血液接触面的抗凝技术--肝素涂抹
时间：2010-08-24 11:48:20 来源： 作者：
| 一、HCS的意义和技术 1．研制HCS的必要性 人们在CPB中发现，即使全身肝素化使血液不凝，但血液一接触异物可发生一系列的变化。它主要表现在血小板、白细胞和血浆炎性介质等方面。肝素抗凝作用主要是抑制凝血酶，而对血小板无作用。血液和异物接触，血小板发生聚集、粘连、脱颗粒。有实验发现，在CPB中血栓素（TXA2），血小板、血栓蛋白（β-TG）、血小板第四因子（PF4）明显增加，这都是血小板活化的结果，严重时可使微循环栓塞。CPB中ACT虽是正常值4 ~ 6倍，眼底血管仍有栓塞现象。血液和异物接触激活补体，补体可增加血管通透性，激活肥大细胞释放组织胺，促进激肽的生成。同时激活白细胞使其释放大量的酶类和异性蛋白，如弹性蛋白、肿瘤坏死因子等。激活的白细胞还产生大量氧自由基。所有这些均导致心肺肾功能障碍，影响手术后恢复。 肝素是一粘多糖，含很多硫酸根。肝素的阴离子活性基因与抗凝血酶III（AT-III）的阳离子基团结合，加速抗凝血酶一凝血酶复合体形成，进而凝血酶失去活性产生抗凝。肝素还可通过抑制凝血因子Ⅹ产生抗凝作用。肝素应用中最大的副作用是出血。另外还发现肝素有耐药性、一过性降低血压、增加血小板活性、诱发血小板减少、肝素反跳等副作用。HCS就是在这种背景下研制而成的。 2．HCS工艺技术 早期的HCS是利用氯化三（十二烷基）甲铵和肝素固定于高分子化合物表面。由于这种离子化合物不稳定，和血液接触就被冲走。特别和白蛋白这种离子亲和力强的物质接触涂抹的肝素易于脱落。为了增加涂抹肝素的稳定性，人们试图通过共价键和肝素的氨基、羧基或羟基结合。但由于这种结合破坏了肝素的功能基团而难以发挥作用，Baxter实验室成功地用氯化烷苯二甲胺和肝素以离子键结合成非水溶性化合物。这种HCS和血液接触后有5%肝素脱落、其余牢固和人工物质结合而具有抗凝作用。Carmeda公司的技术人员发现，在肝素一端的粘多糖进行共价键结合,可将肝素牢固植入膜内，而另一端的功能基团具有抗活性，这类似于内皮细胞表面抗凝功能结构。HCS上的肝素和血液接触时，一端的功能基团立即和血液的AT-III结合，后者催化AT-III和凝血酶形成无活性的复合体。由于肝素另一揣牢固的植入在膜内，AT-III和凝血酶复合体随血流而去，进入体内可逆分解。而HCS上肝素继续和新接触血液产生作用。这样在没有全身肝素化时避免了血液凝集，同时防止了血液和高分子化合物接触。HCS膜上植入的肝素要大于1.0mg/cm2才具有很好的抗凝效果。HCS不会改变原有物质的特性。如氧合器膜气体交换功能、动脉滤器除栓子功能等，在120小时非肝素化转流中未见血栓。 肝素和AT一旦的结合可分为高亲合力肝素（HAH）和低亲合力肝素（LAH）。内皮细胞仅有l%HAH和AT-III结合，LAH没有抗凝和抗血栓作用。HCS有25%HAH和AT-III结合，LAH可催化HAH，HAH抑制Xa因子。HAL对Xa因子无抑制作用。在微循环中血液因流速慢更易产生凝集。HCS在3100高切变率的血流中，使83%凝血酶和100%Xa因子失效；在210低切变的血流中，100%凝血酶和Xa因子失效。这说明HCS在各种血流条件下LAH和HAH均发挥作用。 二、HCS的生物相容性 1．毒性试验 HCS浸泡在70℃盐水和棉子油中达24小时，将这种液体注射在小鼠的静脉和腹膜内，观察72小时急性全身毒性反应，未发现体重降低或其它毒性反应。将液体在兔多处皮下进行注射，72小时观察无红斑和水肿现象发生。用Ames氏方法将这种液体对沙门氏菌属进行突变试验，未观察到异常，将HCS植入兔的大腿肌肉，7天后镜下观察HCS表面无炎症现象，30天后的结果相同。 2．血小板 当白蛋白吸附于异物表面可抑制血小板的粘着，如果是ｒ球蛋白和纤维蛋白原吸附将促进血小板吸附。开始的血小板吸附不耗能，无形态学变化，为可逆性。当血小板形态发生变化，在膜磷脂和糖蛋白的作用下吸附一些凝血因子，使血小板分泌促凝物质，如TXA2、β-TG、PF4等，这些物质和CPB炎性反应有密切的关系，它将激活多核白细胞，增加血管通透性，刺激平滑肌细胞等。上述活动中血小板大量消耗，使CPB后的凝血机制和血管完整性难以维持。HCS表面移植了肝素，通过和AT-III结合抑制凝血酶，同时抑制纤维蛋白原吸附，使血小板不易激活。将HCS放入抗凝新鲜血中，30分钟后电镜发现对照组人造膜有大量血小板粘附，而HCS组表面光滑。同样方法测量血中ATP，发现对照组高于HCS100倍。这说明HCS可维持血小板的相容性。在6小时左心转流中对照组（ACT>480s）血小板计数下降60%，而HCS组下降37%。在2小时CPB后，HCS组的血小板聚集功能明显高于对照。血小板聚集是体外循环中血小板减少重要因素。Hioki在实验中发现肝素涂抹系统可明显减少体外循环中血小板聚集，因为它的GPIb水平增高不明显。 3．补体 当血液和异物接触时既可启动凝血因子瀑布，同时还激活补体。C3a和C5a被称为过敏毒素，它能增加血管通透性，收缩平滑肌，刺激肥大细胞的类脂质，使细胞膜穿孔破损。Viden等用HCS进行转流2小时，发现C3a是对照组的29%，C5-9为对照组的22%。Nilsson等通过C3d对*进行2小时观察，结果发现非HCS组C3d明显增高。Mollues等发现HCS组病人在CPB中C5a增高幅度比非HCS组小。作者认为HCS使生物相容性大为改善，阻断补体激活的旁路途径。Videm的临床观察发现肝素涂抹技术可明显减少体外循环中C3bc和补体复合物的产生。认为这和抑制补体旁路激活有关，而肝素涂抹技术对补体经典激活的抑制不明显，因为C1a在体外循环中仍明显增高。 4．白细胞 正常循环中自细胞具向心特点，是白细胞表面和血管内皮细胞均带有负电荷相互排斥的结果。当血液和异物接触激活补体，C3a可刺激白细胞和血管内皮细胞结合，白细胞释放出颗粒成份，如弹性蛋白酶、乳铁蛋白等，蛋白酶可解胶原使血管通透性增加，白细胞产生大量的氧自由基。氧由基化学极性甚强，可损伤带-SH的多种酶类，氧自由基使多聚不饱和脂肪酸产生脂质过氧化导致单位膜的破坏。试验中发现，HCS组粒细胞化学发光比对照组低28倍，这说明HCS组氧自由基释放少。在5~7天的巨噬细胞培养后，HCS组粘附的白细胞明显低于对照组。在细胞释放试验中发现HCS组的乳铁蛋白分泌明显少于对照组，而对照组的髓过氧化物酶高出HCS的倍。纤维蛋白肽A（FPA）是纤维蛋白的降解物，血液和异物接触启动凝血系时启动纤溶系统，使纤维蛋白降解，其降解产物可加强组织胺和激肽的作用，增加血管通透性，吸引白细胞。Arnanto1er等在60分钟的转流中观察到HCS系统FPA的增高程度比对照组明显轻微，由于生物相容性的改善，红细胞破坏轻微。在转流中HCS的血清游离血红蛋白仅轻度增加。由于HCS使炎性介质分泌减少，使血管通透性降低，液体渗出明显少于对照组HCS在局部表面抗凝，使血小板和凝血因子得到保护，这使术后的出血和输血量明显减少。 三、临床应用 1．常规体外循环 CPB中给肝素使全身肝素化，ACT要达到480秒以上，有些患者甚至可达到1500秒以上，在CPB结束时须用鱼精蛋白对抗，在这过程中可引起一系列副作用，如血压下降、肺水肿等，桔抗后肝素还有一些残余效应。肝素对血小板作用很小，当血小板在CPB和异物表面结合时可释放大量的活性物质促进血拴形成。HCS在CPB中可减少肝素用量，避免血小板和异物表面接触。Segesser等临床报告46例，分HCS组和对照组，HCS组病人CPB中ACT要求大于180秒，肝素用量为8000u。对照组CPB中ACT要求大于480秒，肝素用量为5350u。手术后HCS组病人的鱼精蛋白桔抗量、胸腔引流量、输库血量均比对照组明显减少。Borowiec等将HCS系统用于CPB，使ACT在300秒左右，肝素用量仅为常规量的75%，鱼精蛋白用量仅为正常的50%。同时还发现对照组病人在CPB中的髓过氧化酶和乳铁蛋白分别是HCS组病人的2倍和7倍。这提示HCS可减少白细胞的释放。 2．循环支持 严重的心功能衰竭，药物难以发挥作用，主动脉球囊反搏（IABP）的作用亦有限，IABP工作原理是在心脏舒张期球囊扩张，驱动主动脉内的血液至心脏和大脑，增强心脏收缩力减轻后负荷，如果心肌收缩力极差，这种方法也无能为力。CPB循环支持通过静脉引流可使心脏的前负荷下降，泵的机械功代替心脏收缩，从而使心脏得到良好的休息。在循环支持中由于长时间灌注，血液破坏严重，大量肝素应用使出血的并发症更为突出。Saito等用HCS系统对病人进行肝素化的循环支持。转流中流量0.8 ~ 3.2L/min，3天后的血小板只下降到辅助前25%，作者认为HCS的抗凝性能优越和易于掌握，对于CPB不能脱离机器患者的循环支持尤为适合。 3、呼吸支持 成人呼吸窘迫综合症（ARDS）是严重的呼吸障碍，表现为肺气体交换功能低下，是肺毛细血管或肺泡膜病变的结果。常规治疗效果差，死亡率高。近来CPB呼吸支持（ECMO）使其死亡率显著下降。是将静脉血引流至体外，经氧合后灌人体内，从而保证组织氧供，使肺组织得到充分休息。ECMO治疗时间长（可达20多天），对CPB用品的生物相容性要求高。否则大量补体激活，白细胞释放大量酶类和氧自由基将不利肺修复。Rossaint等在13例病人的呼吸支持治疗中用HCS系统，使病人部分凝血酶原时间和ACT接近正常，减少了术中的出血，提高治愈率。 4．其它 意外低温病人的治疗是复温，以往采用变温毯、腹膜温水灌注等方法，复温速度慢，在复温过程血管扩张易造成虚脱。用CPB的血液复温成功的解决了上述问题。全身多脏器出血损伤的患者，CPB的复温不能进行全身肝素化，否则会加重出血。近来有用HCS抢救这类病人的成功报告。患者36岁，从30米处不慎摔落，多脏器损伤合并ARDS，Lopez等用HCS对此病人进行无肝素ECMO，转流中ACT为168秒，9小时脱离机器，以后逐渐康复。脑部肿瘤切除需要良好的手术野，但脑组织血管丰富，术中的出血浸血防碍了手术进行。CPB深低温低流量灌注避免脑细胞缺氧，并为手术创造良好条件，Bennett等用HCS，以小量肝素使ACT在130秒左右，可减少术后出血。抑肽酶在体外循环中对炎性因子有明显的抑制，对血小板有显的保护。如果合用肝素涂抹系统在此方面是否有更好效果。Parolari等观察发现，单用抑肽酶和二者合用的效果相似，表现在IL-6、C反应蛋白、气管插管时间、ICU滞留时间无明显差异。Svenmarkers对56例患者观察发现用肝素化涂抹系统的患者S-100蛋白明显低于对照组，这提示肝素化涂抹系统对脑功能有一定的保护作用。体外循环中纤维蛋白沉积于交换膜表面，使气体交换能力下降，同时表现氧合器跨膜压力增加。Wahha对1900多例患者观察发现，肝素涂抹膜肺跨膜压异常的发生率为0.39‰，而常规膜肺的异常率为3.89‰。他认为肝素涂抹可提高膜肺的安全性和气体交换稳定性。 值得一提的是使用肝素涂抹系统还需要全身肝素化。因为心脏手术组织损伤大，一些组织因子可通过外源性凝血系统激活凝血酶原，增加机体凝血状态。如果没有全身肝素化，虽然血液在肝素涂抹表面没有凝血，但不能保证机体血管内血液凝集。在一些特殊情况如外伤、内脏严重出血、全身肝素化加重这种出血，可慎重考虑使用HCS而不用全身肝素化。Eivind对搭桥患者调查表明肝素涂抹系统使患者在CPB中的肝素用量减少，鱼精蛋白拮抗降低，可缓解补体的激活，乳铁蛋白和凝血酶原片段增加缓解。 Masaaki对单纯氧合器肝素涂抹和体外循环管道（包括氧合器）肝素涂抹比较发现，后者粒细胞弹性蛋白酶、C3a、C4a、血小板血栓蛋白增高明显缓解，术后出血明显减少，此研究提示整体体外循环管道肝素化是保证生物相容性改善的重要条件。 Ladowsk在临床未能发现肝素化涂抹系统的明显优点，如减少术后输血等。 总之，HCS的抗凝作用可减少CPB中肝素用量，改善人造膜表面生物相容性，减少轻炎性反应。人们还在其它方面有大胆的尝试。Ohata等在复合人工心脏内将IL-10基因和NO合酶的基因导入内皮，再将这些内皮覆盖在人工肺上，进行1小时股动静脉转流，结合结果发现这种方法在转流中可增加NO的产生，并抑制IL-8的产生。作者认为这对抑制转流中的炎性反应有积极意义。 参考文献 1 Ohata T, et al. 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