体外循环心脏手术围术期高血糖的研究新进展

江继端魏蜀亮张永恒69000遂宁市中心医院心脏外科637000川北医学院附属医院心脏外科

体外循环心脏手术围术期高血糖的研究新进展

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患者进行手术治疗时，由于机体受到刺激会在一定程度上引起血糖升高，特别是对于心脏手术患者，发生血糖升高的几率更高，对患者产生一定程度的影响。本文介绍体外循环心脏手术围术期高血糖的研究新进展，为临床提供探讨。

体外循环；心脏手术；围术期；高血糖

外科手术患者围术期常常因剧烈的应激反应而血糖升高，而心脏手术患者，尤其是需要体外循环的患者出现围术期血糖升高的几率更大，越来越多的研究发现，围术期高血糖与心脏手术患者的术后并发症及不良预后密切相关。有必要对围术期高血糖的发生机制，及其对患者不良影响进行深入研究。围术期严密监控血糖水平，必要时使用胰岛素控制血糖水平及炎性因子的表达，以及使用蛋白酶抑制剂控制炎性反应，可能对患者的心肌功能有一定的保护作用，对改善患者预后、缩短住院时间有益。

CPB术中高血糖的原因

手术和CPB的应激反应：手术创伤可引起机体剧烈的应激反应，从而促使多种应激激素（儿茶酚胺、糖皮质激素、胰高血糖素和生长激素等）分泌增加和各种炎性因子（包括TNF-α、IL-1β、IL-6、IL-8）的大量释放［1］。这些改变可促进糖原分解、肝糖原异生等生糖作用，又可抑制胰岛素释放，同时降低组织对胰岛素的敏感性，从而引起糖的生成增多而组织对糖的利用减少，继而导致血糖升高。心脏外科患者，往往需在体外循环辅助下完成手术，而CPB对机体的刺激更为剧烈，CPB期间低体温对胰岛素释放的抑制作用、机体对胰岛素的抵抗作用、拟肾上腺素类药物的升糖作用和外源性糖皮质激素的应用等因素，均可使上述升糖反应更剧烈。①胰岛素抵抗：心脏手术体外循环期间由于缺血-再灌注损伤、手术创伤、血液与体外循环装置的管道接触等因素可激活严重炎性反应，导致各种应激激素和炎性介质释放增多，可造成组织出现胰岛素抵抗（Insulin resistance，IR）［2］。胰岛素抵抗是指胰岛素执行其正常生物作用的效应不足，需要超常量的胰岛素才能引起正常量反应的一种状态，表现为外周组织对葡萄糖的摄取和利用障碍。手术及CPB对机体的剧烈创伤等可导致机体明显的胰岛素抵抗、组织对糖的利用障碍而致血糖升高，由于这种代谢变化与2型糖尿病的代谢变化相似，故有学者称为“创伤性糖尿病”。在此状态下，尽管胰岛素释放增多，但是机体的多种器官对胰岛素存在一定程度的抵抗，使得它们对葡萄糖的利用明显下降，而肝脏通过糖原分解及糖异生作用又可产生过多的葡萄糖，进一步导致血糖升高。虽然目前对于应激状态下的胰岛素抵抗的研究越来越多，但其本质是否和2型糖尿病一样，以及能不能引起相同的血管并发症等问题尚不明确。梁贵友等研究发现，CPB心肌缺血再灌注后心肌细胞GLUT-4表达总量下降及GLUT-4由心肌细胞质向细胞外膜转位发生障碍，使得心肌不能正常地摄取和利用葡萄糖，从而有可能导致了心肌胰岛素抵抗［3］。②内分泌作用：在一些大型手术，特别是CPB及心脏手术中，患者机体受到较强的刺激，会导致机体产生较多的激素，如儿茶酚胺、生长激素等，而这些物质都有一定的升高血糖作用。③炎性介质和细胞因子的作用：促炎性细胞因子在体内参与多种生理反应过程，它们会对胰岛素的信号转导等过程产生一定的影响。此外，它们还能在一定程度上促进升糖激素的分泌，从而间接升高血糖。黑飞龙等发现心脏手术体外循环期间肿瘤坏死因子（TNF-α）的表达明显增加，心肌TNF-αmRNA表达也明显增加，同时患者存在严重的胰岛素抵抗（IR），且TNF-α的增加与胰岛素抵抗的程度呈正相关，说明肿瘤坏死因子可能是引起IR的重要原因［4］。张建等的研究表明在体外循环手术中心肌缺血再灌注后血清胰高血糖素、生长激素及TNF-α分泌增加可能是心肌IR的重要因素之一。

CPB的影响：在既往的临床工作和研究中，许多学者都发现了CPB中常发生明显的高血糖，并且其升高的程度和

手术中的多种因素有关。其中，最为重要的一个因素就是预充液成分及CPB中给予葡萄糖量的多少，如果在手术的过程中使用的预充液含有葡萄糖或术中给予了大量的葡萄糖补充，则会在较大程度上升高患者的血糖；反之，其血糖升高的程度会大大降低。另外CPB中外源性糖皮质激素的使用也会导致血糖升高。尽管近年来各种心肌保护措施已得到大力发展，但心肌组织的缺血再灌注损伤仍然是心脏直视手术后心功能障碍甚至死亡的主要原因。近年来研究表明，CPB缺血再灌注后存在心肌对胰岛素介导的葡萄糖摄取和利用的抵抗，缺血再灌注后心肌产生明显的胰岛素抵抗（IR）现象，而心肌IR可能引起心肌对葡萄糖的氧化利用减少，从而导致心肌能量供应障碍，这可能是CPB造成心肌功能障碍的潜在始动机制。

控制血糖的意义

严格控制血糖对患者有益：很早以前由Furnary等主持的一项前瞻性、随机、对照试验首次证明了围术期血糖控制能够明显改善心脏手术患者预后，能够大大降低术后并发症发生率，增加术后长期存活率［5］。在这项研究中，3 554例行冠状动脉旁路移植术患者根据血糖控制方式被分为3组，第1组给予皮下胰岛素注射，将血糖控制在＜11.1 mmol/ L，第2组持续静脉注射胰岛素将血糖控制在8.3～11.1mmol/L，第3组患者持续静脉注射胰岛素将血糖控制在5.6～8.3 mmol/L，试验结果表明，围术期死亡率从4.5％降低至1.9％，说明严格的血糖控制可以降低ICU期间各种原因所致的死亡率。除了降低死亡率，胰岛素治疗还可减少多种危险并发症的发生率，如需要透析或血液滤过的急性肾衰减少41％、血行感染减少46％、胸骨切口的感染率也显著降低，肝功能异常及贫血的发生率也有所降低。

胰岛素的作用机制：①胰岛素的直接作用：胰岛素不但可以改善血糖，还具有一定的抗炎、抗氧化作用，它能够减少IL-6等的分泌，同时增加IL-10的释放，大大降低手术的应激反应。胰岛素具有一定的心肌保护作用，能够抑制细胞凋亡。胰岛素可以减少内皮细胞表面黏附分子的表达，减少白细胞介导的组织损伤。②胰岛素可扭转CPB期心肌对葡萄糖的摄取及利用障碍，如上所述，在体外循环缺血再灌注中，发生心肌胰岛素抵抗程度与术后心功能障碍的发生密切相关，表明在这种情况下发生的胰岛素抵抗会在一定程度上增加心功能障碍的发生。许多研究表明，心肌最佳代谢和做功效率的维持高度依赖于葡萄糖氧化所产生的ATP。胰岛素可以使心肌细胞较多地摄取与利用葡萄糖，产生足够的ATP，保证心肌能量供应，因此可以减少氧耗、充分利用糖原储备，从而增加再灌注后心脏自动复跳率，降低CPB后心肌功能障碍的发生率。

CPB中控制血糖的方法

由于心脏术后患者末梢循环尚未完全开放，皮下注射胰岛素后吸收缓慢，导致血糖不易控制，通常会加大胰岛素用量，但胰岛素一旦吸收，剂量往往过大而发生低血糖，因此对于心脏术后患者不主张皮下注射胰岛素。术后早期患者胃肠道功能往往会有一定程度受损，因此口服降糖药物也不适合术后血糖控制。静脉泵入胰岛素吸收快，易于调控，是目前较为理想且普遍使用的控制血糖的方法。目前静脉使用胰岛素主要有2种方法，一是胰岛素静脉持续泵入，动态监测血糖水平，根据血糖水平调整泵入速度，必要时给予弹丸式注射；另一种则是胰岛素/葡萄糖钳夹技术，但目前国内外还没有公认的最佳治疗方案。目前多数学者推荐心脏手术中严格控制血糖，认为血糖＞6.1mmol/L时就应处理，并将围术期血糖控制在6.1mmol/L左右，可显著降低术后肾功能不全、肾衰竭、心肌功能障碍、术后切口感染等并发症的发生率，术后死亡率也显著降低。但也有研究认为，在冠状动脉旁路移植术中围术期将血糖水平维持在6.7～10mmol/L，其并发症的发生率并不高于血糖正常组，且对血糖的控制与管理更加简便，还能避免因严格控制血糖而可能导致的低血糖、癫痫发作、低血钾、心律失常等并发症。因此建议将血糖维持在这一水平，但是在具体的临床治疗中，对于何时应该使用胰岛素以及应该将血糖控制在何种水平尚存没有统一的结论，更为有效客观的治疗方案需要再进一步的研究中解决。

结语

目前，很多研究表明，心脏手术中缺血再灌注心肌胰岛素抵抗所导致的心肌葡萄糖氧化利用减少是造成心肌功能障碍的重要始动因素。但是具体的发生机制尚没有明确的定论，所以，对心肌胰岛素抵抗产生的机制等问题的研究，能够在很大程度上促进新的心肌保护措施的发现和开展。大量研究发现，CPB中肿瘤坏死因子明显增高，TNF-αmRNA表达明显增加，且缺血时间越长，再灌注后TNF-α水平增高越明显，心肌胰岛素抵抗程度越重，提示体外循环心肌缺血再灌注引起的血清TNF-α水平增高可能在胰岛素抵抗的发生中起到一定作用。有学者研究发现TNF-α既可引起葡萄糖转运蛋白4信使RNA（GLUT4mRNA）膜两侧GLUT4分布下降，又可抑制GLUT4的跨膜转运，从而造成胰岛素介导的糖摄入下降，引起IR，但具体的信号传导通路尚不清楚，还有待进一步研究。

胰岛素治疗可以显著降低CPB期间肿瘤坏死因子的浓度，从而增加心肌对葡萄糖的摄取及利用，改善心肌功能，但具体机制尚不明确。另一方面，通过蛋白酶抑制剂，如乌司他丁等抑制CPB的全身炎性反应也能明显降低肿瘤坏死因子的表达［6］。

［1］魏巍,黄东,李勇生,等.严格血糖控制对体外循环术后致炎性细胞因子的影响［J］.中国实用医药,2009,4（15）：33-34.

［2］Rapp-Kesek D,Stridsberg M,Andersson LG, et a1.Insulin-resistance after Cardiopulmonary bypass in the elderly patient［J］.Scand-Cardiovasc J,2007,41：102-108.

［3］梁贵友,蔡庆勇,牛义民,等.葡萄糖转运蛋白4在犬体外循环心肌胰岛素抵抗发生中的作用［J］.中华实验外科杂志,2008,25 （9）：1105-1107.

［4］黑飞龙,龚菁,胡强,等.围体外循环期肿瘤坏死因子与胰岛素抵抗［J］.中国体外循环杂志,2003,1（2）：72-74.

［5］Furnary AP,Gao G,Grunkemeier GL,et al. Continuous insulininfusion reducesmortality in patientswith diabetesundergoing coronary artery bypass grafting［J］.J Thorac Car-diovasc Surg,2003,125：1007-1021.

［6］石佳,薛庆华,吕红,等.蛋白酶抑制剂对体外循环心脏手术围术期炎性因子的影响［J］.心肺血管病杂志,2012,31（3）：288-292.

New progress in the study of perioperative hyperglycem ia in open-heartsurgery

Jiang Jiduan1,WeiShuliang2,Zhang Yongheng1
Cardiac Surgery,the CentralHospitalofSuining City 6290001
Cardiac Surgery,Affiliated HospitalofChuanbeiMedicalCollege 6370002

When the patientsare treated with operation,because the body is stimulated,the high blood sugarwill rise to a certain degree,especially in patients with cardiac surgery,and the probability of elevated blood glucose is higher,which will produce a certain degree of influence on patients.In this paper,the author introduces the new progress in the study of perioperative hyperglycemia in open-heartsurgery,to provide study for clinical.

Extracorporealcirculation；Heartoperation；Perioperative period；Hyperglycemia

10.3969/j.issn.100614x.2015.23.3