彭朝阳 冯 旭 谢晓勇 黄柳柳 毕笑寒 杨胜壮

(广西医科大学第一附属医院心胸外科，南宁市 530021)

小儿非紫绀型先心病心脏停跳与非停跳体外循环下围手术期的能量代谢研究▲

彭朝阳 冯 旭*谢晓勇 黄柳柳 毕笑寒 杨胜壮

(广西医科大学第一附属医院心胸外科，南宁市 530021)

目的研究先心病心脏停跳与非停跳体外循环下围手术期的能量代谢变化。方法符合研究标准的患者36例，随机分为实验组(心脏非停跳下)、对照组(心脏停跳组下)各18例，采取围手术期8个时间点(T1～T8)少量血液，依次离心获得血浆，应用NMR代谢组学分析及数据处理获取血浆相关代谢物指标，如ATP浓度、肌酸浓度、乳酸浓度。结果血浆ATP浓度、肌酸浓度、乳酸浓度在围手术期呈现一定时间内规律变化，二组数据比较，T4～T7时间点两组ATP浓度和肌酸浓度差异有统计学意义(P<0.05)；T4～T8时间点两组乳酸浓度差异有统计学意义(P<0.05)。结论两组患者ATP浓度、肌酸浓度、乳酸浓度在体外循环(CPB)过程中的机体组织代谢呈现出一定规律性改变，而实验组与对照组相关数据比较，存在显著差异性，表明在CPB手术过程中，心脏非停跳状态可以较好地保持机体能量代谢平衡状态。

心脏停跳或非停跳下；体外循环(CPB)；能量代谢；ATP；肌酸；乳酸

先心病为常见先天性畸形中的一类，发病率约占20%～30%，手术治疗为目前最为有效的措施，特别是心内直视下手术。因此，需要更深层次地了解围手术期机体各方面影响因素。本研究通过心脏停跳与心脏非停跳下两种不同的非生理性状态下了解ATP、肌酸、乳酸变化，进一步探讨两组患者在不同状态下对机体能量代谢的影响。

1 资料与方法

1.1 一般资料 研究对象为2010年至2012年在广西医科大学第一附属医院住院的患儿共计36例，随机分为实验组和对照组，术前经详细询问病史，完善胸片、心电图、超声心动图，必要时行心脏CT或心导管等检查，明确诊断先心病，EF值>50%，心功能Ⅰ～Ⅱ级。排除紫绀型先心病、血糖异常、血脂异常、甲状腺功能异常、家族遗传性组织代谢病、全身结缔组织疾病等影响因素。两组患儿基本情况见表1。

表1 两组患儿术前一般资料情况

1.2 实验方法 分别在下列8个时间点采集静脉血4 mL：手术前动脉穿刺成功后(T1)、麻醉诱导成功后(T2)、CPB降温至32℃～33℃(T3)、CPB结束时(T4)、CPB结束后3 h(T5)、24 h(T6)及48 h(T7)、72 h(T8)，其中CPB前、CPB结束后3 h、24 h、48 h及72 h各时间点每1 mL血样标本中加入肝素10U，其他时间点不额外添加肝素，4℃离心(4 000 r/min，10 min)，取上层血浆分装3份，-80℃冻存供检测血浆代谢物浓度。

1.3 血浆ATP浓度检测 使用高效液相色谱-紫外线检测法[1，2](high performance liquid chromatography-ultraviolet，HPLC-UV)测定血浆中三磷酸腺苷(adenosine triphosphate，ATP)含量。

1.4 血浆肌酸浓度、乳酸浓度检测 通过核磁共振谱采集1HNMR谱[4]、NMR谱处理与PCA模式识别分析[2，3]，利用VNMR 6.1C软件分析指标及积分值，进一步使用SIMCA-P 10.5软件(Umetrics AB，Umea，Sweden)将归一化的1HNMR积分值进行模式识别分析，进一步获取血浆肌酸、乳酸的定性和定量值。

1.5 统计学方法 使用SPSS 17.0 统计软件，符合正态分布的计量资料以均数±标准差(x±s)表示，统计检验使用方差分析和t检验，计数资料使用χ2检验，P<0.05表示差异有统计学意义。

2 结 果

2.1 血浆ATP浓度 两组血浆代谢数据中ATP浓度围手术期T3时间点开始慢慢减小，对照组直至T7尚未恢复到T1水平(P<0.05)，而实验组围手术期T3～T6较T1减少(P<0.05)，T7已恢复到T1水平(P>0.05)。两组数据比较，T4～T7时间点二组ATP浓度差异有统计学意义，实验组ATP浓度在T4～T7时高于对照组(P<0.05)。见表2。

表2 两组血浆ATP浓度变化 (μmol/L，x±s)

2.2 血浆肌酸浓度 两组肌酸浓度围手术期T3时间点逐渐升高，对照组直至T7尚未恢复到T1水平(P<0.05)，而实验组围手术期T3～T6较T1增多(P<0.05)，T7已基本恢复到T1水平(P>0.05)。两组数据比较，T3～T7时间点两组肌酸浓度差异有统计学意义，实验组肌酸浓度在T4～T7时低于对照组(P<0.05)。见表3。

表3 两组血浆肌酸浓度变化 (μmol/L，x±s)

2.3 血浆乳酸浓度 两组乳酸浓度围手术期T3时间点逐渐升高，对照组直至T8尚未恢复到T1水平(P<0.05)，而实验组围手术期T3～T6较T1增多(P<0.05)，T8已基本恢复到T1水平(P>0.05)。两组数据比较，T3～T8时间点两组乳酸浓度差异有统计学意义，实验组乳酸浓度在T4～T8时低于对照组(P<0.05)。见表4。

表4 两组血浆乳酸浓度变化 (μmol/L，x±s)

组别nT5T6T7T8对照组1858．739±3．22868．221±4．72659．247±3．63236．735±2．776实验组1852．274±3．06450．198±2．97541．236±2．73927．279±2．642

3 讨 论

新陈代谢是机体生命活动的基本特征，包括物质代谢和能量代谢，以糖代谢、脂代谢、氨基酸代谢为主。在各类物质代谢过程中，物质变化与能量代谢是联系紧密、密不可分的，机体物质代谢过程中所伴随的能量释放、转移和利用等，称之为能量代谢。正常生理状态下机体主要以糖类物质有氧氧化生成ATP供能，而心内直视下手术的非生理性状态下组织存在一定缺血缺氧及缺血-灌注再损伤，此时机体合成ATP能力下降，代偿性无氧代谢激发肌酸、乳酸生成增多，提示着能量代谢障碍，间接预示着不管在实验组还是对照组机体均以无氧代谢为主，机体无氧代谢生理意义体现着立即满足供能，满足机体在手术应激过程中不良反应；不过可能也跟胰岛素受体抵抗有关。因此我们通过检测乳酸和肌酸可以间接了解到无氧氧化供能过程，也就是说糖酵解。

CBP为开展心脏手术的最基本桥梁。在CBP过程中，心肌保护、心内排气以及全身性组织或器官的损伤均困扰着心外科医师。至今以来，心脏手术的相关影响因素研究甚多，目前大量研究已表明CBP过程中所致缺血-再灌注损伤，并且增加心肌耗氧量[4，5]；机体可产生大量能力消耗、活性氧自由基产生以及细胞内钙超载，三者成为恶性循环[6]，最终导致线粒体功能障碍，甚至出现不可逆性病理改变，如细胞坏死、凋亡[7，8]。然而系统性研究在CBP下操作心内直视手术对全身组织代谢影响仍不多，Haisjacki等[9]研究证实了CPB可以导致全身血液的乳酸增高，故我们可深入研究，以了解全身组织损伤情况，这样进一步认识手术后机体代偿性体系，在围手术期预防和治疗过程中提供一定理论支持[7]。非生理血流过程无疑会给机体带来一定负面效应。

近年以来，开展浅低温心脏非停跳CBP心内直视手术为心脏外科一种新的手术方式，国内这方面研究甚多。研究表明，心脏非停跳CBP心内畸形矫治可降低心肌损伤[10]、心内直视手术对心肌损伤的恢复等等[7，10，11]。因此进行系统性监测能量代谢甚有必要，可间接评估手术对全身性组织或器官代谢影响，从而更好地体现手术的优越性。

心脏停跳与心脏非停跳下CBP手术过程中，二者对全身性组织或器官能量代谢的影响无法避免。通过数据比较分析，心脏非停跳组占有明显优势，对能量代谢影响相对较小并且恢复较快。这可能与心脏停跳组和心脏非停跳组几处不同有着直接关系，比如CBP灌注压、主动脉阻断、温度变化及CBP时间。心脏停跳组灌注压相对较低，这样机体组织或器官会存在一定缺血、缺氧，甚至缺血再灌注损伤，机体合成ATP减少，并且组织恢复到原来状态所需时间相对较长。也有文献证明冷灌液可导致心肌损伤[12]，心脏停跳组是在低温下完成手术，而心脏非停跳组在浅低温下温度相差约10℃，低温可能会影响到机体内酶的活性。另外细胞内线粒体破坏(自由基生成增多)[8]、钙超载等等因素，也会促进机体能量的合成，甚至因为ATP供能不足引起组织坏死或凋亡。

ATP为机体直接供能物质，最为客观地反映机体能量代谢异同。当机体ATP供能不足时，机体会启动代偿机制，促使磷酸肌酸分解ATP供能，同时释放肌酸，然而肌酸浓度升高可以间接反映机体ATP的缺乏。另外机体代偿性生成乳酸增多，这可能来源于无氧氧化合成ATP过程中的生成，也可能是机体氧供减少、组织或器官血流灌注压偏低所致，二组数据可直接反映出机体微循环障碍，也可间接意味着代谢障碍，但是实验组乳酸恢复快，在围手术期T8已恢复，更好的体现出实验组在能量代谢影响较对照组偏低。

另外，机体组织或器官的能量代谢障碍可直接影响到ATP的合成，ATP的合成减少也会严重影响到细胞内外离子通道，比如Na-K-ATP泵、Ca通道等，这样全身机体各组织的电生理活动存在一定程度障碍，因此围手术期易出现心律失常、神经肌肉电生理恢复慢等。

总之，CBP下心内直视开展先心病手术会给患者带来能量合成障碍，只是浅低温下对能量代谢影响相对性较小。本次研究只是单纯从机体组织糖代谢入手，可能存在一定缺陷。也可单方面上体现了心内直视下手术造成机体组织或器官能量代谢障碍为可逆性改变，但是选择手术方式异同对机体能量代谢影响不一样，浅低温心脏非停跳CBP下心内直视手术对能量代谢的影响相对较少，组织或器官的能量代谢障碍时间短暂，相对恢复快，从而更好地说明心脏非停跳CBP下心内直视手术对维持机体围手术期能量代谢相对较平稳。

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Studyofperioperativemetabolismincardiopulmonarybypassforbeatingheartsurgeryandnon-beatingheartsurgeryintreatmentofNon-CyanoticCongenitalHeartDiseaseChildren

PENGZhaoyang,FENGXu,XIEXiaoyong,HUANGLiuliu,BIXiaohan,YANGShengzhuang(DepartmentofCardiacSurgery,theFirstAffiliatedHospitalofGuangxiMedicalUniversity,Nanning530021,China)

ObjectiveTo study metabolic changes in Cardio-Pulmonary Bypass (CPB) for beating heart surgery and non-beating heart surgery in treatment of Non-Cyanotic Congenital Heart Disease.Methods36 cases were enrolled in the study and were randomly divided into experimental group (beating heart surgery) and control group (non-beating heart surgery). Perioperative blood specimens of 8 different timings (T1～T8) were collected , followed by centrifuged to obtain blood plasma. NMR was used to detect metabolism-related substances such as ATP concentration, creatine concentration and lactate concentration.ResultsPlasma ATP, creatinine and lactate concentration were changed regularly during the perioperative time. Ther were significant differences in ATP and creatinine concentration at the timings of T4～T7, so were lactate concentration at the timings of T4～T8.ConclusionThe plasma concentrations of ATP, creatinine and lactate vary periodically during CPB process. The balance of energy metabolism may be maintained during CPB for beating heart surgery.

Non Beating and Beating heart surgery; cardio-Pulmonary Bypass; Metabolism, ATP; Creatinine; Lactate

广西自然科学基金(合同号：2012GXNSFAA053-108)

彭朝阳(1983～)，男，硕士，医生，研究方向：浅低温心脏不停跳手术进程中内环境的代谢。

R 654.1

A

1673-6575(2014)06-0685-04

10.11864/j.issn.1673.2014.06.04

2014-09-13

2014-11-16)

*通讯作者