血清PCT、NT-proBNP、mtDNA水平与CPB心脏术后早期并发症的关系及其预测价值研究

李素华,苗 毅,张爱民

(河北省邯郸市中心医院心外科,河北 邯郸 056000)

近年来心外科技术水平不断提高,体外循环(cardiopulmonary bypass,CPB)手术适应证有所扩大,术后病死率显著下降,对改善患者预后有明显帮助。但麻醉、疼痛、手术创伤等因素促使术后炎症反应加剧,且手术对患者心肌存在一定损伤,导致部分患者术后易出现相关并发症[1]。CPB术后早期并发症会影响患者康复,严重可造成器官功能障碍,不利于患者预后改善。目前临床主要通过急性生理与慢性健康评分(acute physiology and chronic health evaluations Ⅱ,APACHEⅡ)评估患者预后及并发症风险,具有一定主观性,寻找更客观的指标评估患者术后并发症风险具有重要意义。降钙素原(procalcitonin,PCT)是感染标志物,对炎症反应具有促进作用,目前临床多应用于脓毒症患者的相关评估或诊断[2-3]。N末端脑钠肽前体(N-terminal pro brain natriuretic peptide,NT-proBNP)主要由心室肌细胞分泌,是心功能不全判定标志物,可用于分析心功能。线粒体DNA(mitochondrial DNA,mtDNA)是新近热点炎症因子,在急性心肌梗死、创伤等引起的严重组织损伤过程中,其异常高表达。但目前临床关于PCT、NT-proBNP、mtDNA与CPB患者术后并发症相关性及联合预测价值,临床鲜有研究。本研究选取我院CPB心脏术患者,检测术后血清PCT、NT-proBNP、mtDNA水平,分析其对术后早期并发症的预测价值。报告如下。

1 资 料 与 方 法

1.1一般资料 选取2021年1月—2022年3月于我院CPB心脏术患者108名为观察组,其中男性64例,女性44例;年龄43～71岁,平均(57.08±6.49)岁。所有患者心功能分级Ⅱ级或以上,肝肾功能、认知功能正常,无呼吸系统原发疾病,排除术前感染、近期服用糖皮质激素患者,剔除术后24 h内死亡患者。另选取同期健康体检者108例为对照组,其中男性61例,女性47例;年龄41～72岁,平均(56.55±6.73)岁。CPB心脏术患者与健康体检者性别、年龄比较差异无统计学意义(P>0.05),具有可比性。

本研究经医院伦理委员会审批通过。所有患者及志愿者均知情同意且签署知情同意书。

1.2方法 (1)检测方法:术后1 d抽取空腹静脉血3 mL,离心处理(时间10 min,转速800 r/min,半径15 cm),取上层清液再次离心去除血细胞成分(时间10 min,转速1 200 r/min),低温保存,采用酶联免疫法检测血清PCT、NT-proBNP、mtDNA水平。(2)早期并发症判定标准:术后10 d进行统计,出现以下1项者即认为发生早期并发症:①心包填塞;②发热,体温≥38.5 ℃;③急性呼吸窘迫综合征,氧合指数<200 mmHg(1 mmHg=0.133 kPa);④低心排血量综合征,心指数<2.5 mL/m2;⑤房/室性心律失常;⑥急性肾损伤,尿量<0.5 mL·kg-1·h-1且持续时间>6 h;⑦肺部感染。

1.3统计学方法 应用SPSS 22.0统计软件分析数据。计量资料比较采用独立样本t检验;计数资料比较采用χ2检验;影响因素采用Logistic回归分析;对一般资料比较中P<0.05的项目进行多重共线性检验,方差膨胀因子(variance inflation factor,VIF)<5及容差>0.2时认为不存在多重共线性;采用受试者工作特征(receiver operating characteristic curve,ROC)曲线分析血清PCT、NT-proBNP、mtDNA水平对早期并发症的预测价值,联合预测实施Logistic二元回归拟合;血清PCT、NT-proBNP、mtDNA水平对早期并发症的交互作用采用相加模型进行评价,指标包括协同指数(interaction index,SI)、归因比(attribution ratio,AP)、超额相对危险度(excess relative risk,RERI),若SI>1且AP、RERI均>0则为协同作用,若SI<1且AP、RERI<0则为拮抗作用。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结 果

2.1CPB心脏术患者与健康体检者血清PCT、NT-proBNP、mtDNA水平比较 CPB心脏术患者血清PCT、NT-proBNP、mtDNA水平高于健康体检者,差异有统计学意义(P<0.05)。见表1。

表1 CPB心脏术患者与健康体检者血清PCT、NT-proBNP、mtDNA水平比较Table 1 Comparison of serum PCT, NT proBNP and mtDNA levels between patients undergoing cardiac surgery involving CPB and healthy people

2.2CPB心脏术后早期并发症发生情况 108例患者术后出现心包填塞2例,发热11例,急性呼吸窘迫综合征6例,低心排血量综合征7例,房/室性心律失常9例,急性肾损伤4例,肺部感染2例,总计41例,并发症发生率为37.96%。

2.3并发症发生与否的CPB心脏术患者一般资料比较 发生早期并发症的CPB心脏术患者与未发生并发症患者的在急诊手术、术前心功能分级、手术时间、体外循环时间、主动脉阻断时间、血清PCT、NT-proBNP、mtDNA水平等方面比较均差异有统计学意义(P<0.05)。见表2。

表2 并发症发生与否的CPB心脏术患者一般资料比较Table 2 Comparison of general data of patients undergoing cardiac surgery involving CPB with or without complications

2.4CPB心脏术患者发生早期并发症的影响因素分析 将急诊手术、术前心功能分级、手术时间、体外循环时间、主动脉阻断时间、血清PCT、NT-proBNP、mtDNA水平进行多重共线性检验,显示手术时间、体外循环时间、主动脉阻断时间存在多重共线性(VIF>10),手动移除体手术时间。以术后是否发生早期并发症为因变量,以急诊手术、术前心功能分级、体外循环时间、主动脉阻断时间、血清PCT、NT-proBNP、mtDNA水平为自变量,根据表3方案进行赋值,采用Logistic回归进行分析,结果显示,血清PCT、NT-proBNP、mtDNA水平是CPB心脏术患者发生早期并发症的影响因素(P<0.05),见表4。

表3 赋值方案Table 3 Assignment scheme

表4 CPB心脏术患者发生早期并发症的影响因素分析Table 4 Analysis of influencing factors of early complications in patients undergoing cardiac surgery involving CPB

2.5血清PCT、NT-proBNP、mtDNA水平预测CPB心脏术患者发生早期并发症的价值 ROC曲线分析结果显示,血清PCT>3.35 μg/L、NT-proBNP>1 410.84 ng/L、mtDNA>1.31×106/L时CPB心脏术后存在较高风险发生早期并发症,其AUC值分别为0.737、0.667、0.735,三者联合检测AUC值为0.832,高于单独检测(P<0.05)。见表5,图1。

表5 血清PCT、NT-proBNP、mtDNA水平预测CPB心脏术患者发生早期并发症的价值Table 5 The value of serum PCT, NT proBNP, and mtDNA levels in predicting early complications in patients undergoing cardiac surgery involving CPB

图1 血清PCT、NT-proBNP、mtDNA水平预测CPB心脏术患者发生早期并发症的ROC曲线

2.6血清PCT、NT-proBNP、mtDNA水平对CPB心脏术患者发生早期并发症的交互作用 以CPB心脏术患者血清PCT、NT-proBNP、mtDNA平均水平为界限,>平均值为高表达(+),≤平均值为低表达(-)。调整混杂因素后,血清PCT、NT-proBNP、mtDNA对患者发生早期并发症存在协同作用,三者均高表达时早期并发症的风险是三者低表达时的104.500倍,协同效应为三者单独存在产生效应之和的2.048倍(SI=2.048)。见表6。

表6 血清PCT、NT-proBNP、mtDNA水平对CPB心脏术患者发生早期并发症的交互作用Table 6 Interaction of serum PCT, NT proBNP, and mtDNA levels on early complications in patients undergoing cardiac surgery involving CPB

3 讨 论

心外科患者具有病情重、病程长、多系统或多器官病变等特点,手术难度及风险均较高,且术后易出现并发症。随着医疗技术不断发展及医疗器械的改良,CPB术在临床应用中逐渐增多,对改善患者预后有重要意义,但临床实践表明,术后早期并发症是制约患者术后康复的重要因素,而如何预防早期并发症则成为临床研究重点。

CPB术会激活凝血纤维蛋白及补体,释放大量炎性细胞因子,且随时间延长炎性细胞因子水平逐渐提高,而炎性细胞因子会造成心肌损伤,通过评估相关指标与预测患者术后早期并发症风险成为近年来临床研究热点[4-5]。PCT是早期炎症反应标志物,部分脓毒症相关报道证实血清PCT水平可有效评估机体炎症反应程度,其水平变化与炎症反应呈正相关关系[6-7]。PCT具有放大炎症反应的作用,白细胞介素、肿瘤坏死因子等促炎因子可刺激机体PCT水平表达,进而导致炎症反应加重,这是多种炎性疾病发生的重要机制[8-9]。NT-proBNP是心肌损伤标志物,儿茶酚胺毒性、室壁张力增加、炎症反应等因素可导致NT-proBNP释放入血,提高血清NT-proBNP水平[10]。已有多项研究证实心肌损伤患者血清NT-proBNP水平异常升高[11-13]。本研究显示,观察组血清PCT、NT-proBNP水平高于对照组,表明CPB术后患者存在明显炎症反应及心肌损伤,由于CPB手术造成的炎性损伤所致。进一步分析显示,血清PCT、NT-proBNP水平异常升高是患者术后发生早期并发症的独立危险因素,可能是由于血清PCT、NT-proBNP高表达表明更严重的炎症反应及心肌损伤,而急性肾损伤、发热、肺部感染等相关并发症发生机制均与炎症反应有关,心肌损伤加重可能诱发心包填塞、低心排血量综合征、房/室性心律失常等风险。因此血清PCT、NT-proBNP高表达提示患者术后相关并发症风险较高。

mtDNA是主要存在于线粒体中的细胞核外遗传物质,一般情况下较为稳定且含量极少,其异常升高表明机体处于病理状态[14]。mtDNA与心肌损伤存在一定关系,相关研究[15-16]指出,急性心肌梗死患者mtDNA与患者预后存在明显相关性,其高表达表明患者预后较差。本研究结果显示,CPB心脏术后患者血清mtDNA水平明显提高,且是术后早期并发症的独立危险因素。分析其原因在于,CPB术改变心肌细胞内超微结构,破坏线粒体环境,对其清除氧自由基造成一定影响,而线粒体内缺乏DNA抗损伤修复系统,mtDNA缺乏组蛋白保护,导致其受到氧自由基损害,受损后通过自我吞噬途径降解,导致线粒体内DNA减少,影响线粒体呼吸功能,加速心肌细胞凋亡、坏死,并释放细胞内mtDNA入血,导致血清mtDNA水平升高。也有研究显示,mtDNA可激活中性粒细胞,并可通过激活TLR9、MAPK p38等引起严重免疫炎症反应[17]。也可能是mtDNA参与CPB心脏术后早期并发症发生的重要机制。另ROC曲线显示,PCT、NT-proBNP、mtDNA联合预测CPB心脏术后早期并发症的AUC值最大0.832,对应敏感度为77.61%,特异度为82.98%,提示临床可通过检测血清PCT、NT-proBNP、mtDNA水平评估CPB术后早期并发症风险,提高对高风险患者的重视程度,及早做出预防措施以降低并发症发生率。

另外,采用交互作用相加模型进行评价,显示血清PCT、NT-proBNP、mtDNA水平对CPB心脏术患者发生早期并发症存在协同作用,三者同时高表达时术后早期并发症风险更高,这可能是由于三者均参与CPB术后由炎症反应及由此引发的心肌损伤。但相关机制仍有待后续基础研究进一步证实。

综上所述,CPB心脏术后血清PCT、NT-proBNP、mtDNA水平均明显提高,三者高表达是术后早期并发症的独立危险因素,且三者之间存在协同作用。