一氧化氮治療急性呼吸窘迫綜合征的臨床進(jìn)展

陳洪雷，潘鐵文，徐志飛

急性肺損傷(acute lung injury，ALI)/急性呼吸窘迫綜合征(acute respiratory distress syndrome，ARDS)是在嚴(yán)重感染、休克、創(chuàng)傷及燒傷等非心源性疾病過程中，肺毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞和肺泡上皮細(xì)胞損傷造成彌散性肺間質(zhì)及肺泡水腫導(dǎo)致的急性低氧性呼吸功能不全或衰竭。以肺容積減少、肺順應(yīng)性降低、嚴(yán)重的通氣/血流比例失調(diào)為病理生理特征，其臨床特征包括呼吸窘迫，進(jìn)行性低氧血癥，影像學(xué)表現(xiàn)為非均一性的滲出性病變。由于病因復(fù)雜，病情嚴(yán)重，其臨床死亡率較高，Miberg等［1］報(bào)道的ARDS死亡率為40% ～50%。

目前對于ARDS的治療手段眾多，其中之一的選擇性肺血管擴(kuò)張劑一氧化氮(nitric oxide，NO)于20世紀(jì)后期開始進(jìn)入臨床治療領(lǐng)域。

1 NO的發(fā)現(xiàn)

1980年，美國科學(xué)家 Furchgott和 Zawadzki［2］在一項(xiàng)研究中發(fā)現(xiàn)了一種小分子物質(zhì)，這種物質(zhì)具有使血管平滑肌松弛的作用，后來被Palmer等［3］命名為血管內(nèi)皮細(xì)胞舒張因子(endothelium-derived relaxing factor，EDRF)。EDRF 是一種生物自由基，通過后來的實(shí)驗(yàn)證實(shí)為NO，這是有關(guān)NO生理作用的首次發(fā)現(xiàn)。

基于Furchgott的研究發(fā)現(xiàn)，1991年Falke等［4］首次報(bào)道1例NO治療重癥ARDS病例。結(jié)果顯示吸入18ppm和36ppm NO后，平均肺動(dòng)脈壓(meanpulmonary atery pressure，MPAP)從7．2kPa(54mmHg)分別降至 5．6kPa(42mmHg)和4．9kPa(36．8mmHg)，右心射血分?jǐn)?shù)增加，其效果與靜注前列環(huán)素相似，且更可明顯提高動(dòng)脈血氧分壓(PaO2)，降低肺內(nèi)分流量(Qsp，Qs/Qt)和生理無效腔(Vd/Vt)。

2 NO的理化性質(zhì)

NO是一種非膽堿能、非腎上腺素能神經(jīng)遞質(zhì)，參與痛覺傳入的感覺傳遞過程。它廣泛分布于生物體內(nèi)各組織中，對心腦血管、神經(jīng)、免疫調(diào)節(jié)等方面有著十分重要的生物學(xué)作用。NO是一種生物信使分子，極不穩(wěn)定，分子小，結(jié)構(gòu)簡單，常溫下為氣體，微溶于水，具有脂溶性，可快速透過生物膜擴(kuò)散，生物半衰期只有3～5秒，其生成依賴于一氧化氮合成酶(nitric oxide synthase，NOS)。

3 NO的合成

NO合成的關(guān)鍵酶NOS按照編碼基因以及在細(xì)胞內(nèi)分布和對鈣的依賴性分為神經(jīng)型(nNOS)、內(nèi)皮型(eNOS)和誘導(dǎo)型(iNOS)，nNOS和 eNOS合稱為結(jié)構(gòu)型NOS(cNOS)。

cNOS主要存在于上皮、腦和血小板，其活性為鈣和鈣調(diào)蛋白(CaM)依賴性，受細(xì)胞內(nèi)鈣離子(Ca2+)濃度生理性調(diào)節(jié)。Moncada等［5］證明了NO是通過血管內(nèi)皮細(xì)胞中的L-精氨酸-NO合成途徑產(chǎn)生的。在生理狀態(tài)下cNOS合成皮摩爾(pmol)水平的NO，活性不受糖皮質(zhì)激素的影響，乙酰膽堿、緩激肽、組胺、內(nèi)皮素等均能刺激血管內(nèi)皮細(xì)胞，導(dǎo)致其質(zhì)膜上Ca2+通道開放，細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度升高，Ca2+與CaM結(jié)合而激活cNOS，增加NO的合成。經(jīng)eNOS產(chǎn)生的NO參與調(diào)節(jié)血壓和器官的血流分布，抑制血小板的黏附和活化及多核粒細(xì)胞的聚集。由nNOS產(chǎn)生的NO作為神經(jīng)傳導(dǎo)遞質(zhì)參與腦的發(fā)育、學(xué)習(xí)和記憶過程，但若過量則對神經(jīng)有損害作用［6］。

iNOS主要存在于單核巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、血管平滑肌細(xì)胞等，iNOS為一個(gè)260kD的同源二聚體，無活性的單體需聚合成二聚體才獲得合成NO的能力。iNOS一旦合成，其活性為非Ca2+依賴性，但其誘導(dǎo)過程為Ca2+依賴性。iNOS的氨基酸序列分析證實(shí)有CaM結(jié)合部位。iNOS活性對細(xì)胞內(nèi)L-精氨酸、還原型輔酶Ⅱ(NADPH)和四氫葉酸的依賴性大于cNOS［5］。此外，iNOS誘導(dǎo)后活性可持續(xù)達(dá)20小時(shí)，合成納摩爾(nmol)水平的NO，較cNOS合成的NO濃度約高1 000倍。在生理狀態(tài)下iNOS表達(dá)很低，微生物內(nèi)外毒素、炎癥遞質(zhì)如腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、白介素-1β(IL-1β)、脂多糖 (LPS)等可通過活化核轉(zhuǎn)錄因子-κB(NF-κB)而高表達(dá)iNOS。在經(jīng)典的NF-κB活化信號通路中，核轉(zhuǎn)錄因子抑制蛋白Bα(IκBα)的降解是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。靜息狀態(tài)下，NF-κB二聚體就是與抑制蛋白IκBα結(jié)合而保留在細(xì)胞質(zhì)中沒有轉(zhuǎn)錄活性。當(dāng)某些信號刺激誘使IκBα泛素化并降解，NF-κB二聚體則被磷酸化后發(fā)生核轉(zhuǎn)移，與多種參與炎癥發(fā)生發(fā)展的基因的啟動(dòng)子上的特異性序列相結(jié)合，調(diào)節(jié)包括iNOS基因在內(nèi)的多種基因的轉(zhuǎn)錄［6］。iNOS催化合成的NO是一種重要的炎癥介質(zhì)，在炎癥發(fā)展過程中起著重要的促進(jìn)作用，過量的NO具有很強(qiáng)的細(xì)胞毒作用。

4 NO治療ARDS的臨床研究

Adhikari等［7］總結(jié)以往包括1 237名患者在內(nèi)的12項(xiàng)隨機(jī)分組試驗(yàn)后認(rèn)為:雖然NO對ARDS患者病死率未有明顯的有益作用，但確實(shí)改善了24小時(shí)內(nèi)氧合作用［氧分壓/吸入氧濃度(PaO2/FiO2)改善13%］，這是迄今為止規(guī)模最大的群體性研究。隨后也有臨床報(bào)道證實(shí)了NO具有改善ARDS病人呼吸功能的作用［8］。國內(nèi)也相繼開展了相關(guān)研究，劉少華等［9］通過實(shí)驗(yàn)認(rèn)為NO吸入治療顯著降低ARDS山羊的 MPAP(P ＜0．01)，增加 PaO2(P ＜0．01)，減少肺泡動(dòng)脈氧分壓差［P(A-a)O2］和肺內(nèi)分流率(Qs/Qt)(P值均＜0.05);與吸入NO比較，聯(lián)合小劑量硝普鈉靜脈注入后平均動(dòng)脈壓降低(P ＜0．05)，心排血量、MPAP、PaO2、P(A-a)O2和 Qs/Qt無明顯變化(P 值均 ＞0．05)。Turner等［10］報(bào)道 7例病人在體外膜肺的配合下吸入NO治療甲型H1N1流感感染，達(dá)到了良好的效果?？婇L虹等［11］從分子水平研究了NO對ARDS影響，通過觀察吸入NO對內(nèi)毒素性ARDS犬肺組織中TNF-α、白細(xì)胞介素-8(IL-8)及表面分化抗原CD11b的信使RNA(mRNA)表達(dá)水平，認(rèn)為單純通氣組肺組織中的TNF-α、IL-8及 CD11bmRNA表達(dá)水平高于 NO組(P＜0.05)，進(jìn)一步從分子水平論證了NO對ARDS的治療作用。

5 NO治療ARDS的機(jī)制

ARDS的主要病理生理特征是低氧血癥和肺動(dòng)脈高壓，其低氧血癥來自包括:(1)通氣/灌流(V/Q)比例失調(diào)。ARDS患者的肺并非全部僵硬，僅部分有炎癥、實(shí)變或萎陷而通氣不良和順應(yīng)性降低，其余肺的順應(yīng)性和通氣幾乎正常。因部分肺的V/Q失調(diào)可致氧合降低;(2)肺內(nèi)分流(Qs/Qt)增加可致低氧血癥。ARDS時(shí)肺血管收縮和微血管廣泛閉塞，可致肺動(dòng)脈壓(PAP)升高。

ARDS患者有不同程度的呼吸窘迫，在使用NO吸入治療之后，NO進(jìn)入通氣良好的區(qū)域［12］，彌散入肺循環(huán)，產(chǎn)生擴(kuò)張肺循環(huán)的作用，使通氣血流比例改善，血氧含量增加。通氣不良區(qū)域的肺組織因NO無法進(jìn)入或者進(jìn)入很少，局部血管不能有效擴(kuò)張，通氣血流比改變不明顯，總體上通氣血流比改善，病人低氧癥狀有所緩解［13］。研究表明，NO進(jìn)入血管平滑肌細(xì)胞后通過激活鳥苷酸環(huán)化酶(GC)增加細(xì)胞內(nèi)cGMP的含量，從而激活依賴于cGMP的蛋白激酶，促使肌球蛋白輕鏈去磷酸化而松弛血管平滑肌，達(dá)到擴(kuò)張血管的作用［5，14］。

適量吸入NO在選擇性降低 ARDS患者肺動(dòng)脈高壓的同時(shí)，NO與氧自由基反應(yīng)生成硝酸和亞硝酸鹽也對活性氧(ROS)起消除作用，且NO對ROS清除作用遠(yuǎn)大于ONOOH的生成。NO通過增加對ROS的清除和抑制肺泡巨噬細(xì)胞的NF-κB活性減少促炎細(xì)胞因子TNF-α等炎癥分子表達(dá)而產(chǎn)生抗炎作用，對肺組織起到保護(hù)作用［15－16］。吸入NO之后可使肺血管擴(kuò)張，降低PAP和肺毛細(xì)血管壓，改善右心功能和通氣血流比，促進(jìn)肺水腫消除，起到治療ARDS的作用［17］。

6 NO治療ARDS的適應(yīng)證

臨床上應(yīng)用NO治療ARDS的適應(yīng)證包括:(1)患者對吸入NO有反應(yīng)(PaO2/FiO2升高超過20%);嚴(yán)重ARDS患者在通氣良好時(shí) PaO2仍 ＜12kPa(FiO2=1．0)［18］;(3)顯著右心衰者，MPAP ＞3．19kPa，肺血管阻力 ＞40wood［17］。對NO無反應(yīng)者建議反復(fù)行反應(yīng)性測試直至陽性反應(yīng)，大部分患者可起到有效作用。需要長期吸入NO時(shí)建議使用最小劑量以避免并發(fā)癥的出現(xiàn)［16］，研究認(rèn)為部分選擇性肺血管收縮劑、俯臥位對增加ARDS患者PaO2具有協(xié)同作用。

7 NO治療ARDS中的問題

目前NO在臨床應(yīng)用中存在的問題有:(1)高鐵血紅蛋白血癥(MetHb血癥)及出血:NO的一項(xiàng)副作用是高M(jìn)etHb血癥，因NO與Hb反應(yīng)的速度大于MetHb還原速度，可能產(chǎn)生高M(jìn)etHb血癥［19］。由于NO能抑制血小板的激活和聚集，出血問題亦受關(guān)注。美國職業(yè)安全健康署規(guī)定NO2＜3ppm、MetHb＜5%的總血紅蛋白是安全范圍。(2)肺血管對NO的高反應(yīng)性問題:Goldman等［20］在臨床應(yīng)用中發(fā)現(xiàn):在NO吸入開始治療的5天內(nèi)，肺血管對NO的反應(yīng)性隨著時(shí)間升高．即此期間為高反應(yīng)期。但隨著NO使用時(shí)間延長敏感性可能降低，提示NO治療時(shí)不宜間斷使用，而且應(yīng)在5～6天后停用才穩(wěn)妥。這與以往出現(xiàn)NO反跳現(xiàn)象可能有一定關(guān)系。(3)NO和超氧陰離子形成過氧化亞硝酸根(OONO－):Beckman等［21］提出 OONO－可使超氧化物歧化酶(SOD)酪氨酸硝基化，從而易化缺血細(xì)胞，使高劑量的SOD喪失保護(hù)作用。(4)腎功能損害的問題:Afshari等［22］通過研究發(fā)現(xiàn)長時(shí)間吸入NO有導(dǎo)致急性腎衰的危險(xiǎn)，特別是在治療兒童ARDS的過程中更要特別注意。(5)NO貯存問題:NO貯存需要專門設(shè)備和技術(shù)，成本相對高，一定程度上增加了患者的住院費(fèi)用。

隨著對NO研究的繼續(xù)深入，人們對NO的認(rèn)識逐步加深，這些問題將逐步得以克服，NO的治療作用將得到充分發(fā)揮。

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