体外循环时常用药物的药代动力学的特点.docx

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体外循环时常用药物的药代动力学的特点

知识更新

心肺体外循环与药物代谢动力学

安珂

广东省广州市中山大学附属第一医院麻醉科510080

摘要心脏外科手术期间，非生理状态下的体外循环将对药物代谢动力学产生一定的影响。

目标指引下的药物治疗（GDPT）是目前心血管外科的重要组成部分，有利于麻醉手术后患者的迅速恢复、提早拔管、以及缩短患者在ICU和医院的停留时间、降低医疗支出。

虽然非体外循环下手术的实施对患者有益，但对麻醉和手术提出了较高的要求。

体外循环可以通过许多方面来影响药物的分布和消除，包括血液稀释、低温、器官灌注的改变、酸碱平衡状态的改变、体外循环设备和肺中药物的隔离、以及全身炎症反应的激活等均对药物代谢动力学产生显著的影响。

因此，了解体外循环期间药物代谢动力学的特点对体外循环下GDPT的实施具有重要的指导意义。

为此，本文通过归纳和总结一些相关的文献资料，为业内人士提供这方面的基本知识。

1、体外循环期间影响药物药代动力学的因素

1.1血液稀释与血浆蛋白结合力

体外循环开始时的急性血液稀释常引起血液中药物总浓度的降低。

血浆药物的终浓度依赖于药物本身的血浆蛋白结合能力、分布容积、以及体外循环时组织和血浆中药物浓度达到平衡的程度。

另外，还要考虑到血浆药物的总浓度（与蛋白结合和非结合部分之和）与游离（非结合）药物浓度的差别。

只有游离药物才能弥散到组织中发挥药理效应。

与血浆蛋白结合能力低的药物相比，如果使用一种血浆蛋白结合能力较高的药物，血液稀释将相对增加游离药物的浓度。

因此，这将使血液或预充液中药物大量分布至组织中，从而降低血液/预充液中药物的总浓度。

与体外循环前相比，这样一种药代学的特点最终将增加游离药物的浓度。

药物的分布容积（Vd）是另外一个决定体外循环时药物总浓度的因素。

分布容积大的药物将抵消因血液稀释引起的药物浓度的降低，因为这类药物会从巨大的药物储库中弥散回血浆。

另外，肝素也会影响药物与血浆蛋白的结合，肝素可以引起脂蛋白脂肪酶和肝脂酶的释放，从而将血浆甘油三酯水解为非酯性脂肪酸，这些将与药物竞争结合血浆蛋白，导致游离药物浓度的增加，而应用鱼精蛋白可逆转这一作用。

另外，如果体外循环期间使用药物，而不是体外循环前使用，血液稀释可能降低药物的蛋白结合程度，从而增加药物的有效浓度，药物表观分布容积也会相应增加。

1.2低血压和血流的变化

体外循环时的低血压与血液稀释、泵速降低、以及全身血管阻力的降低等有关。

然而，泵速流量的降低有利于手术的操作（主动脉的阻断）或降低代谢率（深低温或停循环时）。

肝脏、肾脏和胰腺的局部血流在体外循环期间会发生改变，而波动性要比非波动性灌注对局部血流的影响小。

目前较为肯定的是肝血流在较高的波动性灌注流速下能维持较为稳定的状态。

低血压对药物清除影响的临床资料较少，但是，一项研究显示持续输注利多卡因时（肝脏清除率为70%），血浆药物浓度与肝血流成反比。

这一点提示泵速可以改变药物在肝脏的清除能力，尤其是对于那些肝脏清除率较高的药物来讲较为重要。

另外，非波动性血流、以及体外循环时的低温和血管收缩药物所引起的外周低灌注将导致细胞内缺氧和酸中毒，从而影响药物的组织分布。

再灌注、复温、以及心脏功能恢复时，碱性药物会滞留在酸性组织中，那么血浆药物浓度会低于组织平衡前的水平。

1.3低温

理论上来说，体外循环期间的低温可以在许多方面来改变药物的药代学参数。

低温可以抑制酶的活性（代谢）和降低组织的灌注，从而降低药物的吸收和药物的分布（包括中枢神经系统）、减少药物从组织释放的再分布和肝脏的清除率、以及减少药物的肾脏排泄和代谢。

另外，与肝脏类似，低温本身可以降低肝肾血流，除非是使用波动性体外循环。

后者对那些具有较高清除率的药物，如芬太尼、利多卡因和普萘洛尔的清除影响较大。

在药物清除方面，肾小管酶的活性对温度也较为敏感。

低温可以降低某些阿片类药物对阿片受体的亲和力。

对于挥发性麻醉药来讲，温度在20-39度之间，随着温度的降低，异氟烷MAC值也会呈直线下降。

1.4肺隔离

虽然保留支气管动脉的血供，但是体外循环时肺动脉血流的阻断将引起肺循环的隔离。

因为肺脏可作为碱性药物（如利多卡因、普萘洛尔和芬太尼）的储库，如果体外循环时使用这些药物，将会引起血药浓度的波动。

当肺循环重建后，肺隔离前使用的药物可以重新释放入体循环，使全身药物的浓度超过体外循环时的水平，或再次发挥药理作用。

因此，对于芬太尼和舒芬太尼，在体外循环后再次恢复机械通气时，其药理学效应会再现。

1.5药物在体外循环设备中的隔离

体外试验已经证实大量的芬太尼和阿芬太尼可以被隔离在体外循环设备中，而舒芬太尼也可以被氧合器所吸附。

然而，使用血液浓缩器或血液回收机却没有发现舒芬太尼的丢失。

同样，使用鼓泡式氧合器时，利多卡因也没有被显著地吸附。

另外，血液滤过和超滤会影响药物的清除。

Koster等研究了四种血液滤过器（Renoflow11,Baxter；ArylaneH4,Cobe;UltrafluxAV600,Fresenius；BCS110Plus,Iostra）以及两种血浆置换滤过系统（ASAHIPlasmaflowOP,Diamed;PF2000N,Gambro）对水蛭素在模拟体外循环下的清除能力发现，与血液滤过器相比，血浆置换滤过系统可在较短的时间（80秒比180秒）内有效地清除水蛭素（60%-70%比15%-42%）。

而使用与不使用血液滤过器对头孢唑啉的清除能力均没用影响（MINNTECHHemocor1000,Minneapolis,MN）。

1.6PH值和电解质的变化

体外循环期间组织血流的异常分布导致组织酸中毒，这将影响药物的作用（尤其是儿茶酚胺类药物）。

蛋白结合力（游离药物的水平）也可以发生改变，电解质失平衡可能导致离子通道活性的改变，从而引起肌无力和心律失常的发生。

1.7肝药酶的活力与全身炎症反应

心脏外科手术中许多药物的清除依赖于药物在肝脏中的代谢，尤其是肝药酶的活力。

虽然目前已经发现了许多细胞色素P-450s，但是临床上与P-450s其相关的最为重要的代谢酶却相对较少：

如，1A2，2A6，2C8，2C9，2D6和3A4。

其中CYP3A酶与许多药物的代谢有关，包括阿芬太尼，芬太尼和舒芬太尼，同时一些因素（如缺氧）或药物（如异丙酚）通过影响CYP3A酶的功能来影响药物的代谢。

细胞色素2D6具有一定的多态性，因此患者对一些药物表现出高代谢或低代谢的特点，如阻止突触前膜对去甲肾上腺素的重摄取的抗高血压药物胍乙啶等。

低代谢的患者表现出对常规剂量药物的高敏感性。

另外，值得注意的是CYP2E1具有将药物，如对乙酰氨基酚和挥发性麻醉药等代谢为毒性代谢产物的能力。

与非体外循环相比，体外循环对细胞因子的释放（尤其是缺血心肌的释放）具有显著的作用，引起较为严重的全身炎症反应和器官功能障碍。

全身炎症反应的激活可以改变药物的代谢（药代动力学）。

人类应用白细胞介素-2可以降低CYP1A2，2C，2E1和3A4的功能。

体外循环期间，肠道通透性的改变和内毒素的吸收（低温可以加剧这一变化）激活全身炎症反应。

内毒素和炎症因子抑制细胞色素P-450酶的活性。

体外实验发现，人类肝细胞培养基中加入TNF-a，IL-1ß，和IL-6可以抑制CYP1A2，2C，2E1和3A的活力，其发生机制与下调CYPmRNA的基因表达，从而减少酶的水平有关。

一氧化氮可能参与这一过程。

由此引起药物的代谢时间常常超过体外循环的时间。

2、体外循环时常用药物的药代动力学的特点

2.1静脉麻醉药

2.1.1异丙酚体外循环期间对异丙酚的研究较多，总的来说，异丙酚在传统维持麻醉的输注模式（3-4-6mg/kg.h-1）下，药物代谢动力学的特点显示体外循环开始时总的药物浓度会降低，但游离药物的比例和浓度会略为升高，这可能与血液稀释有关。

此外，体外循环设备中药物的隔离也可以降低药物总的血浆浓度。

然而，使用肝素涂层的管道系统却没能纠正这一现象。

体外循环期间，异丙酚的清除率降低，非结合的药物浓度增加。

由于前者的原因，体外循环过程中，血浆药物浓度会出现逐渐升高的趋势。

体外循环终止时使用鱼精蛋白可以逆转由于肝素引起的血浆游离异丙酚浓度的增加。

术后停止输注异丙酚后，异丙酚的清除半衰期（356分钟）会延长，一般大约是227-403分钟。

Barvais等研究发现，采用计算机辅助输注系统（CACI）输注异丙酚时，体外循环前药物浓度会比预期的高出约21.2%，体外循环期间和结束也会高出9.6%。

对于喜欢使用CACI的医生，可以采用Marsh模式，异丙酚的诱导目标靶浓度为1ug/ml，维持用3.6ug/ml，以1ug/kg.min-1输注阿芬太尼，就可以达到满意的麻醉效果。

2.1.2依托咪酯采用单次负荷剂量后持续静脉输注的方法，在体外循环开始时血浆的药物浓度会降低（血液稀释），然后升高（代谢降低），再降低直到体外循环结束（增加代谢），体外循环后又进一步地升高。

2.1.3硫喷妥钠术中持续输注导致血浆总的药物浓度陡降50%，同时游离药物浓度大约升高50%。

血浆结合药物水平降低到体外循环前的75%，而非结合部分在体外循环结束时回到体外循环前的药物水平。

所以，体外循环期间，药物总浓度水平从体外循环开始的最低点开始升高，但是体外循环结束与开始相比是减少的（而游离部分仍会偏高）。

这一现象与游离药物从血浆再分布至组织，以及与药物在肝脏的清除和代谢有关。

此外，有研究显示硫喷妥钠会大量吸附在体外循环管道中，而没有被肺隔离，它的清除与波动或非波动血流无关。

同样，另外一项研究发现，与硫喷妥钠相比，虽然甲己炔巴比妥具有较低的血浆蛋白结合力（73%比84%）和较高的提取率，但是甲己炔巴比妥与硫喷妥钠具有同样的代谢特点。

与非体外循环的血管外科手术相比，甲己炔巴比妥在体外循环期间不但具有较高的机体清除率，同时还有较大的分布容积，所以，总的药物平均滞留时间和半衰期与血管外科不同。

2.1.4氯胺酮当单次注射（2mg/kg）麻醉诱导后连续输注（50ug/kg.min-1），药物的血浆浓度在开始体外循环后10分钟大约会下降30%，而在体外循环结束后又恢复到体外循环前的水平。

停止输注后（大约体外循环后3小时），药物的清除半衰期与传统手术中使用氯胺酮的代谢特点一致。

2.2挥发性吸入麻醉药

影响吸入麻醉药经体外循环机氧合器吸收的三个主要因素：

1）血/气分配系数：

体外循环系统的降温可以引起血/气分配系数增加，而血液稀释却使血/气分配系数降低，两者起到相反的作用。

2）低温可以导致挥发性麻醉药在组织中的溶解度增加。

3）氧合器的摄取。

体外研究发现，如果增加气体流量，就可以提高药物的吸收（或消除），而增加泵的转速却对药物没有影响，而体内实验还没有作进一步的研究。

Nussmeier等对1%的异氟烷的药动学进行了研究发现，如果在23℃体外循环下使用BentleyB10鼓泡式氧合器，异氟烷动脉血分压与进气口的分压之比在32分钟和48分钟分别是0.51和0.57，而排出较为迅速，在16分钟是0.24，到32分钟时是0.13。

这一点与常温体外循环患者相仿。

作者推测异氟烷分压升高的滞后与低温时药物组织溶解度增高和体外循环时组织血流减慢导致的药物组织摄取时间延长有关。

在这项研究中，体外循环系统的降温可以引起血/气分配系数增加，而血液稀释却使血/气分配系数降低，两者起到相反的作用。

Nussimeier等发现，体外循环开始时，吸入挥发性麻醉药后，动脉血药物分压与血/气分配系数呈负相关。

异氟烷要比恩氟烷和氟烷吸收迅速。

然而，三种麻醉药的排出却没有差异。

另外，使用膜式氧合器时，吸入麻醉药会吸附在氧合器的膜上，这样有可能会减慢药物的吸收与排泄。

2.3苯二氮卓类药物

苯二氮卓类药物常用于术前用药和避免术中患者的知晓。

因此，非常有必要了解体外循环对这类药物血浆浓度的影响。

2.3.1劳拉西泮Boscoe和Aalonen等研究发