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编号:10204112
中性粒细胞粘附分子的表达及细胞因子的释放在体外循环炎性反应中的作用
http://www.100md.com 体外循环杂志 2000年第5期第2卷
     周明;叶志东;刘鹏

    关键词:中性粒细胞;粘附分子CD11b;细胞因子;体外循环

    摘要:

    目的

    目的:通过测定中性粒细胞(PMN)粘附分子CD11b的表达及细胞因子白细胞介素-6(IL-6)和8(IL-8)的释放,了解其在体外循环炎症反应中的作用。

    方法:选择在体外循环(CPB)下行心脏手术病人11例,在CPB前、CPB1小时、开放升主动脉(declamping,DC)后5分钟、CPB结束、CPB后4小时及术后第一天晨六个时间点采集血标本,分别采用流式细胞仪测定CB11b,酶联免疫吸附分析方法检测IL-6、IL-8。

    结果:1.粘附分子CD11b的活性表达在体外循环期间无明显变化,而在CPB后4小时明显升高(3.51±1.18荧光强度),与CPB前(2.42±1.15荧光强度)比较有非常显著性差异(p<0.005)。2.IL-6及IL-8的血浆含量在CPB期间已开始升高,在CPB结束时达高峰,随后开始下降。
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    结论:CPB期间细胞因子IL-6及IL-8明显释放,而PMN粘附分子CD11b的活性表达在CPB后4小时明显增强,这种IL-6、IL-8等细胞因子的释放水平高峰早于CD11b活性表达强度高峰的现象,说明这些细胞因子可能通过其趋化作用而促进PMN的活化,进一步参与了CPB后早期的炎症反应。

    近年来,随着手术及体外循环技术的日益成熟,医疗设备的不断更新和完善,使得心外科手术更加安全。但是大量证据证明,心脏手术时由于体外循环((CPB)的许多因素可以引起机体复杂的炎性反应[1,2,3],这些炎性反应包括中性粒细胞(PMN)激活并表达粘附分子、细胞因子的释放及补体的激活等,并且产生许多血管活性物质,如氧自由基、花生四烯酸代谢产物、血小板激活因子(PAF)、一氧化氮(NO)及内皮素等,这种炎性级联反应可导致心脏手术后并发症的产生,如呼吸功能衰竭、低心排综合征。神经系统功能紊乱等,最终可导致多脏器功能衰竭,所以在体外循环期间如何防治这些炎性反应的发生已日益引起人们的重视。
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    本课题研究通过检测心脏手术病人在CPB前后PMN粘附分子CD11b的活性表达及其髓过氧化物酶(MPO)的血浆含量,以及细胞因子IL-6和IL-8的产生,观察PMN的活化及细胞因子的产生与CPB之间的关系,以便找出防治体外循环时炎性反应的最佳时机。

    资料和方法

    本组11例病人其中冠状动脉搭桥术(CABG)8例,双瓣膜替换术(DVR)3例;男性10例、女性1例;平均年龄54.55岁。所有患者术前均无感染或心肌梗塞,手术采用静脉复合麻醉,麻醉用药为芬太尼、安定及万可松等。中度低温体外循环(28℃),全部使用膜式氧合器,所有病人肝素化用量为4mg/kg体重,凝血酶无激活时间(ACT)平均为618.63秒,术中均不使用抑肽酶以免影响测定结果,转流期间在充分麻醉的前提下,适当应用硝普钠输注速度为1~3ug·kg-1/min-1,控制平均血压(MAP)在50~70mmHg(1mmHg=0.133kPa)之间。心肌保护采用4:1冷血停跳液顺行灌注,每隔30分灌注一次。体外循环结束后按1∶1比例给予硫酸鱼精蛋白以中和肝素。平均体外循环时间为139.33分钟,平均阻断升主动脉时间为78.33分钟,辅助循环时间为20~30分钟,手术过程顺利,无手术后并发症,术后第一天早晨均顺利拔除气管插管,术后2~3周康复出院,临床一般资料见表1。
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    表1 临床病历一般资料临床一般资料

    临床一般资料

    N=11

    性别比例(男/女)

    8/3

    年龄(yr)

    54.55±14.98

    CABG例数

    8

    搭桥根数

    3.75±1.04

    DVR例数
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    3

    CPB时间(分钟)

    139.33±21.79

    阻断升主动脉时间(分钟)

    78.33±18.73

    ACT时间(秒)

    618.63±184.06

    手术时间(小时)

    5.39±0.93

    标本采集:分别在CPB前、CPB1小时、开放升主动脉(DC)后5分钟、CPB结束、CPB后4小时及术后第一天晨六个时间点采集。
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    测定指标为:(1)CD11b平均荧光强度:采用美国库尔特公司的流式细胞检测仪,用门控(gating)方法测定。(2)IL-6、IL-8及MPO:均采用ELISA方法进行检测。(3)白细胞总数及PMN细胞总数测定。

    所有资料均采用均数±标准差(x±s)表示,均数差异的显著性以组间成对、双尾t检验,统计处理采用MicrosoftExcel97软件。p<0.05为有显著性差异。

    结 果

    1.粘附分子CD11b的活性表达在体外循环期间已开始增强,但无明显变化,而在CPB后4小时明显升高(3.51±1.18荧光强度),与CPB前(2.42±1.15荧光强度)比较有非常显著性差异(p<0.005),但在术后第一天晨CD11b的活性表达(2.59±1.65荧光强度)即回到CPB前的对照水平,见表2。

    表2 PMN的活性与数量及细胞因子的变化
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    CPB前

    CPB1小时

    开放升主动脉后5分钟

    CPB结束

    CPB后4小时

    术后第1天

    CD11b(平均荧光强度)

    2.42±1.15

    2.79±1.71

    2.78±1.48

    3.00±1.41

    3.51±1.18*
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    2.59±1.65

    IL-6(pg/ml)

    6.13±9.11

    5.91±14.59

    89.66±146.32

    286.75±175.48*

    86.87±70.54*

    49.20±84.22

    IL-8(pg/ml)

    42.76±30.56

    110.81±101.13#
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    113.01±79.11*

    205.96±118.96*

    94.18±63.81*

    64.44±41.25#

    白细胞数

    (*10-9/L)

    7.01±2.85

    4.16±1.48

    5.51±3.01

    7.72±2.53

    12.81±3.66*
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    12.27±3.49*

    PMN数

    (*10-9/L)

    4.47±2.45

    2.18±1.22

    3.48±2.70

    5.91±2.10

    11.04±3.09*

    10.98±3.13*

    注*与CPB前比较p<0.01 #与前比较p<0.05

    2.IL-6的血浆水平在开放升主动脉后5分钟时开始明显增加(89.66±1146.32pg/mk),而在CPB结束时达高峰(286.75±175.48pg/mk),与CPB前(6.13±9.11pg/mk)比较有非常显著性差异(p<0.005),但在CPB结束后即开始下降,CPB后4小时为(86.87±70.54),在术后第一天晨为(49.20±84.22),见表2。
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    3.IL-8的释放水平在CPB开如后1小时即有明显增加(110.81±101.13pg/mk),与CPB前(42.76±30.56pg/mk)比较已有显著性差异(p<0.05);在开放升主动脉时继续升高(113.03±79.11pg/mk),到CPB结束时达高峰(205.96±118.90pg/mk),与CPB前比较有非常显著性差异(p<0.005)。IL-8的水平也在CPB结束后开始下降,见表2。

    4.MPO仅在术后第一天为阳性结果(4.59±4.79U/mk)。其余各点测定值均小于3U/mk为阴性结果,无统计学意义。

    5.白细胞和中性粒细胞数的变化规律相同,在CPB期间无明显变化,而在CPB后4小时及术后第一天晨均明显升高,与CPB前比较有非常显著性差异(p<0.005),见表2。

    讨 论

    体外循环过程中的许多因素如血液与体外循环管道的直接接触,手术的创伤,器官的缺血再灌注,手术过程中温度的改变等,均可引起全身复杂的炎症反应[4]。体外循环时细胞因子的释放、血小板的激活和颗粒的释放、中性粒细胞的活化同时粘附分子的表达及颗粒的释放是产生这一生物学过程的重要环节[5,6]。
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    在本课题研究中,我们检测了CPB前后粘附分子CD11b的活性表达、细胞因子IL-6、IL-8及PMN中的MPO释放的变化以及全血白细胞及PMN数目改变来探讨PMN及细胞因子在体外循环炎症反应中的作用,以及细胞因子的释放与PMN的活化之间的相互关系,以便找出白细胞激活的标志物,探索PMN的活化及细胞因子的释放与CPB的时间关系,为寻求控制体外循环的炎症反应提供依据。

    1.粘附分子CD11b在CPB的炎症反应中的活性表达从本实验的结果分析,CD11b的活性表达在CPB期间无明显变化,而在CPB结束后4小时有明显升高,除了说明开放升主动脉后在CPB期间肺内滞留的白细胞被释放到血循环中而外,更可能由于开放升主动脉后,心肌和肺组织的再灌注损伤促进了PMN的活化而使CD11b的表达进一步增强。此外从白细胞数及PMN数在CPB期间及其后的变化中也可看到一些规律,在CPB期间二者没有明显变化,但在CPB结束后4小时及术后第一天均显著升高。虽然CD11b的活性表达及中性粒细胞的数量都是在CPB结束后4小时明显升高,但在术后第一天仅有PMN数量的持续升高,而其CD11b的活性却已回到CPB前的水平,且CD11b的表达与PMN数量的变化之间没有相关性(γ=0.42),说明PMN的活性变化可能与CPB本身有更加密切的关系,而与其数量增加并没有直接的联系。因此我们认为粘附分子CD11b的表达可以作为在CPB的炎症反应时PMN活化的标志物。很明显通过抑制CD11b的表达以减少PMN与内皮细胞的粘附性对减轻CPB的炎症反应有现实意义。
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    2.细胞因子IL-6、IL-8在CPB的炎症反应中的作用从本实验的结果看IL-6、IL-8的变化规律很相似,其释放量在CPB期间都有明显增高,尤其是IL-8在CPB后1小时即有明显的释放,其反应更早更快,作为PMN的趋化因子在参与CPB所诱导的炎症反应,促进白细胞的活化中起着不可缺少的作用。而且IL-6、IL-8的释放量均在CPB结束时达到高峰,一方面说明开放升主动脉循环后,心肺组织的再灌注损伤可能进一步促进了细胞因子的释放,另一方面也说明这些细胞因子的释放可能与CPB的转流时间有更为密切的关系。此外这些细胞因子的释放峰值较PMN粘附分子CD11b的表达峰值提前一个时间点,分别为CPB结束时及CPB后4小时;说明二者之间可能有不可分割的联系。虽然IL-6、IL-8的释放与CD11b活性表达之间并无相关性(γ值分别为0。40、0。41),但是细胞因子释放早于PMN粘附分子CD11b活性表达的现象有利于解释IL-6、IL-8作为促炎症反应的细胞因子,可能是通过其促进PMN的活化,使CD11b的表达增强而参与了CPB的炎性反应。有研究认为高水平的IL-6与CPB后的心功能不全有关[7,8]。而IL-8如同在败血症中的作用一样,它在CPB后的多器官衰竭中起着至关重要的作用[9]。
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    3.MPO在CPB炎症反应中的角色MPO由PMN嗜天青颗粒分泌,可以作为PMN活化的特殊标志酶。曾有研究证实其在CPB期间的血浆含量增加[10],所以我们选择MPO作为一个观察指标。但本实验在CPB期间及其后MPO的血浆含量均为阴性结果(小于3U/mk),仅在术后第一天为阳性结果(大于3U/mk)。一方面说明可能是由于我们采用的ELISA方法对检测MPO不够敏感,所以与文献报道并不一致;另一方面也说明在CPB后虽有PMN的活化但并不一定有PMN的破坏和酶的大量释放;因为PMN的活化只说明有炎性反应,但如果有酶的大量释放就必然导致组织的损伤和破坏。所以从本组病人术后均顺利恢复且无并发症的结果看是相符合的,而仅在术后第一天才出现的阳性结果,说明PMN这时开始参与机体的免疫防御及抗炎作用,而与CPB关系不大。所以我们认为控制CPB炎症反应的最佳时机应该在CPB期间开放升主动脉前进行,才能有效地防治组织的缺血再灌注性损伤。

    参考文献

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