·论 著·
郭琼梅1,周长浩1*,张建波2,陈 欢1(1.河北医科大学第一医院麻醉科, 河北 石家庄 050031;2.河北省平山县人民医院外科,河北 平山 050400)
[摘要] 目的观察右美托咪定对单肺通气(one-lung ventilation,OLV)患者肺组织核因子κB(nuclear factor-κB,NF-κB)表达及血浆肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor,TNF-α)和细胞间黏附分子1(intercellular adhesion molecule-1,ICAM-1)水平的影响,探讨右美托咪定对OLV患者肺保护作用的机制。方法择期行肺癌根治术患者40例,采用随机数字表法分为对照组和右美托咪定组各20例 。麻醉诱导10 min后右美托咪定组经静脉输注右美托咪定1 μg/kg,随后以0.5 μg·kg(-1)·h(-1)的速率输注至手术结束前30 min;对照组采用同样的方法静脉输注等容量的生理盐水。于OLV前即刻(T1)、OLV 60 min(T2)、恢复双肺通气后30 min(T3)、术后2 h(T4)和术后24 h(T5)取桡动脉血,测定血气指标计算氧合指数(oxygenation index,OI)、呼吸指数(respiratory index,RI)及动脉肺泡氧分压比(PaO2/PAO2),测定血浆TNF-α和ICAM-1浓度。于肺叶离体时在距肿瘤>5 cm处取肺组织,测定NF-κB的表达。结果2组OI和PaO2/PAO2在T2~T4时较T1时降低,右美托咪定组在各时间点均高于对照组(P<0.05)。2组RI值在T2~T4时较T1时升高,右美托咪定组在各时间点均低于对照组(P<0.05)。2组血浆TNF-α和ICAM-1浓度呈升升降降趋势,右美托咪定组在T2~T4时均低于对照组(P<0.05)。右美托咪定组肺组织NF-κB表达较对照组升高(P<0.05)。结论给予1 μg/kg的右美托咪定负荷量,随后以0.5 μg·kg(-1)·h(-1)的速率持续输注,可以抑制肺组织NF-κB的激活,减轻OLV导致的全身炎症反应,改善患者的氧合功能,发挥肺保护作用。
[关键词] 肺通气;右美托咪定;NF-κB;炎症趋化因子类
doi:10.3969/j.issn.1007-3205.2016.03.014
单肺通气(one-lung ventilation, OLV)的应用为胸外科手术提供了更好的操作空间,推动了胸外科的发展。但OLV作为一种非生理性通气模式会导致术中的通气血流比例失调,肺分流量增加,引起全身炎症反应导致肺及其他脏器的损伤,甚至出现术中低氧血症,影响患者的术后恢复。研究证实,核因子κB(nuclear factor-κB,NF-κB)参与了OLV炎症反应导致的肺损伤的病理生理过程[1]。右美托咪定是一种高选择性 α2受体激动剂,具有剂量依赖性的镇静、镇痛和抑制交感神经活性作用,在临床麻醉和ICU患者镇静中应用越来越广泛[2-3]。有研究显示,一定剂量的右美托咪定可以通过抗炎症和减轻氧化应激反应,减轻缺血再灌注损伤,发挥器官保护作用[4-5]。但其减轻OLV患者围术期炎症反应的作用是否与抑制NF-κB的表达有关尚不清楚。本研究观察右美托咪定对OLV患者肺组织NF-κB表达及血浆肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor α,TNF-α)和细胞间黏附分子1(intercellular adhesion molecule-1,ICAM-1)水平的影响,旨在探讨右美托咪定对OLV患者肺保护作用的机制。
1.1 一般资料 选择2013年10月—2015年1月在河北医科大学第一医院择期行肺癌根治术患者40例,美国麻醉师协会(American Society of Anesthesiologists ,ASA)分级Ⅰ或Ⅱ级,排除术前使用糖皮质激素、免疫抑制剂治疗、近期有呼吸道感染及慢性肺疾病史、免疫及内分泌疾病史、窦性心动过缓、房室传导阻滞和严重的肝肾功能异常者。采用随机数字表法,分为对照组和右美托咪定组各20例。对照组男性12例,女性8例,年龄40~63岁,平均(50.0±8.0)岁;右美托咪定组男性11例,女性9例,年龄42~65岁,平均(52.0±9.0)岁。2组性别、年龄差异均无统计学意义(P>0.05),具有可比性。
本研究已获河北医科大学第一医院医学伦理委员会批准,并与患者及其家属签署知情同意书。
1.2 研究方法
1.2.1 麻醉方法 术前常规禁食12 h,禁饮4 h,入室监测无创血压(non-invasive blood pressure,NIBP)、心电图(electrocardiogram,ECG)、脉搏氧饱和度(oxygen saturation,SpO2)及脑电双频指数(bispectral index,BIS),开放外周静脉通路。麻醉诱导前10 min,右美托咪定组给予盐酸右美托咪定(江苏恩华药业股份有限公司,批号:13040236)1 μg/kg,随后以0.5 μg·kg-1·h-1的速率输注至手术结束前30 min。对照组以同样的方法输注等容量的生理盐水。麻醉诱导:静脉注射咪达唑仑0.05 mg/kg、舒芬太尼0.5 μg/kg、丙泊酚1.5 mg/kg和罗库溴铵0.9 mg/kg,2 min后插入双腔气管导管(35~39 F),仰卧位和侧卧位后分别用听诊法和纤维支气管镜检查确定气管导管位置正确后,连接麻醉机行机械通气,双肺通气时潮气量8~10 mL/kg,呼吸频率12~16次/min,吸∶呼比1∶2,OLV时潮气量6~8 mL/kg,呼吸频率15~18次/min,吸气中的氧浓度分数(fraction of inspiration,FiO2)100%,维持呼气末二氧化碳分压(end-tidal carbon dioxide tension,PETCO2)在35~45 mmHg。固定气管导管后行桡动脉穿刺、颈内静脉穿刺并置管,监测动脉压及中心静脉压。麻醉维持:微量泵静脉输注瑞芬太尼0.1~0.5 μg·kg-1·min-1,丙泊酚6~8 mg·kg-1·min-1,间断静脉注射顺阿曲库铵。术中维持平均动脉压波动幅度不超过基础值的20%,BIS值40~60,SpO2>90%,气道压<40 mmHg。术中平均动脉压低于基础值的20%时,给予去氧肾上腺素0.05~0.1 mg间断静脉注射,心率<50次/min时,给予阿托品0.5 mg静脉注射。术中SpO2持续低于90%时间超过1 min,则该患者退出本研究。手术结束后送麻醉恢复室,患者苏醒后拔管回病房。
1.2.2 标本采集 于OLV前即刻(T1)、OLV 60 min(T2)、恢复双肺通气后30 min(T3)、术后2 h(T4)和术后24 h(T5)取桡动脉血5 mL,0.5 mL用于测定血气指标计算氧合指数(oxygenation index,OI)、呼吸指数(respiratory index,RI)及动脉肺泡氧分压比(PaO2/PAO2),剩余部分静置30 min,以3 000 r/min离心10 min,取上清液,-70 ℃保存待测。于肺叶离体时在距肿瘤>5 cm取3 cm×3 cm×3 cm大小的肺组织,4%多聚甲醛固定后,依次进行脱水、透明、浸蜡,制成石蜡包块。
1.2.3 测定方法 肺功能指标的计算公式:RI=(A-a)DO2/PaO2=(PAO2-PaO2)/PaO2;OI=PaO2/FiO2;PAO2=FiO2×(760-48)-PaCO2/0.8。第一个公式中(A-a)DO2为肺泡动脉氧分压差。采用酶联免疫吸附测定(enzyme linked immunosorbent assay,ELISA)法测定血浆TNF-α和ICAM-1浓度,试剂盒购自南京建成生物工程研究所,检测按说明书操作。以免疫组织化学评分[免疫组织化学评分=阳性细胞百分率分级(A)×染色强度(B)]反映肺组织NF-κB的表达。
1.3 统计学方法 应用SPSS 13.0统计软件进行数据分析,计量资料以 ±s表示,分别采用独立样本的t检验和重复测量设计资料的方差分析。P<0.05为差异有统计学意义。
2.1 2组T2~T4 OI和RI比较 2组OI在T2~T4时较T1时降低, T5时升高,右美托咪定组在T2~T5各时间点均高于对照组;2组RI值在T2~T4时较T1时升高,T5时降低,右美托咪定组在T2~T5各时间点均低于对照组;2组在组间、时点间及组间·时点间交互作用差异均有统计学意义(P<0.05)。见表1。
表1 2组各时间点OI和RI比较
Table 1 Comparison of OI and RI at five time points between two groups
2.2 2组PaO2/PAO2、TNF-α和ICAM-1比较 2组PaO2/PAO2在T2~T4时较T1时均降低,T5时恢复,右美托咪定组在T2~T4各时间点均高于对照组;2组血浆TNF-α和ICAM-1浓度在T2~T4各时间点呈升升降降趋势,右美托咪定组血浆TNF-α和ICAM-1浓度在T2~T4各时间点均低于对照组;2组在组间、时点间及组间·时点间交互作用差异均有统计学意义(P<0.05)。见表2。
2.3 2组NF-κB比较 免疫组织化学结果显示,右美托咪定组肺组织NF-κB表达分数较对照组降低(P<0.05);右美托咪定组丙泊酚用量低于对照组,差异有统计学意义(P<0.05) 。见表3。
表2 2组各时间点PaO2/PAO2、TNF-α和ICAM-1比较
Table 2 Comparison of PaO2/PAO2,TNF-α and ICAM-1 at five time points between two groups
表3 2组NF-κB表达和丙泊酚用量比较
Table 3 Comparison of NF-κB between two groups
OLV为胸科手术操作提供了便利条件,但这种非生理的通气方式造成了术中通气血流比的失调,增加肺内分流,会出现低氧血症,对肺组织造成直接或间接地损伤,缺氧可以直接或间接地通过诱导氧自由基的生成增多使血管内皮细胞和肺泡上皮细胞产生损伤,肺毛细血管通透性增加,影响肺泡的氧合功能,并通过上调细胞间黏附分子,增加中性粒细胞的黏附聚集等引发大量炎性介质和细胞因子的产生和释放[1]。另外,OLV过程中通气侧肺往往表现为过度通气,造成过度牵张刺激,导致机械通气相关性肺损伤,并通过肺细胞膜的机械感受器激活NF-κB及其他的信号转导通路上调炎性介质的表达。而非通气侧肺术中由萎陷到复张,诱发组织的缺血-再灌注损伤,同样会诱发氧化应激反应并通过激活NF-κB等途径导致炎症介质的大量产生和释放,诱发肺部及全身的炎症反应。研究显示,NF-κB的激活在OLV导致的肺部炎症损伤过程中发挥了重要的作用[6]。
NF-κB作为重要的转录因子,几乎存在于所有细胞中,目前发现NF-κB在许多方面尤其是炎症和免疫相关的基因调控过程中起着重要的作用,大多数与肺部炎症相关的细胞因子如TNF-α、白细胞介素8、白细胞介素6、ICAM-1等的表达都受NF-κB的调控。ICAM-1由内皮细胞表达,目前认为白细胞穿过血管壁与血管内皮细胞表面黏附因子可逆性黏附,激活内皮细胞和白细胞,表达ICAM-1,导致气道炎症反应的发生,故炎症反应程度的不同,ICAM-1表达会发生变化。TNF-α主要由肺泡巨噬细胞分泌,触发炎症反应,激活中性粒细胞和血管内皮细胞,引起ICAM-1的表达。本研究结果显示,OLV后,2组患者血浆TNF-α和ICAM-1的表达明显增加。提示OVL激发了机体的炎症反应。
右美托咪定是一种新型的高选择性 α2受体激动剂,具有剂量相关的镇静、镇痛和抑制交感神经活性的作用,作为一种麻醉辅助药物广泛应用于临床,近年来,大量研究证实,右美托咪定可以减轻脓毒血症及脂多糖导致的炎症反应,减轻缺血-再灌注损伤,减轻氧化应激及围术期炎症反应,发挥器官保护作用,其中包括OLV引起的围术期炎症反应,减轻OLV导致的急性肺损伤[7-8]。其机制主要包括:①通过抑制肺泡巨噬细胞Toll样受体4(Toll like receptors 4,TLR4) mRNA表达和NF-κB的活化,减少中性粒细胞集聚及细胞因子的产生和释放[9-10]。②通过上调血红素加氧酶1(heme oxygenase-1,HO-1)的表达,减轻肺组织缺血-再灌注损伤,减轻氧化应激反应和炎症反应[11]。③可能通过线粒体三磷酸腺苷(adenosine triphosphate,ATP)敏感性钾通道减轻器官缺血-再灌注损伤[12]。④抑制高迁移率族蛋白 B1的表达,减轻炎症反应[13]。⑤抑制葡萄糖调节蛋白78(glucosere regulated protein 78,GRP78)与跨膜蛋白的解离,下调促凋亡因子CHOP的表达,抑制内质网应激介导的细胞凋亡,减轻OLV后的肺损伤[14]。
本研究结果显示,与对照组比较,右美托咪定组OLV后各时间点TNF-α和ICAM-1表达降低,同时NF-κB表达也明显的降低,提示右美托咪定减轻了OLV导致的围术期炎症反应,其机制可能与抑制NF-κB的表达有关;同时肺功能指标RI在OLV后明显降低,OI和PaO2/PAO2明显升高,而与对照组比较,右美托咪定组明显改善,说明右美托咪定可以改善OLV患者的氧合,其机制可能是选择性激动交感神经末梢的突触前α2受体,降低肺组织及血浆中儿茶酚胺水平,使通气/血流比值增高,减少组织氧耗,使肺组织的氧供需趋于平衡,进一步增强OLV时的缺氧性肺血管收缩作用,有利于减轻肺分流,提高氧合。本研究结果还显示,右美托咪定组丙泊酚用量减少,而丙泊酚具有剂量相关的抑制缺氧性肺血管收缩,提示右美托咪定可能通过减少丙泊酚用量而增强OLV时的缺氧性肺血管收缩作用,进一步提高氧合作用。
本研究采用了诱导前给予右美托咪定1 μg/kg,术中以0.5 μg·kg-1·h-1的速率持续输注,结果显示与对照组比较,右美托咪定组OLV后各时间点TNF-α和ICAM-1表达降低,同时NF-κB表达也明显降低。提示右美托咪定减轻了OLV导致的围术期炎症反应,其机制可能与抑制NF-κB的表达有关。有研究显示,与静脉麻醉药相比,吸入麻醉药可以明显减轻OLV造成的炎症反应[15]。因此,本研究采用了全凭静脉麻醉,以排除吸入麻醉药的影响。
综上所述,诱导前给予1 μg/kg的右美托咪定负荷量,随后以0.5 μg·kg-1·h-1的速率持续输注,可以抑制肺组织NF-κB的激活,减轻OLV导致的全身炎症反应,从而改善患者的氧合功能,发挥肺保护作用。
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(本文编辑:许卓文)
GUO Qiong-mei1, ZHOU Chang-hao1*, ZHANG Jian-bo2, CHEN Huan1
(1.Department of Anesthesiology, the First Hospital of Hebei Medical University, Shijiazhuang 050031, China; 2.Department of General Surgery, the People′s Hospital,of Pingshan County Hebei Province, Pingshan 050400, China)
[Abstract] Objective To observe the effects of dexmedetomidine on lung nuclear factor-κB(NF-κB) expression and the plasma tumor necrosis factor-α(TNF-α) and intercellular adhesion molecule-1(ICAM-1) levels in patients undergoing one lung ventilation(OLV) and to investigate the mechanism of lung protection.Methods Forty lung cancer patients scheduled for radical operation were randomly divided into 2 groups(n=20 in each group) by using a random number table:control group and dexmedetomidine group. In dexmedetomidine group, dexmedetomidine 1 μg/kg was infused intraveineusly(iv) after 10 min anaesthesia induction, and then was infused at a rate of 0.5 μg·kg(-1)·h(-1)until 30 min ahead of the end of operation.In control group, the equal volume of normal saline was infused. Arterial blood samples were collected immediately before OLV(T1), 60 min after OLV(T2), 30 min after bilateral pulmonary inflating(T3), 2 h after operation(T4) and 24 h after operation(T5) to obtain arterial blood gas analysis data, oxygen index(OI), respiratory index(RI), PaO2/PAO2 and to determine levels of plasma TNF-α and ICAM-1. Lung tissues were obtained more than 5 cm away from tumor at the time of lobectomy of lungs in order to determine NF-κB expression. Results The values of OI and PaO2/PAO2 were decreased at T2~T4 than that of at T1 in two groups. The values of OI and PaO2/PAO2 were increased in dexmedetomidine group compared to that in control group at T2~T4(P<0.05). The values of RI were increased at T2~T4 than that of at T1 in two groups, and were decreased in dexmedetomidine group compared to that in control group at T2~T4(P<0.05). Plasma TNF-α and ICAM-1 levels showed ascending and descending trends, and were decreased in dexmedetomidine group compared to that in control group at T2~T4(P<0.05). The expression of NF-κB was increased in dexmedetomidine group compared to that in control group(P<0.05). Conclusion Dexmedetomidine with 1 μg/kg loading dose and 0.5 μg·kg(-1)·h(-1) continuing infusion dose during operation can inhibit activation of NF-κB and reduce OLV induced inflammatory response as well as improve oxygenation function and show its lung protection roles.
[Key words] pulmonary ventilation; dexmedetomidine; NF-kappa B; chemokines
[中图分类号] R332
[文献标志码] A
[文章编号] 1007-3205(2016)03-0301-05
[作者简介]郭琼梅(1980-),女,河北平山人,河北医科大学第一医院主治医师,医学硕士,从事临床麻醉学研究。*通讯作者。E-mail:zhou8167@126.com
[基金项目]河北省医学科学研究重点课题(20150646)
[收稿日期]2015-06-24;[修回日期]2015-07-26