磷酸肌酸鈉預注射對全膝關節置換術病人骨骼肌缺血再灌注損傷的影響

賈川 謝子康 彭立波 高益 趙洪 瞿玉興

止血帶是全膝關節置換術（total knee arthroplasty,TKA）中為保持手術視野清晰而經常使用的工具［1］，但容易造成組織和器官的缺血再灌注損傷（ischemia reperfusion injury,IRI），甚至導致遠隔器官如心、肝、肺等的損傷，其機制可能與缺血-再灌注誘發的氧化應激和炎性損傷有關［2］。臨床較為認可的用于改善骨骼肌IRI的藥物主要有全身麻醉藥（異丙酚和七氟醚）［3］、α2-腎上腺素受體激動劑（右美托咪啶）［4］以及新型人工合成阿片類藥物（瑞芬太尼）［5］。多數學者認為其可減輕TKA術后止血帶誘發的下肢IRI，顯著降低血清丙二醛（MDA）、血清腫瘤壞死因子α（TNF-α）、白細胞介素1（IL-1）等指標的水平。

磷酸肌酸鈉是人體本身具有的一種高能磷酸化合物，過去的相關研究主要集中在其改善心功能、防治心臟IRI的作用［6］，用以預防下肢骨骼肌IRI的研究也僅限于手術時間短、創傷較小的膝關節鏡［7］和下肢骨折手術［8］中。

本研究是一項前瞻性隨機對照雙盲研究，擬通過在手術開始時、松止血帶后、松止血帶后30 min、松止血帶后1 h這4個時間點觀察TKA手術病人應用磷酸肌酸鈉后的IRI相關生理指標水平，探討磷酸肌酸鈉在TKA術中預防骨骼肌IRI的保護作用。

資料與方法

一、納入與排除標準

納入標準：①單純膝關節骨性關節炎，擇期行TKA手術需要上止血帶的病人；②無類風濕性關節炎病史，無長期免疫制劑服用史，無痛風病史；③美國麻醉師協會（America Society of Anesthesiologists,ASA）分級為Ⅰ～Ⅱ級。

排除標準：①術中血紅蛋白≤80 g/L；②合并竇性心律不齊、房室傳導阻滯、慢性阻塞性肺炎等嚴重內科疾病；③糖尿病、神經肌肉病變、腦功能障礙病人；④有長期抗炎藥或激素服用史；⑤感染及皮膚異常病人；⑥病程中使用其他影響結果判斷的藥物；⑦不愿意繼續進行臨床試驗，主動退出者。

二、一般資料

2016年6月至2017年6月，南京中醫藥大學附屬常州市中醫醫院骨一科擇期行TKA需要上止血帶的70例病人納入研究。其中，男32例，女38例；年齡為（67.6±7.8）歲，年齡范圍為59～76歲；左膝36例，右膝34例；身體質量指數（body mass index,BMI）為（25.8±1.8）kg/m2。

70例病人由第三方在雙盲條件下隨機分為對照組和磷酸肌酸鈉組，各35例。兩組病人年齡、性別、BMI、出血量、止血帶阻斷時間、手術時間等一般資料比較，差異均無統計學意義（P均＞0.05，表1）。

本研究經我院倫理委員會審核批準，所有病人均簽署知情同意書。

三、方法

（一）麻醉方案

手術均采用單純蛛網膜下腔麻醉；術中神經阻滯平面選擇T8，術后阻滯平面為T10，術前麻醉誘導用藥選擇0.75%布比卡因0.2 mg/kg，鎮靜用藥選擇咪達唑侖0.05 mg/kg。術中發生血壓過高或者過低時（波動大于30%），及時干預；術中出現心律不齊（心率低于50次/min或高于120次/min）時，同樣予以糾正。

（二）止血帶使用方法

止血帶縛扎于患肢大腿中上1/3處，止血帶壓力設置為30 kPa，止血帶維持90 min后自動放松，其后手術未結束也不再繼續上止血帶，手術于105 min內結束。

（三）給藥方法

磷酸肌酸鈉組在上止血帶前30 min靜脈滴注磷酸肌酸鈉30 mg/kg（溶于100 ml生理鹽水），輸注時間為30 min。對照組僅給予等量的生理鹽水。

表1 兩組病人的一般資料比較

（四）手術方法

選擇前正中切口髕旁內側入路，逐層切開皮膚、皮下軟組織及脂肪，暴露出股直肌、股內側肌及脛骨結節。向下沿髕骨內側劈開關節囊，直至脛骨結節內側。向外側翻轉髕骨暴露股骨及脛骨平臺。清理半月板及交叉韌帶，定位股骨軸心，開口，在截骨板輔助下行股骨遠端截骨與脛骨平臺截骨。測量伸直間隙，評估下肢力線，必要時再次截骨。在定位器輔助下行股骨髁間截骨與脛骨平臺成型，安裝股骨與脛骨試模，安裝墊片，復位膝關節，并于屈曲90°評估膝關節是否有內外翻畸形。沖洗關節腔，選擇大小合適的假體，安裝后測試下肢力線、伸屈間隙、關節活動度以及有無內、外翻畸形。咬除髕骨周圍骨贅，行髕骨成型，并用電刀去神經化。逐層縫合切口，無菌敷料覆蓋，彈力繃帶包扎。松止血帶，手術結束，待病人蘇醒后送回病房。

（五）采血

分別于手術開始時、松止血帶即刻、松止血帶后30 min、松止血帶后1 h這4個時間點抽取手術側股靜脈血4 ml，低溫保存并送檢。

（六）術后處理

術后常規肌肉注射雙氯芬酸鈉鹽酸利多卡因注射液20 mg，每天1次，若疼痛不緩解臨時加用1支。術前1周至術后1周內停用非甾體類抗炎藥。

四、觀察指標

對4個目標時間點所取得的病人血樣進行檢測：①采用比色法檢測乳酸脫氫酶（LDH）含量，試劑盒購自南京建成生物技術公司；②采用酶聯免疫吸附印跡法（ELISA）檢測白細胞介素1β（IL-1β）、白細胞介素6（IL-6）、白細胞介素8（IL-8）、MDA、TNF-α、超氧化物歧化酶（SOD）的水平。

記錄術后1、3、7 d病人大腿根部的疼痛視覺模擬量表（visual analogue scale,VAS）評分。

五、統計學分析

采用SPSS 20.0統計學軟件（IBM公司，美國）進行數據分析。計量資料以均數±標準差（）表示，兩組間及各觀察時間點的IL-1β、IL-6、IL-8、MDA、TNF-α、SOD等指標水平的比較采用獨立樣本t檢驗。P＜0.05表示數據差異具有統計學意義。

結 果

兩組均無退出病例，兩組病人均未發生感染、切口延遲愈合、過敏反應等并發癥。

一、血液生化指標

手術開始時，兩組的IL-1β、IL-6、IL-8、MDA、TNF-α、LDH、SOD水平比較，差異均無統計學意義（P均＞0.05，表2～8），而后各觀察時間點的數值與術前比較，差異均有統計學意義（P均＜0.05）。松止血帶即刻、松止血帶后30 min和松止血帶后1 h時，磷酸肌酸鈉組的IL-1β、IL-6、MDA、TNF-α、LDH水平均顯著低于對照組，而SOD水平顯著高于對照組，差異均有統計學意義（P均＜0.05，表2、3、5～8）。松止血帶后30 min、1 h時，磷酸肌酸鈉組的IL-8水平也顯著低于對照組，差異均有統計學意義（P均＜0.05，表4）。

與手術開始時的各項指標數值相比，松止血帶即刻、松止血帶后30 min、松止血帶后1 h時的IL-1β、IL-6、IL-8、MDA、TNF-α、LDH均顯著升高，SOD水平顯著降低（P均＜0.05，表2～8）。

二、疼痛情況

磷酸肌酸鈉組病人術后1、3、7 d的大腿根部VAS評分分別為（5.3±1.9）分、（4.1±1.6）分、（2.5±0.9）分，明顯低于對照組同時間點的數值［（6.3±2.1）分、（4.9±1.8）分、（3.2±1.1）分］，差異均有統計學意義（t=2.089，P=0.040；t=2.186，P=0.032；t=2.914，P=0.005）。

討 論

骨骼肌IRI是一個病理生理過程，臨床中常見于斷肢再植［9］、骨筋膜室綜合征［10］、四肢血管損傷［11］、術中長時間使用止血帶等。目前，骨骼肌IRI的發生機制主要有白細胞學說、氧自由基學說、鈣超載學說，還與能量代謝、無復流現象和細胞凋亡有關［12］。

表2 兩組病人各觀察點的IL-1β水平比較（±s，ng/L）

表2 兩組病人各觀察點的IL-1β水平比較（±s，ng/L）

注：與同組手術開始時相比，*P＜0.05

分組磷酸肌酸鈉組對照組t值P值例數35 35--手術開始時43.52±7.98 42.66±8.78 0.432 0.667松止血帶即刻53.12±8.33*70.52±8.56*8.504＜0.001松止血帶后30 min 56.78±7.22*72.23±5.32*10.192＜0.001松止血帶后1 h 60.24±5.44*69.33±4.36*7.716＜0.001

表3 兩組病人手術前后各觀察點的IL-6水平比較（±s，ng/L）

表3 兩組病人手術前后各觀察點的IL-6水平比較（±s，ng/L）

注：與同組手術開始時相比，*P＜0.05

松止血帶后1 h 59.32±8.78*86.85±9.33*12.730＜0.001分組磷酸肌酸鈉組對照組t值P值例數35 35--手術開始時32.96±6.86 33.22±7.64 0.152 0.880松止血帶即刻48.46±6.38*58.63±7.12*6.296＜0.001松止血帶后30 min 72.61±11.45*95.54±12.34*8.062＜0.001

表4 兩組病人各觀察點的IL-8水平比較（±s，ng/L）

表4 兩組病人各觀察點的IL-8水平比較（±s，ng/L）

注：與同組手術開始時相比，*P＜0.05

分組磷酸肌酸鈉組對照組t值P值例數35 35--手術開始時102.24±15.55 103.51±13.66 0.368 0.714松止血帶即刻128.54±19.47*136.38±14.11*1.932 0.057松止血帶后30 min 132.61±14.54*142.36±15.08*2.752 0.008松止血帶后1 h 126.58±14.77*138.57±15.88*3.274 0.002

表5 兩組病人手術前后各觀察點的MDA水平比較（±s，μmol/L）

表5 兩組病人手術前后各觀察點的MDA水平比較（±s，μmol/L）

注：與同組手術開始時相比，*P＜0.05

分組磷酸肌酸鈉組對照組t值P值例數35 35--手術開始時2.98±0.67 3.11±0.74 0.775 0.441松止血帶即刻6.12±1.12*7.53±1.66*4.172＜0.001松止血帶后30 min 5.23±0.62*7.13±1.25*8.063＜0.001松止血帶后1 h 5.34±0.96*7.12±1.21*6.826＜0.001

表6 兩組病人手術前后各觀察點的TNF-α水平比較（±s，ng/L）

表6 兩組病人手術前后各觀察點的TNF-α水平比較（±s，ng/L）

注：與同組手術開始時相比，*P＜0.05

分組磷酸肌酸鈉組對照組t值P值例數35 35--手術開始時2.65±0.92 2.53±0.96 0.534 0.595松止血帶即刻6.28±1.24*8.13±1.46*5.712＜0.001松止血帶后30 min 5.75±1.08*7.25±1.52*4.762＜0.001松止血帶后1 h 4.16±0.95*6.74±1.32*9.396＜0.001

表7 兩組病人手術前后各觀察點的LDH水平比較（±s，U/L）

表7 兩組病人手術前后各觀察點的LDH水平比較（±s，U/L）

注：與同組手術開始時相比，*P＜0.05

分組磷酸肌酸鈉組對照組t值P值例數35 35--手術開始時56.94±8.12 56.45±7.11 0.276 0.783松止血帶即刻76.11±14.56*107.33±13.08*9.444＜0.001松止血帶后30 min 104.52±12.45*124.24±14.62*6.084＜0.001松止血帶后1 h 107.55±12.63*127.42±15.78*5.825＜0.001

表8 兩組病人手術前后各觀察點的SOD水平比較（±s，U/ml）

表8 兩組病人手術前后各觀察點的SOD水平比較（±s，U/ml）

注：與同組手術開始時相比，*P＜0.05

分組磷酸肌酸鈉組對照組t值P值例數35 35--手術開始時202.64±14.64 198.23±13.45 1.311 0.194松止血帶即刻180.21±21.28*159.54±22.64*3.946＜0.001松止血帶后30 min 181.22±15.34*144.48±11.98*11.172＜0.001松止血帶后1 h 174.74±17.12*139.33±21.23*7.684＜0.001

IRI發生過程中，TNF-α是最早出現的炎性因子，其損傷血管內皮細胞，增加血管通透性，誘發IL-8等炎性因子的釋放。IL-1β、IL-6與IL-8是炎性細胞分化的主要調節因子，其含量的高低可以反映細胞損傷的程度。其中，IL-1β、IL-6是重要的促炎因子，其出現不僅表示機體應激啟動，也提示炎癥反應存在狀態［13］。IL-6不僅是炎癥反應的重要遞質，還能激活部分衰老及喪失功能的中性粒細胞，擴大炎癥反應。IL-8可誘導中性粒細胞黏附到缺血細胞，并促使中性粒細胞釋放溶酶體酶、超氧化物、過氧化氫、氧自由基等，破壞細胞膜，促進炎性反應，加劇IRI進程［14］。本研究發現，與手術開始時相比，松止血帶即刻、松止血帶后30 min和松止血帶后1 h時的IL-1β、IL-6、IL-8水平顯著升高；而且，磷酸肌酸鈉組在松止血帶即刻、松止血帶后30 min和松止血帶后1 h時的IL-1β、IL-6水平顯著低于對照組，松止血帶后30 min、松止血帶1 h的IL-8水平顯著低于對照組。提示磷酸肌酸鈉預處理能夠降低炎癥因子IL-1β、IL-6及IL-8的釋放，從而發揮對TKA術后止血帶誘發的IRI的保護作用。

IRI初期，機體處于氧化應激狀態，產生大量氧自由基，氧自由基與不飽和脂肪酸發生脂質過氧化作用，生成脂質過氧化物損傷細胞膜［15］，阻礙線粒體功能。脂質過氧化物穩定性差，易降解成MDA，釋放入血引起遠隔器官損傷［16］。SOD是體內最為重要的內源性氧自由基清除劑，其活力在一定程度上可反映內源性氧自由基的清除活力［17］。SOD可將脂質過氧化物轉化為過氧化氫和水，而過氧化氫又可被過氧化氫酶分解成水。研究結果表明，磷酸肌酸鈉預處理能夠有效降低氧化應激產物MDA的水平，升高氧自由基清除酶SOD的水平，從而減少TKA術后止血帶誘發的IRI。

TKA術中止血帶的使用不可避免地會對患肢肌肉、神經及血管等造成一定損傷。何荷番等［18］認為骨骼肌對缺血性損傷最為敏感，IRI可加重血管損傷，激發纖溶亢進，使創口周圍充血腫脹［19］。對比發現，術前30 min預注射磷酸肌酸鈉的病人，其術后1、3、7 d時止血帶使用位置的VAS評分均明顯低于對照組，差異均有統計學意義（t=2.089，P=0.040；t=2.186，P=0.032；t=2.914，P=0.005），直觀反映出磷酸肌酸鈉預注射可減輕病人疼痛，對骨骼肌IRI具有保護作用。

下肢手術過程中，止血帶充氣放氣的過程所帶來的血流動力學改變不可忽視。止血帶充氣后全身循環血量和外周血管阻力都會增加［8］，雙下肢同時驅血甚至會導致循環血量增加15%以上［13］；而放氣過程也會導致全身循環血量和外周血管阻力突然減少。雷震［8］對磷酸肌酸鈉預處理的對比分析發現，磷酸肌酸鈉可降低交感神經興奮性，且使用后不影響每搏輸出量，提示磷酸肌酸鈉可減輕使用止血帶引起的血流動力學影響。臨床上，磷酸肌酸鈉已經廣泛用于對心臟的保護作用［20］，而其在骨科的應用則相對較少，主要為嘗試性應用［21］。丁明等［22］通過動物試驗并于電鏡下觀察發現外源性磷酸肌酸鈉能夠有效保護缺血再灌注的骨骼肌，并指出高劑量磷酸肌酸鈉更能有效發揮保護作用。而目前對于人體的術前用量也未得出統一標準。吳靜等［23］認為磷酸肌酸鈉可穩定TKA術中骨水泥植入引起的血流動力學波動，降低骨水泥植入綜合征的發生率，且磷酸肌酸鈉減輕組織自由基損傷后，還可降低交感神經系統興奮性。對于年長的病人，高晶等［24］認為，術中應用磷酸肌酸鈉能顯著提高全身麻醉老年病人術后認知功能，降低術后認知障礙的發生概率。

何燕等［25］通過對豚鼠連續注射磷酸肌酸鈉及體外溶血實驗發現，注射磷酸肌酸鈉可致豚鼠發生全身主動過敏反應，對家兔紅細胞無體外溶血性，對家兔耳緣靜脈注射給藥無明顯局部刺激性。本研究中70例病人均未出現類似過敏反應，分析其原因，可能與連續注射造成的劑量過大有關。但臨床也應該預先檢測過敏反應，不可因為磷酸肌酸鈉為人體固有物質而掉以輕心。

本研究表明磷酸肌酸鈉可降低骨科止血帶所致的骨骼肌IRI的氧化應激水平，并減少炎性因子的生成，但本組病例數較少，其療效及最佳用量仍然需要大樣本、多中心的前瞻性研究來驗證。