關于心臟直視手術后的全身炎癥反應綜合征與機體免疫應答

1、關于心臟直視手術后的全身炎癥反應綜合征與機體免疫應答【關鍵詞】 全身炎癥反應綜合征;體外循環(huán);免疫應答體外循環(huán)（cardiopulmonary bypass, CPB）相關的心臟直視手術可以導致機體產生全身炎癥反應綜合征（systemic inflammatory response syndrome, SIRS），從而影響這類患者的術后并發(fā)癥和死亡率。通過對冠狀動脈旁路移植術（coronary artery bypass grafting, CABG）患者圍術期炎性因子的監(jiān)測發(fā)現(xiàn)心臟手術本身和CPB均可以誘導前炎性和抗炎性的免疫反應1。SIRS是機體對炎癥全身激活的生理反應；SIRS是基于對感

2、染、炎癥和危重病發(fā)生發(fā)展機制深入認識后提出的新概念。SIRS是機體對多種細胞因子和炎性介質的反應，當機體受到外源性創(chuàng)傷或感染毒性物質的打擊時，可促發(fā)初期炎癥反應，同時機體產生內源性免疫炎性因子而形成瀑布效應2。 1 非特異性與特異性免疫的參與 隨著CPB相關研究的不斷進展，CPB心臟手術導致的這種免疫反應也逐漸被闡明。臨床上此類患者常表現(xiàn)多種癥狀，這些臨床表現(xiàn)被通稱為SIRS。在這種炎癥反應綜合征中，所有先天的免疫成分（非特異性免疫）均參與其中，例如多型核白細胞（PMN）、彈性蛋白酶、補體等均被激活，同樣發(fā)生變化的還有初期炎性介質IL(白介素)-1、IL-6、IL-8和腫瘤壞死因子（TNF-）

3、。為了適應這一反應過程，特異性免疫反應也發(fā)生了相應改變，T淋巴細胞和T輔助細胞均下調，而細胞毒性T細胞和B細胞幾乎不受影響。細胞因子方面的監(jiān)測提供了更加詳細的信息，作為T輔助I型細胞活化的重要示蹤成分IL-2和IL-12在心臟術后濃度下降，提示輔助性T細胞受抑；相反，反映T輔助型細胞的IL-10和轉化生長因子卻處于上調狀態(tài)3。在CPB試驗中延遲發(fā)生的高敏皮膚反應和破傷風抗體進一步證實了T輔助型細胞的適應性免疫反應的極化狀態(tài)。但所有這些改變并不能逆轉臨床表現(xiàn)，因此高風險手術和嚴重圍術期并發(fā)癥患者免疫反應的相關信息需要更多的研究，以便找出臨床事件是否與免疫反應改變有關聯(lián)。 2 CPB及其改進對炎癥

4、反應的影響 血液與人工材料的接觸是CPB引起炎癥反應的最主要的原因。CPB期間，血液與管道、回流室等人工材料表面直接接觸，血漿蛋白被無選擇地吸附在人工材料表面，同時體液成分和細胞成分，包括補體系統(tǒng)、凝血系統(tǒng)、激肽釋放酶系統(tǒng)、纖溶系統(tǒng)、血小板、白細胞、血管內皮細胞等均被激活。血液激活時，其各種組成成分相互作用，不僅激活其他成分，也反饋地激活自身，并分泌大量炎性介質，引發(fā)全身炎癥反應。PMN-內皮反應在CPB相關試驗中做了研究，隨著CPB開始血液稀釋體內循環(huán)血液中PMN數量明顯下降，隨后又發(fā)生白細胞增多。CPB試驗中L選擇素和CD11/CD18上調反映出CPB刺激PMN活動。在體內創(chuàng)傷應激、感染和

5、其他炎癥過程可以增加循環(huán)中L選擇素陽性的PMN細胞數量，而且這些PMN是通過從骨髓中選擇性遷移而來。這種改變被認為是CPB誘導的血液異物表面反應和可溶性細胞因子（補體、TXA2、PAF、IL-8）釋放的潛在動力2。 Jansen等人在觀察了40例嬰幼兒CPB術中補體C3a、C5b和前炎性因子IL-6、IL-8濃度變化后指出，與傳統(tǒng)CPB系統(tǒng)比較，全肝素涂抹的CPB設備、離心泵和閉式CPB可以明顯減少心臟手術患者（尤其在10 kg以下患兒）補體激活并使之保持在較低水平，同時減少多型核PMN的釋放4。 作為增加組織相容性、減輕血液成分激活、減少血液丟失的肝素涂抹技術（heparin coating

6、 technique）已經興起許多年了，并取得了滿意的臨床結果5-7。通常肝素無法直接與材料表面連接，即使連接也會由于血液的沖刷而洗脫。需要在非生物材料表面先覆蓋一層化學基質，作為與肝素共價結合的苯環(huán)分子密切結合的基礎，這樣才可以保證共價鍵結合的肝素分子可以在材料表面長期穩(wěn)定的存在，達到抗凝、血液保護的目的。肝素涂抹可以減少補體的激活；抑制白細胞的激活；減少血小板黏附、改善血小板功能；抑制致炎因子TNF-、IL-6、IL-8及可溶性TNF受體的釋放，從而改善CPB設備人工材料與血液的生物相容性。 隨著分子生物學技術的不斷發(fā)展，有研究正在開發(fā)內皮細胞培養(yǎng)、種植、移行、覆蓋于非生物材料表面，從而達

7、到增強材料生物相容性、降低異物表面反應的目的。目前臨床覆膜支架的使用以減少血液破壞和血栓形成為目的，并取得了一定效果7。 在對CPB下CABG患者的隨機對比研究中Tayama8指出高劑量西米替丁可以通過提高細胞免疫減輕CPB后相關炎癥反應，具體表現(xiàn)為CPB后兩小時西米替丁組血漿中性粒細胞彈性蛋白酶和IL-8濃度均處于低水平，而且術后5天淋巴細胞恢復率和C反應蛋白水平均高于對照組，同時西米替丁組術后ICU帶管時間短。由此可見與CPB相關的SIRS中細胞免疫參與其中并具有不可忽視的重要作用。 3 SIRS與免疫 Rinder在CPB腎臟損傷的相關研究中通過觀察CPB心臟術后血清肌酐水平與白細胞示蹤

8、、血小板激活的關系，指出中性粒細胞黏附受體CD11b上調和循環(huán)中中性粒細胞數量增加與CPB后急性腎損傷相關，提示活化的中性粒細胞參與了CPB術后并發(fā)癥的發(fā)生9。Massoudy等人在尋找肺臟的炎癥反應證據的研究中檢測了右心房和肺靜脈兩處不同時點炎性因子和血小板黏附分子CD41和CD62以及白細胞黏附分子CD11b和CD41，發(fā)現(xiàn)肺靜脈血液中上述分子均高于右心房，提示前炎性因子激活血小板和白細胞，使二者表達黏附分子，從而增加白細胞和血小板在肺內的滯留和聚集，使局部炎癥反應加劇，導致CPB術后患者經常出現(xiàn)肺功能不全的表現(xiàn)10。 CPB時最早受到影響的是補體系統(tǒng)，而CPB也是補體激活的最主要的原因1

9、1。旁路途徑被認為是CPB中補體激活的主要途徑，通過血液在內皮及管道壁沉積C3b，內皮表面的C3b迅速被清除，而殘留在管壁上的C3b則把管壁作為反應場刺激膜攻擊復合物大量形成，并產生過敏毒素C3a、C5a。C5a是補體激活的標志，它可引起體內一系列炎癥反應：促使肥大細胞和嗜堿性粒細胞釋放組胺，引起平滑肌的收縮和毛細血管通透性增加；與中性粒細胞表面的受體結合，引起細胞聚集，促進細胞脫顆粒和溶酶體釋放，增強化學驅動作用和趨化性，激發(fā)氧自由基的形成和釋放；促使內皮細胞Weible-Palade小體中的P-選擇素釋放，促進中性粒細胞黏附；刺激單核細胞產生、釋放TNF-、IL-1、IL-6等細胞因子。

10、CPB期間存在著血小板的黏附和激活。激活的血小板相互聚集及吸附于氧合器等異物表面上，由于血小板在異物表面的黏附，使其在血液中含量明顯降低。同時，由于異物的刺激，血小板脫顆粒釋放出多種物質，引起血管收縮、血小板聚集，影響微循環(huán)。最近研究發(fā)現(xiàn)，CPB期間血小板激活后還釋放可溶性CD40配體（sCD40L），促進血栓形成和炎癥反應。此外，血小板表面2腎上腺素能受體明顯減少，導致血小板凝聚功能下降。血小板的這些變化參與了術后出血及并發(fā)癥的發(fā)生11。 大量研究觀察了胃腸道血流減少與炎癥反應損害之間的關系。最近的工作已經探索并建立了胃腸道低灌注、細菌移位、多臟器衰竭和SIRS之間的一種病理生理聯(lián)系。胃粘膜

11、pH下降并隨術后感染并發(fā)癥的程度而加重。細小微生物可能通過腸腔吸收入腸系膜循環(huán)進入胃腸道的淋巴系統(tǒng)，這種現(xiàn)象稱為“吸混現(xiàn)象”。目前認為各種細胞因子、炎癥反應、藥物或物理因素均可影響細胞間緊密連接，使腸道通透性改變。創(chuàng)傷、休克、出血等可增加腸道通透性，腸道通透性的增加可導致細菌和細菌產物的移位、門脈和體循環(huán)中前炎性細胞因子的出現(xiàn)。另外，腸壁本身產物吸收胃腸道淋巴循環(huán)也是內毒素血癥的一個主要來源；胃腸道粘膜局部的T淋巴細胞由于胃腸道免疫保護機制的異常發(fā)生凋亡。這些均導致重大創(chuàng)傷及圍CPB期間胃腸道細菌轉移增加，進一步加重SIRS12。 4 炎癥反應的分子機制 對于經歷心血管手術的患者來說，最終活化

12、的基因是那些編碼E-選擇素、ICAM、VCAM、IL-8、TNF、iNOS和組織因子的基因，它們的過度表達將對機體帶來嚴重的全身炎癥反應。近年來，細胞外信號調節(jié)基因表達的傳導途徑研究有了深入進展，尤其引人注意的是發(fā)現(xiàn)許多炎癥信號都通過了核轉錄因子NF-B（nuclear factor kappa B）調節(jié)13。NF-B能被多種因素激活，包括細胞因子TNF、IL-1、粘多糖（LPS）等，這些刺激因子與細胞膜表面不同的受體結合后，經過細胞內復雜的信號傳導途徑激活特定的IB激酶IKK和IKK，使二者迅速磷酸化、降解，NF-B因此激活，活化的NF-B二聚體快速易位到細胞核，與靶基因啟動子和增強子中的B

13、序列結合，增強基因轉錄和蛋白質合成。NF-B作為具有多向性調節(jié)功能的核轉錄因子，廣泛參與多種細胞因子和炎性介質的基因轉錄。調節(jié)核轉錄因子NF-B活性有望控制CPB后全身炎癥反應程度。 5 免疫抑制與抗SIRS治療 目前除常規(guī)抗炎癥反映治療措施外，甲潑尼龍、蛋白酶抑制劑、單克隆抗體等新型制劑應用于臨床預防和治療CPB相關的SIRS。Lodge等人證實在新生乳豬模型種甲潑尼龍（methyprednisolone）可以減輕CPB相關的炎癥反應，而且認為使用時機對于改善肺順應性、降低肺血管阻力、減少細胞外水腫起到至關重要的作用，建議在CPB前8 h和1.5 h使用效果最佳。McBride14測定了CP

14、B后細胞因子的產生，發(fā)現(xiàn)甲潑尼龍降低IL-8和TNF并升高IL-10。研究表明，他能明顯抑制TNF-、IL-1、IL-6、IL-8釋放，加速IL-10的釋放，抑制白細胞的激活和聚集，并有保護血小板功能、減少術中和術后出血的作用。抑肽酶減輕CPB炎癥反應的作用呈劑量依賴性，當大劑量應用時，具有明顯抑制炎癥反應的作用。單克隆抗體有抗細胞因子抗體，如TNF-、IL-1、IL-8抗體、中性粒細胞粘合素黏附分子和ICAM-1黏附分子抗體等15。應用外源性TNF-抗體或可溶性TNF-受體可減少游離TNF-總體水平以及由其引起的炎癥激活。 CPB期間由于血液長期與異物材料表面的接觸導致多系統(tǒng)、多細胞激活，產

15、生大量的體液炎性介質和細胞炎性介質，這些炎性介質間相互作用，形成一個極為復雜的反應過程，最終引起組織損傷，器官功能障礙；有效控制CPB相關的炎癥反應，減少對機體免疫系統(tǒng)的影響將有助于患者術后的順利康復?！緟⒖嘉墨I】 1 Rothenburger M, Tjan TD, Schneider M,et al. The impact of the pro-and anti-inflammatory immune response on ventilation time after cardiac surgery J. Cytometry B Clin Cytom，2003，53(1):70-74.2

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