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感染性休克時(shí)肺動(dòng)脈的改變及調(diào)節(jié)機(jī)制的研究進(jìn)展
感染性休克時(shí)肺動(dòng)脈的改變及調(diào)節(jié)機(jī)制的研究進(jìn)展 感染性休克多由格蘭氏陰性菌感染,細(xì)胞壁釋放內(nèi)毒素所致。臨床以有效循環(huán)血量減少、組織灌注不足,細(xì)胞代謝紊亂和功能受損為主要病理生理改變,又稱(chēng)內(nèi)毒素休克。感染性休克是一個(gè)動(dòng)態(tài)發(fā)展的過(guò)程,最終可導(dǎo)致多器官功能不全(Multiple organ dysfunction,MODS)或多器官功能衰竭(Multiple organ failure,MODF),死亡率高達(dá)50%~80%[1] 肺臟是感染性休克時(shí)最易受累的靶器官[2],可引起急性肺損傷(Acute lung injury,ALI)或急性呼吸窘迫綜合征(the acute respiratory distress syndrome, ARDS)。肺是全身靜脈血回流的主要過(guò)濾器,全身組織中引流的許多代謝產(chǎn)物在這里被吞噬、滅活和轉(zhuǎn)換,肺臟產(chǎn)生的炎性介質(zhì)又可隨血流帶到全身,導(dǎo)致多臟器功能損傷和衰竭。感染性休克時(shí)體動(dòng)脈壓下降,肺動(dòng)脈壓卻升高,所以休克時(shí)肺血管的調(diào)節(jié)有其特殊性。
一 內(nèi)毒素對(duì)肺動(dòng)脈張力的影響
內(nèi)毒素休克時(shí)體動(dòng)脈壓降低而肺動(dòng)脈壓升高是發(fā)病早期的特征性變化。研究顯示,肺動(dòng)脈壓增高的程度及持續(xù)時(shí)間是休克并發(fā)急性呼吸窘迫綜合征,導(dǎo)致休克難治的重要因素[3] 。
許多研究發(fā)現(xiàn)內(nèi)毒素血癥后離體肺動(dòng)脈對(duì)乙酰膽堿(Acetycholine,Ach)的舒張反應(yīng)減弱[6],對(duì)新福林(Phenylephrine,PE)的收縮反應(yīng)增強(qiáng)[7][8],在體則表現(xiàn)為肺動(dòng)脈壓增高[14][15],肺血管阻力增加。上述肺血管張力改變的機(jī)制可能為脂多糖(Lipopolysaccharide,LPS)直接損傷血管內(nèi)皮細(xì)胞,抑制一氧化氮合酶(Nitric-Oxide Synthase,NOS)的表達(dá)[26],引起內(nèi)皮源性一氧化氮 (Nitric oxide, NO)減少,使血管收縮性增強(qiáng)。
二 影響張力改變的因素
1 一氧化氮合酶/NO系統(tǒng)
(1)一氧化氮(NO)
NO是L-精氨酸在一氧化氮合酶(NOS)作用下合成的內(nèi)皮源性舒血管物質(zhì)。在生理狀態(tài)下,內(nèi)皮細(xì)胞持續(xù)合成低濃度NO(納摩爾水平)。這種低濃度NO 能激活可溶性鳥(niǎo)苷酸環(huán)化酶(soluble guanylyl cyclase,sGC),使細(xì)胞內(nèi)三磷酸鳥(niǎo)苷(GTP)環(huán)化為環(huán)鳥(niǎo)甘酸(cGMP),調(diào)節(jié)微血管張力,對(duì)機(jī)體具有保護(hù)作用[34]。作為新型氣體信號(hào)分子,其作用被廣泛研究,當(dāng)前臨床已將吸入小劑量NO 作為治療肺動(dòng)脈高壓的措施[29]。
NO是一種選擇性肺血管舒張劑,當(dāng)NO經(jīng)肺泡彌散入血后,立即與紅細(xì)胞內(nèi)的血紅蛋白結(jié)合而滅活,在肺內(nèi)只有2~6 秒的活性。NO 在內(nèi)皮細(xì)胞合成后迅速到達(dá)平滑肌細(xì)胞,激活細(xì)胞內(nèi)sGC,使細(xì)胞內(nèi)cGMP 含量增加, [Ca2+]i 減少,血管舒張。NO 還能通過(guò)改變硫氧還蛋白還原酶和硫氧還蛋白干擾蛋白來(lái)調(diào)節(jié)細(xì)胞氧化還原狀態(tài)[17]。
在感染性休克模型中,體循環(huán)合成大量NO,造成體循環(huán)衰竭[39][40],而肺動(dòng)脈內(nèi)皮細(xì)胞NO合成減少[26],這可能是內(nèi)毒素血癥動(dòng)物肺動(dòng)脈壓升高的原因之一。
(2)一氧化氮合酶(NOS)
NOS 分為三種類(lèi)型,①神經(jīng)型一氧化氮合酶(nNOS):主要分布于神經(jīng)細(xì)胞和神經(jīng)系統(tǒng)其他細(xì)胞;②誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(Inducible Nitric-Oxide Synthase, iNOS):主要分布于巨噬細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞、白細(xì)胞等,為非鈣依賴(lài)性 NOS;③內(nèi)皮型 NOS(Endothelial Nitric-Oxide Synthase, eNOS),它分布于血管內(nèi)皮細(xì)胞,神經(jīng)組織等。eNOS 和 nNOS是結(jié)構(gòu)型酶,是鈣依賴(lài)性NOS。
在感染性休克肺動(dòng)脈高壓形成中,內(nèi)皮型 NOS(eNOS)起主要作用[36]。NAOYUKI 證實(shí) LPS 后肺動(dòng)脈內(nèi)皮eNOS 蛋白表達(dá)下降,而iNOS 蛋白表達(dá)未明顯增加[40]。 EDWARD J也有相似結(jié)論,內(nèi)毒素血癥大鼠主動(dòng)脈iNOS表達(dá)增加,而肺動(dòng)脈未檢測(cè)iNOS[27]。Hallemeesch 表明LPS 處理12 小時(shí)內(nèi)會(huì)導(dǎo)致肺eNOS 和iNOS 蛋白表達(dá)明顯下降[26]。這可以解釋為何感染性休克時(shí)體循環(huán)壓力下降而肺循環(huán)壓力增加。感染性休克時(shí)體循環(huán)iNOS高表達(dá)[46][19],產(chǎn)生過(guò)量NO造成體循環(huán)衰竭[35],而在肺血管張力調(diào)節(jié)起重要作用的eNOS減少,NO合成減少,肺血管阻力增加。
(3)可溶性鳥(niǎo)苷酸環(huán)化酶(sGC)
原卟林-Ⅸ是可溶性鳥(niǎo)苷酸環(huán)化酶(sGC)的激活劑。用原卟林-Ⅸ和血紅素合成前體ALA 培育去內(nèi)皮的牛肺動(dòng)脈, sGC 活性增加。增加鐵利用率可抑制上述作用。因此通過(guò)利用鐵來(lái)控制內(nèi)源性ALA 合成原卟林-Ⅸ可能是調(diào)節(jié)sGC 活性、控制血管功能的生理機(jī)制[23]。
(4)磷酸二酯酶
cGMP 經(jīng)磷酸二酯酶催化而降解為5′-GMP。選擇性磷酸二酯酶抑制劑昔多芬不改變肺動(dòng)脈壓,但降低肺血管阻力,增加肺血流,這種作用在兩小時(shí)后既降為基線(xiàn)[25]。Pullamsetti S等報(bào)道大鼠吸入磷酸二酯酶抑制劑托拉芬群(PDE3/4復(fù)合抑制劑)能逆轉(zhuǎn)野百合堿誘發(fā)的肺動(dòng)脈重建[31]。PDE4是磷酸二酯酶特異性酶,人肺動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞有PDE4A10, PDE4A11, PDE4B2, PDE4C和PDE4D5亞型表達(dá)[10]。抑制PDE4能產(chǎn)生cAMP介導(dǎo)的抗增殖作用[4]。
2 花生四烯酸:
在肺動(dòng)脈,花生四烯酸僅引起血管舒張。內(nèi)源性花生四烯酸經(jīng)環(huán)氧酶途徑生成TX,PGs,LT。敗血癥休克時(shí)由自由基催化花生四烯酸產(chǎn)生PGF2α增加[11]。兔肺動(dòng)脈灌注LPS(0.5mg/mL)后60分鐘,肺水腫形成,肺動(dòng)脈壓顯著增高,同時(shí)灌注液中TXA2和PGI2水平增加,可見(jiàn)LPS后肺動(dòng)脈壓增高和肺水腫形成部分與TXA2 依賴(lài)性機(jī)制有關(guān)[22]。環(huán)氧酶抑制劑雙氯芬酸(10 μg/mL)預(yù)處理能防止肺血管反應(yīng)。Xavier Norel[13]等表明,Ach誘發(fā)的人肺血管舒張主要由內(nèi)皮釋放NO和PGI2 介導(dǎo)。PGI2類(lèi)似物可使細(xì)胞內(nèi)cAMP濃度增加,有抗增殖作用[4]。
3 血紅素氧化酶/CO系統(tǒng)
血紅素氧合酶(heme oxygenase,HO)是催化血紅素降解為一氧化碳(carbon monoxide,CO)、鐵和膽紅素的起始酶和限速酶。人類(lèi)和哺乳動(dòng)物內(nèi)源性CO的來(lái)源至少有兩條途徑:其一是有機(jī)分子的氧化,其二由HO催化血紅素解降而成,此途徑是體內(nèi)CO 的主要來(lái)源。新近研究發(fā)現(xiàn),CO 對(duì)生理和細(xì)胞功能具有重要影響。CO是新型信號(hào)分子和血管擴(kuò)張劑,可激活sGC,增加細(xì)胞內(nèi)cGMP含量,舒張血管平滑肌。
內(nèi)毒素導(dǎo)致肺損傷的同時(shí)可誘導(dǎo) CO 生成,入肺血和出肺血中的COHb 水平顯著增高[2]。張熙哲等對(duì)比觀察內(nèi)毒素血癥大鼠主動(dòng)脈和肺動(dòng)脈血紅素氧化酶的變化,發(fā)現(xiàn)主動(dòng)脈HO-1 蛋白及HO-1mRNA 表達(dá)峰值在LPS8h,而肺動(dòng)脈二者表達(dá)峰值在LPS3h,8h 下降至對(duì)照值水平,其增加短暫,且增加幅度顯著低于主動(dòng)脈。這可能使肺循環(huán)中內(nèi)毒素應(yīng)激所產(chǎn)生的縮血管物質(zhì)占優(yōu)勢(shì),導(dǎo)致肺動(dòng)脈高壓。HO-1蛋白變化與HO-1mRNA表達(dá)一致,這說(shuō)明內(nèi)毒素誘導(dǎo)HO-1是在基因轉(zhuǎn)錄水平調(diào)節(jié)的[28]。
多項(xiàng)研究表明CO對(duì)內(nèi)毒素造成的急性肺損傷具有保護(hù)作用。脂多糖誘發(fā)多器官功能衰竭的大鼠,暴露于CO1h 可抵御致命性?xún)?nèi)毒素血癥,有效消除炎癥反應(yīng)。暴露于CO組80%動(dòng)物存活,對(duì)照組僅20%存活。在肺,CO消除LPS誘發(fā)的肺泡炎癥和水腫形成,這種保護(hù)作用可能是CO 防止LPS 誘發(fā)的iNOS 和NO 上調(diào)[24],抑制肺巨噬細(xì)胞因子產(chǎn)生[37]和TNF-α表達(dá)[5][24],減少肺損傷。
4 內(nèi)皮素
內(nèi)皮素(endothelin,ET)在調(diào)節(jié)肺血管阻力中起重要作用[18]�；A(chǔ)張力時(shí)激動(dòng)血管平滑肌上的ETA 受體介導(dǎo)縮血管;原有張力增加時(shí),激動(dòng)內(nèi)皮細(xì)胞上的 ETB受體,舒血管。內(nèi)毒素休克肺循環(huán)的改變由內(nèi)皮素A受體機(jī)制介導(dǎo)[38]。
豬內(nèi)毒素休克以后血漿內(nèi)皮素1 水平升高[21][38],內(nèi)皮素受體拮抗劑替唑生坦能使肺動(dòng)脈及血漿ET-1水平進(jìn)一步增加[38],但能對(duì)抗內(nèi)毒素引起的肺動(dòng)脈高壓[21]。Joachim于兔肺動(dòng)脈灌注LPS(0.5mg/mL)30min后檢測(cè)到ET-1,用ETA 受體拮抗劑LU135252(10-6M)幾乎完全消除內(nèi)毒素血管反應(yīng),減少水腫形成[22]。 LPS后肺動(dòng)脈壓增高和肺水腫形成可能與ET-1依賴(lài)性機(jī)制有關(guān)。
5 組胺
膿毒癥動(dòng)物模型和感染性休克的病人循環(huán)組胺水平升高[44]。組胺在LPS 后迅速升高,30min達(dá)高峰,升高至少維持10小時(shí)。予LPS(100μg/L)6h后,腸系膜對(duì)組胺的收縮反應(yīng)受損,但肺動(dòng)脈對(duì)組胺的收縮反應(yīng)未改變。iNOS 抑制劑 NG-硝基-L-精氨酸或(s)-乙基異硫脲存在時(shí),組胺引發(fā)的肺血管和腸系膜血管收縮明顯加強(qiáng),這可能與基因及蛋白水平上H1受體顯著表達(dá)有關(guān)。組胺可能參與內(nèi)毒素誘發(fā)的肺動(dòng)脈高壓[40]。
三 內(nèi)毒素對(duì)肺動(dòng)脈內(nèi)皮細(xì)胞的影響
內(nèi)毒素休克時(shí),肺動(dòng)脈內(nèi)皮細(xì)胞首先受到攻擊。正常家兔肺動(dòng)脈內(nèi)皮細(xì)胞排列整齊連續(xù);內(nèi)毒素血癥5小時(shí)的肺動(dòng)脈環(huán)內(nèi)皮細(xì)胞脫落,大小不一,線(xiàn)粒體數(shù)量減少、腫脹、空泡變性、嵴減少消失,部分膜不完整[20]。
上述改變的機(jī)制可能為內(nèi)毒素血癥時(shí)肺小動(dòng)脈收縮,細(xì)胞缺血缺氧,糖的有氧氧化受抑,無(wú)氧酵解增強(qiáng),能量生成減少,鈉泵和鈣泵功能障礙,水鈉進(jìn)入細(xì)胞內(nèi),細(xì)胞水腫、死亡。鈣進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)引起線(xiàn)粒體破壞,氧化磷酸化障礙。缺氧和缺乏能量引起細(xì)胞溶酶體破裂,引起細(xì)胞自溶并損害周?chē)渌?xì)胞。有報(bào)道蛋白質(zhì)磷酸酶2A(PP2A)在肺動(dòng)脈內(nèi)皮細(xì)胞屏障保護(hù)作用中起重要作用[41]。
四 肺動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞增殖與凋亡
1骨形態(tài)生成蛋白:
骨形態(tài)生成蛋白(Bone morphogenetic protein,BMPs)在正常人的肺動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞抑制增殖,促進(jìn)凋亡[49]。骨形態(tài)生成蛋白受體Ⅱ(BMPR-II)是轉(zhuǎn)型生長(zhǎng)因子(TGF)-β/骨形態(tài)生成蛋白(BMP)超家族受體。BMP-2 局限于大鼠肺動(dòng)脈內(nèi)皮,而B(niǎo)MPR-II存在于內(nèi)皮、平滑肌和外膜成纖維細(xì)胞[30]。在肺動(dòng)脈內(nèi)皮細(xì)胞, BMPR-II變異增加細(xì)胞凋亡易感性[33]。
肺動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞電壓門(mén)控性K+(K(V))通道除能調(diào)節(jié)膜電位,調(diào)節(jié)肺血管張力外[9],在調(diào)控增殖和凋亡方面有重要作用。K(V)通道下調(diào)促進(jìn)肺高壓肺血管肥厚。用BMP-2處理的肺動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞K(V)通道幅度和電流密度增加[42],從而改善肺動(dòng)脈高壓和肺血管肥厚。
2 周期素依賴(lài)蛋白
周期素依賴(lài)蛋白激酶(CDK)和CDK 抑制蛋白(CDKI)在調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖和細(xì)胞靜止平衡中起重要作用。肝素能抑制肺動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞增殖,增加兩種周期素依賴(lài)蛋白激酶(CDK)抑制蛋白(CDKI)p21 和 p27 水平,但僅p27 在抑制肺動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞增殖中有重要作用。ERK1/2 和p38是肝素上調(diào)p27的介質(zhì)[19]。
3 細(xì)胞間黏附分子-1:
細(xì)胞間黏附分子-1(ICAM-1)是細(xì)胞膜成分,是免疫球蛋白超家族的一種跨膜糖蛋白,它調(diào)節(jié)細(xì)胞間的信號(hào)傳導(dǎo)。肺動(dòng)脈內(nèi)皮細(xì)胞用TNF-α (10ng/ml)處理能增加ICAM-1蛋白表達(dá)和聚集。ICAM-1活化和聚集的改變能導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞跨膜辛號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)紊亂[43]。血管生成素Ⅰ(AngⅠ)能減少I(mǎi)CAM-1表達(dá),減輕肺損傷[48]。
五 炎性介質(zhì)對(duì)肺動(dòng)脈的影響
1 TNF-α
TNF-α是感染性休克時(shí)的主要炎性介質(zhì),內(nèi)皮細(xì)胞最先受到TNF-α的攻擊而被“激活”,并且進(jìn)一步影響血管平滑肌細(xì)胞的功能。正常狀態(tài)下肺動(dòng)脈內(nèi)皮細(xì)胞能抑制PASMC 的增殖, TNF-α刺激后內(nèi)皮細(xì)胞則促進(jìn)PASMC增殖[16]。 TNF-α的合成和釋放在內(nèi)毒素注入早期達(dá)到峰值,其后下降,但對(duì)肺血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)可持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間[11]。Hirotaka等發(fā)現(xiàn)予大鼠予內(nèi)毒素后首先肺組織 TNF-α升高,之后TNFαmRNA表達(dá)短暫升高,之后iNOS和iNOSmRNA逐漸升高[39]。其他實(shí)驗(yàn)同樣證明膿毒癥動(dòng)物肺組織及血漿TNF-α水平生升高 [45][12][24]。
2 中性粒細(xì)胞
靜注內(nèi)毒素2小時(shí)的大鼠肺組織中性粒細(xì)胞聚集,中性粒細(xì)胞F激動(dòng)蛋白水平均明顯高于生理鹽水組,抗凝血酶Ⅲ(AT-Ⅲ)能減少肺的中性粒細(xì)胞聚集[32]。 Sheridan報(bào)道內(nèi)毒素血癥大鼠肺血管環(huán)對(duì)Ach和SNP的舒張反應(yīng)減弱,耗竭中性粒細(xì)胞能對(duì)抗這種舒張反應(yīng)減弱。這表明中性粒細(xì)胞參與內(nèi)毒素血癥時(shí)急性肺損傷的肺血管內(nèi)皮和平滑肌功能障礙[3]。
小結(jié):關(guān)于感染性休克時(shí)肺動(dòng)脈高壓的成因,一氧化氮的作用研究較多,可能起主要作用。其他因素如內(nèi)皮素、一氧化碳等也參與肺動(dòng)脈高壓的形成。但造成肺動(dòng)脈高壓的因素錯(cuò)綜復(fù)雜,各種機(jī)制相互作用,尚需全面探討,為臨床膿毒癥的治療提供理論依據(jù)。
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