Impact of Acute Non-normovolemic Hemodilution on Perioperative NK Cell, NKT cell and Th1/Th2 in Elderly Patients Undergoing Rectal Carcinoma Radical Resection
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摘要:
目的 观察急性非等容量血液稀释（acute nonnormovolemic hemodilution，ANIH）对于老年直肠癌根治术患者围术期NK细胞数量和毒性功能、NKT细胞数量及Th1/Th2细胞因子比值的影响。 方法 40例最终入选老年患者分为常规输液组（I组，n = 20）和ANIH组（II组，n = 20）。所有患者分别于麻醉前1 d（T1）、术后第1天（T2）、第3天（T3）、第7天（T4）抽取外周静脉血，以EPICS XL流式细胞仪检测外周血单核细胞中NK细胞数量和细胞毒性功能、NKT细胞数量、血清Th1型及Th2型细胞因子浓度，计算Th1/ Th2型细胞因子比值。 结果 与T1时比较，2组NK细胞数量T2和T3时都有升高，T3时II组升高与I组相比差异有统计学意义（P < 0.05）； T4时2组都明显减少（P < 0.05），I组减少的程度明显大于II组（P < 0.05）。与T1时比较，NK细胞毒性T2时2组均有所减少，I组减少更为明显（P < 0.01），T3时2组均显著增加（P < 0.05），II组增加更为明显（P < 0.05），T4时2组均降低，基本恢复到T1时水平。与T2时比较，T3时2组NKT细胞数量都明显增高（P < 0.05），II组升高明显（P < 0.05）。T4时2组均降低，相比无统计学差异（P > 0.05）。2组Th1/Th2型细胞因子比值在各时间点，组间差异均无统计学意义（P > 0.05）。 结论 ANIH与常规输液相比可以保护和改善老年直肠癌根治术患者围术期细胞免疫功能，是一种安全有效的血液保护方法。 Abstract:Objective To investigate the impact of acute non-normovolemic hemodilution （ANIH） on the numbers of NK cell, the NK cell cytotoxicity, numbers of NKT cell and the ratio of Th1 /Th2 cytokines in elderly patients undergoing rectal carcinoma radical resection. Methods Forty patients undergoing rectal carcinoma radical resection in the final date analysis were divided into two groups: Conventional Infusion （Group I, n = 20） and ANIH （Group II, n = 20）. The venous blood samples were taken at 1 day before surgery （T1）, at the first day after surgery （T2）, the third day after surgery （T3） and the seventh day after surgery （T4） and measured the numbers of NK cell, NKT cell, Th1 and Th2 cytokines as well as the function of NK cell cytotoxicity by flow cytometry. Then we calculated the rate of Th1/Th2 to observe its variation trend. Results Compared with groups at T1, the NK cell numbers of the two groups at T2 and T3 both increased and the growth of cell numbers from group II had significant statistical deference with that of group I at T3 （P < 0.05）. Oppositely the data of both groups reduced at T4 （P < 0.05） and the reduction from group I was obviously greater than group II （P < 0.05）. Compared with T1, the function of NK cell cytotoxicity of both groups decreased at T2, and the change of group I was more obviously （P < 0.01）. At T3 both groups increased markedly and compared with T1 and T2 it had statistical difference （P < 0.05）. The data from group II rised higher than group I （P < 0.05）. The data from both groups decreased at T4, which almost restore to T1 level. Compared with T2, the NKT cell number of both groups elevated at T3 （P < 0.05）, and the augment of group II was more than group I （P < 0.05）. At T4 the number of both groups went lower than at T3, and there was no significant statistical difference between of two groups. The change of Th1/Th2 made no sense from statistical perspective between two groups at any time point （P > 0.05）. Conclusion Compared with conventional infusion, ANIH can protect and improve the perioperation cellular immunity in elderly patients undergoing rectal carcinoma radical resection as an effective measure of blood protection. -
Key words:
- Hemodilution /
- Rectal neoplasms /
- NK cell /
- NKT cell /
- Th1/Th2
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老年恶性肿瘤患者细胞免疫功能普遍低下，大量研究表明围术期异体输血（allogeneic blood transfusion ，ABT）可导致其细胞免疫功能进一步受损，术后肿瘤复发、转移和全身炎症反应的风险增加并致死亡等严重不良结局[1]。本研究通过观察术前急性非等容量血液稀释（acute non-normovolemic hemodilution，ANIH）对老年直肠癌根治术患者围术期NK细胞数量和毒性功能、NKT细胞数量及Th1/Th2细胞因子比值的影响，为寻求保护和改善老年直肠癌根治术患者围术期自身细胞免疫功能提供依据。
1. 资料与方法
1.1 入选标准与分组
本研究经医院伦理委员会批准，患者及家属签署知情同意书。选择行开腹直肠癌根治术（Mile’ s）、年龄60～75 岁、Dukes分期B至C期患者进行研究。性别不限，BMI 18～25 kg/cm2，ASA I-III级。具有下列因素者排除：ASA≥Ⅳ级；近8周内有放疗、化疗和激素治疗史；未控制好的充血性心衰、活动期缺血性心脏病、严重肝脏疾病、肾功能不全及内分泌疾病、免疫系统疾病；并发其他恶性肿瘤；术前Hb < 110 g/L；术后出现严重并发症；术中意外出血 > 800 ml或围术期ABT。符合入选标准的57例患者按手术顺序依次分为常规输液组和ANIH组，17例患者因手术临时取消、手术方式改变、术后标本收集缺失、并发症等原因排除，最终40例患者完成数据统计分析：常规输液组20例（I组，n = 20）、ANIH组20例（II组，n = 20），见图1。
1.2 麻醉方法
2组患者入室后常规监测心电图、血压、脉搏血氧饱和度。常规局麻下行右颈内静脉和左桡动脉穿刺置管。按公斤体重依次缓慢静脉注射咪达唑仑注射液、芬太尼注射液、依托咪酯注射液、罗库溴铵注射液进行麻醉诱导。静脉持续输注丙泊酚中/长链脂肪乳注射液、瑞芬太尼注射液，持续吸入七氟烷并间断静脉注射维库溴铵维持麻醉，术中维持BIS 45%～55%、体温36.0 ℃～37.4 ℃、MAP和HR波动在±20%之间。记录患者术中出血量、尿量、累计输液量及手术持续时间。
1.3 血液稀释与常规输液组实施方法
两组患者接Masimo Radical-7碳氧脉搏血氧仪连续无创监测患者总血红蛋白，联接唯捷流（FloTrac/Vigileo）系统监测每搏量（Stoke Volume，SV）和每搏量变异指数（Stroke Volume Variate，SVV）。两组患者均以5～7 mL/（kg·h）的速率输注复方电解质注射液补充禁饮禁食量、生理需要量和第三间隙损失量，维持SVV 10%～13%之间变化。I组手术结束前以等量4%琥珀酰明胶注射液补充术中失血量；II组我们改良丁明、蒋豪等[2]的方法于麻醉诱导前在连续总血红蛋白和SVV监测下以ACD集血袋经桡动脉采血400～600 mL（相当于血容量的10%～15%）保存，采血后输入4%琥珀酰明胶注射液1 000～1 200 mL，保持总血红蛋白 > 80 g/L和SVV 10%～13%以保证老年患者血液稀释安全，术毕或术中在Masimo Radical-7碳氧脉搏血氧仪示总血红蛋白 < 80 g/L时回输已采集的自身血液。
1.4 标本采集与检测
所有患者分别于麻醉诱导前1 d（T1），术后第1天（T2），术后第3天（T3），术后第7天（T4），抽取外周静脉血8 ml，置于两支抗凝试管内（每支4 ml），以流式细胞仪（Beckman Coulter公司，美国）检测各项指标。1号试管标本检测外周血单核细胞中NK细胞数量和细胞毒性功能、NKT细胞数量。本实验中的细胞数量均以该细胞在外周血单核细胞中所占的百分比表示。按Cooper等人[3]对NK细胞亚群的表型分类方法，以CD3-CD56+CD16+表型的NK细胞代表毒性功能较强的NK细胞，通过检测其数量间接作为NK细胞毒性功能的指标。2号试管标本检测血清Th1型细胞因子IL-2、IFN-γ及Th2型细胞因子IL-4、IL-10的浓度，并计算Th1/ Th2型细胞因子比值，Th1/ Th2 = （IL-2+IFN-γ）÷（IL-4+IL-10）。
1.5 统计学处理
实验数据采用SPSS 21.0统计软件进行统计分析。计量资料经正态性检验和方差齐性检验后，正态分布资料以均数±标准差（
$\bar x \pm s $ ）表示。组内资料比较采用重复测量方差分析；组间比较采用独立样本t检验。计数资料比较采用χ2检验。P < 0.05为差异具有统计学意义。2. 结果
2.1 一般情况比较
2组患者均由同一组医生行开腹直肠癌根治术（Mile’ s）。2组患者的一般资料、ASA分级及Dukes分期差异均无统计学意义（P > 0.05），见表1。II组有2例患者术中在总血红蛋白 < 80 g/L时回输已采集的自身血液，其余组内患者在术毕前回输已采集的自身血液。所有患者术中HR、MAP在±20%波动，术后2周内未出现尿路、肺部、伤口感染和脓毒血症。无吻合口瘘、创面大量渗血、肾功能不全和死亡等并发症。
表 1 2组患者一般情况的比较 （$\bar x \pm s $ ）Table 1. Comparison of general information between two groups （$\bar x \pm s $ ）组别 n 项目 年龄（岁） 性别男/女 身高（cm） 体重（kg） ASA分级I/II/III Dukes分期B/C I组 20 65.15 ± 7.15 7/13 161.35 ± 6.48 57.75 ± 8.80 4/14/2 12/8 II组 20 63.25 ± 6.30 11/9 163.3 ± 6.79 59.90 ± 8.88 6/11/3 11/9 2.2 术中监测指标比较
2组患者手术时间及术中出血量、尿量差异无统计学意义（P > 0.05）；与I组相比，II组输液量明显增多（P < 0.05），见表2。
表 2 2组患者手术时间、术中出入量的比较 （$\bar x \pm s $ ）Table 2. Comparison of operating time，transfusion volume，bleeding volume and urine volume between two groups （$\bar x \pm s $ ）组别 n 项目 手术时间（min） 累计输液量（ml） 出血量（ml） 尿量（ml） I组 20 180 ± 44.52 2427 ± 478.61 376 ± 92.13 535 ± 237.92 II组 20 184 ± 55.84 3070 ± 696.87* 386 ± 89.64 562 ± 188.39 与I组比较，*P < 0.05。 2.3 NK细胞的变化
2.3.1 NK细胞数量变化
2组T1时无明显差异（P > 0.05）；与T1比较，T2和T3时两组都有升高，其中II组T3时升高与T1、T2和I组T3时相比差异显著（P < 0.05）；与T3相比，T4时两组都明显减少（P < 0.05），I组减少的程度明显大于II组（P < 0.05），且I组T4与T2相比也明显减少（P < 0.05），见表3。
表 3 2组患者不同时间点NK细胞数量组内及组间的比较[（$\bar x \pm s $ ），%]Table 3. Comparison of the NK cell numbers at different time points in two groups and between the two groups [（$\bar x \pm s$ ），%]组别 n T1 T2 T3 T4 I组 20 22.11 ± 7.69 23.91 ± 7.87 26.78 ± 8.87 17.97 ± 7.89△# II组 20 21.25 ± 7.55 24.36 ± 10.23 33.36 ± 9.95abd 23.64 ± 9.67#▲ 与T1时比较，*P < 0.01；与T2时比较，△P < 0.05；与T3时比较，#P < 0.05；与I组比较，▲P < 0.05。 2.3.2 NK细胞毒性功能变化
与T1比较，T2时2组均降低，且I组降低更为明显（P < 0.01），与II组相比差异显著（P < 0.05）。T3时两组均显著增加，与 T1、T2时相比差异有统计学意义（P < 0.05），且II组增加更为明显，与I组比差异有统计学意义（P < 0.05）。T4时两组均降低，基本恢复到T1时水平，见表4、图2。
表 4 2组患者不同时间点NK细胞毒性功能组内及组间的比较 [（$\bar x \pm s $ ），%]Table 4. Comparison of the NK cell cytotoxicity at different time points in two groups and between the two groups [（$\bar x \pm s $ ），%]组别 n T1 T2 T3 T4 I组 20 15.71 ± 3.47 13.18 ± 1.41* 17.95 ± 2.75*△ 15.11 ± 2.13△# II组 20 16.02 ± 4.38 14.89 ± 2.60▲ 19.82 ± 2.74*△▲ 15.82 ± 1.94# 与T1时比较，*P < 0.01；与T2时比较，△P < 0.05；与T3时比较，#P < 0.05；与I组比较，▲P < 0.05。 
图 2 2组患者不同时间点NK细胞毒性功能组内及组间的比较 [（$\bar x \pm s $ ），%]与T1时比较，*P < 0.01；与T2时比较，△P < 0.05；与T3时比较，#P < 0.01；与I组比较，▲P < 0.05。Figure 2. Comparison of the NK cell cytotoxicity at different time points in two groups and between the two groups [（$\bar x \pm s $ ），%]2.4 NKT细胞的变化
2组T1、T2时无明显差异（P > 0.05）；与T2时比较，T3时两组患者都明显增高（P < 0.05），且II组较为明显，与I组相比差异有统计学意义（P < 0.05）。与T3时相比，T4时II组减少较为明显（P < 0.01），但与T1和T2时相比无明显差异（P > 0.05），见表5。
表 5 2组患者不同时间点NKT细胞数量组内及组间的比较 [（$\bar x \pm s $ ），%]Table 5. Comparison of the NKT cell numbers at different time points in two groups and between the two groups [（$\bar x \pm s $ ），%]组别 n T1 T2 T3 T4 I组 20 1.99 ± 0.77 1.70 ± 0.73 2.69 ± 1.13△ 2.02 ± 0.76 II组 20 2.04 ± 1.04 1.92 ± 0.98 3.53 ± 1.24*△▲ 2.42 ± 1.24# 与T1时比较，*P < 0.01；与T2时比较，△P < 0.05；与T3时比较，#P < 0.05；与I组比较，▲P < 0.05。 2.5 Th1/Th2比值的变化
I组各时间点差异无统计学意义（P > 0.05）；II组T2时降低，与T1时相比差异显著（P < 0.01），而T3、T4时上升，与T2相比差异有统计学意义（P < 0.05），2组间各时间点，差异都无统计学意义（P > 0.05），见表6。
表 6 2组患者不同时间点Th1/Th2比值组内及组间的比较（$\bar x \pm s $ ）Table 6. Comparison of the ratio of Th1/Th2 cytokines at different time points in two groups and between the two groups （$\bar x \pm s $ ）组别 n T1 T2 T3 T4 I组 20 2.48 ± 0.66 2.11 ± 0.45 2.25 ± 0.42 2.40 ± 0.54 II组 20 2.45 ± 0.54 1.97 ± 0.36* 2.31 ± 0.49△ 2.43 ± 0.51△ 与T1时比较，*P < 0.01；与T2时比较，△P < 0.05。 3. 讨论
结直肠癌手术围术期输血比例约占10%～68%[4]，高龄、Dukes分期、术前贫血、术中失血是围术期ABT的预测因子[5]。大量meta分析和回顾性队列研究[1, 5-7]发现直肠癌等恶性肿瘤手术围术期ABT可诱导产生全身炎症反应和明显的免疫抑制，大大增加患者术后感染、复发、转移和死亡等严重并发症的几率。一项回顾性老年与中青年患者肝脏与胰腺手术预后的对比研究发现：术前贫血、术中ABT是术后感染、死亡等并发症的独立危险因素[7]，应减少或避免围术期ABT，积极探求围术期血液保护策略。本研究选择直肠癌根治术老年患者通过急性非等容性血液稀释（ANIH），避免ABT，研究对于自身细胞免疫功能的影响。
笔者以往的研究结果表明ABT患者术后自身细胞免疫可受到抑制[8]，结合围术期ABT与术后不良预后密切相关[1, 5-7]并基于伦理学考虑，本研究没有设立输血组进行对比。
细胞免疫是抗肿瘤免疫的主力，其中NK细胞发挥最重要的作用，维持一定数量和保护其细胞毒性非常重要。NKT细胞在自身免疫性疾病、抗肿瘤和抗感染方面也具有潜在的免疫调节功能，其可以通过改变肿瘤微环境、抗肿瘤细胞毒性来介导抗肿瘤反应[9]。本研究中ANIH组术后NK细胞数量上升，在术后第3天达到最高，明显高于输液组（P < 0.05），术后第7天有所下降，但仍高于术前水平。输液组在术后第7天的NK细胞数量已低于术前水平，与ANIH组相比该组的免疫反应可能受到了抑制。ANIH组NK细胞的毒性功能以及NKT细胞虽然在术后1天有所下降，但之后就逐渐恢复，术后第3天高于术前水平和输液组水平（P < 0.05），这也提示ANIH组自身细胞免疫功能不断被激活，NK和NKT细胞数量有所增加或保持稳定，NK细胞毒性有所增强，与输液组相比具有更强的抗炎症反应和肿瘤杀伤效应。Th1与Th2型细胞因子间的平衡是抗肿瘤免疫应答调节的关键环节，Th1/Th2降低的患者，肿瘤更容易逃避监督机制并易于发生肿瘤的转移[10]。本研究中ANIH组虽然术后1天Th1/Th2有所下降，但术后7天基本恢复至术前水平。而且各时间点与输液组相比，Th1/Th2差异无统计学意义，没有打乱Th1与Th2型细胞因子之间的平衡，维持了老年直肠癌根治术患者围术期细胞免疫功能。
ANIH相比临床常用的急性高容量血液稀释（AHH），尤其适合老年人和潜在心功能受损的患者 ，目前已作为避免ABT并进行自体输血的重要措施之一。我们改良了丁明、蒋豪等[3]的老年ANIH方法，即血液稀释期间使用Masimo Radical-7碳氧脉搏血氧仪和唯捷流（FloTrac/Vigileo）系统连续无创监测总血红蛋白和SVV的变化，通过调节采血和输注4%琥珀酰明胶注射液的速度和量，适当配以血管活性药物，保持总血红蛋白 > 80g/L、SVV 10%～13%和MAP±20%波动，最大限度保证了老年患者血液稀释安全，术后2周无不良并发症发生。但本研究也有一定局限性，如样本量较小，同时只研究术后7 d自身细胞免疫和2周内并发症情况，未能长期跟踪术后肿瘤复发转移及生存情况。
总之，ANIH与常规输液相比可以提高老年直肠癌根治术患者围术期NK和NKT细胞数量，增强NK细胞毒性功能，维持Thl型及Th2型细胞因子水平稳定，保护和改善自身细胞免疫功能，可以作为一种有效的血液保护方法。
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图 2 2组患者不同时间点NK细胞毒性功能组内及组间的比较 [（
$\bar x \pm s $ ），%]与T1时比较，*P < 0.01；与T2时比较，△P < 0.05；与T3时比较，#P < 0.01；与I组比较，▲P < 0.05。
Figure 2. Comparison of the NK cell cytotoxicity at different time points in two groups and between the two groups [（
$\bar x \pm s $ ），%]表 1 2组患者一般情况的比较 （
$\bar x \pm s $ ）Table 1. Comparison of general information between two groups （
$\bar x \pm s $ ）组别 n 项目 年龄（岁） 性别男/女 身高（cm） 体重（kg） ASA分级I/II/III Dukes分期B/C I组 20 65.15 ± 7.15 7/13 161.35 ± 6.48 57.75 ± 8.80 4/14/2 12/8 II组 20 63.25 ± 6.30 11/9 163.3 ± 6.79 59.90 ± 8.88 6/11/3 11/9 
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表 2 2组患者手术时间、术中出入量的比较 （
$\bar x \pm s $ ）Table 2. Comparison of operating time，transfusion volume，bleeding volume and urine volume between two groups （
$\bar x \pm s $ ）组别 n 项目 手术时间（min） 累计输液量（ml） 出血量（ml） 尿量（ml） I组 20 180 ± 44.52 2427 ± 478.61 376 ± 92.13 535 ± 237.92 II组 20 184 ± 55.84 3070 ± 696.87* 386 ± 89.64 562 ± 188.39 与I组比较，*P < 0.05。
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表 3 2组患者不同时间点NK细胞数量组内及组间的比较[（
$\bar x \pm s $ ），%]Table 3. Comparison of the NK cell numbers at different time points in two groups and between the two groups [（
$\bar x \pm s$ ），%]组别 n T1 T2 T3 T4 I组 20 22.11 ± 7.69 23.91 ± 7.87 26.78 ± 8.87 17.97 ± 7.89△# II组 20 21.25 ± 7.55 24.36 ± 10.23 33.36 ± 9.95abd 23.64 ± 9.67#▲ 与T1时比较，*P < 0.01；与T2时比较，△P < 0.05；与T3时比较，#P < 0.05；与I组比较，▲P < 0.05。
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表 4 2组患者不同时间点NK细胞毒性功能组内及组间的比较 [（
$\bar x \pm s $ ），%]Table 4. Comparison of the NK cell cytotoxicity at different time points in two groups and between the two groups [（
$\bar x \pm s $ ），%]组别 n T1 T2 T3 T4 I组 20 15.71 ± 3.47 13.18 ± 1.41* 17.95 ± 2.75*△ 15.11 ± 2.13△# II组 20 16.02 ± 4.38 14.89 ± 2.60▲ 19.82 ± 2.74*△▲ 15.82 ± 1.94# 与T1时比较，*P < 0.01；与T2时比较，△P < 0.05；与T3时比较，#P < 0.05；与I组比较，▲P < 0.05。
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表 5 2组患者不同时间点NKT细胞数量组内及组间的比较 [（
$\bar x \pm s $ ），%]Table 5. Comparison of the NKT cell numbers at different time points in two groups and between the two groups [（
$\bar x \pm s $ ），%]组别 n T1 T2 T3 T4 I组 20 1.99 ± 0.77 1.70 ± 0.73 2.69 ± 1.13△ 2.02 ± 0.76 II组 20 2.04 ± 1.04 1.92 ± 0.98 3.53 ± 1.24*△▲ 2.42 ± 1.24# 与T1时比较，*P < 0.01；与T2时比较，△P < 0.05；与T3时比较，#P < 0.05；与I组比较，▲P < 0.05。
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表 6 2组患者不同时间点Th1/Th2比值组内及组间的比较（
$\bar x \pm s $ ）Table 6. Comparison of the ratio of Th1/Th2 cytokines at different time points in two groups and between the two groups （
$\bar x \pm s $ ）组别 n T1 T2 T3 T4 I组 20 2.48 ± 0.66 2.11 ± 0.45 2.25 ± 0.42 2.40 ± 0.54 II组 20 2.45 ± 0.54 1.97 ± 0.36* 2.31 ± 0.49△ 2.43 ± 0.51△ 与T1时比较，*P < 0.01；与T2时比较，△P < 0.05。
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