【爱儿小醉】围术期代谢物与新生儿先天性心脏病手术后的不良结局相关

上海儿童医学中心福建医院（福建省儿童医院）

前言

尽管先天性心脏病的发病率和死亡率已经有了显著改善，但先天性心脏手术的风险仍然很高，新生儿又是其中最为脆弱的群体，死亡率约为10%，婴儿和成人的死亡率分别为3.0%和1.7%。新生儿接受先天性心脏手术时各类严重或复合并发症率很高，分别为19%和67%，这为临床优化处理留下了空间。目前常用的风险评估模型是胸外科医师协会/欧洲心胸外科协会模型，其包含了各项临床因素，例如年龄、体重、术前状态，包括术前住院情况、合并症和手术复杂程度等。但临床因素是静态的，而且大多是不可修改的，因此对临床处理的改进没有极大的用处。  

代谢组学是对生理逻辑状态的一种动态测量，可用于儿科心脏病学研究和临床，但在儿科人群中的数据较少。代谢物是遗传底物和环境影响之间复杂的相互作用的结果，代谢组学可提供对病人在采样时表型的分辨力。代谢组学分析与现行标准（如脑钠肽）相比，其对成人心力衰竭患者死亡或住院的风险预测更优。有研究者研究了接受心脏手术后儿童的代谢组学指纹图谱，发现其与死亡率及ICU住院时长等相关，代谢组学研究可能对这一弱势群体具有启发性意义。模型中的破坏性因素包括体格较小、紫绀、营养不良、术前接触前列腺素的高可能性、使用CPB等，其中CPB是心脏手时不可或缺的一部分，机体暴露于非生理性灌注泵回路表面、器官缺血/再灌注、冷却和复温等，将会导致病人的生理功能发生紊乱。  

本文给大家介绍发表于2022年8月《J Am Heart Assoc 》上的“Perioperative Metabolites Are Associated With Adverse Neonatal Congenital Heart Disease Surgical Outcomes.”的研究结果。该研究是一项前瞻性、自身前后对照研究。

研究目的：

新生儿心脏手术的临床危险因素并未完全反映先天性心脏病外科手术的结果差异。对接受体外循环下心脏手术的新生儿血浆进行靶向代谢组学分析，以确定与临床结果的关联。  

研究方法：

纳入149名体外循环下行先天性心脏病手术治疗的新生儿，体外循环时给予皮质类固醇治疗。在皮肤切开前、体外循环后立即和术后12小时采集血样。结果包括复合发病率/死亡率（死亡、体外膜氧合、心脏骤停、急性肾损伤和/或肝损伤）和心脏综合损伤（体外膜氧合、心脏骤停或乳酸水平升高）、肝损伤和急性肾损伤，通过高分辨率串联液相色谱和质谱法测定代谢物水平。主成分和回归分析用于评估代谢特征和结果之间的关联，建立基础临床模型和基础模型 + 代谢物2个模型。  

在检查的193种代谢物中，检测并量化了40种。主成分主要由术前代谢物组成，其与复合发病率/死亡率、心脏复合损伤及肝损伤结果显着相关。在回归模型中，单个代谢物还改善了复合发病率/死亡率、心脏复合和肝损伤结果的模型性能。重要的疾病通路径包括心肌损伤和心力衰竭。  

本研究是对美国国家心肺和血液研究所资助的“体外循环中新生儿皮质类固醇治疗”试验的二次分析，这是一项术中使用甲基强的松龙或安慰剂的随机对照试验，试验的主要终点是临床衍生的复合发病/死亡的发生率以及其他次要终点。纳入标准为CPB下接受心脏手术的低于1月龄的婴儿。排除标准包括早产（为手术时小于37孕周）、手术前2天内使用类固醇、疑似感染、对甲基强的松龙过敏反应、使用机械循环支持或处于积极复苏中。  

总研究使用了复合发病率-死亡率结果。如在术后但出院前发生以下任一情况，则符合复合结局：死亡、心脏骤停、体外膜肺氧合、肾损伤（定义为肌酐＞正常值的2倍）、肝损伤（定义为术后36小时后的天冬氨酸氨基转移酶或谷丙转氨酶＞正常值的2倍），或乳酸水平升高（定义为＞5 mmol/L）。心脏复合结果仅包括死亡、体外膜氧合、心脏骤停和乳酸水平升高。肝损伤（使用与复合结果中相同的定义）和急性肾损伤（使用 AKIN标准，为血清肌酐比术前水平增加绝对值＞0.3 mg/dL，增加 ≧ 50%，或每小时尿量＜0.5 mL/kg持续6小时以上），根据复合发病率/死亡率结果分别行进一步单独评估。  

在3个时间点采集新生儿血样：(1)切皮和随机化给予类固醇之前，(2)CPB后即刻(3)术后12小时。  

血浆分离、等分之前将样品储存在冰屑内，提取后储存在-80°C冰柜内直到检测代谢物浓度。先对样品进行过滤，过滤板上包含空白提取物（水）与参考提取物（人血浆）。过滤使用Supelco96孔蛋白质沉淀过滤板与PlatePrep 96孔真空歧管完成。使用自动进样器和HPLC泵，将样品输送至配备电喷雾电离源的靶向质谱分析仪。  

在验证峰积分的准确性后，将10个分析样品运行的加权散点图拟合成平滑函数，对每种化合物的测量进行批次内漂移标准化。在提取过程中对每个样本添加内标物，通过转换原始数据校正分析批次间的差异。  

建立基本临床模型，对已知与手术结果相关的临床因素进行评估。初步因素包括组别、类固醇的使用、体外循环持续时间，手术因素最终包括手术中心、术前前列腺素暴露、疾病分类、术前乳酸水平和出生时胎龄。使用多步骤模型法构建模型，以确定单个代谢物（或源自它们的特征）与结果之间的关联。  

研究结果:

共有154名参与者可用，最终队列包括149名患者。在检查的193种代谢物中，有40种可在所有患者者中被检测到并可量化。其他153种代谢物未得到全部鉴定或量化。共34种代谢物在所有测量时间点之间发生了显著变化。一般情况是术后立即减少或增加，并有回到术前基线的趋势。也有很多例外，例如甲基腺苷在术后12小时显示延迟增加；亮氨酸和烟酰胺，在术后12小时时间点有延迟减少的相反发现；精氨酸、异亮氨酸、甲硫氨酸、甲硫氨酸亚砜、鸟氨酸、丝氨酸和甘胆酸，所有这些都在测量的时间点持续减少；黄嘌呤、硫酸吲哚酚和马尿酸，它们在所有时间点都有增加。  

对代谢物和特征进行PC分析，前6个组成部分分别具有＞3%的负荷，并且共同解释了代谢化合物累积变异的51%。在单变量分析中，仅PC1与复合发病率/死亡率、心脏复合和肝损伤结果显着相关。PC1和PC3与急性肾损伤相关，PC1和PC6与与乳酸水平升高有关。PC1中的20种代谢物中有14种是术前的。  

表3. 各PC与临床结果的单变量分析关联性  

基础临床模型（根据入组地点、PGE使用、疾病种类、术前乳酸水平和出生时胎龄进行调整）与复合发病率/死亡率、心脏复合死亡率和肝损伤结果显著相关，但与AKI无关。  

临床结果与个别代谢物之间有明显的关联性，而某些个体代谢物改善了复合发病率/死亡率结果、复合心脏结果、肝损伤和乳酸水平结果的临床模型。个别代谢物与疾病通路显著相关，包括癫痫发作（FDR，2.67×10-6），心肌损伤的早期标志物（FDR，0.00091)和心力衰竭(FDR,0.041)。  

研究结论：

在新生儿心脏手术中，围手术期的代谢物与术后结果相关，并证明了与临床模型结果之间的关联。仅术前代谢物水平就可以改善风险模型，并可为优化围手术期处理提供依据。  

讨论：

围手术期某些代谢物的显著变化主要代表氨酰-tRNA的生物合成、精氨酸生物合成和多种氨基酸途径的代谢。许多单个代谢物，反映了心功能障和神经损伤，而这些又是心脏手术后的常见并发症。与癫痫发作相关的8种氨基酸中的三种（L-异亮氨酸、L-亮氨酸和 L-酪氨酸）也与急性心肌损伤和心力衰竭有关，这可能反映了一种更全面的损伤表型，而不是特定器官损伤。  

以往的儿科研究主要集中于单中心的较小规模队列和较宽年龄范围。本研究采用了多中心和大队列关注CPB下行心脏手术的新生儿，检测了193种代谢物的扩展靶向测定。尽管与之前的工作相比队列规模有所增加，但这项研究中2个参与单位的队列相对还是较小。统计分析在很大程度上依赖于PC分析，由于样本量较小，针对每种结果对每种代谢物使用回归分析的更直接的方法可能会错过重要发现，只是发现了大体代谢概况可能与结果(PC)相关联，而单个代谢物没有明确关联。  

其他缺陷包括主要试验纳入标准，以及排除了较低龄的新生儿（<37周）或较大的婴儿/儿童，这也使我们无法确定这些患者人群之间的代谢物变化是否不同。这些结果可能不一定适用于非新生儿。最后，研究者使用了靶向代谢组学分析，该分析未全方位分析膜和va-soactive脂质代谢物，而这可能也会提供某些信息。  

研究展示了代谢物与新生儿心脏手术结果之间的关联，提出了一种超越临床数据的额外工具，可帮助识别有不良结果风险的患者。发现最有希望的是某些术前代谢特征与感兴趣的结果之间的关联，表明结果的改善可始于术前。进一步的研究将包括验证研究和扩大年龄组的代谢组学，以及对已确定途径的靶向分析。所提出的术前营养状况机制，及其对手术结果的影响也需要进一步研究。本研究扩展了围手术期代谢变化的应用，特别关注了接受体外循环的新生儿。该队列比之前的研究规模更大，是多中心的，并且分析中包含更大的代谢物组，发现代谢物的术前值与术后结果相关（例如死亡、肾和肝功能障碍以及心脏骤停等），这表明术前管理可能比体外循环更重要。   

“爱儿小醉”点评

早期识别有术后并发症风险的患者可以改善临床结局。仅使用已知或某些疑似风险因素（例如年龄、已知合并症、体重和手术复杂性）的临床模型仅可提供对死亡风险的一些提示或暗示，但可能不适用于更细微的器官特异性损伤。临床需要进一步的通过某些更合适的生物学指标来提示或预测结局。

这项研究的结果表明，代谢物和多种临床结果之间存在显著关联，并且代谢物数据对现有的临床风险模型有所改进，代谢物量可为改善先天性心脏手术结局提供一个可操作的目标。先前的研究比较了围手术期代谢特征的变化以及与术后结果的关系，表明将代谢物纳入结果预测和/或风险分层的有效性。高通量测定方法的成熟及对体内代谢研究的深入，将逐渐使研究者能够探索更具体的新生儿或其他人群心脏手术和恢复的潜在代谢途径，并将研究结果转化为临床实际。

翻译：陈婵娟  

审校：顾洪斌

原始文献：Heibel J, Graham EM, Mahle WT, Roux A, Graham D, Manlhiot C, Everett AD. Perioperative Metabolites Are Associated With Adverse Neonatal Congenital Heart Disease Surgical Outcomes. J Am Heart Assoc. 2022 Aug 16;11(16):e024996. doi: 10.1161/JAHA.121.024996. Epub 2022 Aug 10. PMID: 35946448; PMCID: PMC9496308.

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