腹腔鏡CO2氣腹與機體氧化應激

楊 周，王廷峰

(上海市浦東醫院暨復旦大學附屬浦東醫院普通外科，上海，201399)

自1982年首次報道腹腔鏡膽囊切除術(laparoscopic cholecystectomy，LC)以來，隨著設備與器械的不斷革新，腹腔鏡已廣泛應用于外科各領域[1]。目前，CO2是唯一在臨床常規用作建立氣腹的氣體。目前已有多項研究表明,CO2可誘導機體產生氧化應激反應。CO2氣腹導致氧化應激損傷表現為：氧化應激過程中的重要產物表達改變，如丙二醛、活性氧、前列腺素F2α[2]、總抗氧化能力[3]、蛋白質羰基與巰基[4]；抗氧化系統指標改變：超氧化物岐化酶、過氧化氫酶、谷胱甘肽過氧化物酶、谷胱甘肽還原酶；凋亡相關指標改變：前胱天蛋白酶、細胞色素C、凋亡誘導因子及凋亡蛋白酶激活因子1等。CO2氣腹導致氧化應激可能與氣腹直接或間接導致血流動力學改變，從而引起內臟缺血再灌注損傷有關；而且合并心肺基礎疾病、兒童或高齡患者等代償能力較差的特殊人群更容易出現此損傷。本文現將目前腹腔鏡CO2氣腹與機體氧化應激的研究現狀及進展作一綜述。

1 CO2氣腹導致氧化應激的研究現狀

1.1 動物研究 目前CO2氣腹導致氧化應激的動物研究主要集中在大鼠模型上。一項腎積水大鼠模型的研究發現，10 mmHg與18 mmHg氣腹組相比，18 mmHg氣腹組的大鼠腎臟更容易出現氧化應激與線粒體損傷，表現為活性氧增加，線粒體膜電位下降與線粒體空泡形成，同時出現凋亡相關蛋白Bax、Bcl-2、細胞色素c、caspase-3與caspase-9的表達增加，線粒體/caspase依賴性凋亡途徑被激活[5]。另一項大鼠氣腹模型的研究發現，CO2氣腹導致了腸黏膜氧化應激及黏膜屏障功能受損[6]。其他大鼠氣腹模型同樣證實了氧化應激損傷的發生，且氧化應激損傷隨氣腹時間延長而加重[7-8]。在犬類的氣腹模型中同樣也有類似報道,CO2氣腹后2 h、6 h，氧化應激標志物丙二醛水平均有顯著升高[9]。

1.2 臨床研究

1.2.1 LC相關研究 目前CO2氣腹導致氧化應激的臨床研究主要集中在LC與開腹膽囊切除術(open cholecystectomy，OC)的對比研究上。在一項包含50例患者的前瞻性隨機對照研究中，LC組患者僅發生微弱的氧化應激反應，表現為手術開始30 min后，LC與OC患者具有相似的丙二醛水平[10]。在另一項隨機對照研究中，LC組患者術后尿液中8-異前列腺素F2α水平升高；但其下降速度與OC組相比無顯著差異。這兩篇報道提示，與OC相比，LC并未明顯增加氧化應激反應[11]。而同樣的對照研究則發現，由CO2氣腹引起的呼氣末CO2濃度、CO2分壓的增加導致腹腔鏡手術期間血液pH值輕微降低。LC組一氧化氮水平略低，但與OC組相比差異無統計學意義。術后30 min兩組蛋白質羰基與巰基水平均相似，但術后24 h LC組蛋白質羰基、巰基水平則低得多。以上結果表明，CO2氣腹導致抗氧化防御系統輕度激活，并可能產生輕度的氧化應激損傷[10]。Stipancic等的研究結果與以上研究不完全相同，發現LC與OC均會引起中度氧化應激，而OC還會引起氧化型低密度脂蛋白、新蝶呤表達水平的改變，提示氧化應激損傷更為嚴重[12]。在另一項隨機對照研究中，與常規LC相比，單孔LC增加機體氧化應激損傷，表現為血液中脂質過氧化標志物前列腺素F2α升高[13]。以上研究雖然在LC與OC導致氧化應激的程度孰強孰弱方面尚未得出一致結論，但均提示CO2氣腹可引起不同程度的氧化應激損傷。

1.2.2 其他腹腔鏡手術相關研究 除LC外的其他腹腔鏡手術中也有報道CO2氣腹所致機體氧化應激。一項納入17例腹股溝疝患者的隨機對照研究結果表明，開放與腹腔鏡完全腹膜外疝修補術均導致氧化應激標志物(丙二醛、蛋白質羰基與蛋白質巰基)顯著增加；然而，開放手術導致的氧化應激反應大于腹腔鏡手術[14]。在泌尿系統腹腔鏡手術中，尿液中前列腺素F2α在手術結束后迅速達到高峰，6 h后下降，18 h接近術前水平[15]。同樣有相關研究報道，在機器人輔助腹腔鏡前列腺癌根治術中長時間氣腹會減少器官血流灌注，從而導致機體氧化應激，排空氣腹后的缺血再灌注會進一步加重氧化應激[16]。

目前已有數項研究報道了CO2氣腹所致的氧化應激損傷，而氧化應激程度尚存有爭議。這一爭議我們推測與各研究中的氣腹時間不一、檢測氧化應激的時間點不同且檢測氧化應激指標各異等因素有關。此外，目前研究主要集中于LC，而其他類型手術較少，且樣本量均較小，涉及多類型手術的大樣本研究尚待開展。

2 CO2氣腹導致氧化應激的機制

2.1 器官血流灌注減少及缺血再灌注損傷 目前研究已表明，CO2氣腹會導致腹腔內壓力升高，全身血管阻力、后負荷增加，心輸出量降低。這些改變直接導致器官血流灌注降低，促進氧化應激損傷。此外，心輸出量降低還會導致腎素-血管緊張素-醛固酮系統的激活，促進腎素及醛固酮分泌。醛固酮進一步促進體內氯化鈉與水潴留，并導致腎皮質血管收縮，間接導致腎臟血液灌流減少，促進其氧化應激損傷。早期動物研究表明，高氣腹壓力(20～40 mmHg)導致除腎上腺外的所有內臟血流量減少。而這一血流量減少在腸系膜上動脈與門靜脈更為明顯，可達到30%。灌注量降低會導致臟器氧化應激損傷，而降低氣腹壓力可明顯減輕這一損傷[17]。在一項包含30例婦科腹腔鏡手術的研究中，分別采用11 mmHg、13 mmHg、15 mmHg的氣腹壓力進行手術，11 mmHg低壓組有效減輕了氧化應激損傷[18]。血流灌注降低的器官在恢復血液供應后，過量的自由基攻擊這部分重新獲得血液供應的組織內細胞，又會造成缺血再灌注損傷。在一項包含了40例患者的子宮肌瘤腹腔鏡手術的對照研究中發現，腹腔鏡氣腹會導致缺血再灌注損傷，進而導致機體氧化應激指標增高，而開放手術則無此現象發生[19]。在腹腔鏡大鼠模型的研究中發現，高壓氣腹放氣后導致輸卵管與卵巢超微結構損傷，提示可能存在器官缺血再灌注損傷[20]。

2.2 CO2入血所致高碳酸血癥 CO2可經腹腔或腹膜快速吸收并轉移至循環系統中，再通過肺循環交換出體外。為避免可能出現的高碳酸血癥或代謝性酸中毒，患者必須進行代償性過度通氣。而長時間手術、高腹壓、頭低臀高體位等因素可能抑制代償性通氣，導致高碳酸血癥，這一情況在心肺功能已受損的患者中更容易出現[21]。高碳酸血癥可引起心肌收縮力減弱、血管擴張、血壓下降，從而導致組織血流灌注減少。進而通過上述血流灌注及缺血再灌注機制導致機體氧化應激損傷[22]。在一項犬類動物模型中氦氣腹與CO2氣腹的對照研究進一步證明，氦氣腹并不會導致高碳酸血癥及相關并發癥發生[23]。

2.3 脂質過氧化水平增強 脂質過氧化是指活性氧與生物膜的磷脂、酶和膜受體相關的多不飽和脂肪酸的側鏈及核酸等大分子物質起脂質過氧化反應形成脂質過氧化產物，此過程使細胞膜的流動性與通透性發生改變，繼而出現細胞結構與功能的改變，最終導致細胞氧化應激。這可能是CO2氣腹所致氧化應激的潛在機制。Glantzounis等[24]發現，LC組與OC組術后均出現血漿抗氧化能力、尿酸水平降低及肝功能改變，而只有LC組氣腹放氣后出現脂質氧化水平增高。提示氣腹建立與放氣引起機體缺血再灌注損傷，從而出現自由基誘導的脂質過氧化，進而促進機體氧化應激損傷。一項納入了28例子宮肌瘤或卵巢囊腫手術的研究顯示，腹腔鏡手術中CO2氣腹可能導致腹膜發生脂質氧化作用，而這一過程通過非環氧化酶與脂氧合酶途徑介導。盡管在開放手術組也觀測到了氧化應激損傷，但卻與脂質過氧化無關[25]。這些研究提示與開放手術相比，氣腹導致氧化應激的機制存在差別。

2.4 一氧化氮生物活性降低 動物模型中發現，氣腹造成的氧化應激可能與一氧化氮的生物活性降低有關。一氧化氮可起到血管擴張劑的作用，并具有抗炎抗氧化的特性，它由三種一氧化氮合酶(nitric oxide synthase，NOS)同工酶催化產生：神經元NOS、誘導型NOS及內皮NOS[26]。此外，NOS與精氨酸酶共享L-精氨酸作為底物，因此精氨酸酶可通過與NOS競爭L-精氨酸來抑制一氧化氮合成[27]。在CO2氣腹中內皮NOS的活性降低，而誘導型NOS的活性顯著增加，精氨酸酶的表達和活性增加，從而削弱一氧化氮的抗氧化活性，促進機體氧化應激損傷[28]。

目前關于CO2氣腹導致氧化應激的可能機制眾說紛紜，此前的研究提出了包括內臟缺血再灌注損傷、脂質過氧化、一氧化氮的生物活性降低等多項機制，但均有待更詳細縝密的體內外實驗研究論證。

3 預防或減輕CO2氣腹導致氧化應激的措施

3.1 降低氣腹壓力或使用替代性氣體 降低氣腹壓力或使用替代性氣體已被證明可預防氧化應激反應。在一項包含60例患者的腹腔鏡卵巢囊腫剝除術的對照研究中發現，相較高氣腹壓力(13 mmHg)，低氣腹壓力(10 mmHg)血清超氧化物歧化酶明顯增高，提示了低壓氣腹對氧化應激損傷的抑制作用[29]。另一項分別使用氦氣與CO2建立氣腹的大鼠模型的對照研究中，與CO2相比，氦氣氣腹產生更低的丙二醛、蛋白質巰基，并且這一差異隨氣壓升高而變得更為明顯[30]。

3.2 缺血預處理 缺血預處理即通過幾次短暫反復的缺血-再灌注，減少心腎長時間缺血及再灌注損傷[31]。目前有研究將這一概念應用于預防或降低氣腹導致的氧化應激損傷。在大鼠模型中，利用氣腹后短暫的充放氣循環(充氣1 min/放氣1 min，3次)被證明可有效抑制氧化應激指標丙二醛、還原型谷胱甘肽的產生[32]。在一項大鼠模型的研究中，缺血預處理模式表現出了較低壓氣腹更低的氧化應激損傷[33]。在一項包含了30例LC患者的臨床研究中，氣腹前缺血預處理(充氣5 min/放氣5 min，1次)后再進行常規LC可有效預防氧化應激損傷[34]。

3.3 藥物預防 一些抗氧化劑及鎮靜藥物可有效預防氣腹導致的氧化應激損傷。N-乙酰半胱氨酸是強烈的活性氧抑制劑，在大鼠模型中氣腹前2 d予以N-乙酰半胱氨酸，可有效抑制氧化應激損傷。此外，右美托咪定是一種相對選擇性α2-腎上腺素受體激動劑，具有鎮靜作用。術前予以大鼠右美托咪定可有效減輕肺部氧化應激發生[35]。在腹腔鏡胃癌根治手術中，此藥物也取得了相似的抗氧化應激效果[36]。參附注射液同樣可在動物模型中減輕氧化應激反應，對肺功能起到保護作用[37]。其他被報道有預防氣腹所致氧化應激作用的藥物還有維拉帕米[34]、紅霉素、褪黑激素[38]等。總之目前有多種藥物被證明可抑制氣腹導致的氧化應激損傷，但研究主要集中在動物模型中，真正的臨床有效性、安全性需進一步探索。

4 總結與展望

目前已有數項針對CO2氣腹導致機體氧化應激損傷的研究。雖然絕大多數研究表明，CO2氣腹會增強機體氧化應激反應且產生途徑不盡相同，但研究結論仍不統一，尚存有爭議。造成這一現象的原因可能與研究對象、研究方案、檢測方法等有關，而且臨床研究的樣本量都比較小，其中大部分以選擇性LC為研究對象，缺乏針對復雜手術、特殊人群的研究。因此更多標準化的研究有待開展，以進一步明確CO2氣腹所致氧化應激損傷的程度與機理，為相關預防策略的研究與制定提供參考。