作者：王婷婷，姚媛媛，浙江大学医学院附属第二医院麻醉科

心肺转流（cardiopulmonary bypass，CPB）是一种通过人工设备暂时替代人体心脏和肺脏功能的医疗技术。然而，CPB辅助心脏手术后急性肾损伤（acute kidney injury，AKI）有着较高的发生率和死亡率。术后AKI发生率约为3% ~ 30%，其中需要肾脏替代治疗（renal replacement treatment，RRT）的AKI发生率高达5%。RRT患者预后较差，与心脏手术后总体死亡率相比，死亡率高达50%。

与心脏手术后肾功能正常的患者相比，AKI患者的近远期死亡风险亦增加了四倍。目前AKI 诊断常用改善全球肾脏病预后组织标准（kidney disease: improving global outcomes，KDIGO），临床上少尿在心脏手术后很常见，是对血管内低血容量的适应性反应，通常发生在肾损伤后血清肌酐（serum creatinine，SCr）增加之前。但由于每小时尿量记录的准确性往往较差，因此，临床医生最常使用SCr 测量来诊断AKI。为提高对CPB 术后AKI的认识，本文总结了CPB术后AKI的基本特征，分析了该疾病对术后结局的影响、损伤机制、干预和治疗方法。

1. 对术后结局的影响

1.1 发生率和死亡率 

CPB术后AKI的发生率高达30%。AKI 的发生及其严重程度被证实是术后1 年及远期较差死亡率的独立预测因素，即使术后SCr 肌酐短暂小幅升高也会对远期生存产生显著的负面影响。在针对接受过心脏手术的患者进行的回顾性研究中，AKI患者的6 个月死亡率是未发生AKI患者的4 倍。此外，6 个月时死亡的AKI患者，死亡前的简化急性生理学评分II、急性生理学与慢性健康状况评分II、美国麻醉医师协会身体状况评分更高。心脏手术后的AKI还可能导致更大的卒中和心肌梗死等心血管事件风险，并增加长期心力衰竭和死亡的风险。

1.2 远期肾功能 

围手术期发生AKI 的患者，即使短期内肾功能恢复至正常，其术后远期肾小球滤过率水平和肾功能耐受性仍显著低于未发生AKI 的患者。AKI患者是否启动RRT主要取决于严重代谢性酸中毒、危及生命的高钾血症或难治性液体超负荷等临床指征，且RRT使用的时机与术后肾功能恢复密切相关。术后AKI还增加了术后慢性肾脏病（chronic kidney diseases，CKD）的风险，且在诊断时AKI的严重程度与CKD发展的风险呈正相关。与死亡趋势类似，即使完全恢复肾功能，术后CKD的发展风险仍然存在，而肾功能恢复不全的患者对CKD进展的相对风险更大（相对风险值：15.05 vs. 1.92）。

1.3 生活质量 

长期RRT 和终末期肾病对患者的生活质量产生了负面影响。在一项涉及1 200 例接受心脏手术患者的回顾性研究中，在出院后6 个月使用36 项简明健康调查表（short form，SF-36）进行评估，并通过日常生活活动评估了他们的依赖水平。术后发生AKI 的患者在SF-36 评分方面表现较差，更依赖于生活中的清洁、做饭、乘坐公共交通等工具性日常生活活动。术后AKI 患者对许多日常生活活动的依赖程度增加，78% 的AKI 患者至少依赖一项IADL活动，这表明与术前相比存在明显的恶化。

1.4 经济负担 

除了增加死亡率外，AKI 还给患者带来了极大的经济负担。一项单中心研究观察了美国18 年期间的50 000 多例AKI患者。研究发现，发生AKI的患者的住院费用是非AKI患者的159%（42 600美元 vs. 26 700 美元）。此外，另一项研究显示，在2008 ~ 2011年间接受冠状动脉旁路移植术或/和瓣膜置换手术的超过100万患者，发生AKI患者的平均住院费用显著高于非AKI患者（561 871人民币 vs. 282 617人民币），AKI 患者的总费用是非AKI 患者的两倍。

2. CPB肾损伤的发病机制

2.1 缺血再灌注损伤与炎症反应 

CPB术后AKI的发生机制中，肾脏缺血再灌注损伤（ischemia reperfusion injury，IRI）被认为是核心环节，但其本质诱因在于CPB过程中的肾脏灌注和氧供不充分。换言之，CPB所致的肾脏低灌注/ 低氧供引发了肾组织缺血状态，而随后恢复正常循环时发生的再灌注过程则触发了典型的IRI 级联反应。

CPB期间非脉冲、恒流泵注血流及血液稀释改变了肾皮质和髓质的正常灌注分布，外髓质血供相对较少，更易陷入缺氧。皮质相对过度灌流反而增加进入髓质的溶质负荷，粗升支小管等需耗氧重吸收钠增多，进一步加剧髓质耗氧—供氧失衡。手术中主动脉插管及主动脉夹闭等操作会影响肾动脉的血流供给，虽然在CPB期间体循环由转流泵维持，但瞬间的血流中断和恢复以及转流过程中血压波动，都会造成肾组织不同程度的IRI。

此外，主动脉插管和夹闭还可能扰动动脉粥样斑块，导致微栓子进入肾动脉系统。这些动脉栓子和微血管灌注不足进一步加重局部缺血，并激活炎症因子、血管活性因子和活性氧，触发炎症反应。

多数学者认为CPB 心脏手术会引起肾脏和全身性的炎症反应综合征（systemic inflammatory response syndrome，SIRS）。血液与CPB回路中非生理性异物表面接触，不仅刺激补体系统和促炎途径，还使免疫细胞活化；IRI 与氧化损伤产生的损伤相关分子模式通过TLR4/RAGE信号进一步放大炎症级联。趋化因子和细胞因子募集中性粒细胞、巨噬细胞及淋巴细胞至肾实质，释放肿瘤坏死因子-α、白介素-6 等炎性介质，导致肾小管上皮细胞凋亡、内皮功能障碍及间质纤维化信号的持续激活。氧化应激与炎症的互相放大最终促成AKI的发生和发展。

2.2 血栓形成 

在CPB过程中，血液接触外部环境、CPB 回路和各种装置，包括氧合器、泵头和管道等，可激活凝血系统，导致血栓形成的倾向增加。手术过程中的创伤、缺血和炎症等因素均可增加血栓形成的风险。在CPB 术期间，由于接触外部表面和外科操作，血液中可能会释放微小的血栓碎片，称为微栓子。微栓子可以随着血流进入肾脏微血管，在微血管内阻塞血流，造成血栓形成，导致肾脏微循环的阻塞和灌注不足，从而引发肾脏缺血和IRI。

此外，微栓子可在肾脏微血管内阻塞血流，损伤血管内皮，激活凝血级联，进一步加剧微循环障碍和IRI。因此，血栓形成在CPB 术后AKI 中发挥重要作用，通过阻塞微血管、引发IRI 以及诱发炎症反应等机制，导致肾功能受损。

2.3 溶血 

CPB回路包含泵、氧合器、抽吸导管和过滤器，这些装置会损害红细胞并增加血浆游离血红蛋白。血泵对红细胞的抽吸、红细胞与非生物性管道接触及补体复合物的沉积等因素能够引起CPB期间大量溶血，导致血液循环中游离的血红蛋白增加，形成血红蛋白管型，进而堵塞肾小管。为减少循环中的触珠蛋白，游离血红蛋白会催化产生自由基，与肾脏中的Tamms-Horsfall 蛋白沉淀，与源自内皮细胞的一氧化氮结合，导致血管阻力增加，凝血酶形成，血细胞及血小板的聚集进一步加重栓子的形成，阻塞肾毛细血管，最终引起肾损伤。

3. 预防和治疗策略

3.1 微创体外循环（miniaturized extracorporeal circulation，MiECC）技术 

CPB管路与血液接触的内表面积已被认为是CPB术后诱发SIRS的关键因素之一。基于降低人工表面积以缓解SIRS 并预防CPB术后肾损伤的理念，MiECC系统应运而生。MiECC已被提议作为使用标准 CPB 进行心脏手术的替代方法。MiECC采用封闭式回路，无开放式静脉储血池，预充容量大幅减少，管路内表面积和血液稀释明显降低，同时配备惰性涂层管路、离心泵及静脉负压装置等，以在CPB中尽可能贴近生理状态并优化微循环灌注。研究表明，减少血液与异物表面的接触可有效减轻补体和白细胞的激活。

与传统CPB相比，MiECC显著降低循环中补体C3a、白介素-6、白介素-8 和肿瘤坏死因子-α 等炎性指标水平。与此同时，通过在管路材料表面应用生物相容涂层（如肝素、白蛋白、磷酸胆碱、聚-2- 甲氧乙基丙烯酸酯等），可进一步减弱异物表面诱导的炎症级联反应，从而有效预防CPB术后AKI的发生。临床研究证实，该技术在主动脉阻断时间超过60 分钟的复杂性心脏手术中具有显著的临床获益。

最近一项荟萃分析报告，MiECC使CPB术后肾损伤发生风险降低超过50%（OR = 0.47，95%CI：0.24 ~ 0.89）。但Sun 等人纳入 6 项研究荟萃分析中CPB术后肾损伤风险无差异，这可能与纳入研究的MiECC 技术和对照组技术异质性有关。因此有待多中心随机对照研究来验证其效果。

3.2 药物干预 

根据围手术期药物管理指南，常规建议在手术前停用血管紧张素转换酶抑制剂（angiotensin-converting-enzyme inhibitor，ACEI）、血管紧张素受体阻滞剂（angiotensin receptor blocker，ARBs）、非甾体抗炎药、二甲双胍以及利尿剂。多项研究指出，停用ACEI/ARBs 可显著降低CPB 术后AKI 发生风险。在536 例行CPB 辅助冠状动脉旁路移植术患者的研究中，术前停用ACEI 的患者AKI发生率由12.2% 下降至6.4%（OR = 0.48，95% CI：0.23 ~ 0.77；P = 0.04）。

另一项队列研究显示，与持续用药相比，术前停用ACEI/ARBs可将AKI风险降低约27.6%。一项关于心脏手术患者围手术期ACEI使用的临床试验发现，与雷米普利或螺内酯相比，安慰剂组的患者肾功能衰竭的发生率更高。由于这些药物可导致血管舒张和心输出量减少，因此尚未被广泛接受。为优化肾脏组织的氧供需平衡，常采用提升肾脏灌注或降低氧代谢需求两种策略。非诺多泮作为选择性肾血管扩张剂，能够特异性地改善肾循环血流量、增加灌注的功能，然而对该药物的使用仍存有争议。

一些研究表明，术中非诺多泮可以降低心脏手术后AKI的发生，而另一项研究则表示没有益处，并增加了低血压发生率。这些不同结果，主要是由于非诺多泮对不同肾毛细血管床的不同影响造成的。当肾小球灌注增加大于肾小管灌注时，肾小管增加溶质输送，需要更多的氧气消耗进行重吸收，最终导致髓质缺血。碳酸氢钠给药能减少肾脏耗氧量，但尚未证明能持续预防心脏手术后的AKI。

研究表明，碳酸氢钠给药能够降低严重AKI发病率（OR = 0.45，99%CI：0.43 ~ 0.48，P < 0.001）和肾脏替代治疗（OR = 0.38，99%CI：0.25 ~ 0.58，P < 0.001）。然而，另一项研究表明，碳酸氢钠给药对AKI 没有影响（RR = 0.99，95%CI：0.78 ~ 1.24，P = 0.91），并且增加了接受碳酸氢钠治疗患者的ICU住院时间（组间加权平均差2.06 d，95%CI：0.54 ~ 3.58，P = 0.008）。此外，围手术期给予右美托咪定可降低心脏瓣膜手术后AKI 的发生率（OR = 0.331，95%CI：0.164 ~ 0.667，P = 0.002），其可能的机制与右美托咪定的血管活性及抗炎特性的表达水平有关。

3.3 超滤 

CPB过程中，大量晶体溶液的预充导致血液稀释，这一现象对器官灌注具有双重效应。当红细胞压积低于0.23 时，可能诱发组织间隙水肿及多器官功能障碍。基础研究与临床实践均证实，超滤技术可通过滤除CPB 管路中过剩液体，提升红细胞比容及血浆渗透压，从而有效减轻组织水肿。此外，借助滤过膜的选择性通透特性，超滤可直接清除肿瘤坏死-α、白介素-6、白介素-8 等低分子质量促炎因子，降低内毒素负荷，促进表面活性物质生成。

在CPB 术中应用的超滤技术主要包括常规超滤、零平衡超滤和改良超滤。最近，常规超滤的使用受到了审查，因为它可能会减少尿量并可能导致AKI 的风险增加。零平衡超滤在减少炎性介质与纠正电解质失衡方面具有一定优势，但缺少随机对照试验（randomized controlled trial，RCT）来确定其对AKI发生率的显著影响。

通过技术创新，改良后的超滤技术在儿科领域展现出独特优势，不仅能够减轻组织水肿、控制炎症反应、改善凝血功能，还有助于减少血制品的使用。近期一项荟萃分析显示，超滤在减轻血液稀释和抑制CPB诱导的炎症反应方面具备潜在益处，但其对CPB术后肾损伤的防治效果因模式和应用策略的差异而存争议，尚需围绕超滤时机、体积及滤膜材质开展高质量、多中心RCT，以明确最优超滤方案。

3.4 监测和支持 

在心脏手术中，目标导向治疗（goal directed treatment，GDT）结合动态血流动力学监测技术，如脉搏压变异、心排量变异和食管多普勒等，对静脉液体复苏和血管活性药物实现个体化精准调控，可显著改善循环灌注并降低AKI发生率。Thomson等在一项前瞻性观察研究中，对123 例心脏手术后患者实施GDT（目标将每搏输出量提高≥10%），结果显示GDT组AKI 发生率由对照组的19.9% 降至6.5%（P = 0.002），且ICU 和总住院时间显著缩短。

最近一项纳入777 例患者的荟萃分析表明，GDT可将术后AKI 相对风险降低至0.52（95% CI：0.38 ~ 0.70；P < 0.0001），但对严重AKI（2 ~ 3 级）和术后死亡率无显著影响。然而，GDT对AKI的保护作用在不同高危患者群体和手术类型中存在异质性，有研究未观察到显著获益，提示GDT效果受流体类型、监测参数和患者特征等多因素影响。因此，目前目标导向治疗的最佳流体类型、血管活性药物方案和指导性血液动力学参数有待进一步明确。

在静脉输液管理方面，可采用一些干预措施用于预防AKI。尽管心脏手术与微血管损伤和组织水肿有关，但静脉输注胶体液并不明显优于晶体给药。研究表明，静脉输注白蛋白和胶体液都与AKI 发生率增加有关。然而，最近一项针对接受非CPB 冠状动脉旁路移植手术（off-pump coronary artery bypass，OpCAB）的低白蛋白血症患者的临床试验表明，与晶体组相比，白蛋白组降低了AKI的发生率。该研究结果表明，低白蛋白血症可能是OpCAB相关的AKI 的一个潜在危险因素。

目前尚不清楚该原因是由于肾灌注的改善还是白蛋白对肾脏的直接影响，需要更多的研究进一步探讨该机制，特别是在CPB手术中，其炎症和组织水肿通常比非CPB手术更严重。关于晶体成分，等渗生理盐水给药与AKI发生有关，可能是由于过量的氯化物负荷造成的。此外，多项研究已评估合成胶体与晶体在CPB患者中的差异。

尽管6% 羟乙基淀粉（130/0.4）对血容量扩张有效，但RCT及多中心队列研究均未发现其能降低CPB术后AKI发生率，且在危重患者中与AKI风险增加相关，因此当前指南建议在心脏手术中谨慎或避免使用羟乙基淀粉（130/0.4）。相比之下，使用平衡晶体（如乳酸林格注射液、Plasma Lyte）可显著减少围手术期高氯血症，在多项RCT和荟萃分析中与减少主要不良肾事件（包括AKI）相关。

3.5 治疗 

AKI的治疗主要集中在减轻缺血、减少肾内炎症和支持治疗等方面。营养是围手术期支持治疗的关键步骤，营养不良的AKI患者死亡率增加。每个阶段的AKI患者都应通过肠外或肠内喂养，实现提供20 ~ 30 kcal/（kg·d）的目标 。如果AKI严重到需要RRT 治疗，则需要补充蛋白质来增加摄入量，支持AKI患者最佳蛋白质剂量的数据有限。一项针对AKI患者的观察性研究表明，低热量和蛋白质摄入与医院死亡率独立相关。

另一方面，在对工具性日常生活活动试验的事后分析中，较高与较低的蛋白质摄入量与死亡率之间没有关联。同时，AKI患者应控制血糖。维持葡萄糖浓度≤1.500 g/L，并避免低血糖的发生（≤0.80 g/L）。对于重症AKI 患者，RRT是纠正电解质紊乱、容量超负荷、氮质血症以及代谢性酸中毒等并发症的重要治疗手段。一项关于心脏手术后严重AKI 患者早期和晚期启动RRT 的临床试验表明，早期RRT 可以降低死亡率并缩短ICU 住院时间。

另有研究表明，早期使用RRT与较低的死亡率（51.5% vs 77.9%，P = 0.001）和较短的呼吸机使用时间（12.8 d vs. 18.9 d，P = 0.03）相关。而另一项荟萃分析未观察到早期启动RRT 对短期生存或 AKI 严重程度的获益，提示需结合患者血流动力学状态与并发症综合决策。未来需要更大规模、更有力的前瞻性RCT来验证与早期开始RRT 改善患者预后的益处。近年兴起的细胞和生物疗法也在探索中。

间充质干细胞具有抗炎和免疫调节特性，可促进细胞存活和组织修复，因此为AKI提供了一种有吸引力的潜在治疗方法，在小鼠缺血性AKI模型中已取得了积极的结果。与对照组相比，AKI 组肾注射间充质干细胞的小鼠SCr、血尿素氮和炎性细胞因子浓度显著降低。一项关于横纹肌溶解症（甘油注射液）AKI的小鼠研究表明，与对照组相比，人类肝干细胞减少了肌酸酐、尿素、透明质铸型形成和肾小管坏死，同时增强了肾小管细胞增殖，干细胞可能为心脏手术后的AKI 提供未来的治疗方法。但一项156 例心脏术后AKI 患者的多中心II 期临床试验未见间充质干细胞组在肾功能恢复时间、RRT需求或30 d 死亡率方面的优势，表明其临床应用尚需进一步研究验证。

4. 结论

CPB 术后AKI 具有较高的发生率。即使较低严重程度的AKI 也可能带来严重的不良结局，进展为CKD。因此，针对心脏手术后AKI开展机制研究至关重要。临床主要通过目标导向治疗、平衡盐液给药、减少CPB暴露时间以及改变风险因素等方面，对CPB术后AKI进行预防和治疗。

来源：王婷婷,姚媛媛. 体外循环术后急性肾损伤的研究进展[J]. 中国体外生命支持,2025,23(5):457-462,469. DOI:10.13498/j.cnki.chin.j.ecls.2025.05.15.