体外循环对血小板数量和功能的影响及机制

王 娜，曾思思，李佳蓓，高露月，汪芳俊

体外循环（extracorporeal circulation，ECC）后，患者血小板数量下降，血小板功能也有不同程度的受损［1］。研究表明ECC后的血小板数量下降与术后死亡率独立相关［2］，还可导致急性肾损伤、感染、延长术后ICU滞留和住院时间等；ECC术后的血小板功能异常也与心肌梗死、中风、深静脉血栓形成、肺栓塞等严重并发症有关［3］。本文针对ECC影响血小板的因素和机制进行讨论，为临床保护血小板提供参考。

1 机体血小板的数量与功能

血小板是人体血液中的有形物质之一，由骨髓成熟的巨核细胞胞浆脱落产生。血小板在人群中的正常数量范围为（100～300）×109／L。低于100×109／L称为血小板减少，高于300×109／L称为血小板增多。巨核细胞产生血小板的过程受促血小板生成素（thrombopoietin，TPO）的调节，TPO促进巨核细胞多倍体化，从而进一步分裂产生血小板。TPO主要作用于巨核细胞表面的c－Mpl受体发挥作用［4］。此外，研究表明［5］血小板激活后可释放血小板来源的微粒，微粒作用于造血干细胞，促进其向巨核细胞转换，诱导巨核细胞产生新的血小板，以替代激活后消耗的血小板。微粒中发挥主要作用的是微小核糖核酸1915－3p。这个机制的发现是继TPO调节血小板数量的一个补充性发现。近期研究［6］表明磷酸肌醇依赖蛋白激酶－1（phosphoinositol－dependent protein kinase－1，PDK－1）缺乏可导致血小板数量下降。PDK－1缺乏时增加髓外巨核细胞生成和巨核细胞多倍体化，但PDK－1缺乏时产生的巨核细胞的超微结构和分界膜系统是紊乱的，巨核细胞不能与髓窦造血干细胞产生联系，使巨核细胞不能进一步产生前体血小板，导致巨血小板减少症。人生长激素可加快巨核细胞分化，尤其是促进终端分化来促进血小板生成。其机制主要是通过激活细胞外信号调节激酶1／2和蛋白激酶B，与血小板生成素模拟肽串联二聚体协同作用促进血小板生成［7］。研究［8］表明骨髓微环境（龛位）对血小板的生成也有重要的影响。在巨核细胞产生血小板的过程中，巨核细胞成熟之后先产生前体血小板，前体血小板由骨髓微环境迁徙到血管微环境，最终将血小板释放进入血液。

血小板的主要生理功能是参与机体凝血，发挥止血作用。糖蛋白Ib－IX－V复合物和整合素aIIbβ3参与介导血小板的凝血功能。此外，血小板通过释放致密颗粒、α颗粒和血栓烷素A2等发挥血小板的凝血作用［9］。近年研究［10］表明血小板还具有免疫和抗炎作用，血小板激活后通过脱颗粒和表面膜受体发挥免疫作用。其具体作用表现为对抗微生物（细菌、真菌、病毒等）入侵；募集、促进固有免疫细胞（白细胞、树突细胞等）功能；调节抗原呈递；加强适应性免疫反应。血小板接触不同微生物时通过不同受体发挥作用。血小板通过toll样受体与中性粒细胞形成聚集物，释放P选择素激活机体补体系统，表达趋化因子与单核细胞形成复合物，CD40与CD40L（即CD154）的结合促进树突细胞的抗原提呈过程等参与免疫反应［11］。血小板内存在很多颗粒，颗粒可进一步释放一些具有免疫功能的微粒（致密颗粒、α颗粒），通过微粒中的趋化因子、细胞因子等募集、激活其他免疫细胞从而发挥免疫功能［12］。

2 ECC对血小板数量和功能的影响

2.1ECC对血小板数量的影响 ECC心脏手术后，

患者血小板数量通常表现为下降。其中一部分患者血小板数量较术前轻微降低，数量仍在正常范围内，一部分患者血小板数量低于正常下限。而后通过一些途径代偿逐渐回升，最后可达正常甚至过度增生。ECC期间由于机械损伤直接破坏和使用的药物等对血小板造成直接或者间接的破坏，血液稀释等导致血小板数量下降。目前对于ECC机械损伤导致血小板数量下降的研究已经得到证实，ECC时间延长导致血小板激活和破坏增加，升高血小板数量下降的风险［13］。

血液循环的TPO主要来源于肝脏细胞，少部分由骨髓基质和肾脏合成。当肝脏合并轻微疾病或者处于疾病早期时TPO可能代偿性增加，疾病进展严重后TPO产生减少，导致血小板数量减少。慢性病毒性肝脏病变在直接抗病毒治疗改善肝脏功能后可使血小板数量上升［14］。ECC导致肝脏血供减少、形成栓子以及机体出现系统性炎症反应肝脏功能受损［15］。ECC损害肾脏功能，且导致肾脏损害的风险随着ECC时间的延长而增加［16］。ECC对肝脏和肾脏功能损害后是否通过影响TPO的生成进而影响血小板数量的研究尚不清楚，有待进一步研究。

低温可导致ECC后血小板数量下降，并且是一种术后迟发性血小板减少，ECC最低温度是术后迟发性血小板减少的独立危险因素，且低温的程度与血小板减少具有相关性，29℃时发生率最高。低温时血小板被隔离在脾脏和肝脏中，血液稀释和ECC回路上粘附破坏血小板，从而导致循环中检测到的血小板数目是降低的［17］。低温导致血小板数量下降的更多其他机制有待进一步研究。

ECC中使用肝素，循环中生成肝素／血小板4因子（platelet factor，PF4）复合物导致血小板聚集激活，使血小板数量下降以及出现血栓性并发症，这种使用肝素导致的不良反应称为肝素诱导的血小板减少症［18］。有研究［19］表明肝素／PF4复合物具有抗原性，可与体内的抗肝素／PF4复合物抗体结合激发免疫反应使血小板数量下降，还指出人工合成的类肝素化合物较动物来源的肝素具有与PF4更强的结合力。此外，不同长度的类肝素化合物与PF4的结合力不同，长度越长的类肝素化合物与PF4结合力越强，且这种增强了结合力的复合物抗原性也被增强，但其是否具有导致血小板数量下降的几率增加尚不清楚，有待进一步研究。

2.2ECC对血小板功能的影响

2.2.1ECC对血小板凝血功能的影响 ECC后患者出现凝血功能障碍，导致凝血障碍的因素是多方面的。其中一个重要原因是血小板的凝血功能受到损害［1］。ECC后血小板的聚集、黏附功能受到损害，从而导致一系列凝血异常相关的临床表现。动物实验研究［20］认为提高ECC回路的生物相容性可以保护血小板功能。相比于传统的ECC，使用与人的生物相容性达到最佳的氧合器和回路，并且尽可能的将其缩短，采用密闭的循环条件等为主要特点的微创ECC，可以较好的保护ECC后的血小板功能［21］。ECC开始前预充液体种类对血小板功能的影响存在争议。ECC开始前预充琥珀酰明胶可起到与预充血浆相同的保护血小板凝血功能的作用，提示可以合理使用琥珀酰明胶替代血浆预充［22］。张鼎［23］等研究比较单纯使用晶体液和单纯使用羟乙基淀粉130／0．4电解质液对血小板功能影响，得出的结论是两者并无差异。但胡强等［24］认为ECC预充羟乙基淀粉130／0．4电解质液体对血小板凝血功能存在剂量相关的影响，小剂量（20 ml／kg）预充不会产生影响，大剂量（40 ml／kg）可降低血小板表面糖蛋白的表达，抑制血小板凝血功能。两项研究结论差异的原因可能是张鼎等研究剂量并未达到40 ml／kg，所以得出不会影响凝血功能的结论，胡强等实验指出40 ml／kg预充羟乙基淀粉对血小板凝血功能抑制经过一个半衰期代谢即消失，提示ECC预充羟乙基淀粉对血小板凝血功能的抑制作用有限。

ECC模拟实验表明轻度低温（32℃）可抑制血小板聚集功能，抑制作用持续存在于ECC温度由37℃降至32℃期间［25］。深低温（23℃）时血小板的激活标志物水平β－血栓球蛋白（β－thromboglobulin，β－TG）和P选择素是降低的，说明深低温抑制血小板激活［26］。ECC根据不同手术要求采用不同程度的低温，不同程度的低温对比，深低温对血小板聚集功能的抑制作用更强，在ECC结束复温时抑制作用消失，血小板的聚集功能也随之逐步恢复至接近术前水平［27］。

ECC期间使用的一些药物可对血小板功能产生影响。鱼精蛋白作为ECC后中和肝素或者离体试管内与肝素一起使用时都可导致血小板聚集功能降低［28］。不同比例的肝素鱼精蛋白中和对血小板功能损害程度存在差异，过多使用鱼精蛋白对血小板功能损害加重［29］。最近研究［30］表明ECC结束时鱼精蛋白与肝素0．7∶1中和，即可将患者活化凝血时间（activated clotting time，ACT）恢复至术前水平，且此比例中和后对血小板功能抑制较1∶1使用恢复快。提示中和肝素时不能单纯的以使用的肝素总量进行计算，需考虑ECC中肝素的消耗，根据ACT结果调整鱼精蛋白用量。未来可尝试测量结束时循环中肝素浓度来计算鱼精蛋白的剂量，或寻找其他更加便捷可靠的计算方法来逆转肝素化，有待进一步研究。

静脉麻醉药丙泊酚是否影响血小板聚集功能存在争论。临床实验时丙泊酚可抑制血小板聚集功能，从而缓解大面积烧伤患者的高凝状态，稳定凝血功能，改善预后［31］。常用镇静和全身麻醉剂量的丙泊酚在体外实验插管3 h内不会抑制血小板的聚集功能［32］，更长时间丙泊酚对血小板功能影响有无剂量相关性有待进一步探讨。两者研究矛盾的原因可能是评价血小板功能的试验指标不同所致，Zhen等采用血小板聚集率，Chung等采用凝血相关指标，是否由于丙泊酚影响血小板功能但不足以引起凝血指标改变有待进一步研究。上述丙泊酚对血小板凝血功能影响的研究为体外实验，ECC中使用丙泊酚是否影响血小板功能有待进一步研究。有研究［33］认为右美托咪定在体外实验时对血小板聚集功能具有加强和抑制双重作用，分别通过激动α2受体和咪唑啉受体发挥加强和抑制作用。

ECC与患者的微循环状态改变可共同作用对患者血小板数量和功能产生影响，其中以对功能变化的影响更加明显［1］。良好的微循环状态对血小板功能具有保护作用。

2.2.2ECC对血小板免疫功能的影响 近年研究表明血小板不仅具有凝血功能，同时还兼有免疫功能。人体补体系统介导血小板与白细胞之间反应，补体还可以活化血小板并促进血小板参与促炎反应从而发挥血小板的免疫功能［34］。目前对血小板免疫方面的研究主要集中于血小板参与机体免疫应答的分子机制，对免疫细胞功能的调节，自身免疫系统性疾病潜在治疗方案的探讨等［35］。ECC过程中很多因素导致机体产生炎症反应，血小板在机体炎症反应中具有重要作用。血小板可以提高人巨噬细胞和中性粒细胞的炎性小体能力，并对单核细胞产生白介素（interleukin，IL）－1至关重要［36］。动物实验研究［37］表明ECC后，机体可出现全身炎症反应综合征，ECC过程增强血小板的免疫功能，激活血小板参与机体炎症反应。

3 ECC对血小板数量和功能影响的机制

3.1ECC对血小板数量影响的机制 ECC使用的氧合器，循环回路等对于血小板来说是一种异物，由于生物不相容性导致血小板激活，造成机械性消耗与破坏，直接导致血小板数量减少。有研究［38］表明，通过提高ECC系统管道的生物相容性可以减少血小板的激活，从而进一步证实了上述观点。此外，ECC期间血液稀释、血液与ECC回路接触导致血小板活化和黏附以及机械损伤破坏等也是ECC期间血小板数量下降的重要机制［13］。

肝素入血后结合血小板，与PF4形成复合物，体内免疫系统产生抗体与复合物结合导致血小板激活，使血小板数量下降［39］。一项在非手术志愿者中开展的试验［40］指出，单纯使用肝素时少部分患者可产生抗肝素／PF4复合物抗体，提示肝素可激发免疫反应，但这些人群并未导致血小板数目下降。ECC下心脏手术的患者使用了肝素之后可增强外周血单核细胞增殖，并且这类患者与正常人相比IL－10和转化生长因子－B1的表达水平更低，这提示在使用肝素之前机体已经对肝素／PF4复合体的敏感性增加，激发机体免疫反应使血小板数量下降［18］。肝素还可通过与免疫受体酪氨酸基抑制基序区受体G6b－B结合，引起酪氨酸磷酸酶shap1和shap2下调，从而抑制巨核细胞功能，导致血小板数量下降［41］。

机体在促血小板生成素的作用下，通过促进巨核细胞集落形成和激活磷酸肌醇－3－激酶／蛋白激酶和三磷酸鸟苷结合蛋白RAF－1／分裂原激活的蛋白酶信号通路，促进巨核细胞成熟，从而产生血小板，使血小板数目保持于正常范围［42］。

3.2ECC对血小板功能影响的机制

3.2.1ECC对血小板凝血功能影响的机制 有研究［43］表明ECC过程中，机械损伤导致血小板的Bax蛋白水平升高，提高线粒体渗透性和血小板表面肿瘤坏死因子－α（tumour necrosis factor－alpha，TNF－α）转换酶的表达，从而导致ECC相关的血小板功能下降。

轻度低温状态（32℃）主要通过增强ADP受体拮抗剂对血小板聚集的抑制发挥抑制血小板功能的作用［25］。深低温时减弱血小板脱颗粒，减少血小板β－TG和P选择素的表达从而抑制血小板聚集功能［26］。

鱼精蛋白自身具有抗血小板作用。鱼精蛋白通过抑制糖蛋白Ib－vWF活性、抑制P选择素表达、抑制细胞内ADP和PF4的释放、抑制凝血酶生成和抑制血小板聚集等发挥抗血小板作用［44］。鱼精蛋白通过作用于不同受体产生对血小板反应性的不同程度的抑制。鱼精蛋白与肝素形成复合物抑制ADP介导的Ca2＋内流从而抑制血小板凝血功能；鱼精蛋白还可以抑制血小板表达P选择素从而抑制血小板凝血功能［45］。

非ECC患者使用丙泊酚，通过降低血小板活化时细胞内Ca2＋抑制血小板聚集功能［31］。有研究［46］认为丙泊酚可通过血小板受体、磷脂酶C、磷酸肌醇3和ADP等抑制血小板聚集，且抑制强度与体内白细胞和红细胞数量呈正相关。右美托咪定作用于α2受体抑制cAMP的形成，从而加强血小板聚集；作用于咪唑啉受体使cGMP生成增加，抑制血小板聚集［33］。也有研究［47］表明体内使用右美托咪定加强血小板聚集，但对凝血功能没有影响。推测二者出现差异的原因在于方法学和药物使用的场景不同，具体机制有待进一步研究。

ECC导致的炎症反应，血管和毛细血管内皮功能损伤、功能紊乱等是微循环状态影响血小板功能的主要机制。有研究［48－49］认为，ECC过程中内皮细胞上糖萼的急性降解、脱落可能是微循环功能障碍的主要机制。氢化可的松预处理可改善ECC心脏手术中内皮糖萼的主要成分硫酸乙酰肝素的脱落，但这种处理对远期预后无明显改善［50］。有研究［51］表明延长ECC时间可导致内皮细胞的糖萼脱落，提示缩短ECC时间有望保护血小板，使患者受益。

3.2.2ECC对血小板免疫功能影响的机制 ECC对人体而言是一种应激，可激活人体免疫系统，产生系统性炎症反应。为了防止炎症反应过强对人体产生严重损害，体内启动抗炎反应，通过单核细胞和T细胞分泌IL－10，中性粒细胞表面的炎性因子受体下调，骨髓来源的抑制细胞大量聚集降解体内精氨酸干扰T细胞CD3受体的表达，从而抑制T细胞功能等，暂时抑制机体的免疫功能［52］。有研究［53］表明ECC后人体的炎症反应性和免疫细胞表达的因子和受体等均发生变化。ECC可诱导单核细胞和调节性T细胞激活产生TNF－α，亦可激活补体抑制系统调节炎症反应，机体的促炎与抗炎反应之间的平衡决定患者的结局。ECC中的血气接触可激活血小板，消耗性地增强血小板的免疫功能。血小板激活后通过膜表面受体和释放颗粒（致密颗粒，α颗粒）参与机体免疫反应［54］。目前已有ECC通过影响血小板表面受体和释放颗粒对血小板凝血功能影响的研究，ECC对血小板免疫功能影响的具体机制、ECC对血小板表达膜表面受体、颗粒释放相关的免疫功能和ECC对血小板与人体免疫细胞之间反应是否有影响有待进一步研究。

4 展 望

ECC过程中，多因素导致血小板的消耗增加，巨核细胞产生血小板又需要一定的周期，消耗了的血小板得不到及时补充，导致血小板数量下降及功能障碍。通过缩短体外循环回路，减少ECC时间等可以减少血小板的破坏；合理使用肝素和鱼精蛋白可以减少对血小板的损害；适当使用一些保护性药物也可减少血小板的损害。ECC采用低温对血小板数量影响的具体机制尚未明确，低温对血小板功能影响和机制也有待进一步研究。ECC期间和ECC结束后机体对血小板生成相关影响和机制有待进一步研究。机体在ECC期间的全身炎症反应是多因素且复杂的，其中血小板的免疫与炎症功能具有重要作用，对ECC下血小板的数量和功能变化机制进行研究并适当干预可为临床保护血小板和避免损害机体提供参考。