池昊育(综述),刘志刚,刘晓程1, ※(审校)
(1.中国医学科学院 北京协和医学院,北京 100730; 2.泰达国际心血管病医院心外科,天津 300457)
体外循环引起血小板损伤的相关因素分析
池昊育1,2△(综述),刘志刚2,刘晓程1,2 ※(审校)
(1.中国医学科学院 北京协和医学院,北京 100730; 2.泰达国际心血管病医院心外科,天津 300457)
体外循环技术是现代心血管外科的重大突破,是心内直视手术必不可少的手段。随着该技术不断改善,体外循环带来的并发症逐渐减少,但体外循环后的非外科性出血仍是较常见的并发症,严重影响患者的预后,甚至造成患者死亡。造成体外循环后凝血障碍的因素包括外科创伤、血液稀释、体外循环管道内血液与非内皮表面的接触、血小板功能障碍、低温等,其中,血小板功能障碍被认为是体外循环心内直视手术后非外科性出血的主要原因[1]。体外循环造成血小板损伤的具体机制依然不明,对体外循环造成血小板损伤的因素与机制的探讨将有助于进行血小板保护,从而降低术后非外科性出血的发生率。近年来,许多学者对体外循环期间造成血小板损伤的因素进行了一系列的实验与临床研究,现综述如下。
1低温
全身中、浅低温和心脏局部深低温是心脏手术中心肌保护的基础方法。低温使机体的基础代谢率降低,机体氧耗量减少,故体外循环灌注量降低,不仅可减轻血细胞损伤,还能增加体外循环的安全性。Speziale等[2]报道,低温体外循环能在更大程度上引起血小板的激活和功能损伤:血小板表面P-选择素表达明显升高、血浆中可溶性P-选择素释放增加也更明显、血小板聚集功能降低,但不论是低温体外循环,还是常温体外循环,血小板数目均无明显改变。还有学者指出低温体外循环导致的血小板聚集功能损伤是部分可逆的,即复温后,血小板的聚集功能可部分恢复[3-4]。
关于低温对血小板聚集功能的影响,有学者持相反观点。Straub等[5]的体外实验显示,低温会诱导血小板聚集,在从中低温(25~30 ℃)到深低温(<20 ℃)范围内,温度变化与血小板的聚集程度呈负相关。低温对血小板聚集功能的影响有待进一步的实验研究。
Ranucci等[6]的试验证实,体外循环过程中应用低温与术后迟发性血小板减少症有关,并且温度越低,发生迟发性血小板减少症的机会就越大。发生这一现象的具体机制尚未阐明,可能与低温导致血小板在肝脏和脾脏内扣押有关[7],即低温情况下,血液流经肝脏与脾脏时,会将血小板“扣押”下来,导致外周循环中血小板数目降低,复温后,肝脏与脾脏的扣押作用消失,血小板重新进入外周循环。
2血液与气体接触
体外循环管道中存在血液与气体直接接触。国内学者认为,在体外循环转流中血液和气体直接接触会产生气泡与涡流,使血液有效成分破坏,膜式氧合器能消除血液和气体直接接触,使血液有形成分破坏减轻[8]。但El-Sabbagh等[9]的体外实验指出,血液与空气直接接触并不会导致血小板激活。Pohlmann等[10]的体外实验也发现,单独的负压吸引或气血接触并不会引起溶血,但是当这个两个因素结合时则会引起溶血。
3生物相容性
体外循环管道为人工材料,与血液的生物相容性低。血液和体外循环管道表面接触会导致血小板激活与消耗[11],激活的血小板形成微栓,静脉系统形成的微栓在回收过程中可被滤器过滤,而动脉系统形成的微栓则聚集在患者的微循环中,加重了微循环障碍和血小板消耗[8]。因此提高体外循环管道的生物相容性成为减少术后相关并发症的有效途径。研究指出,肝素涂层管道[12]对血小板有保护作用、磷酰胆碱涂层的氧合器能降低手术期间凝血酶的生成以及血小板的消耗[11],聚合-2-甲基丙烯酸涂层管道[13]对于血小板也有保护作用。
4剪切力
国外学者[10]将剪切力定义为血液流动时受到的机械作用力。Huang和Hellums[14]研究表明,剪切力大小与血小板损伤程度呈正比,且两者的相关性在低温下更显著。Boonstra等[15]认为采用心内吸引时,吸入空气的量与剪切力大小呈正比,与血小板的激活和术后非外科性失血呈正相关,并且证明防止空气吸入的可控性心内吸引装置能明显降低血小板激活和术后非外科性失血。Lau等[16]还证实在不停跳心脏搭桥时不使用心内吸引装置不仅不会增加术后输血要求,还会减轻术后的全身炎症反应,这也必然会减轻血小板损害。然而,El-Sabbagh等[9]发现,在600 mmHg (1 mmHg=0.133 kPa)负压的情况下吸引血液并不会激活血小板。滚轴泵挤压管道产生的剪切力会损伤血液成分,而离心泵不挤压管道,因此对血液的损伤更小,但是Kehara等[18]的实验证实,离心泵和滚轴泵对血小板功能的损害差异无统计学意义。
为了减少体外循环过程中的剪切力,应避免左心吸引负压过大。应用心内吸引时,把吸引器尖头置于血面下进行吸引,避免血液气体同时吸入。
5鱼精蛋白
肝素和鱼精蛋白结合形成的肝素-鱼精蛋白复合体有时可被硫酸酯酶分离,使鱼精蛋白用量增加,Ortmann等[4]的实验表明,在体内外实验中,鱼精蛋白中和肝素均能引起血小板聚集功能降低。McLaughlin和Dunning[18]指出,在鱼精蛋白与肝素的比例高于2.6时,鱼精蛋白能损害血小板功能、增加出血风险。Mochizuki等[19]则认为,鱼精蛋白与肝素的比例大于1.3∶1时,就会导致ADP诱发的血小板聚集功能降低。Khan等[20]认为造成血小板功能损害的鱼精蛋白和肝素比例大于2∶1。Gertler等[21]的实验也表明,应用鱼精蛋白中和肝素之后,血小板功能会降低,并且这一损害从1∶1的比例就开始了。Ortmann等[4]还指出,鱼精蛋白造成的血小板聚集功能损伤在患者到达ICU后的1~2 h内可恢复,故在临床工作中,对血小板功能的评价试验应该在体外循环停机后尚未应用鱼精蛋白之前进行,以避免鱼精蛋白造成的血小板聚集功能暂时性降低被误读为血小板功能障碍。Hofmann等[22]认为,应用个体化的肝素与鱼精蛋白管理方案,即以血液肝素浓度为标准而非激活全血凝固时间为标准来指导肝素与鱼精蛋白的应用(此时肝素的应用剂量会更高,而鱼精蛋白的应用剂量会更低),能保护血小板的功能。
6肝素
肝素用于体外循环期间的全身抗凝。关于肝素激活血小板以及诱导血小板不可逆聚集的机制,各研究有不同看法。对于血小板的激活, Gao等[23]认为,肝素是通过整合素αⅡbβ3介导的由外到内的信号通路来增强血小板对其激动剂的反应从而激活血小板的,并提出,可应用血小板膜糖蛋白Ⅱb/Ⅲa抑制剂来抑制非免疫性肝素诱导的血小板激活。对于血小板聚集功能的影响,Laga等[24]的试验表明,体外循环心脏手术中,应用肝素会导致血小板聚集功能降低;Gallandat等[25]的研究也证明,普通肝素会影响血小板聚集功能,其可能原因为肝素对血小板的不可逆激活,即肝素诱导血小板的释放反应以及随后的不可逆聚集,此时血小板不会再被激活发生释放反应和聚集反应。
7麻醉药物的使用
目前,研究认为静脉麻醉药丙泊酚会影响血小板功能。丙泊酚能抑制血小板的聚集功能[26]。Hirakata等[27]的体外实验证实,丙泊酚对血小板聚集功能的影响取决于丙泊酚的药物浓度:低浓度增强,高浓度抑制,并指出,不论浓度高低,丙泊酚均不会影响血小板的第一相聚集功能。另外一种对血小板功能有影响的静脉麻醉药物是硫贲妥钠,研究指出,不论体内外,硫贲妥钠均能使血小板的功能降低[28]。关于吸入麻醉药,Yuki 等[29]指出,异氟烷和七氟烷能损害血小板αⅡbβ3受体的活化,而该受体的活化对于血小板的活化和血凝块的稳定性来说是关键步骤,从而影响血小板的聚集功能和血凝块的稳定。
8体外循环机血液回输
Kongsgaard等[30]对体外循环机血液中的血小板进行研究发现,机血中大部分血小板由正常的圆盘状变为球形,并且缺少α-颗粒和致密体——这些物质的缺乏是血小板不可逆活化的标志。De Somer等[31]的实验表明,相比将回吸的血液丢弃,机血回输会引起明显的血小板激活。Lau等[16]指出,从心包腔内回吸的血液,其凝血因子激活、炎症反应标志物水平升高、血小板激活;这些血液回输后,机体血浆中补体C3、肿瘤坏死因子和白细胞介素6相比未行机血回输的对照组明显升高,这使机血回输不但不能降低血液丢失和术后输血需求,反而会增加微循环栓塞,使术后的全身炎症反应增强。因此,Lau等[16]认为,在冠状动脉旁路移植手术中,常规应用心包血液回吸是不必要的。
9血液稀释
体外循环中合理的血液稀释可以改善微循环灌注,减轻酸中毒和减少体外循环多种并发症,减少血制品用量[32]。龙村[33]认为,血液稀释的同时,也稀释了血液中的各种成分和血细胞,但只要能保持血小板>60×1012/L、其他凝血因子不低于正常的30%,就能保持正常的凝血功能。同时指出,血液稀释降低了细胞浓度,能避免血小板聚集产生微循环阻塞,减轻体外循环对血小板的激活与消耗。
10体外循环流转时间
研究表明,体外循环流转时间与出血倾向呈正相关[3,33]。此外,体外循环流转时间短时,血小板的功能得到增强,可能的机制为短时间的体外循环促进了血小板的激活,但体外循环时间的进一步延长会导致血小板的耗竭[3]。Bφnding Andreasen等[3]研究认为造成体外循环流转时间与出血倾向呈正相关的原因与体外循环造成血小板数目及功能下降有关。因此尽量缩短体外循环转流时间,是降低体外循环中血液破坏及术后非外科性出血发生率的重要措施。
11结语
体外循环造成血小板损伤的因素众多,目前,国内外学者围绕体外循环引起血小板损伤的因素做了大量实验研究,但对各种因素造成血小板损伤的分子水平机制还缺乏了解。目前对于血小板的保护措施主要包括药物对血小板的保护、制备富血小板血浆及自体血小板胶,但真正安全、有效且价格合理的药物还有待开发,而制备富血小板血浆以及自体血小板胶也未在临床广泛应用,体外循环造成的血小板损伤还不能有效预防。对于体外循环造成血小板损伤的相关因素和机制的进一步了解将有助于针对性地采取血小板保护措施,从而降低术后非外科性出血的发生率。
参考文献
[1]Reece MJ,Klein AA,Salviz EA,etal.Near-patient platelet function testing in patients undergoing coronary artery surgery:a pilot study[J].Anaesthesia,2011,66(2):97-103.
[2]Speziale G,Ferroni P,Ruvolo G,etal.Effect of normothermic versus hypothermic cardiopulmonary bypass on cytokine production and platelet function[J].J Cardiovasc Surg (Torino),2000,41(6):819-827.
[3]Bφnding Andreasen J,Hvas AM,Ravn HB.Marked changes in platelet count and function following pediatric congenital heart surgery[J].Paediatr Anaesth,2014,24(4):386-392.
[4]Ortmann E,Klein AA,Sharples LD,etal.Point-of-care assessment of hypothermia and protamine-induced platelet dysfunction with multiple electrode aggregometry (Multiplate(R)) in patients undergoing cardiopulmonary bypass[J].Anesth Analg,2013,116(3):533-540.
[5]Straub A,Breuer M,Wendel HP,etal.Critical temperature ranges of hypothermia-induced platelet activation:possible implications for cooling patients in cardiac surgery[J].Thromb Haemost,2007,97(4):608-616.
[6]Ranucci M,Carlucci C,Isgro G,etal.Hypothermic cardiopulmonary bypass as a determinant of late thrombocytopenia following cardiac operations in pediatric patients[J].Acta Anaesthesiol Scand,2009,53(8):1060-1067.
[7]Vella MA,Jenner C,Betteridge DJ,etal.Hypothermia-induced thrombocytopenia[J].J R Soc Med,1988,81(10):619.
[8]林琦,覃家锦,冯旭,等.P-选择素与体外循环关系的研究进展[J].微创医学,2009,4(2):165-167.
[9]El-Sabbagh AM,Toomasian CJ,Toomasian JM,etal.Effect of air exposure and suction on blood cell activation and hemolysis in an in vitro cardiotomy suction model[J].ASAIO J,2013,59(5):474-479.
[10]Pohlmann JR,Toomasian JM,Hampton CE,etal.The relationships between air exposure,negative pressure,and hemolysis[J].ASAIO J,2009,55(5):469-473.
[11]Pappalardo F,Della VP,Crescenzi G,etal.Phosphorylcholine coating may limit thrombin formation during high-risk cardiac surgery:a randomized controlled trial[J].Ann Thorac Surg,2006,81(3):886-891.
[12]Mahmood S,Bilal H,Zaman M,etal.Is a fully heparin-bonded cardiopulmonary bypass circuit superior to a standard cardiopulmonary bypass circuit[J].Interact Cardiovasc Thorac Surg,2012,14(4):406-414.
[13]Thiara AS,Mollnes TE,Videm V,etal.Biocompatibility and pathways of initial complement pathway activation with Phisio- and PMEA-coated cardiopulmonary bypass circuits during open-heart surgery[J].Perfusion,2011,26(2):107-114.
[14]Huang PY,Hellums JD.Aggregation and disaggregation kinetics of human blood platelets:Part Ⅱ.Shear-induced platelet aggregation[J].Biophys J,1993,65(1):344-353.
[15]Boonstra PW,van Imhoff GW,Eysman L,etal.Reduced platelet activation and improved hemostasis after controlled cardiotomy suction during clinical membrane oxygenator perfusions[J].J Thorac Cardiovasc Surg,1985,89(6):900-906.
[16]Lau K,Shah H,Kelleher A,etal.Coronary artery surgery:cardiotomy suction or cell salvage[J].J Cardiothorac Surg,2007,2:46.
[17]Kehara H,Takano T,Ohashi N,etal.Platelet function during cardiopulmonary bypass using multiple electrode aggregometry:comparison of centrifugal and roller pumps[J].Artif Organs,2014,38(11):924-930.
[18]McLaughlin KE,Dunning J.In patients post cardiac surgery do high doses of protamine cause increased bleeding[J].Interact Cardiovasc Thorac Surg,2003,2(4):424-426.
[19]Mochizuki T,Olson PJ,Szlam F,etal.Protamine reversal of heparin affects platelet aggregation and activated clotting time after cardiopulmonary bypass[J].Anesth Analg,1998,87(4):781-785.
[20]Khan NU,Wayne CK,Barker J,etal.The effects of protamine overdose on coagulation parameters as measured by the thrombelastograph[J].Eur J Anaesthesiol,2010,27(7):624-627.
[21]Gertler R,Wiesner G,Tassani-Prell P,etal.Are the point-of-care diagnostics MULTIPLATE and ROTEM valid in the setting of high concentrations of heparin and its reversal with protamine[J].J Cardiothorac Vasc Anesth,2011,25(6):981-986.
[22]Hofmann B,Bushnaq H,Kraus FB,etal.Immediate effects of individualized heparin and protamine management on hemostatic activation and platelet function in adult patients undergoing cardiac surgery with tranexamic acid antifibrinolytic therapy[J].Perfusion,2013,28(5):412-418.
[23]Gao C,Boylan B,Fang J,etal.Heparin promotes platelet responsiveness by potentiating alphaIIbbeta3-mediated outside-in signaling[J].Blood,2011,117(18):4946-4952.
[24]Laga S,Bollen H,Arnout J,etal.Heparin influences human platelet behavior in cardiac surgery with or without cardiopulmonary bypass[J].Artif Organs,2005,29(7):541-546.
[25]Gallandat HRC,de Vries AJ,Cernak V,etal.Platelet function in stored heparinised autologous blood is not superior to in patient platelet function during routine cardiopulmonary bypass[J].PLoS One,2012,7(3):e33686.
[26]Vasileiou I,Xanthos T,Koudouna E,etal.Propofol:a review of its non-anaesthetic effects[J].Eur J Pharmacol,2009,605(1/3):1-8.
[27]Hirakata H,Nakamura K,Yokubol B,etal.Propofol has both enhancing and suppressing effects on human platelet aggregation in vitro[J].Anesthesiology,1999,91(5):1361-1369.
[28]Dordoni PL,Frassanito L,Bruno MF,etal.In vivo and in vitro effects of different anaesthetics on platelet function[J].Br J Haematol,2004,125(1):79-82.
[29]Yuki K,Bu W,Shimaoka M,etal.Volatile anesthetics,not intravenous anesthetic propofol bind to and attenuate the activation of platelet receptor integrin αⅡβ3[J].PLoS One,2013,8(4):e60415.
[30]Kongsgaard UE,Hovig T,Brosstad F,etal.Platelets in shed mediastinal blood used for postoperative autotransfusion[J].Acta Anaesthesiol Scand,1993,37(3):265-268.
[31]De Somer F,Van Belleghem Y,Caes F,etal.Tissue factor as the main activator of the coagulation system during cardiopulmonary bypass[J].J Thorac Cardiovasc Surg,2002,123(5):951-958.
[32]龙村.体外循环学[M].北京:人民军医出版社,2004:393-395.
[33]Hayashi T,Sakurai Y,Fukuda K,etal.Correlations between global clotting function tests,duration of operation,and postoperative chest tube drainage in pediatric cardiac surgery[J].Paediatr Anaesth,2011,21(8):865-871.
摘要:体外循环是心内直视手术重要的辅助手段,非外科性出血是体外循环心内直视手术后的常见并发症,可危及患者生命。体外循环造成的血小板功能损伤被认为是体外循环心内直视手术后非外科性出血的主要原因。体外循环引起血小板损伤的因素主要包括低温、血液与气体接触、生物相容性、剪切力、鱼精蛋白、肝素、麻醉药物的使用、机血回输、血液稀释、体外循环流转时间等。
关键词:血小板损伤;体外循环;非外科性出血
The Factors Affecting Platelet Function during Cardiopulmonary BypassCHIHao-yu1,2,LIUZhi-gang2,LIUXiao-cheng1,2.(1.ChineseAcademyofMedicalSciences&PekingUnionMedicalCollege,Beijing100730,China;2.DepartmentofCardiacSurgery,TEDAInternationalCardiovascularHospital,Tianjin300457,China)
Abstract:Cardiopulmonary bypass(CPB) is important to support the circulation during cardiac surgery.Postoperative nonsurgical bleeding of patients undergoing cardiac surgery with CPB is a common complication,which sometimes endangers patient′s life.Platelet dysfunction is considered to be one of the main contributors to nonsurgical bleeding after CPB.Contributing factors to platelet dysfunction during CPB include hypothermia,blood-air interaction,biocompatibility,shear stress,protamine,heparin,anaesthetic,hemodilution,duration of operation and shed blood retransfusion.
Key words:Platelet dysfunction; Cardiopulmonary bypass; Nonsurgical bleeding
收稿日期:2014-10-14修回日期:2014-12-27编辑:相丹峰
doi:10.3969/j.issn.1006-2084.2015.15.032
中图分类号:R54
文献标识码:A
文章编号:1006-2084(2015)15-2775-03