心脏不停跳心内直视手术对线粒体耦联因子6表达的影响

周涛 谢晓勇 向道康

心脏不停跳心内直视手术对线粒体耦联因子6表达的影响

周涛 谢晓勇 向道康

目的 探讨浅低温心脏不停跳心内直视手术对体外循环瓣膜置换患者线粒体耦联因子6（CF6）表达的影响。方法 选择2010年1月至2011年11月广西医科大学第一附属医院择期行人工机械瓣膜置换手术患者50例，使用随机数字表法分为心脏停跳组（停跳组，在中度低温心脏停跳下完成心脏瓣膜置换手术）和浅低温心脏不停跳组（不停跳组，在浅低温心脏跳动下完成手术），每组25例，分别于体外循环转机前（T1），转机 30 min（T2），开放升主动脉时（T3），停体外循环后 6 h（T4）、24 h（T5）、72 h（T6）、120 h（T7）7个时间点取静脉血，使用放射免疫分析法测定CF6、6-酮-前列环素F1a（6-Keto-PGF1a）的表达。结果 在T2～T5 时间点，停跳组 CF6 浓度（pg/ml）依次为 574.3±103.7、855.3±175.8、665.1±95.6、398.9±74.5，较 T1 时浓度 244.5±52.6 升高（P＜0.05）；不停跳组 CF6 浓度（pg/ml）依次为 317.1±93.3、673.9±115.1、452.6±81.2、296.2±61.4，较T1时浓度238.4±49.3升高（P＜0.05）；停跳组变化更明显（P＜0.05）。两组均于T6恢复至T1水平。停跳组 T2～T4 时 6-Keto-PGF1a浓度（pg/ml）依次为 330.7±67.9、435.6±75.8、235.7±35.0，较 T1 浓度 64.3±18.4升高（P＜0.05）；不停跳组 T2～T4 时浓度（pg/ml）依次为 467.4±43.5、573.9±33.1、356.2±41.9，较 T1 浓度 68.3±19.3升高（P＜0.05）；不停跳组升高明显（P＜0.05）。两组均于T5恢复至T1水平。结论 心脏不停跳手术对心肌包括内皮细胞损伤较小是体外循环手术CF6表达上调相对较小的重要原因。CF6的变化可以影响机体前列环素的表达。

心肺转流术； 不停跳手术； 心肌保护； 线粒体耦联因子6

线粒体是器官能量代谢的主要场所，线粒体耦联因子 6（Mitochondrial coupling factor 6，CF6）是线粒体ATP合酶柄区的一个亚单位，是基本的能量转导物质，是迄今为止发现的唯一内源性前列环素（Prostacyclin，PGI2）合成抑制因子，是一种缩血管多肽[1,2]。有研究表明，心肌梗死一周内血浆CF6水平持续增高，并与心肌梗死的严重程度相关，CF6可能参与了心肌梗死的发展进程。目前研究表明，CF6是缺血性心脏病、糖尿病和末期肾衰的独立危险因子[3-5]。在体外循环手术过程中存在心肌缺血再灌注过程，存在心肌损伤，其实质是一种能量代谢的失衡。在理论上CF6在围体外循环期可能有所变化，但其表达规律尚不清楚，其表达与哪些因素有关，是心肌细胞还是内皮细胞或者二者均表达，目前不明确[6]。同时，研究心脏手术损伤的具体机制和各种干预因素对于接受心内直视手术的患者预后存在积极意义。因此，研究围体外循环期的CF6变化和干预因素存在客观需要。PGI2是一种强烈的血管扩张因子，是最有效的内源性血小板聚集抑制剂，体外循环过程中循环血液中PGI2/TXA2的失衡是器官微循环功能障碍的重要原因。由于CF6可以抑制PGI2合成[1,2]，本研究拟通过观察PGI2的代谢产物6-酮-前列环素F1a（6-Keto-PGF1a）的表达，旨在研究CF6对体外循环期PGI2表达的影响。

目前有较多动物实验与临床证明[7,8]，浅低温心脏不停跳心内直视手术可最大程度地减轻机体再灌注损伤过程，对心肌和其他器官有明显的保护作用，研究其对机体保护的具体机制有一定的现实意义，因此推测该技术对CF6以及与该指标密切相关的PGI2的表达可能有一定的影响，值得研究。

1 对象与方法

1.1 研究对象与分组 选择2010年1月至2011年11月广西医科大学第一附属医院择期行二尖瓣机械瓣膜置换的风湿性心脏病患者50例，其中男性 17 例，女性 33 例，年龄 34～55（46.7±4.9）岁，术前心功能Ⅱ～Ⅲ级（NYHA分级）。所有患者既往无高血压、冠心病和糖尿病病史，术前无心肌酶谱、肌钙蛋白、血糖、血脂、肝功能、肾功能异常，无感染性心内膜炎，近期未使用激素类药物，无风湿活动，同期未行其他手术，术前结合临床特征和相关辅助检查明确诊断，有二尖瓣置换指征。所有患者或家属均知情同意。本研究经医院学术委员会及伦理委员会批准，符合医学伦理学标准。

所有患者均行人工二尖瓣机械瓣膜置换手术，使用随机数字法随机分为浅低温心脏不停跳组（不停跳组）和心脏停跳组（停跳组），每组25例。其中不停跳组采用浅低温心脏不停跳体外循环（CPB）方法，心脏停跳组采用中低温心脏停跳CPB方法。

1.2 治疗方法 本研究中全部患者麻醉过程中均使用咪唑安定、芬太尼和维库溴铵诱导，术中静脉及吸入复合全身麻醉维持。两组使用相同的体外循环器材，采用相同类型的预充液和血液稀释标准。心脏不停跳组采用浅低温心脏不停跳CPB方法，阻断上、下腔静脉，但不阻断主动脉，不使用心脏停跳液，保持心脏持续空搏状态。术中控制鼻咽温度31.0℃～33.0℃，维持平均动脉压（MAP）60～80 mm Hg（1 mm Hg=0.133 kPa）。心脏主要操作完成后，逐渐复温至36.0℃～36.5℃停机。心脏停跳组采用中低温心脏停跳CPB，术中阻断上、下腔静脉及升主动脉，主动脉根部顺行灌注改良冷的St.thoma′s心脏停搏液，首次剂量20 ml/kg，此后每30 min灌注半量停搏液。术中鼻咽温度28℃～30℃，MAP 60～80 mm Hg。心脏主要操作完成后，逐渐复温，开放主动脉，进行辅助循环，时间为主动脉阻断时间的1/4～1/3，复温至36.0℃～36.5℃，CPB转流停止。两组患者其他处理相同，术后按同样标准常规对症支持处理，保持内环境稳定和血流动力学平稳，拔除气管插管的标准相同。

1.3 围体外循环期CF6、6-Keto-PGF1a表达的检测 分别于体外循环转机前（T1），转机30 min（T2），开放升主动脉时（T3），停体外循环后6 h（T4）、24 h（T5）、72 h（T6）、120 h（T7）时取静脉血 7 ml，分为3份：1份2 ml血样加入10%乙二胺四乙酸二钠（EDTA-Na2，1 mg/ml），再加入有抑肽酶 500KU/ml（均为Sigma公司产品）的试管中混匀，4℃、3000 rpm离心10 min，分离血浆，-70℃保存备检，使用放射免疫法（RIA）进行血浆CF6水平测定；1份3 ml，加入消炎痛-EDTA二钠液0.2 ml，混合均匀后 4℃、3500 rpm离心15 min，分离血浆，-70℃保存备检，使用RIA测定血浆6-Keto-PGF1a；1份2 ml测定红细胞比容（Hct）。以上操作均严格按试剂说明书要求进行。

1.4 统计学方法 采用SPSS 17.0软件进行统计学处理。计量资料用±s表示，采用方差分析及t检验；计数资料用χ2检验或Fisher确切概率法。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两组患者一般情况 两组患者性别构成、年龄、体重、心胸比、术前心功能分级等一般资料未见统计学差异（P＞0.05），具有可比性；CPB转流时间未见统计学差异（P＞0.05）。心脏停跳组主动脉阻断时间为（37.2±6.8）min，心脏不停跳组术中未阻断升主动脉。见表1。两组患者均未有院内死亡病例，术后无低心输出量综合征、急性肾功能不全、脑血管意外、心脏破裂、呼吸功能不全等严重并发症。

2.2 两组患者围体外循环期CF6、6-Keto-PGF1a变化 两组患者在T2～T5时间点，CF6浓度较T1时升高（P＜0.05），其中以停跳组明显（P＜0.05），不停跳组CF6在T2～T5时间点表达较同时间点心脏停跳组少，两组均于T6时恢复T1水平。两组患者在T2～T4时间点6-Keto-PGF1a浓度较T1时升高（P＜0.05），其中以不停跳组明显（P＜0.05），不停跳组6-Keto-PGF1a浓度同时间点浓度较心脏停跳组高，两组均于T5时恢复T1水平。见表2、图1。

图1 两组患者不同时间点CF6、6-Keto-PGF1a变化

3 讨论

线粒体是心肌缺血再灌注损伤（MIRI）和各种保护机制的终末效应器[9]，研究表明通过抑制线粒体核分裂可取得明显的心肌保护作用[10]。浅低温心脏不停跳心内直视手术采用浅低温，更接近生理体温，可以减轻低温引起的机体应激反应，避免了低温体外循环给机体带来的心肌损伤、应激反应和内分泌失调等不良反应。本研究主要通过观察体外循环心脏直视手术心脏不停跳组与停跳组患者CF6变化情况，探讨不停跳心内直视手术对机体的保护作用。

CF6是体内唯一的内源性PGI2合成抑制因子[1,2]，循环剪切力使人体内皮细胞NADH脱氢酶基因表达下调时，CF6基因表达上调；CF6含量在病理状态下有明显变化，其升高水平与病情严重程度密切相关，循环CF6可能是新的心血管疾病发病因子。CF6在体内各种组织中以心肌中含量最高，心肌血管内皮细胞膜密集分布CF6，可能是循环中CF6的重要来源。有研究表明CF6水平与心肌梗死的严重程度相关[6]，推测可能是心肌组织损伤和内皮功能紊乱的共同结果，CF6可能参与了心肌梗死的发展进程，这主要是由血管内皮细胞产生的CF6完成的,在某种程度上反映血管内皮细胞功能[6]。

表 1 两组患者临床资料（±s）

表 1 两组患者临床资料（±s）

组别 例数 男/女 年龄（岁） 体重（Kg） 心胸比 心功能分级（Ⅱ/Ⅲ） 体外循环时间（min） 主动脉阻断时间（min）停跳组 25 8/17 47.1±3.3 61.7±4.2 0.64±0.05 20/5 75.6±8.9 37.2±6.8不停跳组 25 9/16 46.2±5.0 58.9±3.7 0.63±0.07 18/7 71.3±7.2 0

表 2 两组患者 CF6、6-Keto-PGF1a 变化（±s，pg/ml）

表 2 两组患者 CF6、6-Keto-PGF1a 变化（±s，pg/ml）

注：与本组T1时比较，aP＜0.05；与心脏停跳组比较，bP＜0.05

CF6 T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7停跳组 244.5±52.6 574.3±103.7a855.3±175.8a665.1±95.6a398.9±74.5a265.4±63.8 257.9±13.6不停跳组 238.4±49.3 317.1±93.3ab673.9±115.1ab452.6±81.2ab296.2±61.4ab254.3±33.4 248.4±12.9组别6-Keto-PGF1a T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7停跳组 64.3±18.4 330.7±67.9a435.6±75.8a235.7±35.0a78.9±14.9 75.3±13.8 67.9±13.6不停跳组 68.3±19.3 467.4±43.5ab573.9±33.1ab356.2±41.9ab76.2±11.9 74.2±13.3 68.4±12.9组别

本研究发现，心脏不停跳组和心脏停跳组两组患者CF6浓度在体外循环过程中均升高，而停跳组更加明显，心脏不停跳组CF6在相同时间点的表达较心脏停跳组少。两组6-Keto-PGF1a浓度较T1时升高，不停跳组6-Keto-PGF1a在同时间点浓度较心脏停跳组高。

体外循环过程存在的剪切力对血管内皮细胞存在不良影响，此外传统的低温高钾晶体心脏停搏液由于低温、高钾两个因素都可直接损伤血管内皮功能。高钾晶体心脏停搏液还可抑制β－肾上腺能和cAMP介导的血管舒张降低肌源性血管舒张，导致晶体心脏停搏液对血管内皮依赖性舒张和其他的内皮功能均产生不利影响。因此，体外循环过程存在的剪切力和心肌内皮细胞损伤可以使CF6基因表达上调，使体外循环期CF6浓度升高。但浅低温心脏不停跳心内直视手术不使用低温高钾晶体心脏停搏液，对心肌血管内皮损伤较小。此外心脏不停跳手术保持较好的血流动力学特点，可以减轻剪切力对血管内皮细胞的不利影响，因此心脏不停跳组CF6在同时间点表达较心脏停跳组相对较少。CF6是PGI2合成抑制因子，因此可以影响体外循环期6-Keto-PGF1a的表达。心脏不停跳组CF6表达相对较小，提高PGI2的表达，减轻术中PGI2/TXA2的失衡，有利于血管扩张、微循环的改善和组织的灌注，减轻机体损伤。但在本研究中6-Keto-PGF1a较CF6较早恢复正常，可能与PGI2的表达受多种因素影响有关，具体调控机制有待进一步观察。

低温体外循环过程中血管阻力变化的特征是在体外循环初始短时间内体循环阻力和平均动脉压均出现明显下降，随之是体循环阻力的进行性增加，在体外循环术后早期也存在高外周血管阻力状态。低心输出量综合征是心脏手术后常见的并发症，其发病机制与心脏收缩功能下降和外周阻力升高密切相关。因此通过本研究结果可以推测，心脏不停跳手术理论上可以通过对CF6和PGI2表达的影响减轻手术后心脏收缩功能下降和外周阻力异常上升的程度，进而可以减少术后低心输出量综合征的发生，但本研究对手术后临床资料的分析中未发现心脏不停跳手术的这种优势，可能与本研究的观察指标较少、样本量偏小及影响心脏手术后低心输出量综合征的因素较多有关，值得进一步的研究。

因此，体外循环手术过程中CF6表达上调，心脏不停跳手术对心肌包括内皮细胞损伤相对较小，是体外循环过程中CF6表达上调较小的重要原因。CF6的变化可以影响机体内源性PGI2的表达。

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Effect and mechanism of on-pump beating-heart technique on the mitochondrial coupling factor 6

ZHOU Tao＊， XIE Xiao-yong， XIANG Dao-kang.＊Department of Cardiac Surgery，Guizhou Provincial People′s Hospital，Guiyang 550002，China

Objective To investigate the effect of on-pump beating-heart technique on mitochondrial coupling factor 6（CF6）in patients with heart valve replacements under cardiopulmonary bypass（CPB）.Methods The trial was performed at Department of Cardiothoracic Surgery，the First Affiliated Hospital of Guangxi Medical University，from January 2010 to November 2011.Fifty patients undergoing elective artificial mechanical heart valve replacements with CPB were randomly divided into control group and beating group，25 cases in each group.While the conventional approach was used for 25 patients in the control group，the heart was kept empty and beating throughout the operation in beating group.In all patients，venous blood samples withdrawn at before CPB（T1），30 min after CPB commencement（T2），weaning from CPB（T3），4 h（T4），24 h（T5），72 h（T6），and 120 h（T7）after weaning from CPB were assayed for CF6 and 6-Keto-PGF1a.Results In both groups，compared with the baseline values，plasma levels of CF6［Control group:（574.3±103.7）pg/ml，（855.3±175.8）pg/ml，（665.1±95.6）pg/ml，（398.9±74.5）pg/ml vs（244.5±52.6）pg/ml，Beating group:（317.1±93.3）pg/ml，（673.9±115.1）pg/ml，（452.6±81.2）pg/ml，（296.2±61.4）pg/ml vs（238.4±49.3）pg/ml］and 6-Keto-PGF1a［Control group:（330.7±67.9）pg/ml，（435.6±75.8）pg/ml，（235.7±35.0）pg/ml vs （64.3±18.4）pg/ml；Beating group: （467.4±43.5）pg/ml，（573.9±33.1）pg/ml，（356.2±41.9）pg/ml vs（68.3±19.3）pg/ml］were gradually increased during CPB.Compared to the control group，the increasing degrees of CF6 were significantly lower in beating group（P＜0.05），while the increased expression of 6-Keto-PGF1a were larger in beating group（P＜0.05）.Conclusion For the mitigated damage to myocardium，beating-heart technique may reduce the expression of CF6 which affect the change of prostacyclin during the valve surgery under CPB.

Cardiopulmonary bypass； Beating heart surgery； Myocardial protection； Mitochondrial coupling factor 6

贵州省科技厅联合基金资助项目（项目编号：黔科合SY［2010］3119号）

550002 贵州省贵阳市，贵州省人民医院心脏外科（周涛、向道康）；广西医科大学附属医院胸心外科（谢晓勇）

10.3969/j.issn.1672－5301.2014.12.017

R654.2

A

1672-5301（2014）12-1119－04

2014-10-31）