天性心臟病及成人復(fù)雜大血管疾病外科治療中重要的手段。它提供了一個(gè)無(wú)血的手術(shù)視野，減少了血管鉗和管道的干擾。然而，兩大主要機(jī)制造成嚴(yán)重臟器損害：①全身臟器缺血及再灌注損傷；②系統(tǒng)性炎癥反應(yīng)。停循環(huán)期間，全身各臟器均處于缺血缺氧狀態(tài)，細(xì)胞內(nèi)ATP含量減少，鈉泵活性降低，細(xì)胞水腫。組織再灌注后，氧自由基過(guò)度產(chǎn)生、脂質(zhì)過(guò)氧化致細(xì)胞內(nèi)鈣超載，激活多種蛋白酶，破壞細(xì)胞膜，導(dǎo)致細(xì)胞損傷至死亡；上述過(guò)程同時(shí)激活全身及局部炎癥反應(yīng)，多種炎性因子、細(xì)胞介質(zhì)、生物分子、神經(jīng)遞質(zhì)失調(diào)控［8－10］，引發(fā)多系統(tǒng)瀑布反應(yīng)，細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)通路及基因表達(dá)紊亂，致大量細(xì)胞凋亡。 細(xì)胞死亡或凋亡［11－12］，引起術(shù)后相應(yīng)臟器功能不良。

表1 兩組不同時(shí)間點(diǎn)直腸溫度、平均動(dòng)脈壓及心率的比較（n＝6，±s）

表1 兩組不同時(shí)間點(diǎn)直腸溫度、平均動(dòng)脈壓及心率的比較（n＝6，±s）

參數(shù) 組別 麻醉誘導(dǎo)后 轉(zhuǎn)流初期 停循環(huán) 心臟復(fù)跳 脫離體外循環(huán)直腸溫度（℃） A 組 37．5±0．51 34．3±0．41 15．1±0．63 25．6±1．51 37．1±0．61 B 組 37．3±0．52 34．1±0．39 15．3±0．61 26．2±1．58 36．9±0．59 P 值 0．38 0．32 0．26 0．21 0．37平均動(dòng)脈壓（mm Hg） A 組 74．8±11．5 53．3±6．4 9．1±3．6 50．6±8．5 70．1±10．6 B 組 75．4±11．3 53．1±6．3 8．7±3．6 50．2±8．0 70．7±10．6 P 值 0．39 0．40 0．24 0．30 0．31心率（次／min） A 組 102±10．5 146±12．4 — 90±11．1 123±10．6 B 組 104±10．0 150±12．6 — 88±11．5 136±11．5 P 值 0．26 0．30 — 0．22 0．15

表2 術(shù)后神經(jīng)系統(tǒng)功能評(píng)估（n＝6，±s）

表2 術(shù)后神經(jīng)系統(tǒng)功能評(píng)估（n＝6，±s）

評(píng)級(jí)評(píng)分組別1 d 3 d 7 d 1 d 3 d 7 d A 組 1．6 7±0．4 7 1．3 3±0．4 7 1．1 7±0．3 7 6 6．2±1．1 7 0．4±0．9 7 2．1±1．1 B 組 1．5 0±0．5 0 1．3 3±0．4 7 1．1 7±0．3 7 7 0．4±1．0 7 1．0±0．8 7 2．6±1．2 P 值 0．0 4 1．0 1．0 0．0 4 0．2 4 0．3 3

因此，全身組織器官的缺血及再灌注損傷，尤其中樞神經(jīng)系統(tǒng)對(duì)缺血的敏感性，限制了停循環(huán)的安全時(shí)間。神經(jīng)損傷多發(fā)生在停循環(huán)持續(xù)時(shí)間超過(guò)60 min以上。臨床癥狀包括癲癇、舞蹈癥、學(xué)習(xí)和記憶能力減退，智力發(fā)展障礙等。臨床上明顯的神經(jīng)損害發(fā)生在 15%的兒童和 18%的成人［13－15］。

多種措施被用于DHCA腦保護(hù)，如順行或逆行腦灌注、藥物預(yù)處理［16］等。上述措施能一定程度上減輕腦組織損傷，但并不足夠，DHCA術(shù)后腦組織損傷仍遠(yuǎn)多于且重于其他手術(shù)方式。

近年來(lái)，研究發(fā)現(xiàn)缺血預(yù)處理（ischemic precon?ditioning，IPC）及 IPOC可能減輕組織炎癥反應(yīng)［17－18］，及缺血再灌注損傷。 IPC 通過(guò)對(duì)某一臟器進(jìn)行反復(fù)短暫的缺血訓(xùn)練，達(dá)到使之耐受更長(zhǎng)時(shí)間缺血的目的。IPOC是在缺血臟器恢復(fù)再灌注過(guò)程中，給予多次短時(shí)間“灌注－缺血”操作，被發(fā)現(xiàn)亦具有對(duì)抗缺血再灌注損傷的效應(yīng)。在復(fù)雜大血管或先天性心臟病手術(shù)過(guò)程中，IPC可能造成主動(dòng)脈多次鉗夾損傷，不易于應(yīng)用；而IPOC可通過(guò)體外循環(huán)實(shí)施，不干擾手術(shù)進(jìn)程且能惠及全身絕大多數(shù)臟器保護(hù)。因此，在此類手術(shù)中，IPOC可能較IPC更具優(yōu)勢(shì)。

本實(shí)驗(yàn)，年齡、體重相似的12只健康動(dòng)物隨機(jī)分配于兩組。麻醉及手術(shù)過(guò)程順利，均于術(shù)后12 h內(nèi)麻醉清醒并脫離呼吸機(jī)輔助。所有動(dòng)物均順利度過(guò)圍術(shù)期。IPOC操作方便易行，并無(wú)明顯干擾手術(shù)進(jìn)程。體外循環(huán)前后兩組動(dòng)物生命體征數(shù)據(jù)無(wú)明顯統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。術(shù)后近期兩組動(dòng)物均有一定程度神經(jīng)系統(tǒng)功能障礙，術(shù)后第一天，B組神經(jīng)系統(tǒng)功能評(píng)級(jí)明顯低于A組，而評(píng)分明顯高于A組；術(shù)后3～7 d，B組神經(jīng)系統(tǒng)功能評(píng)分仍稍高于A組，但無(wú)明顯統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。至第七天兩組動(dòng)物神經(jīng)功能狀況均漸接近正常。

本實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明，IPOC有助于減輕術(shù)后近期神經(jīng)系統(tǒng)損傷。分析其保護(hù)機(jī)制可能在于，IPOC減輕了全身及神經(jīng)系統(tǒng)局部缺血再灌注損傷和炎癥反應(yīng)，從而減少了神經(jīng)細(xì)胞死亡及調(diào)亡。

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)所限，本研究未包含分子生物、基因及組織病理方面的檢測(cè)和分析，進(jìn)一步研究應(yīng)增加相應(yīng)內(nèi)容以驗(yàn)證IPOC保護(hù)效應(yīng)的機(jī)制。

關(guān)于IPOC的方式，文獻(xiàn)中尚有諸多細(xì)節(jié)存在爭(zhēng)議，如①實(shí)施IPOC的時(shí)間窗，包括再灌注早期IPOC和延遲IPOC，有研究認(rèn)為，前者可能比后者有更佳保護(hù)效果［19］；②IPOC聯(lián)合IPC是否有助于進(jìn)一步改善腦保護(hù)效果，部分研究者認(rèn)為二者具有相似的保護(hù)機(jī)制，聯(lián)合應(yīng)用無(wú)助于提升保護(hù)效應(yīng)，有的研究者得出相反的結(jié)論［20］；③灌注／阻斷次數(shù)及每個(gè)輪回的時(shí)程，文獻(xiàn)中灌注／阻斷次數(shù)多分布于3～10次，單次時(shí)程分別以10～60 s居多，文獻(xiàn)中上述組合大多有助于改善缺血再灌注損傷，但并無(wú)最佳組合之結(jié)論［21－22］。

文獻(xiàn)中相關(guān)實(shí)驗(yàn)，主要針對(duì)單純腦組織的缺血再灌注損傷研究。類似于本實(shí)驗(yàn)IPOC用于DHCA的研究比較少見(jiàn)。因此，進(jìn)一步探索最大限度改善DHCA相關(guān)神經(jīng)系統(tǒng)損傷且易于臨床實(shí)施的IPOC方式殊為必要。