婴幼儿围心脏手术期铁调素变化及其意义

刘喜旺，应力阳，杨丽君，叶莉芬，林 茹，舒 强，俞建根

心肺转流（cardiopulmonary bypass，CPB）下心内直视手术矫治心脏畸形是目前治疗先天性心脏病（congenital heart disease，CHD）的主要方法。 随着手术趋向于小年龄、低体质量、复杂化的方向发展，需要早期手术治疗的婴幼儿（＜3岁）因其基础疾病往往比较复杂，CPB时间相对较长，加之其器官组织发育尚未完善、功能储备低下，导致术后恢复时间相对较长。确定影响患儿术后恢复的早期预警指标将有利于临床医师对其采取及时有效预防和治疗措施，有利于改善患儿预后及医疗资源的合理利用［1］。

铁调素是哺乳动物体内表达的一种富含半胱氨酸的阳离子肽，属于急性期反应蛋白，系天然免疫中的重要效应分子，具有广谱抗菌活性，同时在维持机体铁代谢平衡中起着关键作用，最新研究显示其在调节体内炎症反应中也具有重要作用［2-3］。炎症、感染和体内高铁水平状态等刺激能显著促进体内铁调素的合成和释放［2，4］。在接受CPB下心脏手术的成人中，围术期体内铁调素的水平与患者术前贫血程度和术后肾功能损伤的发生密切相关，是决定临床预后的重要因素［5-6］，然而，其在CPB围术期不同时间点的确切作用尚不明确［6-7］。研究显示，铁调素在儿童体内的表达水平不同于成人［8］。然而，目前国内外尚未见关于CPB围术期儿童体内铁调素变化情况的报道。本研究拟通过观察CPB对儿童体内铁调素水平的影响，并对其临床意义进行初步探讨。

1 资料与方法

1.1 研究对象 将2017年1月在CPB下行心内畸形矫治术的CHD婴幼儿纳入本研究。纳入的患儿术前病情至少稳定2周。排除标准：早产儿、年龄大于3岁、术前有明显肺部炎症、肝肾功能异常、存在免疫缺陷疾病或正在使用免疫抑制剂、术后出现低心排血量综合征和拒绝参与本研究的患儿。所有患儿均接受解剖性根治手术。

1.2 研究方法

1.2.1 围术期管理及CPB方法 患儿均在手术室行气管插管。氯胺酮或咪达唑仑诱导麻醉，异氟烷和芬太尼维持麻醉，神经肌肉阻滞使用维库溴铵。手术期间对患儿常规进行血流动力学、呼吸参数和动脉血气监测。CPB采用STOCKERTⅢ型人工心肺机（Stockert Instrumente；德国 Munich公司），膜式氧合器（＜8 kg采用Dideco 901；＞8 kg采用Medtronic pixie）。主动脉插管前，375 U／kg肝素肝素化，监测活化凝血时间（activated coagulation time，ACT），维持ACT 450 s。预充液使用乳酸林格液，胶体液（20%白蛋白 50 ml，血浆 150 ml），甘露醇（2.5 ml／kg），红细胞（1.5 U），肝素（Dideco 901：1 000 U；Medtronic：1 250 U）和 5%NaHCO3（3～5 ml／kg）。 灌注流量维持在 3.0～2.0 L／（m2·min）。 转流期间温度控制在30～32℃。冷含血心脏停搏液行心肌保护。采用胸骨正中切口，常规主动脉及上、下腔静脉插管建立CPB，心内直视矫治心脏畸形。术后予以鱼精蛋白1.3∶1中和肝素。转入心脏外科重症监护室（cardiac intensive care unit，CICU）予以支持、监护治疗。术后当天常规行超声心动图检测评估心功能，必要时随时进行评估，左室射血分数小于45%表示心功能低下。

1.2.2 标本收集及检测 分别在手术前、CPB前、CPB后1 h、6 h、12 h和24 h获得全血2 ml。 立即在3 000 r／min下离心 15 min后收集血浆。按ELISA试剂盒（Hepcidin，德国DGR公司）说明书严格操作，测定各时间点血浆中铁调素质量浓度。

1.2.3 临床资料收集 记录患儿性别、年龄、体重和疾病诊断名称等一般临床资料，记录患儿手术持续时间、CPB持续时间和主动脉阻断持续时间，以及患儿住CICU时间和手术后住院时间。分别在术后第一天和第二天检测患儿血肌酐值，取其术后48 h内的最高值作为后续分析。

1.3 统计学方法 使用SPSS 16.0统计学软件进行统计处理，计量资料以均数±标准差（±s）表示，分类变量以绝对值表示，连续性变量根据其是否呈正态分布行t检验或M-W非参数检验，Pearson相关性检验进行相关性分析。以P＜0.05为差异具有统计学意义。

2 结 果

2.1 一般临床资料 共纳入18例患儿。患儿的疾病诊断包括室间隔缺损3例，室间隔缺损合并房间隔缺损5例，室间隔缺损合并房间隔缺损和动脉导管未闭6例，法洛四联症4例。患儿的临床特征见表1。所有患儿术后超声监测左室射血分数均大于45%，提示没有患儿出现术后低心排血量综合征。

表1 患儿临床特征（n＝18）

2.2 铁调素的质量浓度变化 CPB围术期血浆中铁调素的质量浓度变化（图1）所示，手术开始前和CPB开始前血浆中铁调素的质量浓度均较低，分别为（2.77±0.71）μg／L 和（3.74±2.65）μg／L，二者之间无显著差异（P＞0.05）。血浆中铁调素的质量浓度在CPB结束后1 h较手术前明显升高［（2.77±0.71）μg／L vs.（45.55±27.51）μg／L，P＜0.001］，但与CPB时间无明显相关性（P＞0.05）。手术结束后24 h血浆铁调素质量浓度仍明显高于术前水平（P＜0.001），而且术后24 h与 CPB后1 h相比也没有明显降低（P＞0.05）。CPB后1 h血浆中铁调素质量浓度是最早出现明显升高的时间点，因此，此时间点血浆中铁调素质量值用于后续分析，以寻找影响预后的早期预警指标。

图1 CPB围术期血浆中铁调素的质量浓度变化

2.3 血浆中铁调素的质量浓度与临床预后的相关性 CPB后1 h血浆中铁调素的质量浓度与患儿术后早期肾功能损伤有关，表现为与手术后48 h内高水平的血肌酐值明显正相关（图 2，r＝0.76，P＜0.001）；此外，还与患儿术后住CICU 的时间（图3，r＝0.69，P＝0.001）和手术后住院时间（图4，r＝0.7，P＝0.001）明显正相关。

图2 血浆中铁调素的质量浓度与术后血肌酐值的相关性

图3 血浆中铁调素的质量浓度与术后CICU的相关性

图4 血浆中铁调素的质量浓度与住院时间的相关性

3 讨 论

铁调素主要由肝细胞合成并分泌到血液中发挥生物学活性，在肾脏、胰腺β细胞、脂肪组织、心脏少量表达。铁调素不但是机体铁代谢调节的关键激素，还参是贫血、组织缺氧和机体免疫炎症反应调控的重要因素［3，9］。 此次初步探索发现，婴幼儿 CPB手术后体内铁调素水平明显升高，且在术后24 h后仍处于较高水平；升高的铁调素水平不但与手术后血肌酐水平密切相关，而且还与患儿住CICU时间和手术后住院时间延长有关。

CPB是导致儿童心脏手术后急性肾损伤的重要原因［10］。血肌酐值的升高是肾损伤的重要诊断指标。婴幼儿肾功能发育尚未完善，CPB术后肾损伤发生率较高［11］。本研究发现婴幼儿CPB术后循环中铁调素水平较术前明显升高，高水平的血浆铁调素-25浓度与手术后血肌酐值呈正相关。而在CPB下行冠状动脉旁路移植术的成年患者中，高水平的尿液铁调素浓度与手术后肾损伤的低发生率有关［12-13］。然而，这些研究并没有明确循环中铁调素水平与CPB术后肾损伤发生的关系。CPB术后肾损伤的发生发展是由患者自身条件和手术打击等多因素作用导致的肾脏缺血缺氧、炎症反应和氧化应激损伤的结果。CPB过程中机械损伤导致的血管外溶血，以及手术过程中输注红细胞导致的游离铁离子的释放促进了氧化应激损伤的发生。然而，研究显示术前的体内功能铁的不足，以及由其引起的贫血与CPB预后没有明显相关［6］。对CPB术后游离铁离子介导的氧化应激反应的调节可能成为临床改善CPB术后患者预后的重要策略［5］。在CPB下行心脏手术的成年患者中，对手术前血红蛋白水平和术中输血量进行矫正后，血浆中铁调素的浓度才是影响预后和肾功能异常的独立危险因素［6］。在疟疾引起的儿童全身炎症反应中，循环中铁调素的浓度只与机体炎症反应有关而与体内铁离子和血红蛋白水平没有关系［2］。因此，尽管本研究中纳入的患儿中包含了4例紫绀型CHD，其术前高水平的血红蛋白对研究结果未见明显影响，后续仍需大样本资料证实。后续研究还应分析影响循环中铁调素升高的因素和其对CPB术后铁稳态调节的重要作用。循环中铁调素经肾小球滤过，部分在近端小管重吸收，原位转化为铁调素-25。研究显示，CPB时肾小管损伤，重吸收减少［14］。肾损伤时重吸收减少的同时相对性保护性滤过可能是导致尿液中铁调素增多的原因［13］。此外，肾脏髓襻升支粗段上皮细胞也能分泌产生铁调素［15］，也可能是尿液中铁调素浓度较高的原因。

有研究显示，在中老年患者中，手术前血浆铁调素浓度≥20 μg／L与心脏手术后的生存率降低有关；并且，有高浓度铁调素的患者体内同样有高水平的铁超载指标［6］，而铁超载已经被证实是导致损伤的重要原因［14］。因此，这些研究提示铁调素、铁超载和机体全身炎症反应综合征的复杂关系，以及铁调素介导的铁代谢失衡和较差的预后之间的关系。同样，笔者在婴幼儿患者的初步研究中也发现，CPB术后循环中高水平的铁调素质量浓度与术后的恢复时间和高血肌酐值有关，其确切的病理生理机制有待进一步明确。研究报道，成人与儿童血浆中铁调素水平明显不同［16-17］，在 2～4.9 岁的健康儿童血浆中，铁调素的浓度高于报道的成人中的水平［17］，新生儿血中检测到的铁调素也高于儿童循环中浓度值［18］，说明，循环中铁调素的水平存在年龄间差异。因此，今后的研究有必要建立CHD儿童体内铁调素的正常参考范围。

本研究为单中心、小样本的探索性研究，没能通过多因素分析排除CPB围术期的混杂因素对预后的影响。因此，需要更大样本的研究来明确铁调素对CPB术后患者预后的影响及其作用机制。本组研究患儿的病种相对单一，手术技术及术后监护策略相对比较统一。所以围术期的因素（包括手术时间、CPB时间和术后监护策略等）对本组患儿术后恢复影响差异不是很明显。不同个体对手术和CPB的反应程度可能才是影响术后恢复的重要原因。铁调素基因多态性决定了铁调素在体内表达水平的差异，并且与川崎病患儿的住院时间有关［19］。因此，后期研究从基因遗传学角度考虑可能有重要意义。此外，本研究纳入的患儿在观察期内几乎都没有出现明显的肾损伤，没有能够明确循环中升高的铁调素水平与异常血肌酐水平之间的关系。血肌酐升高是急性肾损伤的重要指标，笔者发现的婴幼儿循环中高水平的铁调素质量浓度与手术后高水平的肌酐值明显正相关，只能作为今后研究铁调素与CPB后急性肾损伤相关性的理论基础，且需要更大样本的研究证实。

4 结 论

婴幼儿CPB术后循环中升高的铁调素与术后肌酐水平有关，还与患儿住院时间正相关，可能作为影响婴幼儿CPB下CHD矫治手术预后的早期预警指标。