【摘要】：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)、有效保護心臟功能對于降低術(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具有心肌保護作用,并發(fā)現(xiàn)胰島素是心肌保護作用的關(guān)鍵成分,受到國際專家的廣泛認可。但是否需對心臟病人普遍應(yīng)用GIK治療仍然存在分歧。雖然有越來越多的臨床研究支持GIK是有益的,但是對于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)種單一的問題。而且目前的臨床研究的關(guān)注點都集中在術(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的發(fā)生率。不僅如此,體外循環(huán)過程中發(fā)生的的高血糖被認為是影響術(shù)后死亡率的獨立危險因素。然而臨床常用的GIK中,胰島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�(UDP-Glc NAc)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)通過添加氨基葡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自他人實驗室的工作均表明,胰島素可通過促進心肌葡萄糖利用、抑制心肌細胞凋亡、減輕炎癥反應(yīng)保護缺血心肌,但是GIK的作用機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的心肌保護作用,尚不清楚。研究目的:1.開展單中心較大樣本的隨機對照臨床研究,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,進一步明確改良極化液對體外循環(huán)心臟手術(shù)患者是否具有保護作用。2.探討圍術(shù)期應(yīng)用改良GIK保護體外循環(huán)心臟的作用機制,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標準的經(jīng)體外循環(huán)心臟手術(shù)患者共930例,進行單中心雙盲隨機對照研究。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:主要研究指標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)生率以及全因死亡率。次要觀察指標為兩組患者術(shù)后30天及180天死亡率、術(shù)后重癥監(jiān)護室滯留時間、術(shù)后住院時間以及呼吸機時間、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:通過二維超聲檢測患者術(shù)前、術(shù)后1天及出院前的左室射血分數(shù)(LVEF),動態(tài)觀察患者心臟功能的變化。通過檢測患者術(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,來反映是否應(yīng)用GIK對患者心肌損傷程度的影響。觀察患者血糖乳酸的動態(tài)變化,計算兩組患者主動脈阻閉前及開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/排出來研究GIK對體外循環(huán)期間心肌能量代謝的影響。2.動物實驗方法:(1)利用18只小型豬建立了90分鐘體外循環(huán)(主動脈夾閉30分鐘)的動物模型,隨機分為①平衡鹽對照組,于麻醉誘導(dǎo)后開始于中心靜脈輸入平衡鹽(6m L/kg?h)至手術(shù)結(jié)束。②GIK組,于麻醉誘導(dǎo)后開始于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、主動脈阻閉5分鐘、主動脈開放5分鐘以及主動脈開放60分鐘和主動脈開放120分鐘六個時間點分別留取動脈血進行分析。并在體外循環(huán)前、體外循環(huán)5分鐘、主動脈阻閉5分鐘、主動脈開放5分鐘四個時間點留取小型豬的心肌組織標本。(2)對小型豬術(shù)前及術(shù)后進行二維超聲檢測,對比觀察術(shù)前術(shù)后左室射血分數(shù)變化情況。對術(shù)前、術(shù)后的心肌組織進行原位TUNEL染色觀察對比不同處理對心肌凋亡的影響,同時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。(3)利用實時定量PCR和western blotting檢測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m RNA和蛋白表達變化;western blotting檢測心肌組織蛋白質(zhì)O-糖基化修飾變化、胰島素下信號通路中IRS-1、Akt及GSK3-β的表達及磷酸化水平。(4)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)危險因素、以及術(shù)前心功能指標均無統(tǒng)計差別。兩組患者手術(shù)組成,手術(shù)相關(guān)的手術(shù)時間、體外循環(huán)時間,以及阻閉時間均無顯著差別。(2)改良GIK液治療顯著降低了主要不良心血管事件發(fā)生率(OR 0.57;95%CI 0.43-0.75;P0.001),特別是術(shù)后低心排綜合征(OR 0.71;95%CI 0.51-0.99;P=0.042)、心率失常和房顫的發(fā)生率(OR 0.47;95%CI 0.30-0.78;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,GIK組55.0±6.0%,平衡鹽對照組51.8±6.0%,兩組相比P0.001),促進LVEF恢復(fù),降低術(shù)后血漿CK-MB(GIK組為43[32-58]U/L,平衡鹽對照組為46[34.5-67.5]U/L,與基礎(chǔ)值相比P0.001,與平衡鹽對照組相比P=0.016)及CTn I(術(shù)后6小時,GIK組c Tn I值為3.4[2.1-6.6]U/L,平衡鹽對照組Tn I值為4.6[2.6-8.5]U/L,兩組相比P=0.001;術(shù)后12小時,GIK組c Tn I值為4.0[2.2-6.6]U/L,平衡鹽對照組c Tn I值為4.2[2.9-8.0]U/L,兩組相比P=0.028)的增高程度。(3)與平衡鹽對照組相比,GIK組術(shù)后30天死亡率(GIK組1.6%,平衡鹽對照組2.7%,P=0.37)和180天死亡率(GIK組2.2%,平衡鹽對照組3.0%,P=0.41)略低,但是兩組之間無顯著性差異。而且GIK治療可減少延長通氣時間(大于24h)、延長ICU時間(大于3d)患者的人數(shù)。(4)雖然兩組之間的二次手術(shù)率、中風以及嚴重感染例數(shù)無統(tǒng)計差別,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%,平衡鹽對照組8.8%,P=0.02)都顯著降低。(5)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%,平衡鹽對照組5.5%±2.8%,P=0.024;開放后,GIK組10.7%±5.7%,平衡鹽對照組6.8%±4.3%,P0.01)減少了再灌注后心肌乳酸的排出(GIK組8.7%±3.2%,對照組31.1%±19.3%,P0.01),加快了恢復(fù)灌注后心肌有氧代謝的恢復(fù)。2.動物實驗研究結(jié)果(1)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的基因及蛋白表達顯著提高,而GIK可顯著抑制GFAT及OGT的過度激活。(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±14.2 vs CON組49.1±12.6,p=0.286,N=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,肌絲間隙可見大量糖原。(4)心肌組織原位凋亡染色顯示CPB后心肌細胞凋亡顯著增加,而給予GIK可顯著抑制心肌細胞凋亡。(5)18F-FDG PET實驗結(jié)果表明,CPB可導(dǎo)致心肌糖攝取受抑制,而給予GIK可促進心肌糖攝取。進一步研究發(fā)現(xiàn),CPB可導(dǎo)致胰島素重要下游信號通路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。結(jié)論:我們進行的雙盲隨機對照臨床研究表明,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CTn I的增高程度。但對術(shù)后30天死亡率,及180天死亡率無顯著影響。體外循環(huán)90分鐘(主動脈阻閉30分鐘)后心肌己糖胺合成通路過度激活,蛋白質(zhì)O-糖基化增多;同時Akt通路受抑制,心臟功能下降。圍術(shù)期給予改良GIK治療可抑制己糖胺通路和蛋白質(zhì)O-糖基化,促進Akt磷酸化,減少心肌細胞凋亡,保護心臟功能。這可能是改良GIK液保護心肌功能的主要分子機制。
【學(xué)位授予單位】：第四軍醫(yī)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：R654.1
【圖文】：

型豬血糖的影響。CON：平衡鹽對照組；GIK：GIK 處理組。baselin環(huán)前；CPB 5 分鐘：體外循環(huán) 5 分鐘；ACC 5 分鐘：主動脈阻閉 5 分5 分鐘， AO60 分鐘， AO 120 分鐘：主動脈開放 5 分鐘、60mi 以。實驗數(shù)據(jù)以 Mean±SEM 表示（n=6）。*P<0.05，與 CON 相比;#P<與 basline 相比;# #P<0.01，與 basline 相比

-76- 8：不同處理組體外循環(huán)小型豬超聲左室射血分數(shù)（LVEF%）變化心動圖檢測體外循環(huán)小型豬心臟功能的典型照片。下圖為超聲 LV結(jié)果。CON：平衡鹽對照組； GIK;：GIK 處理組。實驗數(shù)據(jù)以 示（n=6）。平衡鹽對照組 *P<0.05，與 CON 相比;#P<0.05，與 baP<0.05，與 basline 相比。

-77-TUNEL染色檢測不同處理組體外循環(huán)主動脈開放后120min時小型豬心肌組織細胞凋亡的變化，A、B為平衡鹽對照GIK 組，E、F 為 DON 組（己糖胺通路選擇性抑制劑 DON），綠色顯示 TUNEL 陽性結(jié)果，藍色以 DAPI 標記細胞核析結(jié)果，實驗數(shù)據(jù)以 Mean±SEM 表示（n=6）**P<0.01，與 CON 相比。

本文編號：2803275