体外循环手术内毒素血症研究进展

　　作者：刘小雄(综述)，徐建军(校审) 作者单位：江西省中医院胸外科，江西 南昌 33000

　　【关键词】 心外科手术;体外循环;内毒素血症

　　体外循环(extracorporeal circulation，ECC)下的心脏手术已应用多年，但ECC所造成的损伤却无法避免，由于ECC是人工控制的血流对机体产生一定程度损害，恢复血流后对各器官产生再灌注损伤[1]。研究表明，在使用ECC技术的心外科手术中，绝大多数患者都发生了内毒素(endotoxin, ETX)血症[2]，而ETX是全身炎性反应综合征、多器官功能障碍综合征的主要启动因子之一[3]，进而严重影响了患者术后的恢复。为了避免ECC所造成的这些有害影响，越来越多的医师开始使用各种技术尽可能使患者体内的ETX水平降至最低，以减少ETX血症的发生[4]，本文就ECC手术ETX血症的发生、不利影响及有关防治措施等进展作一综述。

　　1 ETX血症

　　1.1 ETX的结构特点 细菌ETX这个概念在1890年就已提出来，是革兰氏阴性杆菌细胞壁中的一种脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)，LPS由多糖O抗原、核心多糖和类脂A(lipid A)组成。①多糖O抗原向外，由若干个低聚糖的重复单位组成的多糖链，即革兰氏阴性菌的菌体抗原，有特异性。它通过核心多糖与Lipid A相连;②核心多糖由庚糖、半乳糖、2-酮基-3-脱氧辛酸(2-keto-3-deoxyoctonic acid, KDO)等组成，所有革兰氏阴性细菌都有此结构。核心多糖通过其酸性的Kdo分子与Lipid A相连;③Lipid A 是ETX的活性部分，它以氨基二聚葡萄糖为母核，其1、4位可磷酸化，2、4位可通过酞基连接各种脂肪酸链。由于不同Lipid A母核上的磷酸化和连接脂肪酸链的程度不同，其毒力存在较大差异。如缺乏一个或多个磷酸盐或脂肪酸侧链的ETX，其毒力则显著降低。

　　1.2 ETX的作用机制 ETX通常是以完整的形式存在于革兰阴性杆细胞外膜上，是革兰氏阴性菌细胞外壁层上的特有结构。细菌在生活状态时不释放，只有当细菌死亡自溶或黏附在其它细胞时，ETX从菌体上游离，成为可溶性的游离ETX。游离ETX的作用效果较细胞壁上的ETX要强约50～100倍。从菌体释放的游离ETX以多聚体形式存在。多聚体形式的ETX与ETX结合蛋白结合后，解聚为单体分子，并被转运至髓样单核细胞，随即与细胞膜上的受体CD14结合。ETX-CD14复合物可直接与跨膜受体TLR4结合，将外源信号转人胞内，激发细胞应答，引起体内一系列细胞因子和介质的高水平表达[5-6]，如肿瘤坏死因子-α(TNF-α),白介素(IL)-1,IL-6、IL-8,一氧化碳(NO)，超氧阴离子等细胞因子，导致全身炎性反应综合征(SIRS)和脓毒症的发生，严重者可导致全身多器官功能衰竭甚至死亡。如ETX影响心血管系统，损害心脏的生理贮备; ETX损伤枯否氏细胞和肝细胞、肝窦内皮细胞，造成肝微循环的障碍，通过复杂的协同作用和连锁反应，造成肝细胞广泛性坏死，发生肝功能衰竭;在糖代谢中ETX影响转位、葡萄糖运转、已糖单磷酸支路活化、NADPH和自由基的生成; ETX可激活补体、激活血液凝固、产生刺激血管的激肽等造成肺及消化道等脏器损害; ETX还可使肾血管持续收缩，而易于发生肾功能不全，有研究发现肾功能的改善与ETX血症的消失成正比。ETX作用于α-受体，促使肾上腺儿茶酚胺分泌，导致微循环障碍、血浆外渗，甚至发生休克。还有发热、白细胞减少，Shwartzman反应等。

　　另外，有文献报道，ECC中TNF的合成和释放与ETX释放入血液有关。并且ETX起着重要作用，它不仅直接影响TNF的合成和释放,而且可通过激活补体系统,产生C3a、C5a等补体过敏毒素以及IL-1，间接地激发TNF的产生[7-8]。由ETX激发而释放的众多细胞因子中， TNF-α又可以引起体内一系列病理反应，如①诱导中性粒细胞(PMN)呼吸爆发并表达黏附分子，促使其在血管内皮上黏附;②导致内皮细胞功能减退，增加血管通透性，降低循环阻力;③增加巨噬细胞的吞噬功能;④抑制心肌细胞;⑤刺激多种其他细胞因子的生成和释放[9]。

　　TNF生物学活性和毒性作用由TNF膜受体介导。TNF-α在炎性反应中可激活细胞因子级联反应，诱发IL -1, IL-6、IL-8、血小板活化因子(PAF)、前列腺素和白三烯等的分泌，由此激发了炎性连锁反应。IL-1由TNF刺激内皮细胞产生，它和TNF协同诱导血管舒张和白细胞介导的组织坏死，造成器官衰竭和死亡。由于IL-1是膜结合的细胞因子，主要参与自分泌和旁分泌的调节，血循环中的IL-1很快在肾、肝和皮肤等组织中降解，半寿期为6～10 min，故在血循环中不易检出。TNF和IL-1通过增加基因表达来影响局部和全身炎性过程中几乎所有类型的细胞，这些基因包括环氧生成酶基因和诱生性一氧化氮合成酶基因，以及内皮黏附分子基因[10]。

　　2 ECC导致的ETX血症

　　关于ETX来源有两个，分别是内源性和外源性。一般认为，导致内源性ETX进入体循环血液的主要来自肠道，1979年Berg首先提出“细菌移位”(bacterial translocation)的概念，并定义为“肠道内活的细菌通过肠粘膜侵入肠道以外的部位，如肠系膜淋巴结、肝、脾、血液以至全身的感染过程”[11]。1990年Alexander将其内容扩展为“微生物移位”(microbial translocation)，即“肠道内活的或死的细菌及其产物，包括ETX，通过解剖学完整的肠粘膜屏障侵入肠道以外部位的过程”[12]。胃肠道是体内最大的组织器官，也是内脏器官在ECC中血流灌注减少发生最早、且最明显的脏器之一。研究表明，肠道是脓毒症和多器官功能不全综合征(multiple organ dysfunction syndrome, MODS)的原动力。它既是损伤的“靶”器官，又是损伤的始动因素[13]。由正常肠道微生物的平衡作用、机械屏障、免疫防御以及肠肝轴这四种基本因素构成肠屏障，是机体防御肠道细菌及ETX等移位的关键结构。

　　在ECC中导致内源性ETX血症的因素有：①ECC中血与材料接触导致血液激活，产生血管活性物质如缓激肽等，引起严重的血管收缩，肠粘膜缺血，渗透性增加[14]; ②ECC的非搏动性血流，使得毛细血管网关闭，血液分流，导致许多内脏器官处于缺血状态。不充分的肠灌注引起肠粘膜损伤，并释放更多的血管活性物质，加重肠粘膜屏障受损，肠壁通透性增加。Jansen等研究表明，人体内ETX水平与ECC期间血管收缩的情况和肠壁缺血的情况相关[15]。通常，肠道菌群中的格兰氏阴性的微生物含有大量的ETX，而其中很多肠道细菌已经死亡，ETX也就随着这些死亡细菌的细胞壁碎片通过受损伤的肠黏膜进人了血液中，从而大量的内生ETX向循环血液内释放，形成了ETX血症;③ECC中脏器灌注不足导致肝脏网状内皮系统受损，而且ECC时的低温刺激血管收缩、肠道缺血，进而使肠能动性减低，酶活性降低，Kuppfer(枯否氏)细胞功能减弱[16]，降低了肝脏对ECC中ETX的清除，Song Wan等研究表明心外科手术中下腔静脉回流血液中ETX水平要明显高于上腔静脉回流血。究其原因，一方面是由于肠道受损，通透性增加所致;同时也和肝脏对ETX清除能力下降有关[17];④如前所述，在ECC手术中，ETX可引起包括TNF-α在内的多种细胞因子的合成和释放，这些细胞因子对肠黏膜有直接或间接的损伤，正反馈的促进肠道ETX移位，加剧ETX的释放入血，从而形成一恶性循环。而甾体物质则可以抑制这些炎性细胞因子的释放[18]。还有研究表明，术前对患者进行肠道准备可以降低心外科患者血液中的ETX水平。

　　这些研究结果间接证明了肠道等内脏器官是内源性ETX的主要来源。其途径可能有两条：肠淋巴循环和门静脉循环，并须经过两道免疫防线：第一道防线是肠壁内的肠道相关淋巴样组织(GALT )，包括粘膜上皮内的淋巴细胞，固有层中的浆细胞、淋巴细胞和集合淋巴小结，在微生物和ETX刺激下产生局部免疫反应，以拮抗这些抗原物质，分泌型IgA在这一过程中发挥重要作用;第二道防线是肠系膜淋巴结和肝脏。因肝脏含有大量的枯否氏细胞，其吞噬杀灭微生物和ETX的作用远大于肠系膜淋巴结，有学者认为微生物和ETX经肠淋巴循环移位的可能性大于门脉循环。陈海龙等认为,低剂量时细菌易位以肠系膜淋巴结途径为主,高剂量时以门静脉途径为主[19]。利用猪的肝缺血再灌注胸导管模型中发现胸导管内淋巴液细菌培养及ETX水平均高于肠系膜淋巴结及门脉。国内有研究者成功制作了Wistar大鼠肠淋巴烫伤模型也得出类似结论。上述研究结果表明:肠淋巴循环及胸导管是肠源性感染的重要途径。

　　然而外源性ETX也不可忽视，在自然环境中，ETX是无所不在的，我们很难将它彻底消除。人们曾在外科手术输液中监测到ETX。除了体外循环机预充液中外，还有很多种制作药物和器械也可能含有ETX，如透析膜、滤网、手术器械及手套等。外源性ETX亦可触发肠道ETX大量释放。

　　3 ETX血症的防治

　　3.1 外源性ETX血症的防治 手术室中严格无菌操作，使用无热源器具，对于减少外源性ETX来源十分重要的。

　　3.2 内源性ETX血症的防治 由于肠道是内源性ETX的主要来源，所以对ECC患者的肠道保护显得格外重要，目前主要的措施有:术前选择性肠道脱污染(selective decontamination of the digestive tract, SDD)是一种胃肠道不吸收的抗生素，选择性抑制口、咽及上消化道潜在致病微生物，而使厌氧菌群不受损伤，降低患者血液中的ETX水平[20-22];改善肠道的血供，防止肠道缺血缺氧损伤，保护肠粘膜屏障，减轻肠道细菌移位而导致的ETX血症[23]。

　　目前，大量临床试验证明，谷氨酰胺(Gln)有助于烧( 创)伤、感染、手术后[24-25]等各种病理状态肠粘膜的生长和修复，其效果已得到充分的肯定，所以对ECC患者补充Gln将有助于保护ECC患者肠粘膜屏障，减轻ETX血症。

　　通过长时间观察，应用ECC后，绝大多数患者都出现了ETX血症。尽管发病机制还不十分清楚，但临床工作者采取各种方法以减轻ECC手术血ETX水平，并且取得了一定的效果[26-27]。如果能够进一步明确术中及术后患者出现ETX血症的病理机制，无疑对患者的恢复极为有利。

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