心脏直视手术后的全身炎症反应综合征与机体免疫应答

心脏直视手术后的全身炎症反应综合征与机体免疫应答（作者:___________单位: ___________邮编: ___________）【关键词】全身炎症反应综合征;体外循环;免疫应答体外循环（cardiopulmonary bypass, CPB）相关的心脏直视手术可以导致机体产生全身炎症反应综合征（systemic inflammatory response syndrome, SIRS），从而影响这类患者的术后并发症和死亡率。

通过对冠状动脉旁路移植术（coronary artery bypass grafting, CABG）患者围术期炎性因子的监测发现心脏手术本身和CPB均可以诱导前炎性和抗炎性的免疫反应［1］。

SIRS是机体对炎症全身激活的生理反应；SIRS是基于对感染、炎症和危重病发生发展机制深入认识后提出的新概念。

SIRS是机体对多种细胞因子和炎性介质的反应，当机体受到外源性创伤或感染毒性物质的打击时，可促发初期炎症反应，同时机体产生内源性免疫炎性因子而形成瀑布效应［2］。

1 非特异性与特异性免疫的参与随着CPB相关研究的不断进展，CPB心脏手术导致的这种免疫反应也逐渐被阐明。

临床上此类患者常表现多种症状，这些临床表现被通称为SIRS。

在这种炎症反应综合征中，所有先天的免疫成分（非特异性免疫）均参与其中，例如多型核白细胞（PMN）、弹性蛋白酶、补体等均被激活，同样发生变化的还有初期炎性介质IL(白介素)-1β、IL-6、IL-8和肿瘤坏死因子（TNF-α）。

为了适应这一反应过程，特异性免疫反应也发生了相应改变，T淋巴细胞和T辅助细胞均下调，而细胞毒性T细胞和B细胞几乎不受影响。

细胞因子方面的监测提供了更加详细的信息，作为T辅助I型细胞活化的重要示踪成分IL-2和IL-12在心脏术后浓度下降，提示辅助性T细胞受抑；相反，反映T辅助Ⅱ型细胞的IL-10和转化生长因子β却处于上调状态［3］。

在CPB试验中延迟发生的高敏皮肤反应和破伤风抗体进一步证实了T辅助Ⅱ型细胞的适应性免疫反应的极化状态。

但所有这些改变并不能逆转临床表现，因此高风险手术和严重围术期并发症患者免疫反应的相关信息需要更多的研究，以便找出临床事件是否与免疫反应改变有关联。

2 CPB及其改进对炎症反应的影响血液与人工材料的接触是CPB引起炎症反应的最主要的原因。

CPB 期间，血液与管道、回流室等人工材料表面直接接触，血浆蛋白被无选择地吸附在人工材料表面，同时体液成分和细胞成分，包括补体系统、凝血系统、激肽释放酶系统、纤溶系统、血小板、白细胞、血管内皮细胞等均被激活。

血液激活时，其各种组成成分相互作用，不仅激活其他成分，也反馈地激活自身，并分泌大量炎性介质，引发全身炎症反应。

PMN-内皮反应在CPB相关试验中做了研究，随着CPB开始血液稀释体内循环血液中PMN数量明显下降，随后又发生白细胞增多。

CPB试验中L选择素和CD11/CD18上调反映出CPB刺激PMN活动。

在体内创伤应激、感染和其他炎症过程可以增加循环中L选择素阳性的PMN细胞数量，而且这些PMN是通过从骨髓中选择性迁移而来。

这种改变被认为是CPB诱导的血液异物表面反应和可溶性细胞因子（补体、TXA2、PAF、IL-8）释放的潜在动力［2］。

Jansen等人在观察了40例婴幼儿CPB术中补体C3a、C5b和前炎性因子IL-6、IL-8浓度变化后指出，与传统CPB系统比较，全肝素涂抹的CPB设备、离心泵和闭式CPB可以明显减少心脏手术患者（尤其在10 kg以下患儿）补体激活并使之保持在较低水平，同时减少多型核PMN的释放［4］。

作为增加组织相容性、减轻血液成分激活、减少血液丢失的肝素涂抹技术（heparin coating technique）已经兴起许多年了，并取得了满意的临床结果［5-7］。

通常肝素无法直接与材料表面连接，即使连接也会由于血液的冲刷而洗脱。

需要在非生物材料表面先覆盖一层化学基质，作为与肝素共价结合的苯环分子密切结合的基础，这样才可以保证共价键结合的肝素分子可以在材料表面长期稳定的存在，达到抗凝、血液保护的目的。

肝素涂抹可以①减少补体的激活；②抑制白细胞的激活；③减少血小板黏附、改善血小板功能；④抑制致炎因子TNF-α、IL-6、IL-8及可溶性TNF受体的释放，从而改善CPB设备人工材料与血液的生物相容性。

随着分子生物学技术的不断发展，有研究正在开发内皮细胞培养、种植、移行、覆盖于非生物材料表面，从而达到增强材料生物相容性、降低异物表面反应的目的。

目前临床覆膜支架的使用以减少血液破坏和血栓形成为目的，并取得了一定效果［7］。

在对CPB下CABG患者的随机对比研究中Tayama［8］指出高剂量西米替丁可以通过提高细胞免疫减轻CPB后相关炎症反应，具体表现为CPB后两小时西米替丁组血浆中性粒细胞弹性蛋白酶和IL-8浓度均处于低水平，而且术后5天淋巴细胞恢复率和C－反应蛋白水平均高于对照组，同时西米替丁组术后ICU带管时间短。

由此可见与CPB相关的SIRS中细胞免疫参与其中并具有不可忽视的重要作用。

3 SIRS与免疫Rinder在CPB肾脏损伤的相关研究中通过观察CPB心脏术后血清肌酐水平与白细胞示踪、血小板激活的关系，指出中性粒细胞黏附受体CD11b上调和循环中中性粒细胞数量增加与CPB后急性肾损伤相关，提示活化的中性粒细胞参与了CPB术后并发症的发生［9］。

Massoudy 等人在寻找肺脏的炎症反应证据的研究中检测了右心房和肺静脉两处不同时点炎性因子和血小板黏附分子CD41和CD62以及白细胞黏附分子CD11b和CD41，发现肺静脉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细胞，使二者表达黏附分子，从而增加白细胞和血小板在肺内的滞留和聚集，使局部炎症反应加剧，导致CPB术后患者经常出现肺功能不全的表现［10］。

CPB时最早受到影响的是补体系统，而CPB也是补体激活的最主要的原因［11］。

旁路途径被认为是CPB中补体激活的主要途径，通过血液在内皮及管道壁沉积C3b，内皮表面的C3b迅速被清除，而残留在管壁上的C3b则把管壁作为反应场刺激膜攻击复合物大量形成，并产生过敏毒素C3a、C5a。

C5a是补体激活的标志，它可引起体内一系列炎症反应：①促使肥大细胞和嗜碱性粒细胞释放组胺，引起平滑肌的收缩和毛细血管通透性增加；②与中性粒细胞表面的受体结合，引起细胞聚集，促进细胞脱颗粒和溶酶体释放，增强化学驱动作用和趋化性，激发氧自由基的形成和释放；③促使内皮细胞Weible-Palade 小体中的P-选择素释放，促进中性粒细胞黏附；④刺激单核细胞产生、释放TNF-α、IL-1、IL-6等细胞因子。

CPB期间存在着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异物表面上，由于血小板在异物表面的黏附，使其在血液中含量明显降低。

同时，由于异物的刺激，血小板脱颗粒释放出多种物质，引起血管收缩、血小板聚集，影响微循环。

最近研究发现，CPB期间血小板激活后还释放可溶性CD40配体（sCD40L），促进血栓形成和炎症反应。

此外，血小板表面α2肾上腺素能受体明显减少，导致血小板凝聚功能下降。

血小板的这些变化参与了术后出血及并发症的发生［11］。

大量研究观察了胃肠道血流减少与炎症反应损害之间的关系。

最近的工作已经探索并建立了胃肠道低灌注、细菌移位、多脏器衰竭和SIRS之间的一种病理生理联系。

胃粘膜pH下降并随术后感染并发症的程度而加重。

细小微生物可能通过肠腔吸收入肠系膜循环进入胃肠道的淋巴系统，这种现象称为“吸混现象”。

目前认为各种细胞因子、炎症反应、药物或物理因素均可影响细胞间紧密连接，使肠道通透性改变。

创伤、休克、出血等可增加肠道通透性，肠道通透性的增加可导致细菌和细菌产物的移位、门脉和体循环中前炎性细胞因子的出现。

另外，肠壁本身产物吸收胃肠道淋巴循环也是内毒素血症的一个主要来源；胃肠道粘膜局部的T淋巴细胞由于胃肠道免疫保护机制的异常发生凋亡。

这些均导致重大创伤及围CPB期间胃肠道细菌转移增加，进一步加重SIRS［12］。

4 炎症反应的分子机制对于经历心血管手术的患者来说，最终活化的基因是那些编码E-选择素、ICAM、VCAM、IL-8、TNF、iNOS和组织因子的基因，它们的过度表达将对机体带来严重的全身炎症反应。

近年来，细胞外信号调节基因表达的传导途径研究有了深入进展，尤其引人注意的是发现许多炎症信号都通过了核转录因子NF-κB（nuclear factor kappa B）调节［13］。

NF-κB能被多种因素激活，包括细胞因子TNF、IL-1、粘多糖（LPS）等，这些刺激因子与细胞膜表面不同的受体结合后，经过细胞内复杂的信号传导途径激活特定的IκB激酶IKKα和IKK β，使二者迅速磷酸化、降解，NF-κB因此激活，活化的NF-κB二聚体快速易位到细胞核，与靶基因启动子和增强子中的κB序列结合，增强基因转录和蛋白质合成。

NF-κB作为具有多向性调节功能的核转录因子，广泛参与多种细胞因子和炎性介质的基因转录。

调节核转录因子NF-κB活性有望控制CPB后全身炎症反应程度。

5 免疫抑制与抗SIRS治疗目前除常规抗炎症反映治疗措施外，甲泼尼龙、蛋白酶抑制剂、单克隆抗体等新型制剂应用于临床预防和治疗CPB相关的SIRS。

Lodge 等人证实在新生乳猪模型种甲泼尼龙（methyprednisolone）可以减轻CPB相关的炎症反应，而且认为使用时机对于改善肺顺应性、降低肺血管阻力、减少细胞外水肿起到至关重要的作用，建议在CPB前8 h和1.5 h使用效果最佳。

McBride［14］测定了CPB后细胞因子的产生，发现甲泼尼龙降低IL-8和TNF并升高IL-10。

研究表明，他能明显抑制TNF-α、IL-1、IL-6、IL-8释放，加速IL-10的释放，抑制白细胞的激活和聚集，并有保护血小板功能、减少术中和术后出血的作用。

抑肽酶减轻CPB炎症反应的作用呈剂量依赖性，当大剂量应用时，具有明显抑制炎症反应的作用。

单克隆抗体有抗细胞因子抗体，如TNF-α、IL-1、IL-8抗体、中性粒细胞粘合素黏附分子和ICAM-1黏附分子抗体等［15］。

应用外源性TNF-α抗体或可溶性TNF-α受体可减少游离TNF-α总体水平以及由其引起的炎症激活。

CPB期间由于血液长期与异物材料表面的接触导致多系统、多细胞激活，产生大量的体液炎性介质和细胞炎性介质，这些炎性介质间相互作用，形成一个极为复杂的反应过程，最终引起组织损伤，器官功能障碍；有效控制CPB相关的炎症反应，减少对机体免疫系统的影响将有助于患者术后的顺利康复。

【参考文献】［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 ClinCytom，2003，53(1):70-74.［2］ Lequier L. Extracorporeal life support in pediatric and neonatal critical care: a review ［J］. J Intensive Care Med，2004，19(5):243-258.［3］ Markewitz A, Lante W, Franke A,et al. Alterations of cell-mediated immunity following cardiac operations: clinical implications and open questions ［J］. Shock，2001，16 Suppl 1:10-15.［4］ Jensen E, Andreasson S, Bengtsson A,et al. Influence of two different perfusion systems on inflammatory response in pediatric heart surgery ［J］. Ann Thorac Surg，2003，75(3):919-925.［5］ Harig F, Feyrer R, Mahmoud FO,et al. Reducing the post-pump syndrome by using heparin-coated circuits, steroids, or aprotinin ［J］. Thorac Cardiovasc Surg，1999 ，47(2):111-118.［6］Harig F, Hohenstein B, von der Emde J,et al. Modulating IL-6 and IL-10 levels by pharmacologic strategiesand the impact of different Cardiopulmonary bypass parameters during cardiac surgery ［J］. Shock，2001，16 Suppl 1:33-38.［7］ Inui K, Shimazaki Y, Watanade T,et al. Effects of Duraflo II heparin-coated cardiopulmonary bypass circuits on the coagulation system, endothelial damage, and cytokine release in patients with cardiac operation employing aprotinin and steroids ［J］. Artif Organs，1999，23(12):1107-1112.［8］ Tayama E, Hayashida N, Fukunaga S,et al. High-dose cimetidine reduces proinflammatory reaction after cardiac surgery with cardiopulmonary bypass ［J］. Ann Thorac Surg，2001，72(6):1945-1949.［9］ Rinder CS, Fontes M, Mathew JP,et al. Neutrophil CD11b upregulation during cardiopulmonary bypass is associated with postoperative renal injury ［J］. Ann Thorac Surg，2003，75(3):899-905.［10］ Massoudy P, Zahler S, Becker BF,et al. Evidence for inflammatory responses of the lungs during coronary artery bypass grafting with cardiopulmonary bypass ［J］. Chest，2001，119(1):31-36.［11］ Antonelli M, Testa G, Tritapepe L,et al. IL-8, IL-6 and ICAM-1 in serum of paediatric patients undergoing cardiopulmonary bypass with and without cardiocirculatory arrest ［J］. J Cardiovasc Surg (Torino)，1999，40(6):803-809.［12］ Aebert H, Kirchner S, Keyser A, et al. Endothelial apoptosis is induced by serum of patients after cardiopulmonary bypass ［J］. Eur J Cardiothorac Surg，2000，18(5):589-593.［13］ Yeh CH, Chen TP, Wu YC,et al. Inhibition of NFkappaB activation with curcumin attenuates plasma inflammatory cytokines surge and cardiomyocytic apoptosis following cardiac ischemia/reperfusion ［J］.J Surg Res，2005，125(1):109-116.［14］McBride WT, Allen S,Gornley SM,et al. Methylprednisolone favourably alters plasma and urinary cytokine homeostasis and subclinical renal injury at cardiac surgery ［J］. Cytokine， 2004，27(2-3):81-89.［15］ Pallua N, Low JF, von Heimburg D. Pathogenic roleDOC格式论文，方便您的复制修改删减of interleukin-6 in the development of sepsis. Part II: Significance of anti-interleukin-6 and anti-soluble interleukin-6 receptor-alpha antibodies in a standardized murine contact burn model ［J］. Crit Care Med，2003，31(5):1495-1501.。