體外循環術中通氣策略對血漿及支氣管肺泡灌洗液中炎性反應因子的影響【摘要】目的探討體外循環(CPB)中肺持續通氣對CPB引起的炎性反應的影響。方法60例CPB下進行冠狀動脈旁路移植術(CABG)的患者隨機分為持續通氣組和非通氣組。分別在麻醉后、主動脈開放后1h、4h和6h測定血漿白介素(IL)-8、IL-10、基質金屬蛋白酶(MMP)-9、組織金屬蛋白酶抑制劑(TIMP)-1和血栓素B2(TXB2)的水平。并在術前和主動脈開放后4h測定支氣管肺泡灌洗液中上述細胞因子的水平。結果血漿IL-8、IL-10和MMP-9水平在主動脈開放后1h、4h和6h均明顯升高。在主動脈開放后4h非通氣組IL-8水平明顯高于持續通氣組。MMP-9兩組之間無明顯差異;持續通氣組血漿IL-10的水平在主動脈開放后1h、4h和6h顯著高于非通氣組。TIMP-1的血漿水平在術后持續升高，在術后1h和4h持續通氣組較非通氣組明顯增高。血漿中TXB2水平在主動脈開放后1h、4h和6h明顯高于術前水平，持續通氣組較非通氣組水平明顯降低。支氣管肺泡灌洗液中IL-8、IL-10、MMP-9和TXB2水平在主動脈開放后4h較術前明顯升高。TIMP-1水平在主動脈開放后4h同樣顯著升高，且持續通氣組水平顯著高于非通氣組，而TXB2水平明顯低于非通氣組。結論CPB下CABG中持續通氣可明顯降低全身炎癥反應，對術后肺功能可起到保護作用。

【關鍵詞】體外循環;全身炎癥反應;炎性因子;支氣管肺泡灌洗

ImpactofContinuedVentilationduringCardioulmonaryBypassonSerumandBronchoalveolarLavageCytokineResponse

Abstract:OBJECTIVEThisstudywasdesignedtoevaluatetheeffectofcontinuingventilationduringcardioulmonarybypass(CPB)oninflammatoryreactions.METHODSSixtypatientsundergoingcoronaryarterybypassgraftusingCPBwererandomizedtocontinuousventilationandnonventilationgroups.Plasmainterleukin-8,interleukin-10,matrixmetalloproteinase-1,tissueinhibitormetalloproteinase-1,andthromboxaneB2levelweremeasuredpreoperatively,at1h,and4h,6hafteraorticclampingoff.Levelsofthesemediatorswerealsodeterminedinbrochoalveolarlavagepreoperativelyandfourhoursafterclampingoff.RESULTSPlasmalevelsofIL-8,IL-10,MMP-9werehigherat1h,4hand6haorticdclampingoffincontinuousventilationandthenonventilationgroup,andIL-8levelweresignificantlyhigherinnonventilationgroupcomparedwithventilationgroup,IL-10levelsweresignificantlyhigherintheventilationgroupthannonventilationgroupafter1hand4h,6h,TIMP-1levelsweresignificantlyhigherintheventilationgroupthanthatinnonventilationgroupafter1hand4h.BronchoalveolarlavagelevelsofTIMP-1werealsohigherinthecontinuousventilationgroup4hafterclampingoff,whilelevelsofTxB2weresignificantlylowercomparedwithventilationgroup.CONCLUSIONContinuedventilationduringCPBinCABGcouldattenuatetheinflammatoryandproteolyticresponseandmayprotectpulmonaryfunction.

Keywords：Caridiopulmonarybypass;Systemicinflammatoryresponsesyndrome;Inflammatorycytokine

由于體外循環(caridiopulmonarybypass，CPB)激活多型核白細胞，誘導細胞因子產生、釋放，從而引起復雜的全身炎癥反應，炎性因子和抗炎性因子之間的失衡，可能是導致手術后心肺功能損傷的重要機制[1-3]。

CPB中肺的通氣模式對炎性反應和心血管肺功能方面影響的研究并不是很多。有些研究證明CPB中低通氣量通氣伴隨微小肺不張、液體肺水腫、肺順應性降低、以及術后肺部感染發病率增高等。CPB中由于缺少肺動脈灌注、肺泡通氣以及支氣管動脈的低灌注會導致一定程度的肺缺血。肺缺血可能通過內皮細胞釋放腫瘤壞死因子-α(TNF-α)和白細胞介素(IL)-8而誘導炎性反應。另外肺炎性反應的生化標記物血栓素B2(TXB2)等在支氣管肺泡灌洗液中明顯增加。有些學者認為手術中維持機械通氣可能會通過減輕微小肺不張和肺臟的缺血再灌注損傷而減輕術后肺部損傷。本試驗旨在用炎性因子水平變化來評價持續通氣和非持續通氣對肺的影響。

1資料與方法

臨床資料經醫院倫理委員會同意，我們對2006年8月至2008年6月在我院進行CPB下冠狀動脈旁路移植術的60例患者進行了隨機對照實驗。每個患者均簽署了知情同意書。急診手術、術前合并肺部感染、6周內心肌梗死、或左室射血分數(LVEF)≤30%、術前肝腎功能不全、術前使用類固醇激素的患者排除。術前隨機將患者分為通氣組和非通氣組，只有麻醉醫師和外科醫生知道患者分組情況，進行細胞因子檢測的醫師不知道患者分組情況。

麻醉在麻醉誘導過程中預防性應用抗生素，頭孢唑啉鈉g。所有患者采用相同的麻醉方案。患者吸入純氧，通過使用咪達唑倫、芬太尼、異丙酚、萬可松和異氟烷進行麻醉誘導。CPB中鎮痛和麻醉維持使用芬太尼和咪唑安定，CPB后改為異丙酚。術中高血壓用異氟烷吸入、硝酸甘油或芬太尼控制。低血壓時使用麻黃素提高血壓。術前、術中、術后均不使用激素。

CPB和手術正中開胸，兩組均在打開左側胸膜的情況下采集左側胸廓內動脈。常規靜脈內肝素(3mg/kg)維持ACT達到500s以上，升主動脈插入CPB灌注管，右心房內插入腔房管引流。常溫下CPB(允許自然降溫到35℃)。CPB系統包括滾軸泵(Sarns7000，3M公司)和膜式氧和器(Jostora)。泵流量設置在L/(min·m2)，以維持動脈血壓在60～70mmHg。所有患者心肌保護方式一樣，采用4℃冷血停跳液順行灌注。所有的遠端吻合口完成后開放升主動脈。停CPB后，使用魚精蛋白中和肝素。所有患者使用靜脈滴注硝酸甘油控制血壓。

通氣策略在CPB開始之前和結束之后，所有患者均采用50%的氧氣進行輔助呼吸。潮氣量8ml/kg，呼吸頻率10～12次/min。調整潮氣量和呼吸頻率使動脈血二氧化碳維持在35～45mmHg之間。在持續通氣組CPB期間給予呼吸頻率5次/min，潮氣量5ml/kg，50%氧濃度的通氣。非通氣組在CPB期間停止通氣，給予靜態膨肺5cmH2O。術后所有患者在監護室進行容量控制通氣，直到體溫正常，循環穩定，呼吸功能恢復后脫離呼吸機。

標本采集和測定在麻醉誘導后和主動脈開放后1h、4h和6h，經由橈動脈采集血液標本。枸櫞酸和EDTA抗凝血迅速進行離心(3000rpm/h,10min)，分離血漿并在-70℃保存以備進行批量分析。

支氣管肺泡灌洗在麻醉誘導后和主動脈開放后4h進行。將纖維支氣管鏡前端嵌入右肺中葉支氣管開口，經纖維支氣管鏡吸引管推注生理鹽水25ml，隨即負壓吸引(負壓25～40mmHg),將灌洗液吸引到無菌管內。共灌洗4次。將灌洗液迅速離心(1500rpm/min，3min)。將上清液收集并保存在-80℃。

血漿和支氣管肺泡灌洗液的IL-8、IL-10、基質金屬蛋白酶(matrixmetalloproteinase，MMP)-9、組織金屬蛋白酶抑制劑(tissueinhibitorofmetalloproteinase，TIMP)-1和TXB2的濃度通過酶聯免疫吸附試驗測定(ELISA)。

統計分析應用SPSS統計軟件進行統計分析，所有數據用平均值±標準差(±s)表示。兩組間的臨床指標通過非配對t檢驗或卡方檢驗;通過方差分析比較兩組之間血漿和支氣管肺泡灌洗液的細胞因子水平比較，有顯著性差異。

2結果

一般資料兩組患者臨床資料基本一致，見表1。所有的患者進行了完全再血管化。在持續通氣組有4例患者由于心臟較大，在進行回旋支遠端吻合時，暫停通氣5～7min以利于吻合。所有患者術后恢復順利，沒有再次開胸止血、肺部并發癥以及死亡。

血漿細胞因子水平變化血漿IL-8水平在非通氣組主動脈開放后1h、4h和6h明顯升高，在持續通氣組主動脈開放后4h和6h明顯升高。在主動脈開放后4h非通氣組IL-8水平明顯高于持續通氣組。其他的促炎性因子也明顯升高：MMP-9在主動脈開放后1h、4h和6h均較術前明顯升高;TXB2水平在通氣組主動脈開放后4h和6h均高于基礎水平，非通氣組在主動脈開放后6h高于基礎水平。MMP-9水平在兩組之間無明顯差異。見表2。

所有患者IL-10的水平在主動脈開放后1h、4h和6h均明顯高于術前，且持續通氣組顯著高于非通氣組。TIMP-1的血漿水平在術后持續升高，在術后1h和4h持續通氣組較非通氣組明顯增高。見表2。

血漿中TXB2水平在主動脈開放后4h、6h明顯高于術前水平，且持續通氣組較非通氣組水平明顯降低。見表2。

支氣管肺泡灌洗液中細胞因子水平變化支氣管肺泡灌洗液中IL-8、IL-10、MMP-9和TXB2的水平在主動脈開放后4h較術前明顯升高，但是在持續通氣組和非通氣組之間沒有顯著差異。TIMP-1水平在主動脈開放后4h同樣顯著升高，且持續通氣組水平顯著高于非通氣組。TXB2在CPB后4h明顯升高，在持續通氣組水平較非通氣組明顯降低。見表3。

3討論

我們在研究中發現相對于傳統的CPB中的通氣策略，CPB中持續通氣會明顯降低手術后早期細胞炎性因子IL-8，提高抗炎性因子IL-10和組織金屬蛋白酶抑制因子TIMP-1的水平，減少支氣管肺泡灌洗液中TXB2的水平，增加TIMP-1的水平，從而減輕炎性反應因子對心肺功能的損害。

IL-8可以趨化并激活中性粒細胞以及T淋巴細胞，同時控制著細胞的運輸。臨床研究表明，明顯缺血后心肌是IL-8的主要來源[7-8]。循環中IL-8的水平與術后心肌的損傷程度和左心室壁運動障礙的發展密切相關。再灌注可通過肺泡巨噬細胞促進IL-8的釋放，導致血漿IL-8水平的升高。有趣的是支氣管肺泡灌洗液和循環中IL-8的水平受到其在肺組織內消耗和清除的影響。我們發現在兩組之間缺血時間、CPB時間、或心臟功能(心指數、搏出量)沒有明顯區別，說明持續通氣組IL-8水平降低可能與肺缺血再灌注損傷較輕，從而提高了IL-8通過肺臟代謝和清除的結果，而不是降低心肌組織內的釋放引起的。我們認為持續通氣會減輕肺組織的缺血再灌注損傷，以及肺泡巨噬細胞的激活，因而減輕了IL-8的釋放入血。在持續通氣組IL-8的降低支持了以往CPB使用雙肺通氣會使全身炎癥反應減輕的研究，在CPB中雙肺通氣不使用氧合器，保持肺的持續通氣和肺動脈的血液灌注。持續通氣組IL-8水平可以進一步解釋以往研究中發現的持續通氣會減少多型核白細胞在肺內聚積和激活[10]。

IL-10可以直接抑制炎性因子的釋放，或通過激發IL-1受體抑制劑和腫瘤壞死因子可溶性受體1和2的釋放而間接發揮抗炎作用。以往的研究中發現無論CPB或非CPB下冠狀動脈旁路移植手術，IL-10的釋放與IL-8水平成比例，從而維持促炎性反應與抑制炎性反應的平衡[11]。盡管確切的機制不明確，CPB術后IL-10水平的升高與術后心臟表1非通氣組與持續通氣組患者臨床資料比較表2非通氣組與持續通氣組細胞因子在手術不同時間的血漿濃度水平表3非通氣組與持續通氣組支氣管肺泡灌洗液細胞因子濃度水平

指數和肺氣體交換的改善有著密切聯系[12]。IL-10可以通過降低血漿中纖維蛋白溶酶原激活抑制因子和組織性纖維蛋白溶酶原激活物活性之間的平衡，使肺臟避免缺血再灌注后微血管內纖維蛋白聚集和血栓形成，從而保護肺臟功能[13]。在我們的研究中發現CPB中持續通氣組相對于傳統手術組更利于抗炎性因子IL-10的水平升高，而IL-8水平明顯降低。手術中肺持續通氣影響IL-10的確切機制尚不清楚。最近有資料表明CPB術后早期肺臟可以釋放IL-10，而CPB中肝臟則是IL-10的主要來源[14]。

CPB致中性粒細胞的激活可以導致MMP-9釋放入體循環和肺臟組織內，從而引起MMP-9的水平明顯升高[15-17]。MMP-9可以通過破壞肺臟的微結構，尤其是肺泡基底膜的Ⅳ型膠原、增加肺臟內中性粒細胞的聚集、增加毛細血管的通透性和內皮細胞的損傷、肺水腫和蛋白在肺組織內的積聚，還可以使中性粒細胞彈性蛋白酶釋放，損傷肺臟的超微結構。金屬蛋白酶(MMPs)還可以通過破壞心肌細胞外基質而導致心功能不全。TIMP-1是由包括肺臟在內的幾個器官產生的MMP-9的自然抑制因子，幫助維持肺組織結構。我們的實驗中發現CPB術后4h和6h血漿TIMP明顯增高，而且持續通氣組水平明顯高于非通氣組。由于CPB中持續通氣引起的IL-8血漿水平的降低，中性粒細胞激活減少，可能會使支氣管肺泡灌洗液中的MMP-9水平有降低的趨勢。肺組織內蛋白水解酶的減少可能會減輕CPB術后心肺功能的損傷。

血漿和支氣管肺泡灌洗液中TXB2水平的升高，會導致肺動脈高壓、肺泡毛細血管通透性增加、中性粒細胞的聚集，從而引起更加嚴重的肺損傷，動物實驗中TXB2的肺損傷可被其抑制劑所減輕[17]。以往的研究認為肺臟是TXB2的主要來源[2，18]。我們的研究中發現CPB術后4h和6h血漿TXB2的水平明顯升高，術后4h支氣管肺泡灌洗液中的水平也明顯升高，而持續通氣組的水平明顯低于非通氣組。表明CPB術中持續通氣能減少肺組織TXB2的釋放，對肺臟有保護性作用。

通過我們的實驗發現CPB手術中持續通氣可明顯降低IL-8、MMP-9和TXB2的釋放，增加抗炎性因子IL-10和TIMP-1的水平，因此對肺功能能夠起到良好的保護作用。

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