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，當血液暴露在“異物表面”或非生理性條件下（機械應力、高溫／低溫、湍流、氣穴等現(xiàn)象）會發(fā)生血細胞損傷，最明顯的紅細胞（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，降低組織與細胞的供氧。亞損傷雖然沒有導致RBCs直接破碎，血紅蛋白（hemoglobin，Hb）漏出，但會使 RBCs變形性降低、攜氧能力受到影響，無法順利通過微毛細血管輸送氧氣，從而影響微循環(huán)血供，最終導致低氧、貧血等不良事件。臨床上“溶血”容易認知，相關研究較多，但是SRBCsT因為辨別困難，目前有關的文獻報告較少。

這篇綜述主要闡述了目前PubMed上可查閱到的相關SRBCsT的原因、表現(xiàn)形式、機制，以及如何加強CPB期間的血液保護，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微毛細血管網(wǎng)，從而達到輸送氧氣的目的，另外，還可運送部分二氧化碳。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力學。

2 SRBCsT ——溶血

2.1 溶血的原因 CPB／體外膜肺氧合（extracorporeal membrane oxygenation，ECMO）期間的機械應力可以導致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胞中釋放出來。溶血的程度與剪切力的大小和暴露時間呈正相關［1］。

泵頭是最主要的致?lián)p因素之一。精細調(diào)節(jié)滾壓泵的松緊度對于減少溶血至關重要。使用輔助校對裝置可以提高校對的精準度，降低溶血的發(fā)生率［2］。關于哪種泵頭（離心泵還是滾壓泵？）對減少溶血更加有利，目前還處在爭議之中。研究顯示在關于溶血指標以及炎癥方面二者沒有明顯的區(qū)別［3］，Meta分析也證實兩種泵頭在血流動力學、出血量、輸血量、神經(jīng)系統(tǒng)預后以及死亡率方面并沒有差別［4］。結(jié)合有關文獻內(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。但是在長時間的機械輔助中，例如ECMO或者心室輔助裝置（ventricular assist device，VAD），離心泵的優(yōu)勢更優(yōu)于滾壓泵［5］。

湍流、氣血接觸、過度的負壓（負壓靜脈引流裝置、左右心吸引等）吸引是導致嚴重溶血的另一主要因素。文獻報告負壓達到-70 mm Hg就可以導致血管塌陷，氣栓形成，血液滯留，但是如果低于-40 mm Hg就不會引起氣栓形成與血流動力學障礙，因此被認為是安全的［6］。湍流可以同樣導致溶血和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、動靜脈插管、儲血槽、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）濃度一直被認為是評價溶血的經(jīng)典指標。此外，平均血紅蛋白濃度也用于評價溶血。PFHb和亞鐵血紅素通過破裂的RBCs膜進入循環(huán)系統(tǒng)，導致不良的事件發(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)合對心血管系統(tǒng)產(chǎn)生毒性反應，值得一提的是，應用吸入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險［9］，同時也加劇了RBCs的聚集性從而導致血液高凝、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)生變化以及細胞生存周期縮短。Dr.Galletti是第一個提出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相關的氧化應激在RBCs亞損傷中也扮演了重要角色。

3.1 CPB增加氧化應激反應 CPB下心臟手術(shù)可以導致氧化應激反應增強、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了氧化應激反應與心肌缺血--再灌注損傷之間的關系，氧化應激反應的增加顯著影響相關的臨床預后，因此應盡可能縮短主動脈的阻斷時間［10］。 García J［11］團隊也認為主動脈的阻斷時間以及手術(shù)的類型直接與血液中的氧化應激反應呈正相關。McDonald［12］完整的敘述了 CPB心臟手術(shù)、血液透析、ECMO等由于氧化應激的增加而打破氧化還原反應之間的平衡，最終損傷細胞的脂質(zhì)、蛋白以及DNA。

3.2 氧化應激導致RBCs凋亡與細胞結(jié)構(gòu)損傷 氧化應激可以觸發(fā)RBCs凋亡［13］。Olszewska M團隊的體外實驗證實氧化應激可以導致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)流動性降低。另外，氧化應激會引起band3等相關膜蛋白的損傷，包括抗原位點的暴露、鈣離子超載、鉀離子的外流、細胞膜的腫脹破裂從而導致RBCs的凋亡以及結(jié)構(gòu)損傷［15］。

4 SRBCsT導致RBCs功能改變

4.1 SRBCsT導致RBCs變形性降低 RBCs的變形性是RBCs的一個非常重要功能，它使得RBCs可以通過直徑只有2～3 μm的微毛細血管，為組織提供足夠的氧氣、營養(yǎng)物質(zhì)以及運走代謝廢物。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壓抽吸等，都會產(chǎn)生血液渦流，對RBCs產(chǎn)生剪切應力，使RBCs變形性下降、黏附性增加。雖然亞損傷細胞可以早期的被脾臟識別清除，但有時候一些異常的細胞也會逃脫掉。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時間和過程的關系。此外，CPB低溫、血液稀釋和機械應力是導致變形性降低的主要因素，特別是在主動脈手術(shù)或者嬰幼兒深低溫手術(shù)中［16］。另外，也有人認為心臟病患者術(shù)后RBCs的變形性改變與輸入異體血制品有關，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導致RBCs聚集性改變 RBCs聚集性是反應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的聚集性都會增高［18］。 大分子交聯(lián)、RBCs表面電荷的改變、剪切應力、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條件的改變也會影響聚集性。Gu YJ等證實了經(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］，其原因有待于進一步研究。

4.3 SRBCsT導致RBCs機械脆性增加 RBCs機械脆性（mechanical fragility，MF）是評價 RBCs膜健康程度的重要指標，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。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)前期的女性相對應年齡的男性相比，女性RBCs對機械應力更加敏感，更容易發(fā)生溶血［21］。

4.4 SRBCsT導致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，該研究小組認為在開胸CPB手術(shù)中維持足夠的血漿蛋白濃度對于預防RBCs鋸齒樣改變有著重要的意義［22］。

4.5 SRBCsT對血小板的影響 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有力的激活血小板的因素，當剪切力達到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 研究證實藥物減輕RBCs損傷方面存在益處，在氧化應激過程中，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 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RBCs保護存在益處。

此外，CPB的預充策略也是比較重要的，在CPB的預充液里添加白蛋白可以改善患者的微循環(huán)，預防 RBCs鋸齒樣改變［27］。 Sümpelmann R 認為CPB或者cell saver自體血液回收的患者通過改良預充膠體液成分（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械性溶血的程度。CPB下嚴重溶血可以使用血漿置換來預防溶血誘導的急性腎損傷［28］。使用碳酸氫鈉、堿化尿液也可以預防和減輕由PFHb導致的腎臟損傷。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，從而減輕氧化應激反應［12］。最近還有文獻報道遠端的缺血預處理也可以減輕CPB 下氧化應激反應［29］。

5.2 合理的負壓與CPB管理 很多RBCs機械性損傷是由過度的負壓吸引造成的。負壓低于-40 mm Hg被認為是安全可靠的，既可以保證引流，又不會引起明顯的溶血和微氣栓。不同的吸血設備也同樣會影響溶血的程度和MF，持續(xù)吸引壓力裝置通過自動調(diào)節(jié)負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防 RBCs過度破壞［3］。

5.3 提高體外設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，有利于保護血細胞。很多涂層技術(shù)［poly-2-methoxyethylacrylate（PMEA），Heparin-coated，Albumin-coated，Senko E-Ternal CoatingTM等］都被臨床證實有效，能夠減輕CPB過程中的炎癥反應［30］。但是，目前為止關于哪種涂層技術(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設備有很好的實驗結(jié)果，但臨床應用前景仍有待于進一步觀察。

6 結(jié) 論

綜上所述，雖然筆者對CPB下溶血和RBCs亞損傷有了一定認識，但仍不充分，溶血相關的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后。血液保護仍是現(xiàn)階段每一位灌注師和外科醫(yī)生所要共同面臨的問題。提高體外設備耗材與血液之間的生物相容性，維持一個合理的血液流變學、加強圍CPB期間的血液管理方案、縮短CPB時間仍是現(xiàn)階段減少RBCs損傷的最有效方法。