全膝关节置换术中不同压力止血带与术后患肢疼痛肿胀的关系

全膝关节置换术中不同压力止血带与术后患肢疼痛肿胀的关系张永强;曹青刚;赵建宁;包倪荣;陆军
【摘要】Objective The use of tourniquets in total knee arthroplasty has been controversial. Many studies have focused only on the different time courses and neglected the effects of pressures. Currently,there is no study explaining the mechanism of tourniquet-induced injury. The aim of this study was to explore the effects of different tourniquet pressures on pain and swelling after total knee arthroplasty and to explore the mechanism of injury. Methods Ninety-six patients who underwent total knee arthroplasty at Nanjing General Hospital from June 2017 to December 2017 were randomly as-signed to 240 mmHg group (low pressure),270 mmHg group (medi- um pressure),and 300 mmHg group (high pressure). The patient's pain and thigh circumference were measured before and 1-2 days after surgery. Blood samples were taken before and 3,8,and 24 hours after surgery. Superoxide dismutase 1 (SOD1),prostaglandin E2 (PGE2) and myoglobin were detected,analysed and compared. Results In the perspective of the pain and swelling of affected limb after surgery,the 300 mmHg group (73.24±10.51) was significantly different from the 240 mmHg group (58.18±9.66) and the 270mmHg group (63.06±10.06). In the perspective of the SOD1 level in serum,th e 300mmHg group (97.77±13.82) was significant-ly different from the 240mmHg group (63.72±15.02) and the 270 mmHg group (70.58±5.85) at 3h after surgery,and then the diver-gence was gradually decreased. In the perspective of the PGE2 level in
serum,the 300 mmHg group (478.05±35.80) was significantly different from the 240mmHg group (334.42±33.12) and the 270mmHg group (391.85±19.41) at 3h after surgery,and the divergence was started to decrease after 8 h. In the perspective of the myoglobin level in serum,the 300 mmHg group (30.43±9.79) was also sig-nificantly different from the 240 mmHg group (17.58±1.93) and the 270 mmHg group (22.28±4.21) at 8 h after operation,the diver-gence was started to decrease after 24 h. which began to decrease after 24 h. Correlation analysis showed that there was a significant cor-relation between pain (correlation coefficient
0.518,P<0.001),swelling (correlation coefficient 0.345,P<0.05) and stress after sur-gery. Conclusion The pain and swelling of the affected limb is positively correlated with the pressure of the tourniquet during the operation. Muscle necrosis is the main mechanism of the injury. Oxidative stress occurs in the ischemic phase and inflammation occurs in the reperfusion phase.%目的止血带在全膝关节置换术中的应用一直存在争议.文中探讨全膝关节置换术中不同止血带压力对于患肢术后疼痛肿胀的影响,并对损伤机制进行初步分析. 方法选取2017年6月-12月于南京总医院行全膝关节置换术的患者96例,按照随机数字表法将患者分为240 mmHg(低压力)组、270 mmHg(中压力)组和300 mmHg(高压力)组,对患者术前及术后1~2 d的疼痛及大腿周径进行测量;同时分别于术前及术后3、8、24 h抽取血标本检测过氧化物歧化酶
1( SOD1)、前列腺素E2(PGE2)、肌红蛋白,并进行比较. 结果术后第1天与第2天内,低压力组与中压力组患肢疼痛差异无统计学意义(P>0.05);低压力组、中压力组与高压力组之间比较,差异均有统计学意义(P<0.05),且低压力组更加明显
(P<0.01).术后第1天与第2天内,低压力组与中压力组患者大腿周径比较差异无统
计学意义(P>0.05);低压力组、中压力组与高压力组比较,差异均有统计学意义(P<0.05).相关分析结果显示,压力与疼痛(r=0.518,P<0.01)与肿胀
(r=0.345,P<0.05)均呈正相关.术后3h内,3组在SOD1和PGE2水平差异均有统计学意义(P<0.05);在术后8h及24h时,低压力组与中压力组在SOD1和PGE2水平上差异无统计学意义(P>0.05);仅高压力组分别与中压力组和低压力组之间差异有统计学意义(P<0.05).而肌红蛋白在术后3 h时,低压力组与中压力组差异无统计学意义(P>0.05).高压力组分别与中压力组、低压力组肌红蛋白水平差异有统计学意义(P<0.05).在术后8h及24h,3组之间在肌红蛋白水平上差异均有统计学意义(P<0.05).结论患肢术后疼痛、肿胀与术中止血带压力大小呈正相关,且肌肉坏死是损伤的主要机制.
【期刊名称】《医学研究生学报》
【年(卷),期】2018(031)006
【总页数】5页(P617-621)
【关键词】止血带压力;全膝关节置换术;疼痛;肿胀;缺血再灌注损伤
【作者】张永强;曹青刚;赵建宁;包倪荣;陆军
【作者单位】210000 南京,东南大学医学院;210002 南京,南京军区南京总医院骨科;210002 南京,南京军区南京总医院骨科;210002 南京,南京军区南京总医院骨科;210000 南京,东南大学附属中大医院骨科
【正文语种】中文
【中图分类】R687.4
0 引言
随着人口老龄化的不断进展，全膝关节置换术的应用也越发广泛。

在全膝关节置换术中应用止血带可以减少手术出血，同时可清晰地暴露相关解剖结构，从而获得更好的视野。

止血带可形成相对无血的手术区域，从而使骨水泥、假体和骨的黏合更加紧密。

然而，止血带在外科手术中广泛应用的同时也带来了许多的并发症[1]。

止血带充气压力直接影响着术后患者肢体功能的恢复[2]；且止血带的使用还会对肌肉组织产生缺血再灌注损伤，故对于在全膝关节置换术中应用止血带尚存争议。

压力过大会对组织产生损伤，而过小又无法止血[3]。

因此，探索最佳的充气压力具有重要意义。

有研究证实坏死是组织缺血损伤时细胞的主要死亡形式，而细胞的凋亡则出现在组织的再灌注损伤中[4]。

本研究将对膝关节置换术中不同压力的止血带使用后患肢肿胀疼痛的改变以及血清中相关指标进行研究对比，以期确定满足手术需求同时减少患肢损伤的压力，并初步探讨组织损伤机制。

1 资料与方法
1.1 一般资料选取2017年6月-12月于南京总医院关节外科行初次、单侧全膝关节置换术的膝关节骨性关节炎患者96例，年龄40～80岁。

纳入标准：①膝关节原发性骨性关节炎或创伤性骨关节炎患者；②患者入院后行全膝关节置换术者；③受试者自愿并签署此试验的知情同意书；④无血管性疾病、下肢感染性疾病及其他合并症患者。

排除标准：①患有过敏性疾病、属过敏体质者；②膝关节有化脓性关节炎或骨肿瘤者；③患有凝血功能障碍、心脑血管基础病者。

采用随机数字表法将96例患者随机分为3组。

采用前半程止血带使压力分别为300、270、240 mmHg(1 mmHg=0.133 kPa)，并依次将3组分为高压、中压、低压组。

本试验已经南京总医院伦理委员会批准并备案(批准号：2018NZKY-004-02)。

1.2 治疗方法所有患者行常规术前检查，评价心、肺、肝肾功能及手术禁忌证。

控制血压在120～140 mmHg范围内，调整空腹血糖3.9～6.1 mmol/L范围内。

拍摄双下肢全长负重位、患膝关节正侧位及髌骨轴位X线片，测量胫骨平台关节
线的内翻角和股骨解剖轴线与机械轴线的夹角，用模板与实际X线片比照，初步
明确假体型号。

术前2 h给予预防性应用抗生素。

3组患者术前常规给予禁食禁水，给予常规阿托品、抗生素注射。

3组手术均由同组医师组织实施，手术均在1.5 h
内完成，连续硬膜外麻醉，术中血压维持在120～140 mmHg。

止血使用带方式
相同，压力不同，手术入路采取膝关节正中切口和髌骨旁内侧入路，术中对于软组织活动出血采用电刀止血，髌骨处理采用髌骨成形术，不进行髌骨置换，运用骨水泥黏合合适型号的假体后依次缝合。

手术后3组患者均放置引流一根，术后第2
天拔除，术后行常规活血、抗凝等对症支持治疗。

预防性使用抗生素不超过24 h。

1.3 观察指标①疼痛：采用视觉模拟评分(visual analogue scale，VAS)系统评价疼痛程度。

记录并比较3组患者术前及术后第1、2天静息状态下(腹股沟下4横
指处，止血带处)的VAS评分。

②肿胀：分别测定2组术前及术后第1、2天患侧下肢周径(软尺测量髌骨上10 cm)。

③分别于术前及术后3、8、24 h抽取患者静脉血。

将血液分离处理，使用ELISA法检测静脉血中前列腺素E2(prostaglandin E2, PGE2)、肌红蛋白、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase 1, SOD1) 3种细胞损伤指标的含量。

1.4 统计学分析采用SPSS 18.0进行统计学分析。

所有数据均采用均数±标准差表示，3组数据之间比较采用方差分析，分类资料采用χ2检验，计量资料组间两两
比较采用LSD法，相关性分析采用Pearson法。

以P≤0.05为差异有统计学意义。

2 结果
2.1 一般资料比较 3组患者人口统计学资料显示，年龄、性别、BMI、术前患肢VAS评分、术前患肢肿胀程度以及术前血清内SOD1、PGE2、肌红蛋白含量、手术时间组间比较，差异均无统计学意义(P>0.05)，具有可比性。

见表1。

2.2 各组患肢疼痛与肿胀关系术后第1天与第2天内，低压力组与中压力组患肢疼痛相比，差异无统计学意义(P>0.05)；低压力组、中压力组与高压力组之间比较，差异均有统计学意义(P<0.05)，且低压力组更为显著(P<0.01)。

见表1。

术后第1天与第2天内，低压力组与中压力组患者大腿周径比较差异无统计学意义(P>0.05)；低压力组、中压力组与高压力组比较，差异均有统计学
意义(P<0.05)。

见表2。

Person相关分析结果显示，压力与疼痛(r=0.518，P<0.01)与肿胀(r=0.345，
P<0.05)均呈正相关。

2.3 各组血清指标比较术后3 h内，3组在SOD1和PGE2水平差异均有统计学意义(P<0.05)。

在术后8 h及24 h时，低压力组与中压力组在SOD1和PGE2水平上差异无统计学意义(P>0.05)；高压力组分别与中压力组、低压力组之间差异有统计学意义(P<0.05)。

肌红蛋白在术后3 h时，低压力组与中压力组差异无统计学意义(P>0.05)，高压力组分别与中压力组、低压力组肌红蛋白水平差异有统计学意义(P<0.05)。

在术后8 h及24 h，3组之间在肌红蛋白水平上差异均有统计学意义(P<0.05)。

见表3。

表 1 各组全膝关节置换术患者术前基线资料比较(n=32)
Table 1 Comparison of baseline data of the patients receiving total knee arthroplasty
项目低压力组中压力组高压力组χ2/F值P值男/女
(n)15/1716/1614/180.3750.540年龄
(岁)62.93±1.4861.75±1.0961.69±1.170.3140.731BMI(kg/m2)24.98±1.2824.4 2±1.5925.03±1.461.7810.174止血带时间
(min)60.63±4.6959.78±5.1860.44±5.210.2480.781术前血压
(mmHg)132.81±4.69132.55±4.19132.55±4.910.0120.988手术时间
(min)73.75±1.2578.13±1.7979.06±2.082.6560.076VAS评分
(cm)45.12±2.7345.53±2.5845.82±2.780.4140.663大腿周径
(cm)43.53±0.7442.03±0.6342.35±0.761.2360.300SOD1(ng/mL)70.50±2.637 1.66±2.9269.62±3.930.1020.903PGE2(pg/mL)330.67±15.87329.54±19.3031 8.15±17.180.1570.855肌红蛋白
(ng/mL)17.96±1.1216.74±0.7716.64±0.950.5930.555
1 mmHg=0.133 kPa
表 2 患者术后VAS评分与大腿周径比较
Table 2 VAS scores and cross-section diameters of the patients receiving total knee arthroplasty
组别VAS疼痛评分术后1d术后2d大腿周径(cm)术后1d术后2d低压力组58.18±9.66**64.12±10.25**46.53±3.94*47.18±3.96**中压力组
63.06±10.06*70.35±10.57*46.62±2.73*47.47±2.83*高压力组
73.24±10.5181.41±10.5649.71±3.5950.06±3.87
与高压力组比较，*P<0.05、**P<0.01
表 3 各组全膝关节置换术患者术后3种血清指标比较
Table 3 Comparison of serum indexes of the patients receiving total knee arthroplasty
组别SOD1(ng/mL)术后3h术后8h术后24hPGE2(pg/mL)术后3h术后8h术后24h肌红蛋白(ng/mL)术后3h术后8h术后24h低压力组
63.72±15.0246.95±16.6035.45±6.09334.42±33.12400.96±93.06229.73±48. 6528.20±8.3317.58±1.9315.13±2.53中压力组
70.58±5.85*49.05±10.3040.52±7.92391.85±19.41*416.48±75.42256.99±58. 0830.26±3.7322.28±4.21*20.39±6.08*高压力组
97.77±13.82*#66.45±14.72*#46.82±16.08*#478.05±35.80*#496.41±92.72* #319.72±77.30*#42.89±7.96*#30.43±9.79*#25.43±15.58*#
与低压力组比较，*P<0.05；与中压力组比较，#P<0.05
3 讨论
目前止血带的使用是全膝关节置换术中控制出血的常用手段，在带来相关优势的同时也造成了缺血再灌注损伤[6]。

组织和器官的生存依赖于充足的血液供应，通过
血液的流动带来必需的营养，并且带走细胞的代谢产物。

任何组织的缺血，只要达到一定时间和程度，必然会引起组织细胞的损伤，骨骼肌也对缺血十分敏感，因此止血带产生的损伤对骨骼肌尤为重要[7]。

本研究结果发现，术后患肢疼痛强度逐渐增加，且术后第1天尤为明显，推测与
止血带使用导致的急性损伤有关。

患者随着术中止血带压力的增高，其术后疼痛更剧烈，即压力大小与术后疼痛呈正相关[8]。

另外，止血带压力小于中压力时对患
肢术后疼痛影响不大，当止血带压力达到高压力时，患者术后疼痛更加明显。

故在全膝关节置换术中为避免止血带给患者带来更大的术后疼痛，其术中压力应保持在中压力以下。

对患肢术后肿胀的研究结果分析可发现，低压力与中压力几乎无差别，而高压力的压力使得患者术后肿胀明显增加，且明显高于基线。

这意味着术中止血带压力越大，超过中压力时会对加重患者术后肿胀程度，手术中应尽量控制压力低于中压力。

有研究认为在止血带的作用下，首先引起肌细胞损伤，肌肉中大量的代谢产物释放，同时加速了有害物质的堆积，继而出现血管内皮损伤，纤溶系统亢进，渗透压升高和血液黏度上升，导致静脉回流受阻，肌肉组织发生严重肿胀[9-10]。

另外，从相关性分析可以看出，术后患肢的疼痛、肿胀与术中压力的大小呈明显的正相关性。

在损伤机制的探讨方面，从血清内的指标检测可以看出，SOD1是一种新型酶制剂，可消除生物体在新陈代谢过程中产生的有害物质，有效清除氧自由基，保护活细胞
免受自由基的损害，反映了体内氧化应激的水平[11]。

本研究中发现，术后3h时
3组之间血清内SOD1水平均存在差异，尤其在高压力的时候有着大幅度上升，
随后各组含量呈逐渐下降趋势，并最终低于基线标准。

因此，SOD1在止血带使用过程中即已经开始释放并产生作用，而在止血带撤离后肌肉组织恢复供血供养，其氧化应激反应逐渐消失，因而SOD1逐渐被清除的缘故。

说明止血带产生的缺血
再灌注损伤机制内存在着氧化应激的方式，且氧化应激的产生时间较早。

另一方面，PGE2可以反应体内的炎症过程。

其是一种重要的细胞生长和调节因子，属于前列腺素的一种，是众所周知的炎症介质，与疼痛有关。

其作用为扩张血管，增加器官血流量，降低血管外周阻力，降低血压，使支气管平滑肌舒张，降低通气阻力，同时具有免疫抑制和抗炎作用。

PGE2是巨噬细胞产生的一种非蛋白非多肽的脂肪酸代谢产物，其产生主要由COX-2调节。

PGE2在体内分布广泛，具有重
要生物学活性的前列腺素物质，具有胃黏膜保护、增加肾血流量、扩张血管、促进排钠利尿、抗血小板聚集、参与炎症反应等功能[12]。

研究中发现，随着术中止血带压力的增大，患者术后血清内PGE2含量上升的越明显，且低压力组和中压力组之间差距较小。

有研究指出，压力在高压力左右时，周围软组织因缺血而产生氧供应不足，血液再灌注后，大量的氧自由基氧化细胞膜磷酯中的脂质，形成不饱和脂肪酸，损伤细胞膜以及大量的细胞器；同时损伤血管内皮系统可引起血小板在微血管中的黏附、聚集，造成微循环障碍。

与此同时，大量的中性粒细胞介入，炎症因子释放，导致炎症反应发生[13-14]。

因此，止血带产生的缺血再灌注损伤使得局
部肌肉组织发生炎症反应，且在血液再灌注时炎症反应逐步加大，而后逐步降低、清除。

对于肌红蛋白指标，当肌肉组织损伤时会被释放到血液中，其反映了肌肉组织的坏死程度[15]。

从结果可以看出，肌红蛋白水平在术后3个时间段内均明显高于基线水准，且术中止血带压力越大，术后肌红蛋白水平越高，这可能是由于术中止血带
使用导致局部肌肉组织缺血坏死，压力越大坏死越多，当止血带撤离后坏死细胞释放大量肌红蛋白入血。

随着损伤的撤离肌红蛋白不在增加，机体代谢被逐步清除。

因此，肌红蛋白在血液内的高水平反映出肌肉坏死是止血带对肌肉产生损伤的主要机制。

总而言之，在全膝关节置换术中，止血带压力与患者术后疼痛、肿胀以及缺血再灌注损伤呈正相关，高压力的止血带会在短时间内对肌肉组织产生损伤[16-18]。

术后肿胀、疼痛等并发症会影响患者术后的早期康复锻炼[19-20]。

为避免和减轻并发症，应将术中压力控制在中压力以下。

另一方面，止血带产生的缺血再灌注损伤的机制上，肌肉的坏死应是其主要机制，氧化应激主要产生在缺血过程中，而炎症反应则主要发生在再灌注过程中，且后两者都是次要机制。

当然，本研究仍有不足之处，如止血带压力分组过少、血清内指标检测过少等，尚需更细致的分组以及更多的检测指标进行佐证；同时，对于机制的探讨仅停留在表面，尚未深入研究具体的路径传导机制及信号通路，故而需要更进一步的临床及基础研究加以完善。

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