体外循环心内直视术后患者脑红蛋白和S-100β蛋白浓度的变化

缪剑霞，王良荣，赵喜越，林丽娜（温州医科大学附属第一医院 麻醉科，浙江 温州 325015）



体外循环心内直视术后患者脑红蛋白和S-100β蛋白浓度的变化

缪剑霞，王良荣，赵喜越，林丽娜
（温州医科大学附属第一医院 麻醉科，浙江 温州 325015）

[摘 要]目的：评价体外循环（CPB）下冠脉搭桥术后患者脑红蛋白（NGB）和S-100β蛋白浓度的变化。方法：选择择期CPB下行冠脉搭桥手术患者40例，术前ASA分级和NYHA分级均为Ⅱ～Ⅲ级，简明精神状态量表（MMSE）评分≥26分。分别于麻醉诱导后（T0）、复温至36 ℃（T1）、停CPB后1 h（T2）、6 h（T3）和24 h（T4）采集颈静脉窦血3 mL，采用ELISA法测定血浆NGB和S-100β蛋白浓度；术前1 d及术后3 d测定MMSE评分。结果：与T0时比较，T2～T4时患者血浆NGB和S-100β蛋白浓度明显升高（P＜0.05），并在T3时点达到高峰；术后3 d MMSE评分低于术前（P＜0.05）。结论：CPB下冠脉搭桥术后患者存在认知功能障碍。血浆NGB和S-100β蛋白浓度升高可能成为早期预测心脏术后脑损伤的指标。

[关键词]心肺转流术；脑红蛋白；S-100β蛋白；脑损伤

Changes of plasma neuroglobin and S-100β protein concentration in patients undergone coronary arterybypass grafting surgery under cardiopulmonary bypass

随着心脏外科手术水平的提高，麻醉及体外循环（cardiopulmonary bypass，CPB）技术的快速发展，心脏手术术后的并发症发生率大大降低，然而心脏手术后无明显临床表现的亚临床或微小脑损伤的发生率仍高达79%[1]，导致患者住院时间延长、相关并发症增加，严重影响患者生活质量。因此，CPB心内直视术后脑损伤的早期诊断和治疗有着重要的临床意义。2000年，德国学者Burmester等[2]首次报道了脑红蛋白（neuroglobin，NGB）。NGB是一种具有高度亲和力的新型携氧球蛋白，与其他的脑特异性蛋白不同的是，NGB定位于脑神经元的胞浆中[3]，可特异性地在低氧状态下促进氧气向线粒体弥散，提高氧的利用率[4]，因此NGB可能与缺血低氧性脑损伤有着密切的关系。CPB过程伴随着脑组织缺血、低氧[5]，但CPB下冠脉搭桥术后患者NGB浓度的变化情况尚不明确。本研究评价CPB下冠脉搭桥术后患者NGB和S-100β蛋白浓度的变化，以期为心脏手术后患者脑功能评估提供参考。

1　资料和方法

1.1一般资料 选择择期CPB下行冠脉搭桥手术患者40例，年龄（55±10）岁，体质量指数（BMI）（22.1± 2.5）kg/m2，美国麻醉医师协会（ASA）分级和纽约心脏病协会（NYHA）分级均为II或III级，简明精神状态量表（mini-mental state examination，MMSE）评分≥26分，术前左室射血分数≥50%，心胸比＜0.7，血流动力学稳定，无心脏手术史，无肝、肾、肺功能明显异常。本研究已获本院医学伦理委员会批准，并与患者签署知情同意书。

1.2方法 入手术室前30 min常规肌肉注射吗啡10 mg。患者入室后，常规面罩给氧，监测心电图、血氧饱和度和血压，开放外周静脉通道。局麻下左侧桡动脉穿刺置管，行有创平均动脉压监测。全麻诱导：静脉依次注射咪达唑仑0.2～0.5 mg/kg、舒芬太尼0.6～1.0 μg/kg和依托咪酯0.4～0.7 mg/kg。待患者睫毛反射消失后静脉注射罗库溴铵0.6 μg/ kg行麻醉插管机械通气，潮气量8～10 mL/kg，通气频率每分钟10～15 次，吸入氧浓度60%，维持呼气末二氧化碳分压在30～35 mmHg。麻醉诱导平稳后，行经右锁骨下静脉置管监测中心静脉压（CVP），并用小儿单腔深静脉导管，在超声引导下经右颈内静脉逆行穿刺至颈内静脉球部备采血样。术中以七氟醚1%～3%、异丙酚1～2 mg/（kg・h）维持麻醉，使脑电双频谱指数（BIS）值维持在40～50，酌情使用血管活性药以维持血压和心率平稳。

CPB采用德国Stockert-III型体外循环机和Maquet膜式氧合器，非搏动血流灌注，灌注流量2.0～2.6 L/（min・m2），转流中维持平均动脉压50～80 mmHg。心脏停搏采用主动脉根部灌注高钾停搏液，心包置冰以保护心肌。CPB期间用α稳态处理酸碱血气状态，维持pH值7.35～7.45，PaC0235～45 mmHg，红细胞压积21%～27%。血流降温至鼻咽温31～33 ℃，复温速度0.2～0.5 ℃/min。

1.3观察指标与检测方法 于术前及术后3 d进行MMSE评分，记录术后认知功能障碍（post-operative cognitive disfunction，POCD）的发生情况（每例患者术后MMSE评分与术前MMSE评分比较≥1个标准差时，即认为发生POCD）。分别于麻醉诱导后（T0）、复温至36 ℃（T1）、停CPB后1 h（T2）、6 h（T3）及24 h（T4），采集颈内静脉球部血液标本约3 mL，用4 000 r/min离心10 min，分离出血浆，置于-70 ℃冰箱保存，采用ELISA法测定血浆NGB和S-100β蛋白浓度（试剂盒购于上海骞亿科技有限公司）。

1.4统计学处理方法 采用SPSS16.0统计学软件。计量资料以±s表示，组内比较采用重复测量设计的方差分析。P＜0.05为差异有统计学意义。

2　结果

2.1不同时点血浆NGB和S-100β蛋白浓度的变化

与T0时比较，T2时患者血浆NGB和S-100β蛋白浓度明显升高（P＜0.05），并在T3时点达到高峰，T4时血浆NGB和S-100β蛋白浓度稍有下降，但仍高于T0时（P＜0.05），见表1。

表1　不同时点血浆NGB和S-100β蛋白浓度的变化（n=40，±s，ng/mL）

2.2MMSE评分变化和POCD发生率 患者术前1 d MMSE评分为（28.3±2.15）分，术后3 d MMSE评分为（23.3±1.33）分，术后3 d与术前比较显著降低（P ＜0.05）。术后POCD发生率为75%。

3　讨论

S-100β蛋白由Moore于1965年在牛脑组织中发现，主要存在于星状胶质细胞和雪旺细胞中。正常成人由星状胶质细胞产生少量S-100β蛋白，其难以通过血脑屏障，血中浓度极低[6]。当脑损伤后，血脑屏障破坏，通透性增加，血浆中S-100β蛋白浓度显著升高。S-100β蛋白浓度的变化与临床症状和体征密切相关，对颅脑损伤有高度的敏感性和特异性，且不受溶血、低温和肝素的影响，是反映CPB心脏手术患者脑损伤及其程度的可靠生化指标[7]。有研究[8]发现，颅脑损伤患者在出现影像学改变之前，已可检测到血浆S-100β蛋白浓度的变化，可作为早期判断颅脑损伤的指标之一。

NGB是机体内除血红蛋白、肌红蛋白外的另一种携氧球蛋白，和氧气有高结合率和低解离率，且NGB能够可逆地结合氧，结合氧的能力和肌红蛋白相似，但高于血红蛋白的携氧能力。这样，即使血氧浓度较低，与氧具有很高亲和力的NGB将十分有利于转运氧通过血脑屏障，提高高耗氧的脑组织中氧的利用率。Burmester等[2]研究发现，不同脑区NGB的含量不同，这与不同脑区对低氧的敏感性不同是一致的。例如缺血导致大脑皮层达到最大损伤一半的时间是19.1 min，在海马仅为12.7 min，而海马的NGB含量不到皮层的1/4，说明NGB含量越低，对低氧的耐受性越差，提示NGB在脑对低氧的适应性保护过程中起重要作用。沙鼠全脑缺血再灌注模型中检测脑和血清中NGB蛋白动态表达情况，血清中NGB的浓度升高要明显早于对低氧最敏感的海马区的形态改变，认为检测NGB外周血清学变化水平可以早期预测缺血性脑损伤的发生，并在一定程度上反映出神经元损伤和修复的情况[9]。

低温CPB下虽然耗氧和耗能减少，但CPB期间仍存在脑供氧不足或低氧耐受不足[10]，尤其是降温和复温过程中，组织最易低氧，线粒体等细胞器对低氧非常敏感[11]。本研究发现，血浆NGB和S-100β蛋白浓度在停CPB 1 h后逐步升高，并在6 h时达到峰值，此后24 h虽有下降，但仍高于基础值。MMSE简单易行，是评估认知功能的方法，本研究发现，与术前比较，术后患者MMSE评分显著降低，POCD有较高的发生率（达75%）。这一结果提示，尽管我们采取低温或药物等脑保护措施，CPB期间仍存在一定程度的脑损伤，术后产生认知功能障碍。邹小明等[12]研究了犬深低温停循环下NGB mRNA的表达，发现深低温停循环时间越长，NGB mRNA在复温再灌注45 min内表达越高，说明在深低温停循环过程中，即使通过降温，降低了脑皮质的代谢，但仍存在低氧而诱导了NGB的表达。但血浆中NGB浓度的变化与体外循环术后脑功能的临床评估和监测的相关性仍需要进一步研究。

综上所述，CPB下冠脉搭桥术后患者血浆NGB和S-100β蛋白水平升高，可作为早期预测脑损伤的指标。

参考文献：

[1]景桂霞,郑兰兰.远程缺血预适应对体外循环心脏瓣膜置换术患者脑损伤的保护作用[J].西安交通大学学报(医学版),2011,32(4):473-476.

[2]BURMESTER T,WEICH B,REINHARDT S,et al.A vertebrate globin expressed in the brain[J].Nature,2000,407 (6803):520-523.

[3]ZHANG C,WANG C,DENG M,et al.Full-length cDNA cloning of human neuroglobin and tissue expression of rat neuroglobin[J].Biochem Biophys Res Commun,2002,290(5):1411-1419.

[4]LIU J,YU Z,GUO S,et al.Efects of neuroglobin overexpression on mitochondrial function and oxidative stress following hypoxia/reoxygenation in cultured neurons[J].J Neurosci Res,2009,87(1):164-170.

[5]VALLONE B,NIENHAUS K,BRUNORI M,et al.The structure of murine neuroglobin:Novel pathways for ligand migration and binding[J].Proteins,2004,56(1):85-92.

[6]ITO K,MIZUTANI A,KIRA S,et al.Effect of ulinastatin,a human urinary trypsion inhibitor,on the oleic acid-induced acute ung injury in rats via the inhibition of activated leukocytes[J].Injury,2005,36(3):387-394.

[7]QZATIK M A,TARCAN O,KALE A,et al.Do S-100β protein level increases due to inflammation during cardiopulmonary bypass occur without any neurological deficit[J].Perfusion,2002,17(5):335-338.

[8]DODD-O J M,WELSH L E,SALAZAR J D,et al.Effect of bronchial artery bloodfl ow on cardiopulmonary bypassinduced lung injury[J].Am J Physiol Heart Cire Physiol,2004,286 (2):H693-700.

[9]SHANG A,ZHOU D,WANG L,et al.Increased neuroglobin levels in the cerebral cortex and serum after ischemiareperfusion insults[J].Brain Res,2006,1078(1):219-226.

[10]毛晓茹.体外循环下低温对心脏手术患者大脑状态指数影响[J].中华实用诊断与治疗杂志,2010,24(9):930-931.

[11]董斌,徐英辉,罗其中,等.猪深低温停循环长程时间窗脑保护机制研究[J].中华神经外科杂志,2004,20(6):467-470.

[12]邹小明,茹江江,高勇,等.深低温停循环不同时间点脑红蛋白mRNA的表达[J].中华胸心血管外科杂志,2008,24 (5):334-336.

（本文编辑：丁敏娇）

·临 床 经 验·

MIAO Jianxia,WANG Liangrong,ZHAO Xiyue,LIN Lina.Department of Anesthesiology,the First Affi liated Hospital of Wenzhou Medical University,Wenzhou,325015

Abstract:Objective:To investigate the changes of plasma neuroglobin and S-100β protein concentrations in patients undergone coronary artery bypass grafting surgery under cardiopulmonary bypass (CPB).Methods:Forty patients,American Association of Anesthesiologists (ASA) and New York Heart Association (NYHA) status II or III,the Mini-Mental State Examination (MMSE,range 0～30) score≥26,undergoing coronary artery bypass grafting surgery with CPB were enrolled.Blood samples were collected immediately at anesthesia induction (T0),CPB re-warming to 36 ℃ (T1) and 1 h (T2),6 h (T3) and 24 h (T4) after CPB,plasmas were obtained for further determination of neuroglobin and S-100β protein concentration.MMSE were measured preoperatively and three days after operation.Results:Compared with values in T0,the plasma concentrations of neuroglobin and S-100β protein was signifi cantly increased at T2-T4 (P＜0.05),with peaking at T3.MMSE scoring at 3 d after operation was lower than preoperative baseline (P＜0.05).Conclusion:Cognitive function is impaired and the plasma neuroglobin and S-100β protein levels are increased in patients undergone coronary artery bypass grafting surgery under CPB,these two can be considered as indicators of cerebral injury after cardiopulmonary bypass.

Key words:cardiopulmonary bypass; neuroglobin; S-100β protein; brain injury

作者简介：缪剑霞（1979-），女，福建福鼎人，主治医师。

基金项目：温州市科技局科研基金资助项目（Y20140539）。

收稿日期：2015-07-25

[中图分类号]R654.1

[文献标志码]B

DOI:10.3969/j.issn.2095-9400.2016.01.012