引用本文
李祥, 褚衍林, 马黎明, 程前进, 刘高利, 孙卓祥, 董海新. C3a、C5a、MDA、SOD表达在婴幼儿体外循环心肌损伤中作用. 2012, 27(9): 722-724
LI Xiang, CHU Yanlin, MA Liming, CHENG Qianjin, LIU Gaoli, SUN Zhuoxiang, DONG Haixin. Influence of the expressions of C3a, C5a, MDA and SOD on myocardial ischemic and reperfusion injury of cardiopulmonary bypass among infants. Labratory Medicine, 2012, 27(9): 722-724  
Permissions
Copyright©2012, 《检验医学》编辑部
《检验医学》编辑部
C3a、C5a、MDA、SOD表达在婴幼儿体外循环心肌损伤中作用
李祥1, 褚衍林1, 马黎明1, 程前进1, 刘高利1, 孙卓祥2, 董海新2
1. 济宁医学院附属医院心脏外科,山东 济宁 272029
2. 济宁医学院附属医院检验科,山东 济宁 272029

作者简介:李 祥,男,1975年生,学士,副主任医师,从事心脏外科基础及临床研究。

摘要
目的

探讨婴幼儿体外循环(CPB)术后心肌损害机理及预防方法。

方法

20例行CPB手术的先天性心脏病患儿分别在CPB转流前、CPB转流结束后20 min(简称术后20 min)、术后2 h、术后6 h、术后12 h测定动脉血浆补体3a(C3a)、补体5a(C5a)、白细胞介素6(IL-6)、肿瘤坏死因子α(TNF-α)、丙二醛(MDA)、超氧化物歧化酶(SOD)、肌酸激酶同工酶(CK-MB)、肌酸激酶(CK)、肌钙蛋白(cTnI)及乳酸脱氢酶(LDH)浓度。

结果

与CPB转流前比较,术后20 min及2、6、12 h血浆C3a、C5a浓度降低( P<0.05),血浆CK、LDH浓度升高( P<0.05);术后20 min、2 h血浆IL-6浓度逐渐增高( P<0.05),术后6、12 h逐渐下降,但仍高于CPB转流前( P<0.05);血浆TNF-α浓度术后20 min增高( P<0.05),术后2 h开始逐渐下降;血浆CK-MB术后2 h升高( P<0.05),术后6、12 h逐渐下降,但仍高于CPB转流前( P<0.05);术后2 h血浆cTnI升高( P<0.05);血浆MDA浓度术后20 min和2 h降低( P<0.05),术后6 h明显增高( P<0.05),术后12 h降低( P<0.05);血浆SOD浓度术后2、6、12 h明显降低( P<0.05)。

结论

婴幼儿CPB术后12 h心肌功能明显受损,其机理可能与CPB术后再灌注损伤补体激活及氧自由基释放导致心肌及内皮损伤有关。

关键词: 补体C3a; 补体C5a; 丙二醛; 超氧化物歧化酶; 心肌损伤; 婴幼儿; 体外循环
中图分类号:R446.62 文献标志码:A 文章编号:1673-8640(2012)09-0722-03
Influence of the expressions of C3a, C5a, MDA and SOD on myocardial ischemic and reperfusion injury of cardiopulmonary bypass among infants
LI Xiang1, CHU Yanlin1, MA Liming1, CHENG Qianjin1, LIU Gaoli1, SUN Zhuoxiang1, DONG Haixin2
1. Department of Cardiac Surgery, the Affiliated Hospital of Jining Medical College,Shandong Jining 272029,China
2. Department of Clinical Laboratory, the Affiliated Hospital of Jining Medical College,Shandong Jining 272029, China
Abstract
Objective

To study the mechanism of myocardial ischemic and reperfusion injury and its myocardial protection of cardiopulmonary bypass(CPB) among infants.

Methods

The concentrations of complement 3a(C3a), complement 5a(C5a), interleukin-6(IL-6), tumor necrosis factor-alpha(TNF-α), malonaldehyde(MDA), surperoxide dismutase(SOD), creatine kinase MB isoenzyme (CK-MB), creatine kinase (CK), troponin (cTnI) and lactic acid dehydrogenase (LDH) were measured before CPB, after CPB 20 min, 2 h, 6 h and 12 h in 20 cases of infants with congenital heart disease.

Results

Compared with the results before CPB, the levels of C3a and C5a were lower, and the levels of CK and LDH were higher at 20 min, 2 h, 6 h and 12 h after CPB( P<0.05). At 20 min and 2 h after CPB, the levels of IL-6 increased ( P<0.05), and at 6 h and 12 h after CPB, the levels of IL-6 decreased, but they were still higher than those before CPB ( P<0.05). The level of TNF-α increased after CPB 20 min ( P<0.05), and decreased after CPB 2 h. The level of CK-MB increased after CPB 2 h ( P<0.05), and decreased after CPB 6 h and 12 h, but it was still higher than that before CPB ( P<0.05). The level of cTnI increased after CPB 2 h ( P<0.05), and the level of MDA decreased after CPB 20 min and 2 h ( P<0.05), increased significantly after CPB 6 h ( P<0.05), and decreased after CPB 12 h ( P<0.05). The level of SOD decreased obviously after CPB 2 h, 6 h and 12 h ( P<0.05).

Conclusions

The myocardial ischemic and reperfusion injury of CPB at 12 h after CRP are serious among infants, and the mechanism of myocardial ischemic and reperfusion injury may be associated with the damages of myocardial and endothelial cells, due to alexin releasing and the increase of oxyradical.

Keyword: Complement 3a; Complement 5a; Malonaldehyde; Superoxide dismutase; Myocardial injury; Infant; Cardiopulmonary bypass

随着体外循环(cardiopulmonary bypass, CPB)装置、心肌保护措施和心脏外科技术的不断完善与提高, 心内直视手术并发症的发生率和病死率已逐渐下降。但多数患者术后仍有不同程度的心肌损害。心肌损伤及心肌保护仍需深入研究, 尤其婴幼儿心肌保护仍是心脏外科急需解决的课题。我们对20例需行CPB心内直视手术婴幼儿术后血浆补体3a(C3a)、补体5a(C5a)、白细胞介素6(IL-6)、肿瘤坏死因子α (TNF-α )及丙二醛(MDA)、超氧化物歧化酶(SOD)、肌酸激酶同工酶(CK-MB)、肌酸激酶(CK)、心肌肌钙蛋白I(cTnI)、乳酸脱氢酶(LDH)浓度进行观察, 旨在探讨婴幼儿心肌损害机理、寻找心肌保护的有效方法。

材料和方法
一、临床资料

选择济宁医学院附属医院2009年1月至11月施行心内直视手术的婴幼儿先天性心脏病患儿20例, 男12 例、女8例, 年龄5~31个月, 体重4.5~12.5 kg。术前诊断为室间隔缺损 6 例、室间隔缺损并肺动脉高压6例、室间隔缺损并动脉导管未闭4例、法鲁氏四联症4例。

二、手术及转流方法

所有患者均采用气管插管静吸复合麻醉, 麻醉诱导及维持药物基本相同。常规插管建立CPB, 使用storkert-Ⅲ 人工心肺机和Terumo或西京膜式氧合器。预充液用复方林格氏液, 根据术前红细胞压积和胶体渗透压加入库存红细胞、冰冻血浆、人血白蛋白及碳酸氢钠、甘露醇等。CPB转流降温至30 ℃阻断上、下腔静脉及升主动脉, 主动脉根部灌注停跳液, 分别行心内畸形矫正术。

三、检测指标

1. 血浆C3a、C5a、IL-6、TNF-α 测定 分别于CPB转流前、CPB转流结束后20 min(简称术后20 min)、术后2 h、术后6 h、术后12 h取动脉血样本, 分离血浆保存在-40 ℃, 统一检测。采用酶联免疫法测定血清C3a、C5a浓度, 试剂由德国Biotrend公司生产。采用放射免疫法测定IL-6、TNF-α 浓度, 试剂由北京北方生物技术研究所提供。

. cTnI、CK-MB、CK、LDH、MDA及SOD测定 于上述各时间点取动脉血样本, 分离血浆保存于-40 ℃, 统一检测。采用酶联免疫法测定MDA、SOD浓度, 试剂分别由德国Biotrend公司生产。德国生化学会酶学组(DGKC)的方法测定CK-MB、CK、LDH浓度, 试剂由德国Centronic公司和美国贝克曼公司生产。采用化学发光法测定cTnI。

四、统计学方法

所有实验数据均采用 x̅± s表示, 术后与术前数据比较均采用t检验。用SPSS 13.0统计软件统计处理。

结 果

与CPB转流前比较, 术后20 min及2、6、12 h血浆C3a、C5a浓度降低(P< 0.05), 血浆CK、LDH浓度升高(P< 0.05); 术后20 min、2 h血浆IL-6浓度逐渐增高(P< 0.05), 术后6、12 h逐渐下降, 但仍高于CPB转流前(P< 0.05); 血浆TNF-α 浓度术后20 min增高(P< 0.05), 术后2 h开始逐渐下降; 血浆CK-MB术后2 h升高(P< 0.05), 术后6、12 h逐渐下降, 但仍高于CPB转流前(P< 0.05); 术后2 h血浆cTnI升高(P< 0.05); 血浆MDA浓度术后20 min和2 h降低(P< 0.05), 术后6 h明显增高(P< 0.05), 术后12 h又降低(P< 0.05); 术后2、6、12 h血浆SOD 浓度明显降低(P< 0.05)。见表1。

表1 CPB后C3a、C5a、IL-6、TNF-α 、CK-MB、CK、CTnⅠ 、LDH、MDA、SOD的变化
讨 论

补体激活是导致CPB后肺损伤的始动因素。CPB期间, 血液成分与CPB管道接触、肝素-鱼精蛋白反应、预充液、麻醉等多种因素使补体通过经典或旁路途径激活。激活的补体虽可通过多种途径引起损伤[1], 但主要作用途径为激活单核/巨噬细胞, 释放大量IL-6、TNF-α 等细胞因子, 同时与细胞因子共同作用于内皮细胞使其受损并激活, 激活内皮细胞合成和分泌细胞黏附因子1(ICAM-1)、P选择蛋白(P-selectin)、E选择蛋白(E-selectin)等黏附因子[2]。表达于激活内皮细胞表面的可溶性ICAM-1(sICAM-1)可以和表达于中性粒细胞表面组织的CD11B/CD18(Mac-1)进行牢固结合, 促进中性粒细胞与内皮细胞黏附[3]。中性粒细胞黏附在内皮细胞表面, 释放一系列炎性介质(蛋白酶激活), 细胞毒性氧代谢产物(氧自由基)及磷脂酶产物(花生四烯酸), 导致毛细血管及心肌细胞损伤。本研究结果表明, CPB术后20 min血浆C3a和C5a浓度立即降低, 术后12 h未见回升; IL-6、TNF-α 明显增高, 其高峰为术后2和6 h, 后逐渐降低。结果显示C3a和C5a降低早于IL-6、TNF-α 增高, 提示CPB后血浆IL-6和TNF-α 浓度增高与C3a、C5a激活单核/巨噬细胞释放大量IL-6、TNF-α 有关。结合本研究结果, CPB术后2、6、12 h 血浆cTnI、CK-MB、CK、LDH浓度均增高, 心肌明显受损。术后心肌损害的时间点与IL-6、TNF-α 释放增加的时间点基本一致, 而迟于C3a和C5a降低的时间点。提示术后心肌损害可能与CPB术后C3a和C5a大量释放激活巨噬细胞, 使之释放IL-6、TNF-α 等细胞因子有关。

CPB心内直视手术中由于机体处于一种非生理状态, 导致以心肌代谢障碍、缺血再灌注损伤为主的病理生理改变, 造成细胞急性或慢性损伤。在此过程中氧自由基是造成心肌损伤的主要因素[4, 5, 6]。近年来研究表明氧自由基主要由心肌线粒体产生, 大量氧自由基及其降解产物MDA生成, 导致细胞膜脂质过氧化, 使正常膜结构受到破坏, 线粒体肿胀, 细胞膜通透性增加, Ca2+内流增加, 引起钙超载; 同时使肌浆网钙依赖性ATP失活, 肌浆网摄钙能力下降, 肌浆内Ca2+浓度升高, 兴奋收缩偶联障碍, 引起心肌细胞功能严重受损[6]。另外, 氧自由基可直接攻击核酸, 使DNA、RNA交链断裂, 导致心肌细胞凋谢和死亡。血浆MDA浓度可反映机体内脂质过氧化的程度, 间接反映了机体细胞受氧自由基损伤的严重程度。SOD可以清除体内的氧自由基, 因此血浆SOD浓度的高低可以间接反映机体清除氧自由基的能力[7]。本研究结果显示在CPB结束后2、6、12 h 血浆cTnI、CK-MB、CK、LDH浓度均增高, 提示婴幼儿CPB心内直视术后心肌明显受损; 而术后2、6、12 h 时血浆SOD 浓度明显降低, 术后6 h血浆MDA浓度明显增高, 说明婴幼儿术后心肌损伤与氧自由基清除功能减低、生成系统活性增强有关。

本研究提示, 婴幼儿CPB心内直视术后心肌损伤与CPB诱发炎性细胞因子TNF-α 、IL-6大量产生和心肌缺血再灌注损伤致氧自由基清除功能减低、生成系统活性增强有关。应用降低炎性细胞反应的药物及氧自由基清除剂可减轻婴幼儿CPB心内直视术后的心肌损伤。

The authors have declared that no competing interests exist.

参考文献
[1] 赵为禄, 罗福全. 体外循环心脏手术肺保护的研究进展[J]. 麻醉与监护论坛, 2008, 15(6): 358-361. [本文引用:1]
[2] Rasmussen BS, Sollid J, Knudsen L, et al. The release of systemic inflammatory mediators is independent of cardiopulmonary bypass temperature[J]. J Cardio-thorac Vasc Anesth, 2007, 21(2): 191-196. [本文引用:1]
[3] Kirchberger S, Vetr H, Majdic O, et al. Engagement of ICAM-1 by major group rhinoviruses activates the LFA-1/ICAM-3 cell adhesion pathway in mononuclear phagocytes[J]. Immunobiology, 2006, 211(6-8): 537-547. [本文引用:1]
[4] Ruiz-Gi'nes JA, López-Ongil S, González-Rubio M, et al. Reactive oxygen species induce proliferation of bovine aortic endothelial cells[J]. J Cardiovase Pharmacol, 2000, 35(1): 109-113. [本文引用:1]
[5] Hind CR, Griffin JF, Pack S, et al. Effect of cardiopul-monary bypass on circulating concentrations of leucocyte elastase and free radical activity[J]. Cardiovasc Res, 1988, 22(1): 37-41. [本文引用:1]
[6] Kaminski KA, Bonda TA, Korecki J, et al. Oxidative stress and neutrophil activation-the two keystones of ischemia/reperfusion injury[J]. Int J Cardiol, 2002, 86(1): 41-59. [本文引用:2]
[7] 张海洲, 薛涛, 范全心, 等. 心脏跳动下手术对心肌保护作用的临床研究[J]. 中国体外循环杂志, 2003, 1(4): 198-201. [本文引用:1]