创伤是人类除肿瘤、心血管疾病致死的又一主要原因,占死亡谱第三位[1-2]。其中失血性休克是创伤死亡的重要原因之一[3]。创伤失血性休克大部分为非控制失血休克,即有活动性出血的休克。针对非控制失血性休克,目前提出了低压复苏、延迟复苏等新的理念和新的方案,为创伤休克的早期救治提供了很好的指导[4]。根据欧洲创伤救治指南,创伤休克早期液体复苏推荐的液体为晶体液[5],但由于晶体液不具备携氧功能,低压或延迟复苏会加重重要组织、器官缺血、缺氧,从而导致器官功能损害。因此,研究具有携氧功能的液体用于创伤早期救治有重要的临床意义。
据报道,全血输注是治疗失血患者的重要治疗方案[6],但是由于全血存储时间短、供应短缺、配型困难等限制其应用,血液代用品是理想的携氧液体[7],由于其不需要交叉匹配,并且很少有细菌或病毒感染的风险而被重视[8-10]。但是现有的血红蛋白代用品,由于其副作用,如易转化成高铁血红蛋白,高铁血红蛋白不与氧结合,不能氧合组织[11];而且存在一定的心血管不良反应[12],其临床应用效果并不理想。
香港新意康生物科技有限公司研制了一种新型牛来源的血红蛋白代用品(产品代号YQ),该产品由戊二醛交联的四聚体组成,相对分子质量稳定,高铁血红蛋白含量低。以往研究发现血液代用品对失血性休克有较好的治疗作用,YQ在非控制失血性休克早期应用是否有利于器官功能保护,目前不清楚。本研究采用大鼠脾动脉离断模拟非控制失血休克,观察YQ对非控失血性休克大鼠重要器官功能的影响。
1 材料与方法 1.1 主要试剂新型血红蛋白代用品(YQ)由香港新意康生物科技有限公司提供,未检测有或仅有很低水平的二聚血红蛋白、高铁血红蛋白和其他杂质存在。血红蛋白浓度6 g/dL,渗透压约770 kPa。
1.2 非控制失血性休克模型建立100只SD大鼠,雌雄各半,12周龄,体质量(220±20)g,由陆军军医大学实验动物中心提供,生产许可证号为SCXK(渝)20170002,使用许可证号为SYXK(渝)20170002。实验当日用3%戊巴比妥钠(30~50 mg/kg)腹腔注射麻醉,左侧股动脉、股静脉插管分别用于血压检测及液体输注。插管后稳定10 min(休克前),动物腹中线开腹,暴露脾脏,从脾动脉分支之间切开脾实质,并切断一条脾动脉分支,使血液自由流至腹腔,关闭腹腔,当平均动脉压降至40 mmHg,完成非控制性失血性休克模型。
1.3 实验设计建立非控制失血性休克模型,模型成功后将大鼠随机分为0.5%YQ、2.0%YQ、5.0%YQ、乳酸林格氏液(Lactate Ringer,LR)对照组和全血组。分别用不同分组的液体复苏将血压维持在50 mmHg 1 h。彻底结扎止血,继续输液,分别维持血压在70、80 mmHg各1 h,在80 mmHg输注完毕后,各组用LR补充至2倍失血量体积,继续再观察2 h。实验分为两批,第1批用于检测血气和组织血流量,采集1 mL股动脉血,用血气分析仪测定动脉血氧饱和度(arterial oxygen saturation,SaO2)和动脉血氧分压(arterial oxygen partial pressure,PaO2),同时观察组织灌注,沿腹直线剪开大鼠腹部皮肤和肌肉,充分暴露肝脏和左侧肾脏,用激光多普勒测定仪(Periflux System 5000;Perimed,Stockholm,Sweden)检测肝脏和肾脏血流量以及经皮氧分压,读取血流灌注量(PU);第2批用于测定器官功能,抽取2 mL动脉血用生化分析仪(BXC800,Beckman,美国)测定肝脏功能[谷草转氨酶(glutamic-oxalacetic transaminase,AST)、谷丙转氨酶(glutamic-pyruvic transaminase,ALT)]和肾脏功能[尿素氮(urea,BUN)、血肌酐(creatinine,Crea)]。
1.4 统计分析方法所有数据用x±s表示。包括血流量、肝脏和肾脏功能、经皮氧分压、血气均用重复测量单因素或双因素方差分析。
2 结果 2.1 YQ对非控制失血性休克大鼠氧分压和氧饱和度的影响与休克前比较,非控失血性休克后,大鼠PaO2和SaO2均显著降低(P < 0.01)。LR对照组随着复苏时间延长,PaO2和SaO2降低;全血可增加大鼠各时相点的PaO2和SaO2,其中液体复苏维持70 mmHg 1 h和80 mmHg 1 h,复苏后观察1 h和2 h点均显著增加(P < 0.01);与LR对照组比较,YQ不同浓度均可增加大鼠的PaO2和SaO2(P < 0.05),其中2%YQ和5%YQ浓度组在维持血压70 mmHg 1 h和80 mmHg 1 h,及观察1 h和2 h点明显增加PaO2和SaO2(P < 0.01),甚至超过全血组(表 1、2)。
组别 | 休克前 | 休克末 | 维持血压 | 复苏后 | ||||
50 mmHg 1 h | 70 mmHg 1 h | 80 mmHg 1 h | 观察1 h | 观察2 h | ||||
LR对照组 | 98.6±14.3 | 80.5±9.4 | 71.3±2.5 | 71.1±6.4 | 73.8±5.1 | 70.5±8.4 | 68.6±5.6 | |
全血组 | 97.4±12.1 | 78.4±6.4 | 87.6±8.0 | 98.2±6.6b | 92.4±12.0b | 93.6±8.1b | 86.0±23.8a | |
YQ 0.5%组 | 99.7±11.0 | 79.1±5.7 | 78.6±8.3 | 85.2±14.0a | 80.9±5.3a | 75.8±6.3 | 74.5±17.3 | |
YQ 2%组 | 97.4±12.4 | 82.1±10.2 | 92.5±14.4 | 94.3±18.4b | 92.3±14.1b | 94.8±5.6b | 98.8±15.9b | |
YQ 5%组 | 98.5±14.3 | 79.2±12.2 | 91.1±9.8 | 94.2±10.9b | 94.4±6.6b | 95.4±7.4b | 98.6±14.1b | |
a:P < 0.05,b:P < 0.01,与LR对照组比较 |
组别 | 休克前 | 休克末 | 维持血压 | 复苏后 | ||||
50 mmHg 1 h | 70 mmHg 1 h | 80 mmHg 1 h | 观察1 h | 观察2 h | ||||
LR对照组 | 96.5±3.2 | 89.3±4.3 | 89.8±0.8 | 83.8±1.6 | 80.3±7.6 | 74.1±7.4 | 70.6±8.5 | |
全血组 | 97.4±2.3 | 85.2±3.2 | 96.3±4.9 | 95.5±2.3a | 96.9±1.4a | 96.4±1.8b | 94.3±3.3b | |
YQ 0.5%组 | 96.7±1.3 | 88.5±1.6 | 94.3±0.9 | 93.3±3.2a | 93.1±2.4a | 93.2±1.4b | 91.2±1.7b | |
YQ 2%组 | 97.4±4.5 | 82.5±3.3 | 94.8±1.1 | 94.3±1.5a | 95.1±1.4a | 94.2±0.9b | 92.1±2.5b | |
YQ 5%组 | 96.4±5.4 | 84.5±4.2 | 95.6±1.3 | 95.4±1.9a | 94.7±1.3a | 94.7±1.8b | 93.6±2.4b | |
a:P < 0.05,b:P < 0.01,与LR对照组比较 |
2.2 YQ对非控制失血性休克大鼠经皮氧分压的影响
非控失血性休克后,大鼠的经皮氧分压显著降低(P < 0.01);LR对照组各阶段的经皮氧分压变化不明显(P>0.05);全血可增加大鼠各时相点的经皮氧分压,在液体复苏维持70mmHg时,经皮氧分压达到最高(P < 0.01),随后逐渐降低;与LR对照组比较,各剂量组YQ输注后均可不同程度增加大鼠的经皮氧分压,其中YQ 5%浓度组效果最好(P < 0.01),且经皮氧分压始终维持在较稳定水平(表 3)。
组别 | 休克前 | 休克末 | 维持血压 | 复苏后 | ||||
50 mmHg 1 h | 70 mmHg 1 h | 80 mmHg 1 h | 观察1 h | 观察2 h | ||||
LR对照组 | 98.3±9.3 | 52.3±3.5 | 68.8±13.7 | 70.9±10.5 | 68.2±4.6 | 66.3±5.1 | 59.1±1.6 | |
全血组 | 98.5±8.4 | 53.5±5.3 | 93.6±9.3 | 96.5±8.8a | 85.8±9.3 | 86.9±8.2a | 80.0±7.3b | |
YQ 0.5%组 | 100.0±5.3 | 50.7±2.5 | 78.2±9.2 | 85.8±7.4 | 75.1±7.8 | 73.0±8.0 | 60.6±9.3 | |
YQ 2%组 | 99.1±10.2 | 56.2±7.5 | 80.7±8.6 | 87.6±7.2 | 76.7±8.4 | 79.7±9.9 | 67.6±6.1a | |
YQ 5%组 | 97.6±8.4 | 59.1±4.7 | 85.1±9.4 | 93.7±9.3a | 79.1±8.6 | 82.0±8.0 | 80.4±5.9b | |
a:P < 0.05,b:P < 0.01,与LR对照组比较 |
2.3 YQ对非控制失血性休克大鼠肝脏和肾脏血流量的影响
非控失血性休克后,大鼠的肝、肾血流量显著降低(P < 0.01);LR对照组可增加不同时相点大鼠的肝、肾血流量;全血组明显增加大鼠各时相点的肝、肾血流量(P < 0.05);与LR对照组比较,各浓度组YQ输注后均可不同程度增加大鼠的肝、肾血流量(P < 0.05),其中YQ 5%浓度组效果最好(P < 0.05)。见表 4、5。
组别 | 休克前 | 休克末 | 维持血压 | 复苏后 | ||||
50 mmHg 1 h | 70 mmHg 1 h | 80 mmHg 1 h | 观察1 h | 观察2 h | ||||
LR对照组 | 356.3±37.2 | 162.3±12.9 | 157.0±16.3 | 177.3±16.0 | 183.3±15.8 | 161.5±12.4 | 171.4±20.4 | |
全血组 | 362.1±40.4 | 159.3±16.0 | 167.2±15.2 | 209.8±15.3a | 219.7±13.9a | 231.6±15.2a | 220.4±18.2a | |
YQ 0.5%组 | 348.5±23.0 | 158.3±18.2 | 148.0±18.0 | 200.7±18.9 | 196.5±23.2 | 224.0±17.3 | 184.3±12.0 | |
YQ 2%组 | 350.9±29.4 | 158.3±20.2 | 144.5±16.9 | 195.2±18.0 | 186.8±14.9 | 229.1±18.9a | 226.6±21.8a | |
YQ 5%组 | 361.3±36.2 | 162.3±21.3 | 161.9±17.2 | 191.6±15.5 | 195.3±17.5 | 228.2±9.3a | 218.7±13.8a | |
a:P < 0.05,与LR对照组比较 |
组别 | 休克前 | 休克末 | 维持血压 | 复苏后 | ||||
50 mmHg 1 h | 70 mmHg 1 h | 80 mmHg 1 h | 观察1 h | 观察2 h | ||||
LR对照组 | 298.3±30.2 | 112.3±10.2 | 100.5±10.5 | 120.1±8.1 | 147.1±15.5 | 165.4±11.1 | 169.4±4.7 | |
全血组 | 302.1±28.3 | 125.3±13.2 | 120.6±14.5 | 171.9±16.9 | 199.3±13.3a | 211.8±11.3a | 179.2±16.3 | |
YQ 0.5%组 | 312.1±22.6 | 101.6±13.8 | 92.5±10.6 | 147.7±14.9 | 169.1±15.2 | 181.0±13.0 | 175.7±14.2 | |
YQ 2%组 | 317.3±30.2 | 110.2±14.2 | 129.5±14.4 | 150.2±16.3 | 151.6±15.3 | 191.1±11.2 | 172.6±15.0 | |
YQ 5%组 | 302.8±29.3 | 112.3±12.5 | 155.1±13.7 | 153.7±16.2 | 183.0±14.7 | 207.6±8.5a | 187.4±10.9 | |
a:P < 0.05,与LR对照组比较 |
2.4 YQ对非控制失血性休克大鼠器官功能的影响
非控失血性休克后,大鼠的器官功能遭到损害,表现为休克后血中肝脏功能(AST、ALT)(P < 0.05)和肾脏功能(BUN、Crea)(P < 0.05)不同程度升高;LR对照组可轻微降低休克大鼠的AST、ALT、BUN和Crea,与休克组比较无明显差异(P>0.05);全血组明显降低大鼠各时相点的AST、ALT、BUN和Crea(P < 0.05);各浓度组YQ输注后均可不同程度降低大鼠的AST、ALT、BUN和Crea(P < 0.05),减轻休克对肝、肾功能的损害,其中5%浓度组对肝、肾功能的保护作用优于全血组(表 6~9)。
组别 | 休克前 | 休克末 | 维持血压 | 复苏后 | ||||
50 mmHg 1 h | 70 mmHg 1 h | 80 mmHg 1 h | 观察1 h | 观察2 h | ||||
LR对照组 | 98.7±8.8 | 128.6±13.5 | 116.8±13.4 | 120.1±13.6 | 129.0±10.7 | 157.0±10.5 | 209.6±15.6 | |
全血组 | 97.9±9.1 | 129.7±20.8 | 116.3±10.6 | 114.4±15.2 | 129.0±14.1 | 127.9±9.3a | 171.2±10.8a | |
YQ 0.5%组 | 102.1±8.8 | 126.3±11.2 | 108.8±11.9 | 106.0±10.7 | 129.5±10.5 | 123.1±12.2a | 122.0±11.7a | |
YQ 2%组 | 103.9±10.6 | 132.7±18.7 | 113.0±14.5 | 113.8±12.0 | 119.1±10.6 | 118.2±11.1a | 127.4±10.4a | |
YQ 5%组 | 99.7±8.9 | 137.4±12.8 | 114.6±14.8 | 101.8±16.5 | 115.7±10.5 | 111.4±15.1a | 149.8±13.7a | |
a:P < 0.05,与LR对照组比较 |
组别 | 休克前 | 休克末 | 维持血压 | 复苏后 | ||||
50 mmHg 1 h | 70 mmHg 1 h | 80 mmHg 1 h | 观察1 h | 观察2 h | ||||
LR对照组 | 35.6±3.5 | 42.3±4.1 | 58.2±5.1 | 48.9±4.9 | 49.3±5.4 | 48.8±2.5 | 54.9±3.6 | |
全血组 | 36.7±4.7 | 43.5±4.6 | 43.1±4.6 | 42.8±4.5 | 43.5±4.7 | 44.4±4.6a | 44.9±4.1a | |
YQ 0.5%组 | 36.1±4.2 | 40.4±4.9 | 45.0±5.4 | 44.6±4.7 | 46.1±4.8 | 46.5±5.3 | 50.9±5.1 | |
YQ 2%组 | 34.6±5.4 | 42.5±5.6 | 44.6±5.5 | 43.5±3.5 | 45.3±2.7 | 44.0±3.3 | 48.6±3.9a | |
YQ 5%组 | 37.3±5.7 | 45.4±3.5 | 44.1±5.0 | 44.7±4.5 | 44.5±4.3 | 44.7±3.2a | 45.9±4.2a | |
a:P < 0.05,与LR对照组比较 |
组别 | 休克前 | 休克末 | 维持血压 | 复苏后 | ||||
50 mmHg 1 h | 70 mmHg 1 h | 80 mmHg 1 h | 观察1 h | 观察2 h | ||||
LR对照组 | 5.6±0.7 | 9.5±2.4 | 7.6±1.9 | 7.9±1.6 | 10.0±2.7 | 8.6±1.4 | 10.8±2.5 | |
全血组 | 5.7±1.2 | 10.3±1.8 | 7.2±1.9 | 7.4±1.2 | 9.9±1.8 | 8.0±1.9 | 9.9±1.4 | |
YQ 0.5%组 | 6.8±1.3 | 9.1±1.8 | 6.4±1.5 | 10.1±1.7 | 9.6±1.4 | 10.2±2.7 | 11.9±1.3 | |
YQ 2%组 | 6.4±1.2 | 11.2±2.5 | 6.2±1.2 | 9.1±1.2 | 10.1±2.7 | 10.6±1.6 | 9.6±1.3 | |
YQ 5%组 | 6.5±1.6 | 12.0±2.1 | 7.4±1.8 | 8.1±0.9 | 10.3±2.4 | 9.2±1.2 | 9.7±1.8 |
组别 | 休克前 | 休克末 | 维持血压 | 复苏后 | ||||
50 mmHg 1 h | 70 mmHg 1 h | 80 mmHg 1 h | 观察1 h | 观察2 h | ||||
LR对照组 | 34.6±4.6 | 65.3±7.0 | 44.8±4.9 | 35.5±4.0 | 29.0±3.4 | 23.3±3.3 | 47.7±4.4 | |
全血组 | 35.4±3.6 | 64.5±6.5 | 44.8±3.9 | 31.3±3.1 | 40.2±3.4 | 24.0±2.7 | 27.7±2.3a | |
YQ 0.5%组 | 35.7±3.3 | 65.6±6.8 | 49.4±5.1 | 26.4±2.8 | 37.8±4.1 | 27.9±3.6 | 26.9±2.6a | |
YQ 2%组 | 36.4±4.3 | 67.3±5.8 | 51.2±5.0 | 29.1±2.6 | 38.6±3.6 | 28.3±3.0 | 24.7±2.9a | |
YQ 5%组 | 37.3±4.7 | 68.4±7.5 | 55.8±5.6 | 34.3±3.5 | 44.4±4.0 | 27.2±3.4 | 25.8±2.1a | |
a:P < 0.05,与LR对照组比较 |
3 讨论
创伤早期救治指南推荐早期复苏液体为晶体液,但晶体液无携氧功能,携氧液体对非控制失血性休克早期救治尤为重要。我们研究发现:非控制失血性休克后,大鼠的经皮氧分压、血氧分压、血氧饱和度降低,YQ可增加休克大鼠的血氧饱和度,从而增加氧供,器官功能得到改善。这些结果说明YQ对非控制失血性休克大鼠有很好的器官功能保护作用。
组织缺血缺氧是引起器官功能损伤的主要原因。非控制失血性休克早期低压复苏尽管可以减少出血量[13],但是低压维持时间太长会加重重要组织、器官缺血、缺氧,器官功能损害,我们前期研究证实非控制失血性休克止血前的理想复苏压力为50~60 mmHg维持90 min[14],这一压力可以减少出血,保护器官功能。
血液代用品是一类具有携氧功能的液体,用于创伤早期救治尤为重要。对于紧急治疗特别战场和灾难救援至关重要。血红蛋白氧载体(hemoglobin-based oxygen carriers,HBOC)是较理想的血液代用品,具有携氧能力强,在缺血再灌注心脏损伤中有较好的保护作用[15],但是由于含有高浓度的高铁血红蛋白和肾毒性而被限制使用。YQ由稳定的血红蛋白四聚体组成,仅含有很低水平的高铁血红蛋白(<5%)。之前的研究发现YQ并没有这方面的副作用(数据未列出)。YQ的作用主要通过改善氧的携带和释放功能,从而改善失血性休克大鼠的器官功能。
虽然我们的结果显示YQ对非控制失血性休克大鼠的器官功能有很好的保护作用,但是仍存在不足。第一,本实验仅观察了YQ对肝脏和肾脏的影响,未观察其他脏器的变化;第二,本实验为急性实验,观察时间较短,一些参数可能还未发生变化,这将是我们以后工作的方向。
利益申明: 本研究与医药公司不存在商业利益关系,医药公司在实验设计及实施、数据处理、文章书写和发表等方面未给予任何资助
[1] | LOZANO R, NAGHAVI M, FOREMAN K, et al. Global and regional mortality from 235 causes of death for 20 age groups in 1990 and 2010: a systematic analysis for the Global Burden of Disease Study 2010[J]. Lancet, 2012, 380(9859): 2095–2128. DOI:10.1016/S0140-6736(12)61728-0 |
[2] | NORTON R, KOBUSINGYE O. Injuries[J]. N Engl J Med, 2013, 368(18): 1723–1730. DOI:10.1056/NEJMra1109343 |
[3] | WU D, ZHOU X, YE L, et al. Emergency department crowding and the performance of damage control resuscitation in major trauma patients with hemorrhagic shock[J]. Acad Emerg Med, 2015, 22(8): 915–921. DOI:10.1111/acem.12726 |
[4] | TRAN A, YATES J, LAU A, et al. Permissive Hypotension vs. conventional resuscitation strategies in adult trauma patients with hemorrhagic shock: a systematic review and meta-analysis of randomized controlled trials[J]. J Trauma Acute Care Surg, 2018, 84(5): 802–808. DOI:10.1097/TA.0000000000001816 |
[5] | MASOUMI K, FOROUZAN A, DARIAN A A, et al. Comparison of the effectiveness of hydroxyethyl starch (voluven) solution with normal saline in hemorrhagic shock treatment in trauma[J]. J Clin Med Res, 2016, 8(11): 815–818. DOI:10.14740/jocmr2702w |
[6] | HOWARTH C, BANERJEE J, ALADANGADY N. Red blood cell transfusion in preterm infants: current evidence and controversies[J]. Neonatology, 2018, 114(1): 7–16. DOI:10.1159/000486584 |
[7] | TAGUCHI K, YAMASAKI K, MARUYAMA T, et al. Comparison of the pharmacokinetic properties of hemoglobin-based oxygen carriers[J]. J Funct Biomater, 2017, 8(1): 11–18. DOI:10.3390/jfb8010011 |
[8] | KEIPERT P E. Hemoglobin-based oxygen carrier (HBOC) development in trauma: previous regulatory challenges, lessons learned, and a path forward[J]. Adv Exp Med Biol, 2017, 977: 343–350. DOI:10.1007/978-3-319-55231-6_45 |
[9] | SHEN Y, ZHU W, ZHAO M, et al. Study of the pharmacokinetics of polymerized porcine hemoglobin (pPolyHb)[J]. Artif Cells Nanomed Biotechnol, 2018, 11: 1–7. DOI:10.1080/21691401.2018.1446020 |
[10] | RATANASOPA K, CEDERVALL T, BVLOW L. Possibilities of using fetal hemoglobin as a platform for producing hemoglobin-based oxygen carriers (HBOCs)[J]. Adv Exp Med Biol, 2016, 876: 445–453. DOI:10.1007/978-1-4939-3023-4_56 |
[11] | PACO L, DR A G, DRONE J, et al. Catalase-like activity of bovine met-hemoglobin: Interaction with the pseudo-catalytic peroxidation of anthracene traces in aqueous medium[J]. Biotech J, 2010, 4(10): 1460–1470. DOI:10.1002/biot.200900100 |
[12] | MOZZARELLI A, RONDA L, FAGGIANO S, et al. Haemoglobin-based oxygen carriers: research and reality towards an alternative to blood transfusions[J]. Blood Transfusion, 2010, 3(4): s59–68. DOI:10.2450/2010.010S |
[13] | KUDO D, YOSHIDA Y, KUSHIMOTO S. Permissive hypotension/hypotensive resuscitation and restricted/controlled resuscitation in patients with severe trauma[J]. J Intens Care, 2017, 5(1): 11–18. DOI:10.1186/s40560-016-0202-z |
[14] | LI T, ZHU Y, HU Y, et al. Ideal permissive hypotension to resuscitate uncontrolled hemorrhagic shock and the tolerance time in rats[J]. Anesthesiology, 2011, 114(1): 111–119. DOI:10.1097/ALN.0b013e3181fe3fe7 |
[15] | POSLUSZNY J A, NAPOLITANO L M. Hemoglobin-based oxygen carrier for traumatic hemorrhagic shock treatment in a Jehovah's witness[J]. Arch Trauma Res, 2016, 5(2): e30610. DOI:10.5812/atr.30610 |