膳食補(bǔ)充劑對(duì)熱射病的防護(hù)作用及機(jī)制研究進(jìn)展

王少康，張笑婷，李磊，陳基快，夏新宇，許碩貴，王美堂*

1海軍軍醫(yī)大學(xué)附屬長(zhǎng)海醫(yī)院急診科，上海 200433；2海軍軍醫(yī)大學(xué)附屬長(zhǎng)海醫(yī)院麻醉學(xué)部，上海 200433；3海軍軍醫(yī)大學(xué)海軍醫(yī)學(xué)系衛(wèi)生毒理學(xué)教研室，上海 200433

隨著全球氣溫的不斷升高，熱射病(heat stroke，HS)的發(fā)病率亦逐年增高。HS進(jìn)展十分迅速，即使是經(jīng)過充分的院內(nèi)治療，也難以避免嚴(yán)重后遺癥的發(fā)生，因此探尋各種預(yù)防措施以降低HS的發(fā)病率及病殘率是當(dāng)前研究的重點(diǎn)。HS致腸道屏障破壞，促使內(nèi)毒素入血，進(jìn)展為系統(tǒng)性炎癥反應(yīng)綜合征(systemic inflammatory response syndrome，SIRS)及多器官功能障礙綜合征(multiple organ dysfunction syndrome，MODS)，是其致死的重要原因。因此，改善腸道屏障功能并提高其對(duì)高溫的耐受能力，緩解SIRS及MODS的進(jìn)展可有效防護(hù)HS的發(fā)生發(fā)展。近年來有研究發(fā)現(xiàn)膳食補(bǔ)充劑(dietary supplements，DS)能提高機(jī)體對(duì)熱應(yīng)激的抵抗能力，并減輕HS對(duì)機(jī)體的損害[1-4]。本文綜述HS的發(fā)生機(jī)制以及DS對(duì)HS的防護(hù)作用，以期為后續(xù)研究及臨床救治提供參考。

1 熱射病及其發(fā)生機(jī)制

HS是由于暴露于熱環(huán)境和(或)劇烈運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致機(jī)體產(chǎn)熱與散熱失衡，以核心體溫＞40 ℃及中樞神經(jīng)系統(tǒng)異常為特征，如精神狀態(tài)改變、抽搐或昏迷等，并伴有多器官損害的危及生命的臨床綜合征[5-6]。根據(jù)發(fā)病原因及易感人群的不同，HS可分為經(jīng)典型HS(classic heat stroke，CHS)與勞力型HS(exertional heat stroke，EHS)。CHS多見于老年人、孕婦、兒童及有慢性基礎(chǔ)疾病的人群，主要由于被動(dòng)暴露于熱環(huán)境而致病[7-10]。EHS多見于運(yùn)動(dòng)員、軍人、建筑工人等，主要由于高強(qiáng)度體力活動(dòng)而致病。據(jù)國(guó)外的調(diào)查資料，在夏季熱浪期間，CHS人群發(fā)病率為(17.6~26.5)/10萬，其中老年人病死率＞50%[8,11-12]；由于EHS常見于健康的年輕人，且通常能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并治療，因此病死率較低(＜5%)[12]。

HS的主要發(fā)病機(jī)制可概括為從體溫調(diào)節(jié)機(jī)體散熱尚能平衡產(chǎn)熱的代償階段發(fā)展到失代償階段，最終心輸出量不足以應(yīng)對(duì)高體溫調(diào)節(jié)需求。由于核心體溫持續(xù)升高，導(dǎo)致直接細(xì)胞毒性效應(yīng)及炎癥反應(yīng)，形成惡性循環(huán)，最終導(dǎo)致多器官衰竭[13]。

腸道是重要的消化及免疫器官，亦含有大量細(xì)菌，這些細(xì)菌可產(chǎn)生大量?jī)?nèi)毒素[14]。在生理狀態(tài)下，腸黏膜屏障起著防止細(xì)菌與毒素入血的作用[15]，而在HS病程中，由于缺血缺氧、氧化應(yīng)激及胰蛋白酶的作用，腸道屏障功能受損[16-17]，腸道免疫功能障礙同樣在HS的進(jìn)展中起重要作用[18]，以上損傷因素的相互作用導(dǎo)致細(xì)胞間緊密連接受損、腸道通透性增加，細(xì)菌與內(nèi)毒素通過腸道毛細(xì)血管或淋巴管入血，最終導(dǎo)致內(nèi)毒素血癥[19-20]。還有研究表明，預(yù)防腸黏膜屏障損傷可能是中暑患者及中暑動(dòng)物模型的有效治療方式[20-22]。

熱應(yīng)激的直接損傷會(huì)導(dǎo)致炎癥反應(yīng)，使腸道通透性增加，肝臟在熱應(yīng)激下缺血壞死，解毒能力下降，最終導(dǎo)致細(xì)菌及內(nèi)毒素入血[16-18,23-24]，在兩者的共同作用下炎性細(xì)胞激活，釋放白細(xì)胞介素(IL)-1β、IL-6、腫瘤壞死因子(TNF)-α等炎性介質(zhì)[14]，參與機(jī)體防御反應(yīng)以抵御外來傷害。炎性細(xì)胞及其釋放的細(xì)胞因子在導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞損傷、促進(jìn)血小板黏附、釋放氧自由基及脂質(zhì)代謝產(chǎn)物的同時(shí)，會(huì)進(jìn)一步激活炎性細(xì)胞，并在體內(nèi)形成“瀑布效應(yīng)”，導(dǎo)致炎性介質(zhì)含量劇增，擴(kuò)大炎癥反應(yīng)，最終導(dǎo)致SIRS及MODS。

2 膳食補(bǔ)充劑的防護(hù)作用及其機(jī)制

美國(guó)食品藥品管理局將DS定義為一種增加每日總攝入量的飲食成分，包括蛋白質(zhì)、氨基酸、維生素、礦物質(zhì)及草本植物等。Rautiainen等[25]研究發(fā)現(xiàn)，正確合理地使用DS可以減少腫瘤、心血管疾病、糖尿病等疾病的發(fā)病并改善預(yù)后。軍人作為HS的高發(fā)人群，高強(qiáng)度訓(xùn)練下的營(yíng)養(yǎng)丟失、多種惡劣條件對(duì)生理的影響以及對(duì)力量與耐力等訓(xùn)練的高要求，使他們更需要DS以減輕惡劣條件對(duì)人體的不利影響，提高部隊(duì)的作戰(zhàn)能力。目前DS已廣泛應(yīng)用于軍隊(duì)中以預(yù)防疾病及提高部隊(duì)的戰(zhàn)斗力。Knapik等[26]對(duì)美軍使用DS情況的調(diào)查結(jié)果顯示，陸軍、海軍、空軍及海軍陸戰(zhàn)隊(duì)中男性使用DS的比例分別為55%、60%、60%及61%，精英軍事團(tuán)體(海軍特種作戰(zhàn)部隊(duì)、陸軍突擊隊(duì)及陸軍特種部隊(duì))中男性使用DS的比例為76%。

DS在日常生活及臨床中的應(yīng)用均十分廣泛。Bailey等[27]的調(diào)查顯示，美國(guó)1歲及以上人口中，有49%的人群使用DS，且各類DS的使用比例均呈現(xiàn)隨年齡增長(zhǎng)而增高的趨勢(shì)，其中多種維生素與礦物質(zhì)使用最多(33%)，其次是植物類(14%)及氨基酸(4%)。以上均反映了DS應(yīng)用的廣泛性。

2.1 蛋白質(zhì)與氨基酸 蛋白質(zhì)是生命活動(dòng)最主要的載體，承擔(dān)著多種生物學(xué)功能，是生物體內(nèi)最重要的生物大分子之一。氨基酸是蛋白質(zhì)構(gòu)成及消化吸收的基本單位，較多學(xué)者關(guān)注并研究了氨基酸作為DS對(duì)HS的防護(hù)作用。谷氨酰胺是胃腸道細(xì)胞(特別是腸道淋巴細(xì)胞)的供能物質(zhì)，也是體內(nèi)抗氧化物質(zhì)谷胱甘肽的前體[28]。有研究發(fā)現(xiàn)，谷氨酰胺能增強(qiáng)熱應(yīng)激小鼠熱休克蛋白70的表達(dá)，并提高小鼠的存活率[29-30]。Soares等[1]發(fā)現(xiàn)在小鼠飲食中補(bǔ)充谷氨酰胺可減輕熱暴露帶來的體溫升高及腸道通透性增加。Evans等[31]研究發(fā)現(xiàn)，谷氨酰胺能預(yù)防細(xì)胞因子介導(dǎo)的人結(jié)腸上皮細(xì)胞凋亡。丙氨酰谷氨酰胺常作為腸外營(yíng)養(yǎng)的組成部分，在體內(nèi)可以分解為谷氨酰胺與丙氨酸。高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)造成的體液丟失，以及運(yùn)動(dòng)中腸道缺血導(dǎo)致的水與電解質(zhì)吸收減少在EHS的發(fā)生發(fā)展中起重要作用。Hoffman等[32]發(fā)現(xiàn)丙氨酰谷氨酰胺可增強(qiáng)水及電解質(zhì)的吸收，從而明顯提高機(jī)體代謝水平，抵抗肌肉蛋白的分解，增強(qiáng)肌肉運(yùn)動(dòng)能力，延緩疲勞的產(chǎn)生，提示可以通過補(bǔ)充DS提高機(jī)體的活動(dòng)耐量及對(duì)水與電解質(zhì)的吸收能力，從而預(yù)防HS的發(fā)生。Chen等[33]發(fā)現(xiàn)，在肉雞飲食中加入蘇氨酸可以減輕脂多糖造成的腸道屏障功能破壞及全身炎癥反應(yīng)。精氨酸是一氧化氮產(chǎn)生的底物，一氧化氮可以提高巨噬細(xì)胞的殺菌作用。其次，作為一種有效的免疫功能調(diào)節(jié)劑，精氨酸還能調(diào)節(jié)淋巴細(xì)胞的增殖及成熟，以及淋巴細(xì)胞和巨噬細(xì)胞的分化。精氨酸缺乏可能導(dǎo)致免疫功能不全，并增加危重患者的感染風(fēng)險(xiǎn)[34]。Yi等[35]對(duì)豬進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，精氨酸可以減輕熱應(yīng)激對(duì)豬腸道屏障的損傷作用。Huang等[36]研究發(fā)現(xiàn)，精氨酸可減輕熱應(yīng)激對(duì)小鼠腸道屏障的損傷作用。

2.2 維生素與礦物質(zhì) 微量元素通過參與構(gòu)成酶活性中心、激素及維生素等在體內(nèi)發(fā)揮十分重要的生理功能。谷胱甘肽過氧化物酶是一種廣泛存在于機(jī)體內(nèi)的過氧化物分解酶，可催化谷胱甘肽(glutathione，GSH)生成氧化型谷胱甘肽，并將有毒的H2O2還原成H2O。硒是谷胱甘肽過氧化物酶的組成成分，Liu等[2]研究發(fā)現(xiàn)，在豬的膳食中增加硒及維生素E的含量，可減輕熱應(yīng)激對(duì)腸屏障完整性的影響，該作用與減輕氧化應(yīng)激有關(guān)。Chang等[37]在熱應(yīng)激后的小鼠腹腔內(nèi)注射維生素C，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其可以減輕HS小鼠的炎癥反應(yīng)及下丘腦損傷。以上研究提示，對(duì)于需腸外營(yíng)養(yǎng)的HS重癥患者，可以添加一些對(duì)HS有明確防護(hù)作用的DS，以增強(qiáng)患者對(duì)HS的抵抗能力。目前關(guān)于維生素與礦物質(zhì)對(duì)HS防護(hù)作用的研究很少，可能與維生素與礦物質(zhì)在體內(nèi)含量較少有關(guān)。

2.3 中藥類 隨著對(duì)中醫(yī)藥研究的深入，中醫(yī)藥在HS的防治中也發(fā)揮了越來越重要的作用。Wan等[3]將85例中暑患者隨機(jī)分為常規(guī)組與大黃組，前者接受常規(guī)治療，后者在常規(guī)治療基礎(chǔ)上補(bǔ)充大黃，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與常規(guī)組比較，大黃組炎性因子的表達(dá)受到抑制、肝腎功能改善、疾病嚴(yán)重程度評(píng)分降低，不利事件發(fā)生率下降。Cheng等[38]在熱應(yīng)激前連續(xù)3 d給予大鼠白藜蘆醇灌胃，發(fā)現(xiàn)白藜蘆醇可通過抗氧化及抗炎作用改善熱應(yīng)激狀態(tài)下大鼠腸道的結(jié)構(gòu)及功能。Sandner等[39]對(duì)Caco-2細(xì)胞、線蟲及肉雞進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)人參提取物中的人參皂苷可以降低熱應(yīng)激狀態(tài)下Caco-2細(xì)胞中熱休克蛋白1A(HSPA1A)的表達(dá)，并上調(diào)緊密連接蛋白(CLDN)3、CLDN1及密封蛋白(OCLN)的表達(dá)；可以提高線蟲在熱應(yīng)激下的存活時(shí)間；還可改善熱應(yīng)激下肉雞的生長(zhǎng)狀態(tài)。姜黃素是從姜科、天南星科植物的根莖中提取的一種二酮類化合物，Szymanski等[40]招募了8名志愿者，通過在高溫環(huán)境下長(zhǎng)跑來模擬EHS，并每日口服500 mg姜黃素，通過檢測(cè)腸道脂肪酸結(jié)合蛋白(intestinal fatty acidbinding protein，I-FABP)評(píng)估腸道屏障功能，檢測(cè)炎性因子評(píng)估機(jī)體炎癥水平，檢測(cè)生理緊張指數(shù)(physiological strain index，PSI)評(píng)估患EHS的風(fēng)險(xiǎn)，連續(xù)干預(yù)3 d后，結(jié)果顯示姜黃素可以改善熱應(yīng)激下的腸道屏障受損，減輕炎癥反應(yīng)并降低PSI評(píng)分。Wang等[41]在脂多糖處理的Caco-2細(xì)胞中加入漢黃芩素，結(jié)果發(fā)現(xiàn)漢黃芩素可以通過抑制Toll樣受體4(Toll like receptor 4，TLR4)、髓樣分化因子88(myeloid differentiation factor 88，MyD88)、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β激活激酶1(TGF-β activated kinase 1，TAK1)介導(dǎo)的核因子(NF)-κB途徑減少促炎因子的釋放并維持腸道的屏障功能。

2.4 益生菌 益生菌作為特殊的DS，當(dāng)攝取足夠數(shù)量時(shí)，對(duì)宿主健康有益，具有調(diào)節(jié)腸道功能紊亂、改善腸道菌群結(jié)構(gòu)、減輕腸道疾病產(chǎn)生的炎癥、提高腸道屏障功能等作用[42]。目前，益生菌多用于常見的消化系統(tǒng)疾病如新生兒壞死性結(jié)腸炎、感染性腹瀉、炎癥性腸病等[43]。在熱應(yīng)激研究領(lǐng)域，益生菌在畜牧業(yè)中的應(yīng)用已取得一定成果并推廣應(yīng)用。研究發(fā)現(xiàn)，多種益生菌的使用可顯著提高雞、鴨、豬、牛等禽畜對(duì)熱應(yīng)激的耐受能力，在高溫季節(jié)能夠降低其死亡率，提高其攝食量、產(chǎn)蛋率等生產(chǎn)性能指標(biāo)[44-45]。Sorokulova等[46]使用枯草芽孢桿菌BSB3株于熱應(yīng)激前2 d灌服大鼠，然后對(duì)其進(jìn)行熱應(yīng)激(45 ℃高溫環(huán)境暴露25 min)干預(yù)，通過觀察大鼠的相關(guān)損傷指標(biāo)及腸道病理變化，發(fā)現(xiàn)預(yù)先服用益生菌可明顯降低大鼠的熱應(yīng)激反應(yīng)。本課題組前期研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)大鼠連續(xù)7 d灌服地衣芽孢桿菌(Bacillus licheniforms，BL)活菌可顯著改善熱應(yīng)激(環(huán)境溫度42 ℃，相對(duì)濕度65%，暴露1 h)大鼠的肝腎功能，并減少血清中IL-1β、IL-6、TNF-α等炎性因子的表達(dá)，BL對(duì)熱應(yīng)激的防護(hù)機(jī)制是調(diào)節(jié)腸道菌群，緩解熱應(yīng)激早期出現(xiàn)的腸道損傷，維持腸道屏障功能，從而緩解熱應(yīng)激大鼠的病情。對(duì)大鼠的腸道菌群進(jìn)行深入研究發(fā)現(xiàn)，羅姆布茨菌(Romboutsia)屬在熱應(yīng)激大鼠糞便中的豐度升高，使用BL可降低該菌在腸道內(nèi)的比例，但羅姆布茨菌屬與熱應(yīng)激的關(guān)系仍須進(jìn)一步驗(yàn)證[47]。

2.5 其他 二十碳五烯酸(eicosapentaenoic acid，EPA)是一種多不飽和脂肪酸，具有清理血管中膽固醇及三酰甘油的功能。Xiao等[4]發(fā)現(xiàn)，EPA可明顯減輕熱應(yīng)激對(duì)Caco-2細(xì)胞間緊密連接的破壞，保護(hù)腸道屏障功能。乳制品含有豐富的營(yíng)養(yǎng)，Prosser等[48]發(fā)現(xiàn)，通過在小鼠飲食中添加牛初乳及羊奶的方法，可以減輕熱應(yīng)激后小鼠腸道通透性的增加。Marchbank等[49]對(duì)12名運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，牛初乳可以減輕熱應(yīng)激下腸道通透性的增加，增強(qiáng)運(yùn)動(dòng)能力，并預(yù)防中暑。Davison等[50]發(fā)現(xiàn)肌肽鋅與牛初乳聯(lián)合使用可以減輕熱應(yīng)激后腸道屏障功能的損傷。

3 總結(jié)與展望

隨著全球熱浪的頻發(fā)、人口老齡化的加劇以及官兵作訓(xùn)的需要，更多關(guān)于HS發(fā)生發(fā)展的研究逐漸開展。在HS發(fā)病過程中，腸道屏障功能破壞是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，而腸道屏障破壞繼發(fā)的內(nèi)毒素血癥、SIRS及MODS已成為HS致死的主要原因。DS是對(duì)日常飲食的補(bǔ)充，且具有減輕熱應(yīng)激下腸道屏障損傷及炎癥反應(yīng)的作用，可作為防治HS的重要方法。谷氨酰胺具有明確的HS防護(hù)效應(yīng)，可在生活訓(xùn)練等方面應(yīng)用。乳制品中的乳鐵蛋白有提高腸道屏障功能、抗氧化及減輕機(jī)體炎癥反應(yīng)的作用，但其對(duì)HS的治療作用目前研究較少，因此加強(qiáng)學(xué)科間的交叉研究、促進(jìn)科研成果向臨床應(yīng)用的轉(zhuǎn)化十分重要。益生菌作為一種特殊的補(bǔ)充劑也是目前HS研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)，有著十分廣闊的應(yīng)用前景，可以進(jìn)行更多、更深入的研究以探究其機(jī)制。