地氟醚后处理对二尖瓣置换术后心功能的保护作用*

陈莹， 吴昆鹏， 王德明

南华大学附属第二医院 1麻醉科， 2重症医学科(湖南衡阳 421001)

当心肌发生缺血时，心肌氧供不足，无氧糖酵解增加，此时葡萄糖成为心肌的主要能量来源。葡萄糖通过细胞膜进入心肌细胞内是心肌细胞利用葡萄糖的限速步骤[1]。由于葡萄糖的亲水性，无法通过简单的扩散作用穿过细胞膜的脂质双层，其是在细胞膜上的葡萄糖转运蛋白(glucose transports，GLUTs)作用下进入细胞内的，葡萄糖转运蛋白4(glucose transporter 4，GLUT4)是心肌细胞主要的葡萄糖转运载体[2]。体外循环心脏手术中心肌存在明显的缺血再灌注损伤，而葡萄糖代谢异常是再灌注心肌功能障碍的重要原因[3-4]。研究显示吸入麻醉药预处理在心肌保护方面有积极作用[5]，研究发现，地氟醚(desflurane)具有较好的抗缺血再灌注损伤的心肌保护作用[6]，但是其在心脏手术中后处理是否能产生同样保护作用？又是通过什么样的作用机制呢？国内外基于此的研究极少，为此笔者进行了本临床研究。

1 资料与方法

1.1 一般资料 以2016年1月至2017年6月在南华大学附属第二医院住院治疗的风湿性心脏病患者为研究对象，选取合格患者56例[二尖瓣关闭不全(MI)30例，二尖瓣狭窄(MS)26例]，年龄18～59岁，平均(44±9.87)岁，男20例，女36例。均在全身麻醉体外循环下行二尖瓣置换术。患者入选标准：(1)单纯二尖瓣病变；(2)无原发性脑、肺、肝、肾疾病。排除标准：术中出血>500 mL；术后出现并发症；二次手术；自身免疫性疾病。按随机数字表法分为地氟醚组和对照组各28例。两组在年龄、性别、心率、疾病构成、术前左室射血分数(LVEF)、左房内径(LAD)、右心室(RV)、平均动脉压(MAP)等一般资料差异无统计学意义(P>0.05)，见表1。两组术前用药情况：两组术前包括β受体阻滞剂、血管紧张素转换酶抑制剂/血管紧张素受体阻滞剂(ACEI/ARB)、Ca离子拮抗剂、硝酸酯、螺内酯、利尿剂等药物使用情况差异无统计学意义(P>0.05)，见表2。

项目地氟醚组对照组t/2值P值年龄(岁)43.68±8.7044.32±11.071.670.20性别(例)1.240.20 男128 女1620吸烟[例(%)]10(35.71)12(42.86)0.290.39心率(次/min)92.21±8.0688.79±9.200.690.41原发病构成(例)2.590.09 MI1812 MS1016术前血糖(mmol/L)5.59±0.765.52±0.631.940.17围术期多巴胺用量(g)0.24±0.090.27±0.080.540.47术前LVEF(%)0.56±0.060.55±0.060.430.52术前LAD(mm)50.11±5.8653.71±3.762.680.11术前RV(mm)23.29±2.3523.19±2.480.060.80术前MAP(mmHg)67.25±5.5266.93±6.370.640.43

表2 两组术前使用药物比较 例(%)

1.2 麻醉及后处理方法 所有患者给予相同的诱导，静脉注射咪达唑仑0.1 mg/kg、舒芬太尼0.4 μg/kg、维库溴铵0.1 mg/kg麻醉诱导行经口气管插管，麻醉维持采用靶浓度控制输注给药模式(target controlled infusion，TCI)，从小剂量逐渐增加，丙泊酚靶浓度1～3 μg/mL，瑞芬太尼靶浓度2～5 ng/mL，依据手术刺激及BIS调节靶浓度，BIS维持在40～60。纯氧机械通气，调整呼吸参数，维持呼气末二氧化碳分压在35～45 mmHg(1 mmHg=0.133 kPa)。左桡动脉穿刺置管监测动脉压。右颈内静脉放置三腔静脉导管监测中心静脉压和采血，右锁骨下静脉行漂浮导管监测。地氟醚组在主动脉开放后吸入10 min 1MAC的地氟醚(批号：115165flcl，Baxer公司，美国)，氧流量为2 L/min，随后用纯氧洗脱5 min(流量为4 L/min)，而对照组在主动脉开放前只吸入10 min的纯氧。

1.3 观察指标 分别在麻醉诱导前(T0)、术后12 h(T1)、24 h(T2)采集静脉血5 mL，测定血浆氨基末端前脑利钠肽(NT-proBNP)、血浆游离脂肪酸(plasma free fatty acid，FFA)及GLUT4水平；并且在升主动脉开放后记录心脏自动复跳情况。记录血管活性药物的使用情况。在麻醉诱导前(T0)、术后12 h(T1)、24 h(T2)记录心脏指数(CI)，PA、CVP，由同一通过专业训练的超声医师行床旁即时心脏超声检查，监测左室射血分数(LVEF)、左室短轴缩短率(FS)等心脏超声参数，按相关参考公式计算心肌能量消耗(MEE)。心脏彩超检查：所有患者各项指标均连续测量3个周期，探头频率(1.54 MHz)，分别于研究前后2次行超声心动图检测时，患者取左侧卧位，以美国超声学会推荐的标准平面测定常规结构指标。所有的超声心动图随后均由有经验的阅读者作最后的判读。并系统观察所有患者术中心脏复跳情况、恢复心跳后循环系统的稳定是否需要药物维持及其剂量、脱离体外循环机器的时间、ICU拔出气管导管时间、停留ICU时间，所有患者均由同一团队完成手术。

1.4 检测方法及仪器 用ELISA法检测血清中GLUT4的表达，具体操作步骤按说明书执行(GLUT4检测试剂盒：上海盈公实业有限公司)。比浊法测定FFA。日本岛津CL-7300全自动生化分析仪，试剂由上海申能公司提供。美国GE Logig 7彩色多普勒超声诊断仪。漂浮导管(上海伊峰医疗器械有限公司)。

2 结果

2.1 两组患者心肌能量代谢比较 研究结束时，两组在3个时间点LVEF及心率(HR)方面差异无统计学意义(P>0.05)。在T2时间点，地氟醚组MEE及血浆FFA明显低于对照组，差异有统计学意义(P<0.05)；但是地氟醚组T2 MEE及FFA与其T0、T1时比较，差异无统计学意义(P>0.05)。见表3。

项目地氟醚组对照组MEE(cal/systole) T01.59±0.181.57±0.19 T11.48±0.151.56±0.19 T21.32±0.11∗1.54±0.16FFA(mmol/L) T00.85±0.190.89±0.15 T10.81±0.160.90±0.16 T20.52±0.09∗0.89±0.14LVEF(%) T052±5.6252±5.65 T153±6.1053±5.38 T255±5.2854±5.82HR(次/min) T076±8.9876±10.05 T176±10.2076±11.26 T276±9.8676±13.52

*与对照组比较P<0.05

2.3 两组患者不同时间点血浆GLUT4浓度比较 两组患者GLUT4 T0血浆GLUT4浓度差异无统计学意义(P>0.05)。在T1及T2时间点，地氟醚组血浆GLUT4浓度明显高于对照组，差异有统计学意义(P<0.05)。见表4。

组别T0T1T2地氟醚组2.34±0.424.77±0.96∗6.07±0.40∗对照组2.45±0.322.45±0.232.50±0.25

*与对照组比较P<0.05

2.4 MEE与血浆GLUT4表达的相关性分析 地氟醚组患者T2时MEE与其血浆GLUT4的表达呈显著负相关(r=-0.62，P<0.001)，见图1。

图1 心肌能量消耗与血浆GLUT4表达的相关性

2.5 两组患者术中及术后心脏恢复情况比较 两组患者体外循环时间、拔除气管插管时间和停留ICU时间差异无统计学意义(P>0.05)。术中地氟醚组心脏自动复跳26例，对照组自动复跳20例，两组比较差异有统计学意义(P<0.05)。见表5。

项目地氟醚组对照组t/2值P值自动复跳[例(%)]26(92.86)20(71.43)4.3830.039体外循环时间(min)26.43±5.7227.89±4.023.8020.056拔除气管插管时间(h)7.46±1.869.66±2.722.1080.152停留ICU时间(h)21.50±4.7623.14±5.430.8850.351

3 讨论

心肌功能调节是在心肌缺血再灌注损伤的管理中的一个基本策略。麻醉后处理其作用发生在关键时刻(再灌注当缺血再灌注损伤开始时)，其中这些心脏保护机制的激活可能超过导致缺血再灌注损伤的机制。早期动物研究已经发现，吸入麻醉药物后处理对缺血再灌注心肌有保护作用，也能减轻炎症反应而对其他内脏器官缺血再灌注起到保护作用[7-8]，临床应用中也发现吸入麻醉药物能保护人体局部缺血-再灌注损伤的血管内皮，能明显减轻肝肾、大脑等器官缺血-再灌注损伤，其已成为围术期器官保护的研究热点[9-12]。但是吸入麻醉药物对心肌缺血再灌注损伤的保护作用机制尚不清楚，本研究观察了地氟醚后处理对体外循环术后心肌能量代谢的影响, 以探索地氟醚的心脏保护性能的潜在机制。

地氟醚作为新型吸入麻醉药，并不像其他吸入麻醉药那样产生气管舒张作用，它对气道压、气道阻力和肺顺应性的影响并不明显，因而对循环的影响更小[13]。与七氟烷不同，地氟烷除了不影响主动脉的机械特性，还能降低犬的总体动脉阻力，具有更加强烈的外周血管扩张作用。同时七氟烷也不具有其他挥发性麻醉药物那样的冠脉扩张作用。在地氟烷的研究中没有发现肾毒性的证据，而且其基本以原型经肺内排出，毒性小，代谢完全，代谢后形成的F-和非挥发性有机卤代化合物明显少于异氟烷[14]。因而地氟烷临床使用广泛，为了进一步探索其心脏保护的作用机制，进行了本次研究。本研究在术中主动脉开放后吸入地氟醚，相当于一个缺血再灌注地氟醚后处理过程，选择地氟醚吸入浓度在1MAC，其原因为：吸入麻醉药ED95为1.3MAC，患者在同时使用阿片类及肌松药物时，会降低吸入麻醉药的MAC，而依据不同患者的具体情况及安全性，故选择吸入浓度在1.0MAC，临床也发现能取得满意的麻醉效果。吸入麻醉药一般10～15 min达到稳定的血药浓度，为减少不良反应，本研究在麻醉操作中给予10 min吸入。

本研究结果表明，地氟醚后处理后患者的MEE较之术前逐渐降低，至术后24 h地氟醚组MEE明显低于对照组(P<0.05)。动物实验中显示，七氟烷后处理能显著保护缺血再灌注后心脏的功能，通过增加冠状动脉血流，改善功能恢复，降低Bax/Bcl-2和Cyt-C磷酸化水平，并降低线粒体损伤严重程度和凋亡程度[15]。本研究发现，地氟醚后处理改善体外循环后患者的心脏功能，明显减少了患者的心肌能量消耗。心肌缺血再灌注损伤的发生发展过程伴随着心肌能量代谢障碍，正常心脏的收缩及舒张是做功及耗能过程，心肌代谢及其调节主要在于产生能量以保证心脏收缩活动。能量代谢在心脏中的重要性已经被广泛认可，因为心脏具有众多种类的能量底物以满足其能量需求[16]。心脏是个摄氧及耗氧均最高的器官，需要充足的能量以保障正常的心肌收缩功能和离子电活动稳态[17]，而其中最主要的能量来源是FFA和碳水化合物的有氧氧化，占心脏中ATP产生的90%～95%[16，18-19]。但是FFA作为能量来源不如葡萄糖高效，在产生同等量ATP的条件下，FFA比葡萄糖需多耗10%。因此，在有氧氧化产能的效率方面，葡萄糖氧化代谢优于游离脂肪酸的氧化代谢[18-19]。同时，脂肪酸β氧化中间代谢产物的蓄积可引起心肌舒张功能障碍，而葡萄糖氧化代谢可维持细胞的稳态、减少心肌缺血后的损伤[18，20]。脂肪酸和葡萄糖作为心肌细胞有氧代谢产生ATP的主要能量底物，生理状态下两者维持相对的平衡，并具有代谢竞争的特点[21]。本研究显示体外循环后地氟醚组血浆FFA含量随时间呈下降趋势，与对照组相比有显著差异，说明其作为主要的供能底物明显降低，意味着心肌葡萄糖的总摄人量升高，说明地氟醚在改善心肌能量底物代谢的基础上，可以起到保护心功能的作用。

心肌缺血时，心肌葡萄糖代谢增强和心肌GLUT4表达增加有密切关系，这对维持心肌能量供应、心肌细胞存活和心肌功能具有保护性作用[22]，以前的研究表明，葡萄糖利用减少是由于减少GLUT4表达和易位到肌细胞表面膜[23]。本研究进一步研究发现，地氟醚组血浆GLUT4随时间逐渐增加，T1与T2时间点与对照组比较均显著增加，提示地氟醚后处理的确提高了体外循环后心肌的葡萄糖代谢。在研究七氟醚对心肌缺血再灌注的影响过程中，也发现七氟醚增加了心肌葡萄糖代谢，减少了脂肪酸代谢，而且GLUT4在七氟烷处理后的心脏中表达也是显著增加的，提示七氟醚通过激活GLUT4 增加葡萄糖摄取[24]。从而推测本研究中，地氟醚可能也是同样的方式改善体外循环后心肌的代谢。动物实验也显示，接受30 min心肌缺血的狗中抑制GLUT4的移位，心肌葡萄糖摄取是减少的，利用和糖原含量显然与缺血再灌注心脏损伤相关联[4]。狗的体外循环实验显示，GLUT4 mRNA表达的总量的减少可以是引起心肌胰岛素抵抗的重要分子机制之一。缺血期越长，GLUT4 mRNA的量的减少越显著。在缺血再灌注期间用药物增加GLUT4 mRNA表达的量，能减轻心肌胰岛素抵抗，并在体外循环期间改善心肌缺血再灌注损伤[23]。本研究在人的体外循环手术后也观察到同样的结果，在T2时间点，心肌能量消耗与血浆GLUT4表达呈负相关，提示了随GLUT4表达的增加，心肌能量消耗下降，从而改善术后心功能。术中及术后心脏功能恢复情况也能说明这一问题，我们的观察发现，地氟醚组术中心脏自动复跳比例明显高于对照组，提示了地氟醚对心功能是有保护作用的。

综上所述，地氟醚后处理能明显改善体外循环术后患者的心脏功能及其心肌能量代谢，可能是通过了增加GLUT4的表达，从而增加葡萄糖代谢有关。当然本研究也存在局限：(1)样本数量太少，可能存在偏倚；(2)观察的数据尚有不足，需从更多的方面评估心肌保护作用；(3)未能提供心脏康复的远期评价系统。这些都需要在后期的进一步研究中完善。