體外循環(huán)圍術(shù)期改良GIK液心臟保護(hù)及機(jī)制研究.pdf

1、體外循環(huán)（Cardiopulmonary bypass，CPB）是絕大部分心臟病外科直視手術(shù)的必需前提條件。然而，在心臟直視手術(shù)期間心臟缺血再灌注損傷以及組織灌注不良，可引起心衰、心梗、心律失常等并發(fā)癥。心臟外科手術(shù)中如何減小 CPB不良反應(yīng)、有效保護(hù)心臟功能對(duì)于降低術(shù)后并發(fā)癥和死亡率至關(guān)重要。GIK應(yīng)用于缺血性心臟病的輔助治療已經(jīng)有超過(guò)50年的歷史，我們研究協(xié)作組前期研究發(fā)現(xiàn) GIK具有心肌保護(hù)作用，并發(fā)現(xiàn)胰島素是心肌保護(hù)作用的關(guān)鍵成

2、分，受到國(guó)際專(zhuān)家的廣泛認(rèn)可。但是否需對(duì)心臟病人普遍應(yīng)用 GIK治療仍然存在分歧。雖然有越來(lái)越多的臨床研究支持GIK是有益的，但是對(duì)于GIK應(yīng)用于心臟手術(shù)的范疇的臨床研究均存在樣本量少，術(shù)種單一的問(wèn)題。而且目前的臨床研究的關(guān)注點(diǎn)都集中在術(shù)后心指數(shù)（CI）的變化以及房顫（AF）的發(fā)生率上，卻忽略了死亡率、圍術(shù)期心梗等重要臨床指標(biāo)的發(fā)生率。不僅如此，體外循環(huán)過(guò)程中發(fā)生的的高血糖被認(rèn)為是影響術(shù)后死亡率的獨(dú)立危險(xiǎn)因素。然而臨床常用的GIK中，胰島

3、素與葡萄糖的比例一般是1:4或1:5，這導(dǎo)致以往的研究中出現(xiàn)了很多難控性高血糖病例。那么，對(duì)于應(yīng)用于體外循環(huán)心臟外科手術(shù)的 GIK配方中，胰島素和葡萄糖的比例該做調(diào)整嗎?
　　蛋白質(zhì) O-糖基化修飾是體內(nèi)的一種主要的營(yíng)養(yǎng)物和應(yīng)激反應(yīng)蛋白，這些蛋白的改變與糖尿病、癌癥以及心血管病的發(fā)病相關(guān)。二磷酸尿核苷-乙?；咸烟牵║DP-GlcNAc）是蛋白質(zhì)O-糖基化的底物，也是己糖胺通路的終產(chǎn)物。Laczy B et al發(fā)現(xiàn)通過(guò)添加氨基葡

4、萄糖使己糖胺通路急性激活可在大幅提高使心肌脂肪酸代謝的同時(shí)減少葡萄糖代謝，提示己糖胺通路及蛋白質(zhì) O-糖基化在心肌中起著代謝的調(diào)節(jié)作用。我們的前期研究和來(lái)自他人實(shí)驗(yàn)室的工作均表明，胰島素可通過(guò)促進(jìn)心肌葡萄糖利用、抑制心肌細(xì)胞凋亡、減輕炎癥反應(yīng)保護(hù)缺血心肌，但是 GIK的作用機(jī)制一直未被完全闡明，尤其在心臟外科體外循環(huán)的條件下，己糖胺通路及蛋白質(zhì)O-糖基化是否參與了GIK的心肌保護(hù)作用，尚不清楚。
　　研究目的：
　　1.開(kāi)展

5、單中心較大樣本的隨機(jī)對(duì)照臨床研究，觀察改良GIK液（胰島素與葡萄糖比例為1:3）是否能夠降低心臟外科體外循環(huán)術(shù)后主要不良心血管事件發(fā)生率、死亡率及術(shù)后并發(fā)癥的發(fā)生率，進(jìn)一步明確改良極化液對(duì)體外循環(huán)心臟手術(shù)患者是否具有保護(hù)作用。
　　2.探討圍術(shù)期應(yīng)用改良GIK保護(hù)體外循環(huán)心臟的作用機(jī)制，尤其是己糖胺通路和蛋白質(zhì)O-糖基化在其中的關(guān)鍵作用。
　　研究方法：
　　1.臨床研究方法：
　　（1）本研究納入符合入選和排除

6、標(biāo)準(zhǔn)的經(jīng)體外循環(huán)心臟手術(shù)患者共930例，進(jìn)行單中心雙盲隨機(jī)對(duì)照研究。分別在麻醉誘導(dǎo)前給患者輸注 GIK液（20％葡萄糖750ml，普通胰島素50IU，10%氯化鉀45ml）和平衡鹽對(duì)照組（平衡鹽溶液：乳酸鈉3.1g，氯化鈉6.0g,氯化鉀0.3g，氯化鈣0.2g）。
　　（2）臨床觀察指標(biāo)：主要研究指標(biāo)為受試者住院期間主要不良心血管事件。具體包括：急性心梗發(fā)生率、心臟停搏并成功搶救、充血性心衰、低心排綜合征發(fā)生率、心律失常發(fā)生率以

7、及全因死亡率。次要觀察指標(biāo)為兩組患者術(shù)后30天及180天死亡率、術(shù)后重癥監(jiān)護(hù)室滯留時(shí)間、術(shù)后住院時(shí)間以及呼吸機(jī)時(shí)間、正性肌力藥物治療、敗血癥及感染、腎臟并發(fā)癥、二次手術(shù)等術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生率。
　　（3）圍術(shù)期其它指標(biāo)：通過(guò)二維超聲檢測(cè)患者術(shù)前、術(shù)后1天及出院前的左室射血分?jǐn)?shù)（LVEF），動(dòng)態(tài)觀察患者心臟功能的變化。通過(guò)檢測(cè)患者術(shù)前及術(shù)后6h、24h、48h的血漿肌鈣蛋白含量變化以及術(shù)前、術(shù)后24h、48h的血肌酸激酶同工酶，來(lái)反映是

8、否應(yīng)用 GIK對(duì)患者心肌損傷程度的影響。觀察患者血糖乳酸的動(dòng)態(tài)變化，計(jì)算兩組患者主動(dòng)脈阻閉前及開(kāi)放后心肌耗氧量的變化以及心肌的糖攝取和心肌乳酸攝取/排出來(lái)研究GIK對(duì)體外循環(huán)期間心肌能量代謝的影響。
　　2.動(dòng)物實(shí)驗(yàn)方法：
　?。?）利用18只小型豬建立了90分鐘體外循環(huán)（主動(dòng)脈夾閉30分鐘）的動(dòng)物模型，隨機(jī)分為①平衡鹽對(duì)照組，于麻醉誘導(dǎo)后開(kāi)始于中心靜脈輸入平衡鹽（6mL/kg?h）至手術(shù)結(jié)束。②GIK組，于麻醉誘導(dǎo)后開(kāi)始于

9、中心靜脈輸入同等劑量GIK至手術(shù)結(jié)束。③阻滯劑組，在經(jīng)冠狀動(dòng)脈灌入己糖胺通路的抑制劑DON（40μmol/L）。并分別于體外循環(huán)前、體外循環(huán)5分鐘、主動(dòng)脈阻閉5分鐘、主動(dòng)脈開(kāi)放5分鐘以及主動(dòng)脈開(kāi)放60分鐘和主動(dòng)脈開(kāi)放120分鐘六個(gè)時(shí)間點(diǎn)分別留取動(dòng)脈血進(jìn)行分析。并在體外循環(huán)前、體外循環(huán)5分鐘、主動(dòng)脈阻閉5分鐘、主動(dòng)脈開(kāi)放5分鐘四個(gè)時(shí)間點(diǎn)留取小型豬的心肌組織標(biāo)本。
　?。?）對(duì)小型豬術(shù)前及術(shù)后進(jìn)行二維超聲檢測(cè)，對(duì)比觀察術(shù)前術(shù)后左室射血

10、分?jǐn)?shù)變化情況。對(duì)術(shù)前、術(shù)后的心肌組織進(jìn)行原位TUNEL染色觀察對(duì)比不同處理對(duì)心肌凋亡的影響，同時(shí)還采用透射電鏡觀察不同處理組術(shù)前后心肌超微結(jié)構(gòu)的變化。
　?。?）利用實(shí)時(shí)定量PCR和western blotting檢測(cè)心肌組織中己糖胺通路的重要限速酶果糖-6磷酸胺基轉(zhuǎn)移酶（GFAT）、蛋白質(zhì)糖基化唯一催化酶 N-乙酰氨基葡萄糖轉(zhuǎn)移酶（OGT）的mRNA和蛋白表達(dá)變化；western blotting檢測(cè)心肌組織蛋白質(zhì)O-糖基化修飾

11、變化、胰島素下信號(hào)通路中IRS-1、Akt及GSK3-β的表達(dá)及磷酸化水平。
　?。?）采用18F-FDG PET顯像技術(shù)觀察體外循環(huán)術(shù)后心肌糖攝取情況。
　　研究結(jié)果：
　　1.臨床研究結(jié)果
　　（1）共納入擬進(jìn)行體外循環(huán)下心臟外科手術(shù)的病人930例，其中改良極化液組465例，平衡鹽對(duì)照組465例。兩組患者的一般構(gòu)成、患者術(shù)前心血管疾病和心血管手術(shù)相關(guān)危險(xiǎn)因素、以及術(shù)前心功能指標(biāo)均無(wú)統(tǒng)計(jì)差別。兩組患者手術(shù)組成，

12、手術(shù)相關(guān)的手術(shù)時(shí)間、體外循環(huán)時(shí)間，以及阻閉時(shí)間均無(wú)顯著差別。
　?。?）改良GIK液治療顯著降低了主要不良心血管事件發(fā)生率（OR0.57;95%CI0.43-0.75; P＜0.001），特別是術(shù)后低心排綜合征（OR0.71;95%CI0.51-0.99;P=0.042）、心率失常和房顫的發(fā)生率（OR0.47;95%CI0.30-0.78; P=0.002）。此外，GIK治療還可減小患者術(shù)后早期LVEF下降程度（術(shù)后7天EF值，G

13、IK組55.0±6.0%，平衡鹽對(duì)照組51.8±6.0%，兩組相比P<0.001），促進(jìn)LVEF恢復(fù)，降低術(shù)后血漿CK-MB（GIK組為43[32-58] U/L，平衡鹽對(duì)照組為46[34.5-67.5] U/L，與基礎(chǔ)值相比 P<0.001，與平衡鹽對(duì)照組相比 P=0.016）及 CTnI（術(shù)后6小時(shí),GIK組cTnI值為3.4[2.1-6.6] U/L，平衡鹽對(duì)照組TnI值為4.6[2.6-8.5] U/L，兩組相比P=0.001；

14、術(shù)后12小時(shí)，GIK組cTnI值為4.0[2.2-6.6] U/L，平衡鹽對(duì)照組cTnI值為4.2[2.9-8.0] U/L，兩組相比P=0.028）的增高程度。
　　（3）與平衡鹽對(duì)照組相比，GIK組術(shù)后30天死亡率（GIK組1.6%，平衡鹽對(duì)照組2.7%,P=0.37）和180天死亡率（GIK組2.2%，平衡鹽對(duì)照組3.0%，P=0.41）略低，但是兩組之間無(wú)顯著性差異。而且 GIK治療可減少延長(zhǎng)通氣時(shí)間（大于24h）、延長(zhǎng)I

15、CU時(shí)間（大于3d）患者的人數(shù)。
　?。?）雖然兩組之間的二次手術(shù)率、中風(fēng)以及嚴(yán)重感染例數(shù)無(wú)統(tǒng)計(jì)差別，但GIK組術(shù)后正性肌力藥物的應(yīng)用以及腎臟并發(fā)癥的發(fā)病率（GIK組4.9%，平衡鹽對(duì)照組8.8%，P=0.02）都顯著降低。
　?。?） GIK還提高了患者心肌的糖攝取，提高了心肌能量代謝中糖代謝的比例（阻閉前：GIK組8.4%±3.2%，平衡鹽對(duì)照組5.5%±2.8%，P=0.024；開(kāi)放后，GIK組10.7%±5.7%，平

16、衡鹽對(duì)照組6.8%±4.3%，P<0.01）減少了再灌注后心肌乳酸的排出（GIK組8.7%±3.2%，對(duì)照組31.1%±19.3%，P<0.01），加快了恢復(fù)灌注后心肌有氧代謝的恢復(fù)。
　　2.動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果
　?。?）在小型豬的體外循環(huán)模型上，我們發(fā)現(xiàn)術(shù)中血糖顯著升高，與平衡鹽對(duì)照組相比，圍術(shù)期給予GIK可減輕術(shù)中血糖的升高。
　　（2）體外循環(huán)期間己糖胺通路的關(guān)鍵酶GFAT以及糖基化唯一催化酶OGT的基因及蛋白表

17、達(dá)顯著提高，而GIK可顯著抑制GFAT及OGT的過(guò)度激活。
　　（3） CPB后小型豬 LVEF值顯著降低（CON組術(shù)前49.1%±12.6% vs術(shù)后62.2±7.8，GIK組術(shù)前56.4±14.2 vs術(shù)后61.9±8.0，DON組術(shù)前53±10 vs術(shù)后62.9±10.7，n=6，P均<0.05），而給予GIK或DON均可改善CPB術(shù)后的LVEF（GIK組56.4±14.2vs CON組49.1±12.6，p=0.286，N

18、=6,DON組53±10 vs CON組49.1±12.6 p=0.044）。透射電鏡結(jié)果顯示體外循環(huán)后心肌組織出現(xiàn)線粒體的破壞，肌絲溶解斷裂，糖原耗竭。與平衡鹽對(duì)照組相比，GIK或DON處理組的心肌線粒體及肌絲形態(tài)較好，肌絲間隙可見(jiàn)大量糖原。
　?。?）心肌組織原位凋亡染色顯示CPB后心肌細(xì)胞凋亡顯著增加，而給予GIK可顯著抑制心肌細(xì)胞凋亡。
　?。?）18F-FDG PET實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，CPB可導(dǎo)致心肌糖攝取受抑制，而給

19、予GIK可促進(jìn)心肌糖攝取。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，CPB可導(dǎo)致胰島素重要下游信號(hào)通路Akt及GSK-3β的磷酸化水平顯著下調(diào)。而圍術(shù)期給予GIK可使Akt及GSK-3β的磷酸化水平顯著增強(qiáng)。
　　結(jié)論：
　　我們進(jìn)行的雙盲隨機(jī)對(duì)照臨床研究表明，體外循環(huán)心臟手術(shù)病人圍術(shù)期加用改良 GIK治療可顯著降低術(shù)后主要不良心血管事件的發(fā)生率，改善患者的心臟功能，降低術(shù)后CK-MB及CTnI的增高程度。但對(duì)術(shù)后30天死亡率，及180天死亡率無(wú)顯著