體外循環中七氟烷的肺保護效應機制研究進展*

唐茜茜，彭艷華 綜述，王壽勇 審校

(重慶醫科大學附屬兒童醫院麻醉科/兒童發育疾病研究教育部重點實驗室/兒童發育重大疾病國家國際科技合作基地/兒科學重慶市重點實驗室,重慶 400016)

體外循環(cardiopulmonary bypass,CPB)下心內直視手術,是矯正各種先天性心血管畸形和挽救部分終末期心臟病患者生命的重要手段。但CPB過程中，以全身性炎癥反應綜合征為基本病理生理改變的急性肺損傷常常難以避免，嚴重者可發生急性呼吸窘迫綜合征，甚至觸發多臟器功能不全綜合征和多臟器衰竭[1]。七氟烷是一種臨床廣泛運用的吸入麻醉藥，它不但具有血/氣分配系數低、誘導蘇醒迅速、刺激性小和血流動力學穩定等優點[2]，而且研究發現其對心、腦、肺、腎等重要器官有保護作用。本文就七氟烷在CPB中的肺保護效應機制綜述如下。

1 CPB后肺損傷的發生機制

目前認為，CPB后肺損傷由多種因素共同作用造成：(1)血液與人工管道的接觸激活肝素-魚精蛋白復合物、內毒素釋放入血等原因引起全身炎性反應；(2)肺的缺血再灌注損傷；(3)中性粒細胞在肺內的聚集與激活；(4)手術過程中的機械通氣。除此之外，患者本身及手術因素也會影響肺損傷的發生發展，包括術前合并肺部疾病、心力衰竭、高齡患者、異體輸血以及CPB時間延長等[3]。

1.1全身炎癥反應綜合征

1.1.1補體激活作用 補體激活被認為是CPB后肺損傷的始動因素。CPB時血液與非生理性管道接觸、肝素-魚精蛋白復合物、內皮細胞損傷等因素通過經典與旁路途徑激活補體系統，引起炎癥級聯反應，產生C3a、C4a、C5a等過敏毒素，使肥大細胞和嗜堿性粒細胞釋放組胺、白三烯、前列腺素等炎性介質，增加毛細血管的通透性和促進平滑肌收縮。C5a使中性粒細胞、巨噬細胞等向肺內聚集并激活，最終釋放蛋白水解酶、髓過氧化酶等，破壞肺泡上皮結構，加重內皮細胞的損傷，造成肺水腫[4]。C3a使血小板聚集后在肺血管內形成微血栓堵塞毛細血管并釋放5-羥色胺、前列腺素等血管活性物質，直接損傷內皮細胞。

1.1.2致炎因子釋放 CPB過程中的補體激活、中性粒細胞聚集、缺血再灌注損傷、細胞因子間的相互作用以及內毒素等均可使細胞因子大量釋放。參與CPB后肺損傷的細胞因子主要有腫瘤壞死因子(TNF)、白細胞介素(IL)。這些炎癥因子一方面可以直接損傷內皮細胞，使毛細血管通透性增高，促進肺水腫。另一方面也可促進中性粒細胞、巨噬細胞的浸潤和細胞毒性酶的釋放，加重肺損傷。

1.1.3內毒素轉位 CPB期間，循環中的內毒素水平升高，來源可能有多種，腸道是最重要的來源。其原因可能是由于腸道缺血再灌注損傷使腸道的屏障功能受損，從而使大量內毒素吸收入血。內毒素的主要成分是脂多糖，它進入肺組織后可引起炎性細胞聚集、肺泡上皮損傷、肺泡通透性改變，造成肺損傷。

1.2肺缺血再灌注損傷 CPB建立后，肺動脈的血流幾乎被完全阻斷，僅保留支氣管血管供應，而這僅占到正常生理情況的3%～7%[5]。此時肺處于缺血、缺氧狀態，肺內三磷酸腺苷及肺泡表面活性物質減少。而當肺循環重新開放后，一方面激活的內皮細胞、中性粒細胞釋放氧自由基，使毛細血管內皮細胞變形腫脹,管腔變窄、阻塞。另一方面，肺內聚集的中性粒細胞、巨噬細胞、血小板等釋放炎性介質，影響細胞代謝、損傷細胞膜，使細胞死亡[6]。最終出現肺通透性增加、肺血管阻力增加、肺水腫、氧合損傷及肺動脈高壓。

1.3中性粒細胞在肺內的聚集與激活 中性粒細胞的聚集與激活是CPB后肺損傷的中心環節。血液中的炎性介質(血小板活化因子、IL-8)激活體內的PMN，其細胞膜表面Mac-1受體(CD11b / CD18)表達增加。與此同時，血液中的細胞因子和趨化因子上調血管內皮細胞表面的細胞間黏附分子(ICAM)、血管細胞黏附分子(VCAM)和血小板-內皮細胞黏附分子(PECAM)的表達。整合素與ICAM和VCAM的結合使白細胞與內皮細胞發生緊密結合，啟動PMN跨內皮遷移到血管外組織中。然后，白細胞釋放包括彈性蛋白酶在內的溶酶體酶和氧自由基到細胞外，最終引起細胞功能障礙、水腫和死亡[6]。

1.4其他因素

1.4.1血小板聚集及微血栓形成 CPB使血小板激活、聚集、黏附在一起形成血小板聚集物，然后吸附在纖維蛋白上形成微血栓。與此同時，血小板聚集后還會釋放5-羥色胺、前列腺素、血栓素A2等物質,直接損傷毛細血管膜[7]。CPB后期滯留在肺內的血小板與中性粒細胞聚集在一起也可以堵塞肺部微血管。此外，血液中有形成分的破壞裂解也可以形成微血栓。這些微血栓堵塞毛細血管床，增加肺阻力，造成肺內有效供血不足。

1.4.2呼吸機相關性肺損傷 目前的研究認為，CPB期間肺局部的生理改變主要是肺缺血及通氣停止，造成術后肺不張、肺水腫、肺順應性降低及肺部感染率升高。使用機械通氣可以幫助減輕術后并發癥，但由于肺部炎癥、肺力學的改變及肺血管通透性增加，使機械通氣的同時造成肺泡過度膨脹或萎縮加重，導致呼吸機相關性肺損傷。且機械通氣本身也可能對肺組織造成一定的機械牽拉損傷。

2 七氟烷的肺保護作用及機制

2.1抑制炎性介質釋放 有研究報道稱接受七氟烷麻醉可以抑制肺炎性細胞因子的釋放，如TNF-α、IL-1β、IL-6和IL-8[8]。OHSUMI等[9]在大鼠肺移植模型中觀察到，七氟烷的預處理和后處理均可降低IL-1β、IL-6、TNF-α的水平，從而改善氧合及減輕肺水腫。BEDIRLI等[10]在敗血癥導致的肺炎模型中使用吸入麻醉藥后(七氟烷和異氟烷)，血漿中的細胞因子如TNF-α、IL-6和IL-1β顯著降低。而XIONG等[11]的研究不僅證實七氟烷可以顯著抑制炎癥因子TNF-α、IL-1β和IL-6的產生，同時可以增加抗炎癥因子IL-10水平，其機制可能是通過上調血紅素氧合酶(HO-1)的表達和抑制核轉錄因子κB(NF-κB)介導的促炎細胞因子的產生。NF-κB是一類能與多種基因啟動子或增強部位κB 位點發生特異性結合并促進其轉錄的蛋白質，是主要的炎癥介質和細胞轉錄因子，而HO-1則具有抑制細胞凋亡和抗炎作用。同樣的，七氟烷也可以抑制CPB期間的炎癥反應。一項Meta分析結果顯示，CPB期間患者在接受七氟烷麻醉后血清中的IL-6和IL-8水平顯著降低，且七氟烷預處理比后處理抗炎效果更好[12]，這為指導臨床上使用七氟烷抗炎提供了更可靠的證據。

眾所周知，蛋白激酶C(PKC)的移位被認為是引發肺水腫的重要條件。CHAI等[2]則通過成功建立動物模型觀察到，肺缺血再灌注損傷后肺濕/干重量、肺通透性指數明顯升高，缺血再灌注后PKC-α在細胞膜表達減少，胞質表達增加，提示七氟烷預處理抑制了再灌注后 PKC-α 的移位，且七氟烷預處理增加緊密連接蛋白的mRNA及蛋白的表達量，降低再灌注后肺血管通透性[2]。以上這些結果均表明七氟烷對炎性反應的抑制作用。

2.2減輕內毒素導致的急性肺損傷 SUTER等[13]的研究證實，七氟烷預處理可以減輕內毒素誘導的肺組織水腫和炎性細胞浸潤。SONG等[14]也發現七氟烷可以減輕腸缺血再灌注介導的急性肺損傷。OTSUKI等[15]認為七氟烷減少內毒素誘導的急性肺損傷的機制是通過減少炎性因子mRNA的表達。還有研究稱，七氟烷通過抑制RhoA/ROCK/VE-鈣黏蛋白信號通路參與脂多糖誘導的微血管內皮細胞單層破裂，從而減輕肺組織通透性及肺水腫[16]。由此，可以大膽推測，七氟烷同樣能夠減輕CPB期間內毒素誘導的肺損傷。

2.3抑制細胞內的鈣超載 如前所述，體外循環期間，肺部處于與體循環隔離的狀態，肺部缺血再灌注過程難以避免。已經公認，鈣超載是缺血再灌注損傷發生的重要內在機制。研究證實，七氟烷能夠減輕缺血再灌注損傷中鈣超載引起的細胞毒性作用，如KOJIMA等[17]的研究認為七氟烷可以通過阻斷多個Ca2+通道和轉運蛋白減少心肌細胞損傷。吸入麻醉藥不僅可以抑制氣管平滑肌肌漿網中Ca2+的滲漏，還可抑制Ca2+滲漏引發的Ca2+內流[18]。同樣的，PRAKASH等[19]認為吸入麻醉藥降低細胞內Ca2+濃度的作用對維持支氣管平滑肌的舒張功能至關重要。總之，七氟烷對鈣超載的抑制作用使得它在CPB中保護肺組織免受缺血再灌注損傷方面具有重要作用。

2.4抑制氧化應激反應 肺缺血再灌注后釋放大量氧自由基，具有極強的化學作用。丙二醛(MDA)是脂質過氧化反應的終產物，可反映氧自由基的含量，過氧化物歧化酶(SOD)是氧自由基的清除劑，反映抗過氧化反應。七氟烷可以顯著降低肺組織的MDA水平，使SOD增加，減輕脂質過氧化反應，減少氧自由基的產生，清除氧自由基的能力增強，維持體內氧化與抗氧化能力的平衡[20]。有研究發現，肺炎大鼠在接受揮發性麻醉劑如七氟烷和異氟烷處理后，一氧化氮和MDA水平降低，總抗氧化能力增加。KALIMERIS等[21]的實驗也證明了七氟烷預處理后血清中的MDA會降低。而LUO等[22]的研究則首次證明了七氟烷通過抑制了氧化應激和肥大細胞活化之間的協同作用來限制急性肺損傷的發展。

2.5抑制中性粒細胞聚集及黏附分子的表達 中性粒細胞在肺內的積聚和激活，是體外循環引起肺損傷的基礎性病理生理改變。多項研究已證實，七氟烷對中性粒細胞向肺內的遷移具有抑制作用。KALB等[23]發現，七氟烷預處理能夠顯著減少缺血再灌注肺損傷模型大鼠肺內中性粒細胞數量。SCHMID等[24]發現，七氟烷能有效地減少體外循環期間中性粒細胞上的Mac-1受體表達和中性粒細胞-彈性蛋白酶釋放，從而抑制中性粒細胞的活性，同時他認為CPB期間單核細胞的活化并不受七氟烷的影響。KALIMERIS等[21]在脂多糖誘導肺損傷前，給大鼠吸入30 min的七氟烷，結果發現有效減少了中性粒細胞在肺部的聚集。CASANOVA等[25]的研究結果證實七氟烷預處理可以減少趨化因子MCP-1、MIP-1、MIP-2和內皮黏附分子VCAM、ICAM-1的水平，同時可以保護覆蓋于肺內皮細胞表面的蛋白-多糖復合物。

2.6減輕呼吸機相關性肺損傷 一項前瞻性隨機對照研究證實，七氟烷可以減輕急性呼吸機相關性肺損傷[26]。STROSING等[27]的研究發現七氟烷和異氟烷在呼吸機誘導的肺損傷小鼠模型中，可能通過抗炎與抗氧化機制產生潛在的肺保護作用。KIM等[28]認為七氟烷通過抑制IL-8的表達減輕呼吸機相關性肺損傷，其可能的機制是抑制了ERK1/2和Akt的磷酸化。

2.7其他 血液中血管緊張素轉換酶(ACE)水平與CPB后肺損傷有較高的相關性,肺損傷時血清血管緊張素轉換酶也可發生顯著變化，隨著肺損傷程度加重，其水平升高越明顯。顧毅等[29]的研究發現，七氟烷后處理能改善心臟瓣膜置換術患者CPB后肺功能,其機制可能是七氟烷后處理在CPB后減少肺組織受損內皮細胞膜內ACE的釋放，抑制肺的炎癥損傷。徐桂萍等[30]的研究也認為七氟烷預處理可能通過下調ACE mRNA的表達從而減輕大鼠肺缺血再灌注損傷。

3 七氟烷在抗炎與抑炎中可能的雙重效應

七氟烷不僅可以預防和減輕急性肺損傷，而且對已經發生的急性呼吸窘迫綜合征也有一定的治療效果。研究證實，中度至重度急性呼吸窘迫綜合征的成年患者在24 h內隨機接受靜脈注射咪達唑侖或吸入七氟烷治療48 h，2 d后分別檢測兩組的氧合指數(PaO2/FiO2)、肺泡和血漿中細胞因子水平、晚期糖基化終產物的受體水平，結果顯示七氟烷組氧合指數較高，細胞因子和晚期糖基化終產物水平較低。盡管如此，并非所有的研究結果均對七氟烷的肺保護效應獲得了完全一致的研究結果。JIN等[31]通過觀察肺癌患者在接受左肺下葉選擇性切除術時，分別接受七氟烷(6%～8%)和異丙酚麻醉后，七氟烷組的TNF-α和IL-6水平顯著高于異丙酚組，而IL-10水平明顯低于異丙酚組，這表明，七氟烷在某些特殊情況下可能具有潛在的促炎效應，能夠加劇肺損傷。研究者認為其機制可能與其誘導促炎因子基因表達上調，釋放炎癥因子有關。ZHANG等[32]的研究認為吸入麻醉藥可以通過激活NF-κB，增加IL-6表達水平而誘導神經炎癥。即便如此，究竟七氟烷本身就具有促炎與抗炎雙重效應，還是在某些特殊情況下的偶然實驗現象，還需要進一步的研究來予以證實。

綜上所述，體外循環相關性肺損傷機制目前已經得到了充分的闡述，七氟烷對體外循環相關性肺損傷發生的多個環節具有抑制作用，從而產生肺保護效應。與此同時，有證據顯示七氟烷對某些特殊情況下的炎癥反應可能具有抗炎與促炎雙重效應，這也可能影響到其在體外循環中的肺保護價值，相關疑惑需要進一步研究來予以證實。

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