體外循環(huán)對血小板數(shù)量和功能的影響及機制

王 娜，曾思思，李佳蓓，高露月，汪芳俊

體外循環(huán)（extracorporeal circulation，ECC）后，患者血小板數(shù)量下降，血小板功能也有不同程度的受損［1］。研究表明ECC后的血小板數(shù)量下降與術后死亡率獨立相關［2］，還可導致急性腎損傷、感染、延長術后ICU滯留和住院時間等；ECC術后的血小板功能異常也與心肌梗死、中風、深靜脈血栓形成、肺栓塞等嚴重并發(fā)癥有關［3］。本文針對ECC影響血小板的因素和機制進行討論，為臨床保護血小板提供參考。

1 機體血小板的數(shù)量與功能

血小板是人體血液中的有形物質(zhì)之一，由骨髓成熟的巨核細胞胞漿脫落產(chǎn)生。血小板在人群中的正常數(shù)量范圍為（100～300）×109／L。低于100×109／L稱為血小板減少，高于300×109／L稱為血小板增多。巨核細胞產(chǎn)生血小板的過程受促血小板生成素（thrombopoietin，TPO）的調(diào)節(jié)，TPO促進巨核細胞多倍體化，從而進一步分裂產(chǎn)生血小板。TPO主要作用于巨核細胞表面的c－Mpl受體發(fā)揮作用［4］。此外，研究表明［5］血小板激活后可釋放血小板來源的微粒，微粒作用于造血干細胞，促進其向巨核細胞轉(zhuǎn)換，誘導巨核細胞產(chǎn)生新的血小板，以替代激活后消耗的血小板。微粒中發(fā)揮主要作用的是微小核糖核酸1915－3p。這個機制的發(fā)現(xiàn)是繼TPO調(diào)節(jié)血小板數(shù)量的一個補充性發(fā)現(xiàn)。近期研究［6］表明磷酸肌醇依賴蛋白激酶－1（phosphoinositol－dependent protein kinase－1，PDK－1）缺乏可導致血小板數(shù)量下降。PDK－1缺乏時增加髓外巨核細胞生成和巨核細胞多倍體化，但PDK－1缺乏時產(chǎn)生的巨核細胞的超微結構和分界膜系統(tǒng)是紊亂的，巨核細胞不能與髓竇造血干細胞產(chǎn)生聯(lián)系，使巨核細胞不能進一步產(chǎn)生前體血小板，導致巨血小板減少癥。人生長激素可加快巨核細胞分化，尤其是促進終端分化來促進血小板生成。其機制主要是通過激活細胞外信號調(diào)節(jié)激酶1／2和蛋白激酶B，與血小板生成素模擬肽串聯(lián)二聚體協(xié)同作用促進血小板生成［7］。研究［8］表明骨髓微環(huán)境（龕位）對血小板的生成也有重要的影響。在巨核細胞產(chǎn)生血小板的過程中，巨核細胞成熟之后先產(chǎn)生前體血小板，前體血小板由骨髓微環(huán)境遷徙到血管微環(huán)境，最終將血小板釋放進入血液。

血小板的主要生理功能是參與機體凝血，發(fā)揮止血作用。糖蛋白Ib－IX－V復合物和整合素aIIbβ3參與介導血小板的凝血功能。此外，血小板通過釋放致密顆粒、α顆粒和血栓烷素A2等發(fā)揮血小板的凝血作用［9］。近年研究［10］表明血小板還具有免疫和抗炎作用，血小板激活后通過脫顆粒和表面膜受體發(fā)揮免疫作用。其具體作用表現(xiàn)為對抗微生物（細菌、真菌、病毒等）入侵；募集、促進固有免疫細胞（白細胞、樹突細胞等）功能；調(diào)節(jié)抗原呈遞；加強適應性免疫反應。血小板接觸不同微生物時通過不同受體發(fā)揮作用。血小板通過toll樣受體與中性粒細胞形成聚集物，釋放P選擇素激活機體補體系統(tǒng)，表達趨化因子與單核細胞形成復合物，CD40與CD40L（即CD154）的結合促進樹突細胞的抗原提呈過程等參與免疫反應［11］。血小板內(nèi)存在很多顆粒，顆?？蛇M一步釋放一些具有免疫功能的微粒（致密顆粒、α顆粒），通過微粒中的趨化因子、細胞因子等募集、激活其他免疫細胞從而發(fā)揮免疫功能［12］。

2 ECC對血小板數(shù)量和功能的影響

2.1ECC對血小板數(shù)量的影響 ECC心臟手術后，

患者血小板數(shù)量通常表現(xiàn)為下降。其中一部分患者血小板數(shù)量較術前輕微降低，數(shù)量仍在正常范圍內(nèi)，一部分患者血小板數(shù)量低于正常下限。而后通過一些途徑代償逐漸回升，最后可達正常甚至過度增生。ECC期間由于機械損傷直接破壞和使用的藥物等對血小板造成直接或者間接的破壞，血液稀釋等導致血小板數(shù)量下降。目前對于ECC機械損傷導致血小板數(shù)量下降的研究已經(jīng)得到證實，ECC時間延長導致血小板激活和破壞增加，升高血小板數(shù)量下降的風險［13］。

血液循環(huán)的TPO主要來源于肝臟細胞，少部分由骨髓基質(zhì)和腎臟合成。當肝臟合并輕微疾病或者處于疾病早期時TPO可能代償性增加，疾病進展嚴重后TPO產(chǎn)生減少，導致血小板數(shù)量減少。慢性病毒性肝臟病變在直接抗病毒治療改善肝臟功能后可使血小板數(shù)量上升［14］。ECC導致肝臟血供減少、形成栓子以及機體出現(xiàn)系統(tǒng)性炎癥反應肝臟功能受損［15］。ECC損害腎臟功能，且導致腎臟損害的風險隨著ECC時間的延長而增加［16］。ECC對肝臟和腎臟功能損害后是否通過影響TPO的生成進而影響血小板數(shù)量的研究尚不清楚，有待進一步研究。

低溫可導致ECC后血小板數(shù)量下降，并且是一種術后遲發(fā)性血小板減少，ECC最低溫度是術后遲發(fā)性血小板減少的獨立危險因素，且低溫的程度與血小板減少具有相關性，29℃時發(fā)生率最高。低溫時血小板被隔離在脾臟和肝臟中，血液稀釋和ECC回路上粘附破壞血小板，從而導致循環(huán)中檢測到的血小板數(shù)目是降低的［17］。低溫導致血小板數(shù)量下降的更多其他機制有待進一步研究。

ECC中使用肝素，循環(huán)中生成肝素／血小板4因子（platelet factor，PF4）復合物導致血小板聚集激活，使血小板數(shù)量下降以及出現(xiàn)血栓性并發(fā)癥，這種使用肝素導致的不良反應稱為肝素誘導的血小板減少癥［18］。有研究［19］表明肝素／PF4復合物具有抗原性，可與體內(nèi)的抗肝素／PF4復合物抗體結合激發(fā)免疫反應使血小板數(shù)量下降，還指出人工合成的類肝素化合物較動物來源的肝素具有與PF4更強的結合力。此外，不同長度的類肝素化合物與PF4的結合力不同，長度越長的類肝素化合物與PF4結合力越強，且這種增強了結合力的復合物抗原性也被增強，但其是否具有導致血小板數(shù)量下降的幾率增加尚不清楚，有待進一步研究。

2.2ECC對血小板功能的影響

2.2.1ECC對血小板凝血功能的影響 ECC后患者出現(xiàn)凝血功能障礙，導致凝血障礙的因素是多方面的。其中一個重要原因是血小板的凝血功能受到損害［1］。ECC后血小板的聚集、黏附功能受到損害，從而導致一系列凝血異常相關的臨床表現(xiàn)。動物實驗研究［20］認為提高ECC回路的生物相容性可以保護血小板功能。相比于傳統(tǒng)的ECC，使用與人的生物相容性達到最佳的氧合器和回路，并且盡可能的將其縮短，采用密閉的循環(huán)條件等為主要特點的微創(chuàng)ECC，可以較好的保護ECC后的血小板功能［21］。ECC開始前預充液體種類對血小板功能的影響存在爭議。ECC開始前預充琥珀酰明膠可起到與預充血漿相同的保護血小板凝血功能的作用，提示可以合理使用琥珀酰明膠替代血漿預充［22］。張鼎［23］等研究比較單純使用晶體液和單純使用羥乙基淀粉130／0．4電解質(zhì)液對血小板功能影響，得出的結論是兩者并無差異。但胡強等［24］認為ECC預充羥乙基淀粉130／0．4電解質(zhì)液體對血小板凝血功能存在劑量相關的影響，小劑量（20 ml／kg）預充不會產(chǎn)生影響，大劑量（40 ml／kg）可降低血小板表面糖蛋白的表達，抑制血小板凝血功能。兩項研究結論差異的原因可能是張鼎等研究劑量并未達到40 ml／kg，所以得出不會影響凝血功能的結論，胡強等實驗指出40 ml／kg預充羥乙基淀粉對血小板凝血功能抑制經(jīng)過一個半衰期代謝即消失，提示ECC預充羥乙基淀粉對血小板凝血功能的抑制作用有限。

ECC模擬實驗表明輕度低溫（32℃）可抑制血小板聚集功能，抑制作用持續(xù)存在于ECC溫度由37℃降至32℃期間［25］。深低溫（23℃）時血小板的激活標志物水平β－血栓球蛋白（β－thromboglobulin，β－TG）和P選擇素是降低的，說明深低溫抑制血小板激活［26］。ECC根據(jù)不同手術要求采用不同程度的低溫，不同程度的低溫對比，深低溫對血小板聚集功能的抑制作用更強，在ECC結束復溫時抑制作用消失，血小板的聚集功能也隨之逐步恢復至接近術前水平［27］。

ECC期間使用的一些藥物可對血小板功能產(chǎn)生影響。魚精蛋白作為ECC后中和肝素或者離體試管內(nèi)與肝素一起使用時都可導致血小板聚集功能降低［28］。不同比例的肝素魚精蛋白中和對血小板功能損害程度存在差異，過多使用魚精蛋白對血小板功能損害加重［29］。最近研究［30］表明ECC結束時魚精蛋白與肝素0．7∶1中和，即可將患者活化凝血時間（activated clotting time，ACT）恢復至術前水平，且此比例中和后對血小板功能抑制較1∶1使用恢復快。提示中和肝素時不能單純的以使用的肝素總量進行計算，需考慮ECC中肝素的消耗，根據(jù)ACT結果調(diào)整魚精蛋白用量。未來可嘗試測量結束時循環(huán)中肝素濃度來計算魚精蛋白的劑量，或?qū)ふ移渌颖憬菘煽康挠嬎惴椒▉砟孓D(zhuǎn)肝素化，有待進一步研究。

靜脈麻醉藥丙泊酚是否影響血小板聚集功能存在爭論。臨床實驗時丙泊酚可抑制血小板聚集功能，從而緩解大面積燒傷患者的高凝狀態(tài)，穩(wěn)定凝血功能，改善預后［31］。常用鎮(zhèn)靜和全身麻醉劑量的丙泊酚在體外實驗插管3 h內(nèi)不會抑制血小板的聚集功能［32］，更長時間丙泊酚對血小板功能影響有無劑量相關性有待進一步探討。兩者研究矛盾的原因可能是評價血小板功能的試驗指標不同所致，Zhen等采用血小板聚集率，Chung等采用凝血相關指標，是否由于丙泊酚影響血小板功能但不足以引起凝血指標改變有待進一步研究。上述丙泊酚對血小板凝血功能影響的研究為體外實驗，ECC中使用丙泊酚是否影響血小板功能有待進一步研究。有研究［33］認為右美托咪定在體外實驗時對血小板聚集功能具有加強和抑制雙重作用，分別通過激動α2受體和咪唑啉受體發(fā)揮加強和抑制作用。

ECC與患者的微循環(huán)狀態(tài)改變可共同作用對患者血小板數(shù)量和功能產(chǎn)生影響，其中以對功能變化的影響更加明顯［1］。良好的微循環(huán)狀態(tài)對血小板功能具有保護作用。

2.2.2ECC對血小板免疫功能的影響 近年研究表明血小板不僅具有凝血功能，同時還兼有免疫功能。人體補體系統(tǒng)介導血小板與白細胞之間反應，補體還可以活化血小板并促進血小板參與促炎反應從而發(fā)揮血小板的免疫功能［34］。目前對血小板免疫方面的研究主要集中于血小板參與機體免疫應答的分子機制，對免疫細胞功能的調(diào)節(jié)，自身免疫系統(tǒng)性疾病潛在治療方案的探討等［35］。ECC過程中很多因素導致機體產(chǎn)生炎癥反應，血小板在機體炎癥反應中具有重要作用。血小板可以提高人巨噬細胞和中性粒細胞的炎性小體能力，并對單核細胞產(chǎn)生白介素（interleukin，IL）－1至關重要［36］。動物實驗研究［37］表明ECC后，機體可出現(xiàn)全身炎癥反應綜合征，ECC過程增強血小板的免疫功能，激活血小板參與機體炎癥反應。

3 ECC對血小板數(shù)量和功能影響的機制

3.1ECC對血小板數(shù)量影響的機制 ECC使用的氧合器，循環(huán)回路等對于血小板來說是一種異物，由于生物不相容性導致血小板激活，造成機械性消耗與破壞，直接導致血小板數(shù)量減少。有研究［38］表明，通過提高ECC系統(tǒng)管道的生物相容性可以減少血小板的激活，從而進一步證實了上述觀點。此外，ECC期間血液稀釋、血液與ECC回路接觸導致血小板活化和黏附以及機械損傷破壞等也是ECC期間血小板數(shù)量下降的重要機制［13］。

肝素入血后結合血小板，與PF4形成復合物，體內(nèi)免疫系統(tǒng)產(chǎn)生抗體與復合物結合導致血小板激活，使血小板數(shù)量下降［39］。一項在非手術志愿者中開展的試驗［40］指出，單純使用肝素時少部分患者可產(chǎn)生抗肝素／PF4復合物抗體，提示肝素可激發(fā)免疫反應，但這些人群并未導致血小板數(shù)目下降。ECC下心臟手術的患者使用了肝素之后可增強外周血單核細胞增殖，并且這類患者與正常人相比IL－10和轉(zhuǎn)化生長因子－B1的表達水平更低，這提示在使用肝素之前機體已經(jīng)對肝素／PF4復合體的敏感性增加，激發(fā)機體免疫反應使血小板數(shù)量下降［18］。肝素還可通過與免疫受體酪氨酸基抑制基序區(qū)受體G6b－B結合，引起酪氨酸磷酸酶shap1和shap2下調(diào)，從而抑制巨核細胞功能，導致血小板數(shù)量下降［41］。

機體在促血小板生成素的作用下，通過促進巨核細胞集落形成和激活磷酸肌醇－3－激酶／蛋白激酶和三磷酸鳥苷結合蛋白RAF－1／分裂原激活的蛋白酶信號通路，促進巨核細胞成熟，從而產(chǎn)生血小板，使血小板數(shù)目保持于正常范圍［42］。

3.2ECC對血小板功能影響的機制

3.2.1ECC對血小板凝血功能影響的機制 有研究［43］表明ECC過程中，機械損傷導致血小板的Bax蛋白水平升高，提高線粒體滲透性和血小板表面腫瘤壞死因子－α（tumour necrosis factor－alpha，TNF－α）轉(zhuǎn)換酶的表達，從而導致ECC相關的血小板功能下降。

輕度低溫狀態(tài)（32℃）主要通過增強ADP受體拮抗劑對血小板聚集的抑制發(fā)揮抑制血小板功能的作用［25］。深低溫時減弱血小板脫顆粒，減少血小板β－TG和P選擇素的表達從而抑制血小板聚集功能［26］。

魚精蛋白自身具有抗血小板作用。魚精蛋白通過抑制糖蛋白Ib－vWF活性、抑制P選擇素表達、抑制細胞內(nèi)ADP和PF4的釋放、抑制凝血酶生成和抑制血小板聚集等發(fā)揮抗血小板作用［44］。魚精蛋白通過作用于不同受體產(chǎn)生對血小板反應性的不同程度的抑制。魚精蛋白與肝素形成復合物抑制ADP介導的Ca2＋內(nèi)流從而抑制血小板凝血功能；魚精蛋白還可以抑制血小板表達P選擇素從而抑制血小板凝血功能［45］。

非ECC患者使用丙泊酚，通過降低血小板活化時細胞內(nèi)Ca2＋抑制血小板聚集功能［31］。有研究［46］認為丙泊酚可通過血小板受體、磷脂酶C、磷酸肌醇3和ADP等抑制血小板聚集，且抑制強度與體內(nèi)白細胞和紅細胞數(shù)量呈正相關。右美托咪定作用于α2受體抑制cAMP的形成，從而加強血小板聚集；作用于咪唑啉受體使cGMP生成增加，抑制血小板聚集［33］。也有研究［47］表明體內(nèi)使用右美托咪定加強血小板聚集，但對凝血功能沒有影響。推測二者出現(xiàn)差異的原因在于方法學和藥物使用的場景不同，具體機制有待進一步研究。

ECC導致的炎癥反應，血管和毛細血管內(nèi)皮功能損傷、功能紊亂等是微循環(huán)狀態(tài)影響血小板功能的主要機制。有研究［48－49］認為，ECC過程中內(nèi)皮細胞上糖萼的急性降解、脫落可能是微循環(huán)功能障礙的主要機制。氫化可的松預處理可改善ECC心臟手術中內(nèi)皮糖萼的主要成分硫酸乙酰肝素的脫落，但這種處理對遠期預后無明顯改善［50］。有研究［51］表明延長ECC時間可導致內(nèi)皮細胞的糖萼脫落，提示縮短ECC時間有望保護血小板，使患者受益。

3.2.2ECC對血小板免疫功能影響的機制 ECC對人體而言是一種應激，可激活人體免疫系統(tǒng)，產(chǎn)生系統(tǒng)性炎癥反應。為了防止炎癥反應過強對人體產(chǎn)生嚴重損害，體內(nèi)啟動抗炎反應，通過單核細胞和T細胞分泌IL－10，中性粒細胞表面的炎性因子受體下調(diào)，骨髓來源的抑制細胞大量聚集降解體內(nèi)精氨酸干擾T細胞CD3受體的表達，從而抑制T細胞功能等，暫時抑制機體的免疫功能［52］。有研究［53］表明ECC后人體的炎癥反應性和免疫細胞表達的因子和受體等均發(fā)生變化。ECC可誘導單核細胞和調(diào)節(jié)性T細胞激活產(chǎn)生TNF－α，亦可激活補體抑制系統(tǒng)調(diào)節(jié)炎癥反應，機體的促炎與抗炎反應之間的平衡決定患者的結局。ECC中的血氣接觸可激活血小板，消耗性地增強血小板的免疫功能。血小板激活后通過膜表面受體和釋放顆粒（致密顆粒，α顆粒）參與機體免疫反應［54］。目前已有ECC通過影響血小板表面受體和釋放顆粒對血小板凝血功能影響的研究，ECC對血小板免疫功能影響的具體機制、ECC對血小板表達膜表面受體、顆粒釋放相關的免疫功能和ECC對血小板與人體免疫細胞之間反應是否有影響有待進一步研究。

4 展 望

ECC過程中，多因素導致血小板的消耗增加，巨核細胞產(chǎn)生血小板又需要一定的周期，消耗了的血小板得不到及時補充，導致血小板數(shù)量下降及功能障礙。通過縮短體外循環(huán)回路，減少ECC時間等可以減少血小板的破壞；合理使用肝素和魚精蛋白可以減少對血小板的損害；適當使用一些保護性藥物也可減少血小板的損害。ECC采用低溫對血小板數(shù)量影響的具體機制尚未明確，低溫對血小板功能影響和機制也有待進一步研究。ECC期間和ECC結束后機體對血小板生成相關影響和機制有待進一步研究。機體在ECC期間的全身炎癥反應是多因素且復雜的，其中血小板的免疫與炎癥功能具有重要作用，對ECC下血小板的數(shù)量和功能變化機制進行研究并適當干預可為臨床保護血小板和避免損害機體提供參考。