白细胞滤器在体外循环心脏手术中的应用

【关键词】  体外循环；白细胞滤器

　　心脏手术已成为普遍开展的医疗技术，体外循环（Extracorporeal circulation,ECC）使心脏手术得以安全实施，但ECC所引起的炎性反应一直困扰着临床医师，这种反应可导致主要器官损伤，严重者可影响心脏手术效果，造成心脏术后并发症和死亡。在ECC诱发的炎性反应中，激活的白细胞起着非常重要的作用，白细胞激活是造成ECC损伤的原因之一，因而在ECC中使用白细胞滤器可能会减轻炎性反应所造成的机体损伤，改善术后临床转归［1-2］。近年来，ECC期间白细胞滤除得到普遍重视，学者们进行了大量的临床和实验研究，成为临床研究的热点之一。

　　1  ECC心脏手术中白细胞介导的组织损伤

    ECC期间，血液与人工界面的接触对中性粒细胞构成异常刺激。激活的中性粒细胞和血管内皮细胞间的相互作用可严重影响组织功能。中性粒细胞表面表达的选择素（L-section）和整合素（如CD11/CD18）将黏附分子（如细胞内黏附分子-1，ICAM-1）黏附在内皮细胞膜表面和细胞外基质蛋白（VLA整合素家族）上，中性粒细胞随之通过极其复杂的细胞内机制透过内膜向间质迁移，这种迁移损伤内皮细胞支架，破坏内皮细胞间连接带，使内皮细胞的完整性丧失，引起组织损伤［3］。虽然中性粒细胞有保护机体不受病原侵害的作用，但异常的免疫反应可造成免疫紊乱。

    ECC心脏手术过程中，骨髓中成熟的中性粒细胞快速释放入血，与循环中的中性粒细胞共同被激活，造成包括全身炎性反应综合征在内的术后并发症。尽管ECC期间中性粒细胞计数由于黏附于血管壁、向组织内迁移和血液稀释等因素而降低，但ECC激活的细胞因子诱发骨髓中的中性粒细胞释放入血及中性粒细胞从血管壁的脱落（中性粒细胞脱边现象）造成ECC结束后早期中性粒细胞计数增加。ECC期间中性粒细胞被激活的主要原因是血液与人工界面的接触和主动脉开放后的再灌注［4］。中性粒细胞髓过氧化物酶可将过氧化氢转化为自由基，氧自由基和活性氧中介物可以启动弹性蛋白酶的功能，通过损伤弹性蛋白酶抑制物α-1-抗蛋白酶而破坏内皮细胞的屏障功能［5］。激活的中性粒细胞通过弹性蛋白酶的活动损伤内皮基质和内皮细胞间连接（钙黏附分子），这种损伤因再灌注期间生成的自由基的存在而不受蛋白酶抑制物的抑制，另外，中性粒细胞分泌的溶菌酶亦可以导致细胞死亡。

　　2  ECC中白细胞滤除概念的引进

    既往对ECC和缺血再灌注期间白细胞对机体的损伤进行了大量研究，并采用皮质激素、抗氧化剂和单克隆抗体等措施以减轻过量聚集的中性粒细胞介导的病理性损伤，此外，技术上的改良，如使用肝素涂抹ECC管道、降低再灌注期间的氧分压等都进行了临床实践，这些措施都有一定效果，但没有取得显著的临床突破。

    Fleming和Wright最先提出白细胞滤除的概念［6-7］。Diepenhorst等报道使用脱脂药棉制成的白细胞滤器，用来滤除红细胞悬液和全血中的白细胞，但这种滤器阻力很大，需要很高的压力［8］。以后用纤维素做滤器材料，而纤维素价格较高，且可激活补体系统。再后来涤纶滤器问世，这种滤器阻力低，血流快，广泛用于血库和床旁输血。白细胞滤器在上世纪90年代被引入心脏外科领域，ECC中使用白细胞滤器的思路是早期排除体内的中性粒细胞，以预防上述白细胞对机体的损伤［9］。

　　3  ECC环路中不同部位的白细胞滤除

　　3.1  动脉路白细胞滤器 

　　上世纪90年代初，用于动脉路的白细胞滤器（Leukoguard LG6，Pall Biomedical，NY，USA）最先应用于ECC。报道可减少70%的激活白细胞［10］，滤器在滤除白细胞时淋巴细胞和血小板不受影响，通过对一些细胞表面标志物如CD11b/CD18、CD45RO等物质的测定显示，滤器只滤除激活的白细胞［11］。临床研究获得的资料显示ECC期间对白细胞进行滤除可改善临床转归，Patel等在一项大样本的瓣膜手术临床研究中证实应用白细胞滤器可改善术后肺功能，缩短机械通气时间、ICU滞留时间及住院时间［12］。Johnson和Ohto的研究也都证实白细胞滤除明显改善术后肺功能，缩短ICU机械通气时间［13-14］。Karaiskos等在患有慢性阻塞性肺疾患（COPD）接受ECC心脏手术的患者应用白细胞滤器，结果显示白细胞滤器起到保护肺功能的作用［15］。但也有报道对白细胞滤器的效果提出质疑，Mair等对40例接受冠状动脉旁路移植术患者进行的研究显示，白细胞滤器组与标准动脉微栓滤器组相比（PALL-IG-6比AV-6），PaCO2、C反应蛋白、CK-MB和肌钙蛋白Ⅰ均无显著差异［16］。倪虹等的研究也认为动脉路白细胞滤器对术后肺功能没有明显保护作用［17］。也有学者认为ECC心脏手术白细胞激活是机体正常免疫反应，应用白细胞滤器可能会削弱患者的免疫反应，造成围术期感染发生，从免疫学观点来看，没有足够证据证明白细胞滤除有利于临床预后［18］。由于各研究的ECC管理及外科手术技术各不相同，很难对这些临床研究进行对比。目前较为一致的看法是当转机时间超过90 min时，白细胞滤除的临床效果（如肺功能的改善等）与转机时间呈正相关，即转机时间越长，白细胞滤除的临床益处越为显著［10，18］。

　　3.2  静脉路白细胞滤器 

　　Gu等的研究显示因静脉管路血液流速低，在此处进行白细胞滤除可能效果更好，该研究证实静脉管路白细胞滤器可以减少中性粒细胞计数及IL-8浓度［19］。他们的后续研究显示静脉管路白细胞滤器可以有效滤除活性白细胞［11］。近期的一项研究提示在血流速度慢、滤器进出口压力差值小的部位进行白细胞滤除可减少白细胞破坏，降低弹性蛋白酶释放［20］。

　　3.3  血液心肌保护液白细胞滤器 

　　缺血-再灌注损伤的病因学主要是氧化应激和白细胞介导的内皮完整性的破坏。有很多证据支持在血液心肌保护液灌注管路使用白细胞滤器可减轻心肌损伤，改善心脏功能［21］。Sawa等的研究显示对血液心肌保护液进行白细胞滤除可降低CK-MB浓度，减轻氧化损伤，减少术后正性肌力药的用量［22］。Ichihara等的研究证实与对照组相比，白细胞滤器组过氧化脂类、弹性蛋白酶和CK-MB的数值均降低［23］。Hayashi和Roth等的研究发现白细胞滤器组冠状静脉窦血浆丙二醛（MDA）水平较对照组明显降低，从而推断白细胞滤器的应用可明显减轻氧化应激对心肌细胞的损伤程度［24-25］。心肌保护液管路的白细胞滤器设计流量一般低于500 ml/min。

　　3.4  回收血液及机器余血白细胞滤除  

　　心包腔及术后胸腔引流管回收血液中的白细胞滤除是另一个值得探讨的问题，未经处理的吸引血液中混有大量的组织碎片、可溶性因子如炎性细胞因子和激活的白细胞，对其进行白细胞滤除很有必要。Gu等将滤除了白细胞的机器余血回输，发现可改善术后肺气体交换功能［26］。

　　4  白细胞滤器应用策略和时机

    引起ECC炎性反应的机制较为复杂，目前的观点是减轻炎性反应对机体的损伤不应该只通过针对某一致病因素的病理机制进行干预来达到，推荐综合采用针对各个致病环节的措施以达到改善临床转归的目的。Matheis等报道单纯使用肝素化管道对临床预后无明显影响，炎性介质水平降低也不明显，而在使用肝素化管道的同时结合使用白细胞滤器，则临床预后较单纯使用这两种方法有明显改善［27］。Olivencia-Yurvati等对冠状动脉旁路移植术ECC期间联合使用白细胞滤器和抑肽酶与单纯使用抑肽酶两种方法进行了对比，结果表明联合使用可以明显减少术后房颤的发生率［28］。

    白细胞滤器的应用时机也是影响其使用效果的一个重要因素［27］。研究结果显示白细胞滤器的滤过效果随时间延长而降低［29］。如果ECC全程使用白细胞滤器，那么在主动脉开放时白细胞滤器的效果有可能降低到不足以滤除影响临床转归的激活白细胞，此时就应该考虑在再灌注之前更换一次白细胞滤器。较为实用的方法是转流期间先使用普通动脉微栓滤器，同时并联一个白细胞滤器，在再灌注期间钳闭普通微栓滤器通路，开放白细胞滤器通路，这样也避免了积聚在滤器中的白细胞释放可溶性物质进入循环造成组织损伤。

　　5  结论

    白细胞滤器为临床防治ECC炎性反应提供了一个有力的措施，虽然其临床应用效果尚存有争议，是否增加围手术期感染的风险也有待证实［18］，但多数研究人员认为白细胞滤器有较为明确的作用，应该逐渐在临床推广使用，对其使用的时机和使用的位置以及结合其它措施的策略尚需进行更多的研究。

【】
  　　［1］Fabbri A, Manfredi J, Piccin C,et al. Systemic Leukocyte filtration during cardiopulmonary bypass ［J］. Perfusion, 2001, 16(suppl): 11-18.

　　［2］Chen YF, Tsai WC, Lin CC, et al. Leukocyte depletion attenuates expression of neutrophil adhesion molecules during cardiopulmonary bypass in human beings［J］. J Thorac Cardiovasc Surg, 2002, 123(2): 218-224.

　　［3］Vestweber D. Molecular mechanisms that control endothelial cell contacts［J］. J Pathol, 2000,190: 281-291.

　　［4］Gu YJ, de Vries AJ, Boonstra PW，et al. Leukocyte depletion results in improved lung function and reduced inflammatory response after cardiac surgery［J］. J Thorac Cardiovasc Surg, 1996, 112: 494-500.

　　［5］Zimmerman BJ, Granger N. Reperfusion-induced leukocyte infiltration: role of elastase［J］. Am J Physilo, 1990, 259: H390-394.

　　［6］Fleming A. A simple method for removing leukocyte from blood［J］. Br J Exp Path, 1926, 7: 281-286.

　　［7］Wright AE. On some new methods, devices and apparatus for the routine and the research laboratory［J］. Lancet,1926,1:4-7.

　　［8］Diepenhorst P, Sprokholt R, Prins HK. Removal of leukocyte from whole blood and erythrocyte suspensions by filtration through cotton wool. I. Filtration technique［J］. Vox Sang, 1972, 23: 308-20.

　　［9］Gu YJ, Obster R, De Haan J, et al. Leukocyte depletion reduces postoperative inflammatory response in patients following open-heart surgery［J］. Int Care Med, 1992, 18: S51.

　　［10］Gourlay T, Fleming J, Taylor KM. Laboratory evaluation of the Pall IG6 leukocyte depleting arterial line filter［J］. Perfusion, 1992, 7: 131-140.

　　［11］Smit JJ, de Vries AJ, Gu YJ, et al. Filtration of activated granulocytes during cardiopulmonary bypass surgery: a morphologic and immunologic study to characterize the trapped leukocytes［J］. J Lab Clin Med, 2000, 135: 238-246.

　　［12］Patel AN, Sutton SW, Livingston S, et al. Clinical benefits of leukocyte filtration during valve surgery［J］. Am J Surg, 2003, 186(6): 636-639.

　　［13］Johnson D, Thompson D, Mycyk T, et al. Depletion of neutrophils by filter during aortocoronary bypass surgery transiently improves postoperative cardiorespiratory status［J］. Chest, 1995, 107: 1253-1259.

　　［14］Ohto T, Yamamoto F, Nakajima N. Evalustion of leukocyte-reducing arterial line filter (LG6) for postoperative lung function, using cardiopulmonary bypass［J］. Jpn J Thorac Cardiovasc Surg, 2000, 48:295-300.

　　［15］Karaiskos TE, Palatianos GM, Triantafillou CD, et al. Clinical effectiveness of leukocyte filtration during cardiopulmonary bypass in patients with chronic obstructive pulmonary diseas［J］. Ann Thorac Surg, 2004, 78(4):1339-1344.

　　［16］Mair P, Hoermann C, Mair J. Effects of a leukocyte depleting arterial line filter on perioperative proteolytic enzyme and oxygen free radical release in patients undergoing aortocoronary bypass surgery［J］. Acta Anaesthesiol Scand, 1999, 43: 452-457.

　　［17］倪虹，龚庆成，李砚平. 动脉路去白细胞滤器在体外循环中的临床应用［J］. 体外循环杂志, 2004, 2(2): 68-71.

　　［18］Markus R, Frank T, Andreas M, et al. Leukocyte activation and phagocytotic activity in cardiac surgery and infection［J］. Cardio Surg, 2002, 10(5): 470-475.

　　［19］Gu YJ, de Vries AJ, Vos P,et al. Leukocyte depletion during cardiac operation: a new approach through the venous bypass circuit［J］. Ann Thorac Surg, 1999, 67: 604-609.

　　［20］de Vries AJ, Gu YJ, Post WJ, et al. Leucocyte depletion during cardiac surgery: a comparison of different filtration strategies［J］. Perfusion, 2003, 18: 31-38.

　　［21］Schmidt Jr FE, MacDonald MJ, Murphy CO,et al. Leukocyte depletion of blood cardioplegia attenuates reperfusion injury［J］. Ann Thorac Surg, 1996, 62: 1961-1996.

　　［22］Sawa Y, Schaper J, Roth M, et al. Platelet-activating factor plays an important role in reperfusion injury in myocardium. Effcacy of plate-activating factor receptor antagonist (CV-3988) as compared with leukocyte-depleted reperfusion［J］. J Thorac Cardiovasc Surg, 1994, 108: 953-959.

　　［23］Ichihara T, Yasuura K, Maseki T, et al. The effects of using a leukocyte removal filter during cold blood cardioplegia［J］. Surg Today, 1994, 24: 966-972.

　　［24］Hayashi Y, Sawa Y, Nishimura M, et al. Clinical evaluation of leukocyte-depleted blood cardioplegia for pediatric open heart operation［J］. Ann Thorac Surg, 2000, 69: 1914-1919.

　　［25］Roth M, Kraus B, Scheffold T, et al. The effect of leukocyte-depleted blood cardioplegia in patients with severe left ventricular dysfunction: a randomized, double-blind study［J］. J Thorac Cardiovasc Surg, 2000, 120: 642-650.

　　［26］Gu YJ, de Vries AJ, Boonstra PW, et al. Clinical performance of a high efficacy rapid flow leukocyte removal filter for leukocyte depletion of heparinized cardiopulmonary bypass perfusate［J］. Perfusion, 1995, 10: 425-430.

　　［27］Matheis G, Scholz M, Simon A,et al. Timing of leukocyte filtration during cardiopulmonary bypass［J］. Perfusion, 2001, 16 Suppl:31-37.

　　［28］Olivencia-Yurvati AH, Wallace N, Ford S, et al. Leukocyte filtration and aprotinin: synergistic anti-inflammatory protection［J］. Perfusion, 2004, 19(Suppl 1): S13-19.

　　［29］Smit JJ, de Vries AJ, Gu YJ, et al. Efficiency and safety of leukocyte filtration during cardiopulmonary bypass for cardiac surgery［J］. Transfus Sci, 1999, 20: 151-165.