体外膜肺氧合中血液异物界面作用对凝血的影响与对策

王瑜亮，王琦(综述)，张杨杨(审校)

1．南京医科大学公共卫生学院卫生检验与检疫系，南京211100; 2．南京医科大学第四临床医学院，南京211100; 3．同济大学附属东方医院心脏大血管外科，上海200120

体外膜肺氧合中血液异物界面作用对凝血的影响与对策

王瑜亮1，王琦2(综述)，张杨杨3(审校)

1．南京医科大学公共卫生学院卫生检验与检疫系，南京211100; 2．南京医科大学第四临床医学院，南京211100; 3．同济大学附属东方医院心脏大血管外科，上海200120

体外膜肺氧合(extracorporealmembrane oxygenation，ECMO)是一种可持久的体外气体交换和循环支持技术，广泛应用于各类重症患者的心肺支持治疗。ECMO应用中血液异物界面作用引起血浆蛋白吸附接触材料表面，激活凝血途径，造成凝血功能异常，引起出血、栓塞等并发症。全身使用抗凝药物，接触材料表面抗吸附涂层、抗凝药物释放涂层等方法部分缓解和解决了血液异物界面作用。新理念的提出和新技术的应用将进一步解决血液异物界面作用，提高ECMO的治疗效果。

体外膜肺氧合;血液异物界面作用;凝血

体外膜肺氧合(extracorporeal membrane oxygenation，ECMO)相对于心肺转流(cardiopulmonary bypass，CPB)，是一种可持久的针对常规药物治疗无效的呼吸和/或循环功能不全的体外气体交换和循环支持技术。它暂时替代了全部或部分患者心肺功能，使心肺得到充分的休息，为心肺功能的恢复赢得时间。虽然接受ECMO治疗的患者目前存活率还是较低［1］，但随着技术的进步和适应证的规范化，ECMO治疗的存活率将会逐步提高。但ECMO治疗中，因血液异物界面作用造成的一系列问题仍然制约着ECMO的疗效，尤其是凝血和出血问题较为突出。血液异物界面作用是指在CPB、ECMO等过程中，血液与非血管内皮细胞表面如生物材料、气体、基底膜、体细胞膜、间质基质等接触，可促进血栓形成，并引发一系列不同程度的机体防御反应，导致不同程度的凝血系统功能紊乱。

1 接触与接触反应

当血液接触材料表面时，血浆蛋白会吸附到材料表面，形成蛋白质分子层。这与接触材料表面的理化性质有关，与血浆蛋白的相对含量无关［2］。多糖－蛋白质复合物修饰的材料表面可有效降低多种血浆蛋白的吸附作用［3］，聚氧化乙烯－聚环氧丙烷－聚氧化乙烯的三层纳米结构也能降低蛋白质的吸附作用［4］。接触材料的化学物质种类、表面电性、水合性和表面张力都会影响血浆蛋白的吸附作用，由于接触材料表面一般为带正电的聚合物，而凝血因子有带负电的区域(比如γ羧基谷氨酸结构域，γ－carboxyglutamate(Gla)domains)，造成凝血因子与接触材料表面吸附［5］。因此可以通过直接测量与微量重组凝血因子结合力的指标来筛选合适的接触材料，而不需要进行血浆蛋白的逐一筛选。此外，血小板聚集也是启动接触反应的重要因素之一。血小板在管道和泵中会受到剪切力影响，剪切力越高，血小板聚集越多。血液与材料表面接触引发的炎症反应也会影响血小板和凝血因子与材料表面的接触［6-7］，这些因素增加了血液接触反应的复杂程度。在血液接触材料表面后，蛋白质构象发生改变，暴露出特定的氨基酸残基，其作为信号被特定的受体识别激活凝血途径。蛋白质构象也会随着材料表面的不同而改变［8-9］。相比较而言，血管内皮细胞抗凝血作用则是通过特定受体，在细胞信号调控的作用下，特异性结合蛋白，而不激活凝血途径。材料表面的特性不同，但最终都可激活凝血途径。通过对材料表面进行理化修饰来增加其抗血栓能力，同时辅以药物进行抗血栓治疗，以期降低、消除接触反应。

2 激活凝血途径

凝血因子Ⅻ、前激肽(prekallikrein，PK)、高分子激肽原(high molecular weight kininogen，HMWK)和C1抑制物(C1-inhibitor，C1－INH)在凝血起始途径中起到主要作用。凝血因子Ⅻ与带负电的材料表面结合，激活因子Ⅺ，同时，凝血因子Ⅻ也可通过接触材料表面发生构象变化，并通过正反馈放大效应达到自身激活，作用于PK和因子Ⅺ，使之转化为缓激肽和因子Ⅺa启动内源性凝血途径［10］。在ECMO过程中，因为没有大的创面，外源性凝血激活作用较弱，还是以内源性凝血途径起主要作用。

3 机体调节干预措施

3．1 抑制物

血浆中存在一定量的蛋白酶抑制物，调控丝氨酸蛋白酶，控制凝血途径。如α1蛋白酶抑制物，α2巨球蛋白，肝素辅因子Ⅱ及抗凝血酶Ⅲ(AntithrombinⅢ，AT-Ⅲ)。AT-Ⅲ与肝素结合后，抗凝作用增强2 000倍，可有效中和因子Ⅹa和凝血酶，还可抑制Ⅸa、Ⅹa和Ⅺa。生理情况下血浆中几乎不含肝素，AT-Ⅲ作用缓慢，这些抑制物相比较于ECMO过程中血液异物界面作用带来的促凝血效果要微弱得多，并不能有效防止血栓的形成。

3．2 纤维蛋白溶解

纤溶过程包括酶原向酶的转化及正负反馈。纤溶酶原受凝血酶、Ⅻa、激肽释放酶等物质的激活作用裂解为纤溶酶，促使纤维蛋白裂解，产生的D-二聚体是纤维蛋白溶解的标志物。凝血酶原裂解片段，D-二聚体和纤维蛋白肽链A在CPB过程中浓度增加，表明纤维蛋白一直在形成和溶解，所以存在病理性凝血消耗［11-12］。此外，纤溶酶还可降解凝血因子，造成患者更加容易出血。

4 并发症

4．1 出血

血液在非内皮细胞表面流动，ECMO过程中患者存在消耗性凝血障碍。可溶性凝血因子缺乏是应用ECMO的患者出血的常见原因。Zieger［13］报道了19例接受ECMO治疗的患者，其中有13例在ECMO治疗前就存在两种以上可溶性凝血因子缺乏，这13例中有10例患者无法用替代治疗纠正。颅内出血(intracranial hemorrhage，ICH)是ECMO相关严重并发症之一，很大程度上影响到ECMO治疗的连续性，也是ECMO治疗患者的主要死亡原因之一。一些治疗中心在ECMO预充液中加入新鲜冰冻血浆(fresh frozen plasma，FFP)并在ECMO治疗过程中进行适当补充，以期增加可溶性凝血因子。这种方法对于因ECMO造成的凝血功能紊乱来说只是暂时的措施，因为即使是补充，也不能解决由于ECMO本身和肝素应用造成的凝血因子消耗的问题。

4．2 栓塞

ECMO过程中栓子的来源主要是空气、纤维蛋白、血小板聚集物，血液和血液制品中的微栓等。气栓主要在气压较低部位产生，管道上的小孔、破碎的接头、活塞关闭不全及插管结扎不紧、膜撕裂或膜气相一侧压力过大都可导致空气进入。空气栓塞因为氮气溶解度较低的缘故，一旦发生，后果严重［14］。库血过滤之后依然存在血小板等微栓，标准滤器是170μm的微孔，不能去除大部分栓子，可采用滤过孔径更小的滤器或者超滤的方式去除微栓。由于ECMO运行时血液活化凝血时间(activated cloting time，ACT)需维持在180～200 s，滤器不用在流出道上，在湍流、低流速、接头缝隙部位和管道狭窄处均可产生血栓［15-16］。在ECMO应用中，患者肺脏可以起到过滤栓子的作用，消除一部分气栓造成的损伤［17］。所以当肺功能不全为主时，尽量选择邻近肺静脉或者肺动脉处置放ECMO导管，这样即使不慎进入大量气泡，肺脏也能够起到过滤作用。另外降低气泡的表面张力，加大局部的血压，对气泡产生的不良影响也可能达到一定的缓冲目的。

5 抗凝

目前ECMO和CPB中应用最广泛的抗凝药物依旧是肝素(heparin)，其优点是可以被鱼精蛋白和血小板Ⅳ因子迅速中和，价格便宜［18］。缺点是只能抑制可溶性的凝血酶，不能抑制已经与纤维蛋白结合的凝血酶。在ECMO应用时，使用肝素、低分子肝素或者类似肝素物质抗凝时，凝血酶的生成并没有得到有效的抑制［19-21］，所以对于与纤维蛋白结合的凝血酶，需要研发特定的药物可逆的与其结合，使之暂时丧失活性。肝素增加了血小板的敏感性，是因子Ⅻ的激动剂，激活了补体和免疫细胞，从而造成炎症反应［22-24］。肝素诱导的血小板减少综合征(heparin-induced thrombocytopenia，HIT)和血栓形成发生率很低，但是一旦发生后果严重。肝素并不是最理想的ECMO抗凝剂。目前还有一些肝素替代物可以选用，阿加曲班(Argatroban)是一种强效可逆的凝血酶抑制剂，其半衰期较短(15～120 min)［25］，但缺点是达到有效抗凝需要时间较长(1～3 h)。另一种是重组水蛭素，能不可逆地结合游离态和结合态的凝血酶，但肾功能不全者慎用［26］。在研发抗凝药物的时候，既要从可逆结合，又要从不可逆结合以及半衰期等多个方面进行考虑。

6 接触材料表面的干预

内皮细胞通过调节抗凝物质和促凝物质的比例从而维持血液的液态。然而内皮细胞功能目前难以用人工材料模仿。为减少血栓生成，目前已在材料表面修饰上取得了一定的成果。

氨基己酸(6-aminocaproic acid，EACA)的应用减少了ECMO治疗中的出血风险，尤其是降低了ECMO相关ICH的风险。仅有17%的ECMO应用患儿有Ⅲ级以上ICH［27-28］。甲磺酸萘莫司他(nafamostatamesilate)也是一种广谱丝氨酸蛋白酶抑制剂，可抑制CPB中起始途径蛋白酶的激活［29］。Lim［30］报道甲磺酸萘莫司他可减少D-二聚体，抑制血小板激活和凝血酶的生成，在ECMO应用中有抗凝血的作用。使用甲磺酸萘莫司他抗凝的患者中仅有28%的患者出现术后纵隔出血，相比使用肝素抗凝的发生率(40．5%)，显著降低［31］。在离体试验中，研究者发现加入一氧化氮(NO)可以减少血小板的黏附和激活，血小板处于可逆的“麻醉状态”。NO半衰期很短，血红蛋白可迅速将其灭活［32-34］。NO在家兔静脉－静脉模式ECMO下已成功应用。MAHMA NO是一种一醇二氮烯翁化合物(Z-1-［N-methyl1-N［6-(N-methylammoniohexyl)amino］］diazen-1-ium-1，2-diolate)，可结合在材料表面。当与水蒸气接触时可释放NO，能显著减少血小板消耗。这是目前认为最有应用前途的通过覆膜材料可控释放NO“麻醉”血小板的方式之一。NO在减少血小板消耗的同时可以通过cGMP途径舒张血管，尤其是肺毛细血管，有效降低肺循环阻力。这种利用NO作为覆膜材料应用ECMO的方式，对于肺动脉高压患者降低肺循环阻力有一定的效果［35］。另外在接触反应过程中材料表面吸附的蛋白质并非静止不变而是不断发生构象变化。开发能够干预材料表面吸附的血浆蛋白构象的生物材料，将达到更好的抗凝效果。随着纳米技术和微型自动化控制系统的发展，在抗凝方面，不仅可以通过材料本身达到“静态”抗凝，还可以通过对材料表面进行改造，通过反馈耦联药物释放系统，实现“动态”抗凝。这种方案更加接近血管内皮细胞凝抗机制，具有较好的应用前景。

7 总结与展望

以ECMO技术为代表的通过血液异物界面作用进行气体以及其他物质交换和循环辅助的治疗方式存在较大的血液异物界面作用风险。不仅包括促－抗凝血方向，还有炎症反应、感染、酸碱平衡失调、水和电解质紊乱等方面。血管内皮细胞起到良好的促－抗凝血调节作用。ECMO促－抗凝血方面的改进有两个思路:第一种是保持血液异物界面作用方式，对接触材料表面进行修饰，辅助以药物干预。尽量模仿血管内皮细胞的功能。第二种是不出现血液异物界面作用方式的气体交换和循环辅助，透过血管或者毛细血管壁进行气体交换和置于心外膜的自动心脏收缩装置进行循环辅助。

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Effect and treatment of blood-material-interface interaction during extracorporealmembrane oxygenation

WANG Yuliang1，WANG Qi2，ZHANG Yangyang3
1．Department of Hygiene Analysis and Detection，School of Public Health，Nanjing Medical University，Nanjing 211100，China; 2．The Fourth School of Clinical Medicine，Nanjing Medical University，Nanjing 211100，China; 3．Department of Cardiovascular Surgery，East Hospital Affiliated to Tongji University，Shanghai200102，China

Extracorporeal membrane oxygenation(ECMO)is a sustainable technique with gas exchange and circulation support．It is extensively used in patientswho are so severe thatneed cardiopulmonary support．Blood-materialinterface interaction(BM II)during ECMO initiates adsorption between plasma proteins and material surface，activates blood coagulation pathway，and leads to coagulopathy and complications such as bleeding and thrombosis．Systematic application of anticoagulant drugs，anti-fouling coating on material surface，and anti-clotting drug release coating can partially relieve and solve the problem of BM II．Raising new concepts and developing new techniques will help reduce BM IIand improve the therapentic effects of ECMO．

Extracorporealmembrane oxygenation;Blood-material-interface interaction;Coagulation

R654．1

A

2095-378X(2017)02-0113-05

10．3969/j．issn．2095-378X．2017．02．013

2017－04－03)

《临床儿科杂志》征订启事

江苏省“六大人才高峰”项目(2015WSW－019)

王瑜亮(1995—)，男，南京医科大学公共卫生学院2014级本科在读

张杨杨，电子信箱:zhangyangyang_wy@vip．sina．com

《临床儿科杂志》创刊于1983年，由上海市儿科医学研究所及上海交通大学医学院附属新华医院主办，编委会由近200名全国各地的著名儿科专家、教授组成。本刊遵循面向临床、面向基层、普及与提高相结合的办刊宗旨，反映儿科领域学术水平和发展动向。主要读者为二、三级医院的医务人员。每期除设1个系统疾病专栏(包括呼吸、消化、神经、血液、心血管、肾脏、免疫、遗传、代谢、内分泌等系统)外，另设综合报道、实验研究、文献综述、临床经验点滴、继续医学教育讲座等栏目。本刊自20世纪90年代起连续被评为临床医学类及生物医学类核心期刊，2000年起被纳入国家科学技术部中国科技论文统计源期刊，且成为中国科学引文数据库来源期刊，并被国际著名检索机构美国《化学文摘》、波兰《哥白尼索引》收录。

本刊为月刊，每月15日出版，公开发行，每期定价15．00元，全年定价180．00元。国内报刊邮发代号: 4－426，国外发行代号M 5788。编辑部地址:上海市杨浦区控江路1665号;邮编:200092;电话:(021) 25076489;网址:http://www．jcp－sh．org．cn。