膿毒癥心肌舒張功能障礙研究進展1）

王宇佳，呼邦傳，孫仁華

1 膿毒癥心肌損傷流行病學

膿毒癥（Sepsis）被定義為感染誘發(fā)的全身系統(tǒng)性炎癥反應(yīng)，可進展為膿毒性休克及多臟器功能障礙，其中，心臟是重要的受累器官之一，膿毒癥患者可出現(xiàn)不同程度的心功能障礙。研究已顯示，在嚴重膿毒癥和膿毒性休克的患者中，約有44%患者出現(xiàn)心功能障礙［1］，其病死率約為70%。與膿毒癥正常心功能者相比，膿毒癥伴有心功能障礙患者死亡率增加20%［2］。

既往認為膿毒癥致心功能障礙特指心肌收縮功能障礙。然而，近年來，隨著血流動力學監(jiān)測和心臟超聲技術(shù)的發(fā)展，研究者發(fā)現(xiàn)膿毒癥心肌損傷可表現(xiàn)為不同類型的心功能障礙，如左室舒張功能障礙、左室收縮功能障礙和右室功能障礙，且不同類型的心功能障礙可互相并存。Pulido等［3］在106例嚴重膿毒癥或膿毒性休克患者中，采用經(jīng)胸壁心臟超聲評價不同心功能障礙對病死率影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)68例（64%）患者存在心功能不全，其中，存在左室舒張功能不全、左室收縮功能不全和右室功能不全的患者分別為39例（37%）、29例（27%）和33例（31%），提示左室舒張功能障礙所占比例最高。相比較收縮功能障礙患者，膿毒癥心臟舒張功能障礙患者對液體治療反應(yīng)性差，其病死率增加。因此，早期識別膿毒癥患者的心臟舒張功能障礙，并采取相應(yīng)的救治措施干預(yù)，對降低膿毒癥患者的病死率具有重要意義。

2 膿毒癥心肌舒張功能損傷的可能機制

心肌的舒張能力主要依賴于心室主動的松弛和被動的充盈，其主動松弛能力主要由心肌細胞的內(nèi)部機制（鈣循環(huán)的改變）引起。與收縮功能相比，心肌舒張功能作用機制更為復雜，涉及的因素和環(huán)節(jié)更多。嚴重膿毒癥可以通過以下環(huán)節(jié)影響心肌舒張功能：循環(huán)中心肌抑制物、心肌細胞內(nèi)Ca2＋穩(wěn)態(tài)失調(diào)、心肌能量代謝異常、線粒體功能障礙以及心肌細胞凋亡。其中，Ca2＋穩(wěn)態(tài)失調(diào)是導致心肌細胞舒張功能異常的最直接原因，包括Ca2＋釋放異常、肌漿網(wǎng)（SR）鈣泵對Ca2＋的主動攝取能力下降以及一些修飾肌漿網(wǎng)鈣泵ATP酶-2a（SR calcium ATPase-2a，SERCA2a）的蛋白（受磷蛋白、鈣調(diào)節(jié)蛋白、肌集鈣蛋白）磷酸化狀態(tài)和水平的改變。由于心肌的主動松弛能力是能量依賴性的，因此受損的舒張充盈能力也可能與能量代謝異常有關(guān)。

2.1 Ca2＋穩(wěn)態(tài)失調(diào) 正常心肌細胞的鈣循環(huán)模式：正常生理狀態(tài)下，心肌細胞發(fā)生去極化后，導致細胞膜上L型鈣通道（LTCC）開放，引起少量的Ca2＋內(nèi)流，隨后激活SR上的鈣釋放通道即蘭尼堿2型受體（ryanodine receptor 2，Ry R2），促進RyR2開放并釋放大量Ca2＋，胞漿內(nèi)Ca2＋水平迅速升高，Ca2＋與細肌絲上的肌鈣蛋白C結(jié)合引起心肌細胞收縮，隨后SR鈣泵SERCA2a將胞漿內(nèi)Ca2＋重新攝入至SR內(nèi)儲存，最終胞漿內(nèi)Ca2＋水平迅速下降，Ca2＋與肌鈣蛋白C解離，心肌細胞松弛。研究已發(fā)現(xiàn)，在離體的小鼠心肌細胞中，內(nèi)毒素和細胞因子能調(diào)節(jié)并抑制L型鈣通道（LTCC）電流，減少收縮期心肌細胞Ca2＋濃度，可降低心肌收縮力［4］。體外內(nèi)毒素干預(yù)后，Ry R2受體活性和離體毛細血管心肌收縮力在24 h后顯著降低，選擇性阻斷NOS-2信號途徑可逆轉(zhuǎn)上述生物學效應(yīng)［5］。

除了心肌收縮功能降低外，Kao等［6］在體外研究也發(fā)現(xiàn)，內(nèi)毒素和腫瘤壞死因子（TNF-α）刺激后均能使心肌細胞SERCA2a活性明顯下降。在膿毒癥小鼠模型中，心肌SERCA2a活性在膿毒癥早期（9 h）無明顯變化，而在后期（18 h）其活性下降，心肌舒張期肌漿網(wǎng)對Ca2＋攝入顯著降低，且SERCA2a活性變化的時間與心肌細胞內(nèi)游離Ca2＋升高和左室舒張最大下降速率（-dp／dtmax）降低的時間一致。這機制可能與肌漿網(wǎng)磷酸化蛋白功能障礙，以及受β-腎上腺素能信號變化密切聯(lián)系的環(huán)磷酸腺苷（c AMP）增加相關(guān)。同樣，在膿毒癥動物模型中，研究也發(fā)現(xiàn)心肌SR上鈣釋放通道RyR2受體密度下調(diào)，隨后伴有心肌Ca2＋釋放減弱［7］。此外，內(nèi)毒素也可通過開放三磷酸腺苷（ATP）依賴K＋通道，縮短心肌動作電位和降低心肌 Ca2＋超載［8］。

2.2 肌絲對Ca2＋的敏感性及其結(jié)構(gòu)的改變 Kass等［9］2006年報道肌絲對Ca2＋的敏感性是調(diào)節(jié)心肌舒張期松弛和僵硬度的另一重要因素，其敏感性可被肌節(jié)蛋白以及調(diào)控的細肌絲尤其是肌鈣蛋白I（c TnI）所調(diào)節(jié)。諸多因素都可以降低肌絲與Ca2＋結(jié)合親和力，如循環(huán)中的c AMP和 環(huán)磷酸鳥苷（cGMP）依賴的蛋白激酶對肌鈣蛋白I的磷酸化作用、β-腎上腺能受體激動劑、N2O／利尿鈉肽等。此外，蛋白激酶C（PKC）和Rho激酶也可以影響肌絲對Ca2＋敏感性，可以使膿毒癥心肌收縮力減低和舒張松弛時間延長。在膿毒癥大鼠模型中，也能觀察到心肌肌纖維蛋白對Ca2＋的敏感性發(fā)生改變，導致離體的心肌乳頭肌舒張松弛能力降低［10］。在持續(xù)膿毒性休克狀態(tài)下的死亡者中，心肌免疫組化顯示部分心肌纖維破壞，可能是由于基質(zhì)金屬蛋白酶（MMPs）活性增加，促進心肌收縮單位和細胞骨架降解。這些肌纖維破壞可導致心肌結(jié)構(gòu)變化，導致心肌僵硬度增高，舒張功能障礙［11］。

2.3 心肌的高能磷酸代謝障礙 心肌的高能磷酸代謝障礙也可直接影響心肌舒張功能。肌動蛋白緊密結(jié)合狀態(tài)的解離需要二磷酸腺苷（ADP）的分解，當心肌游離的ADP分子升高時這一過程則被抑制。體外實驗研究發(fā)現(xiàn)，心肌舒張期僵硬度與游離的ADP水平升高所導致的能量代謝抑制作用密切相關(guān)。在左室舒張功能障礙的犬模型中，Paolocci等［12］觀察到心肌存在一磷酸腺苷（AMP）分解增加和游離的ADP濃度升高的高能磷酸代謝異常。其中，心肌MMPs抑制劑（PD166793）主要是通過逆轉(zhuǎn)高能磷酸代謝異常，改善心肌舒張功能。既往研究顯示，膿毒癥患者心肌存在線粒體功能不全，可導致心肌的高能磷酸代謝異常，可能是促進膿毒癥心肌舒張功能障礙的重要因素。

3 心臟舒張功能的評價方法

目前認為心導管檢查是評價左心室舒張功能的“金標準”，其測定的左室舒張末期充盈壓（LVEDP）、-dp／dtmax、充盈速率和時間等指標能客觀評價左室舒張功能，但因該方法是有創(chuàng)的，且費用高，限制其在臨床上應(yīng)用。超聲心動圖則因其簡便易行和無創(chuàng)性已成為目前評價左心室舒張功能最常用的方法。其中，二尖瓣血流頻譜（MVF）方法曾被稱為超聲心動圖無創(chuàng)評估心臟舒張功能的基石。臨床上通常采用二尖瓣舒張早期峰值流速（E）和舒張晚期峰值流速（A）、E／A 比值、等容舒張時間（IVRT）、E波減速時間（EDT）、A波持續(xù)時間（Ad）等指標來描述左室舒張期充盈的特征。正常左室舒張功能多普勒超聲表現(xiàn)為E／A＞1，IVRT60 ms～100 ms，EDT150 ms～220 ms。根據(jù)二尖瓣口血流情況，異常的舒張功能表現(xiàn)為弛緩異常（E／A＜1；IVRT＞100 ms；EDT＞220 ms）、充盈假性正常（E／A1～2；IVRT60 ms～100 ms；EDT150 ms～220 ms）和限制性充盈異常（E／A＞2；IVRT＜60 ms；EDT＜150 ms）三種形式。

多普勒組織成像（DTI）是近年來迅速發(fā)展的一項超聲心動圖新技術(shù)，其可以直接測定心肌運動速度等指標，如二尖瓣環(huán)舒張早期峰值流速（e’）、舒張晚期峰值流速（a’）及其比值，為左室舒張功能的評價提供了一個新的手段。正常狀態(tài)下，e’／a’＞1，e’＞8 cm／s。左心室舒張功能減低早期特征表現(xiàn)為e’降低，a’升高；疾病進一步進展到二尖瓣血流呈“假性正常化”時，e’／a’倒置，e’／a’＜E／A，借此可鑒別二尖瓣血流頻譜“假性正常化”。目前研究發(fā)現(xiàn)，采用MVF方法測定的二尖瓣舒張早期峰流速與DTI方法測定的二尖瓣環(huán)舒張早期速度比值（E／e’）更能準確評價左室舒張功能。在不同心臟疾病狀態(tài)下，研究顯示E／e’與肺毛細血管嵌壓（PCWP）、左室充盈壓及左室平均舒張壓［13］均顯示密切相關(guān)。E／e’比值升高表明左室舒張早期較高的壓力梯度引起較小的容量變化。當E／e’＞15，提示左室充盈壓升高，表明存在左室舒張功能不全；當E／e’＜8，表明左室舒張功能正常；當8＜E／e’＜15，提示存在左室舒張功能不全可疑，需要綜合E／A比值、EDT或肺靜脈血流速度等指標判斷。

此外，近年來，速度向量成像技術(shù)（VVI）、定量組織速度成像（QTVI）、應(yīng)變及應(yīng)變率成像（SRI）以及實時三維超聲心動圖（RT-3DE）等新技術(shù)在評價左室舒張功能已顯示出一定優(yōu)勢，能克服多普勒超聲局限性如多普勒超聲束與心肌運動方向間夾角、呼吸運動等因素影響，具有廣泛的臨床應(yīng)用前景。

腦鈉肽（BNP）和氨基末端腦鈉肽前體（NT-proBNP）主要由心室肌細胞合成和分泌，其分泌釋放受心室壁張力、心室容量負荷及壓力負荷的調(diào)節(jié)。血漿BNP和NT-proBNP水平亦反映了心室充盈壓或舒張期左室壁張力的變化。研究已表明，循環(huán)中BNP和NT-proBNP水平與左室舒張功能密切相關(guān)［14］，循環(huán)中NT-proBNP濃度與左室舒張功能呈正相關(guān)，且隨左室舒張功能受損的嚴重程度加重而升高［15］。

4 膿毒癥心肌舒張功能變化與生存預(yù)后

新近一些研究表明，膿毒癥患者合并左室舒張功能障礙預(yù)示其死亡風險顯著增加。Sturgess等［16］對一組小樣本（n=21）感染性休克患者研究發(fā)現(xiàn)，E／e’是膿毒癥休克患者住院生存預(yù)后的獨立預(yù)測因子。其中，死亡者中E／e’顯著高于生存者（15.32±2.74 vs 9.05±2.75；P=0.000 2）。ROC分析顯示，E／e’預(yù)測感染性休克患者住院死亡優(yōu)于BNP和NT-proBNP，ROC曲線下面積分別為0.94（E／e’）、0.86（BNP）和0.78（NTproBNP）。在校正APACHEⅢ評分、心血管疾病、液體平衡以及舒張功能不全級別等相關(guān)影響因素后，E／e’是住院死亡的獨立預(yù)測因子（P=0.019）。Landesberg等［17］對262例嚴重膿毒癥或膿毒癥休克患者研究顯示，與正常心功能患者相比，單純合并收縮功能不全射血分數(shù)［射血分數(shù)（EF）≤50%；HR（危險比）=2.9，P=0.035］、單純合并舒張功能不全（e’＜8cm／s；HR=6.0，P＜0.000 1）或同時合并收縮和舒張功能不全患者（HR=6.2，P＜0.000 1），其病死率都顯著增加，同時血漿肌鈣蛋白c TnI和NT-proBNP水平也顯著升高。在校正APACHEⅡ評分、少尿、低左室射血容積指數(shù)、低氧血癥等死亡獨立危險因素，e’是預(yù)測死亡的最強影響因子。同樣，在58例需要機械通氣和左室收縮功能正常［EF，（63±7）%］的ICU患者中，Ikonomidis等［18］研究也發(fā)現(xiàn)，采用e’≤8 cm／s或／和 E／e’≥13 cm／s定義左室舒張功能不全，血漿NT-proBNP≥941 pg／m L是患者左室舒張功能不全的可靠預(yù)測因子（ROC曲線下面積為75%，P=0.03）。與僅有左室舒張功能不全或NT-proBNP≥941 pg／m L，以及左室舒張功能正常且NT-proBN P＜941 pg／m L患者相比，左室舒張功能不全且NT-proBNP≥941 pg／m L患者血肌酐水平顯著增加，平均動脈壓（MAP）、氧合指數(shù)（PO2／FiO2）以及生存率都顯著降低。這一結(jié)果也提示，聯(lián)合血漿NT-proBNP和評價左室舒張功能的心臟組織多普勒參數(shù)能提高預(yù)測患者住院死亡率的準確性。

研究也顯示膿毒性癥患者左室舒張功能障礙具有可逆性，在膿毒癥和膿毒性休克患者病因去除后或進行有效液體復蘇均可改善左室舒張功能。Bouhemad等［19］報道在54例膿毒性休克患者中，22例患者存在血清c TnI水平升高。其中，11例患者同時合并左室收縮和舒張功能不全，另外11例患者存在單純性左室舒張功能減弱。與c TnI水平正常者相比，膿毒性休克合并c TnI水平升高患者第1天e’和二尖瓣早期舒張反流加速率（Vp）顯著降低，血漿 TNF-α、白介素（IL）-8和IL-10顯著升高。隨著膿毒性休克治療改善后，這些患者e’和Vp逐漸恢復至膿毒性休克c TnI水平正常者水平，循環(huán)中炎癥因子也恢復正常。Mahjoub等［20］對83例需要機械通氣的膿毒性休克患者研究發(fā)現(xiàn)，給予適當液體治療后，存在左室舒張功能不全患者e’顯著增加，提示膿毒性休克患者適當擴容治療能顯著改善左室舒張功能。

5 展 望

目前關(guān)于膿毒癥心肌舒張功能障礙患病率缺乏大樣本的流行病學資料，同時其舒張功能障礙發(fā)病機制關(guān)鍵信號通路尚不明確，仍需進一步深入研究。盡管膿毒癥心肌舒張功能障礙患者病死率高，鑒于其具有治療可逆性，臨床上早期識別顯得尤為重要。因此，有必要建立有效的早期預(yù)警體系及個體化治療模式，特別對于具有液體反應(yīng)性的患者，除了積極抗感染治療外，早期有效地液體復蘇可改善心肌舒張功能，降低其死亡率。

［1］ Martin GS，Mannino DM，Eaton S，et al.The epidemiology of sepsis in the United States from 1979 through 2000 ［J］.N Engl J Med，2003，348（16）：1546-1554.

［2］ Blanco J，Muriel-Bombín A，Sagredo V，et al.Incidence，organ dysfunction and mortality in severe sepsis：A Spanish multicentre study［J］.Crit Care，2008，12（6）：158.

［3］ Pulido JN，Afessa B，Masaki M，et al.Clinical spectrum，frequency，and significance of myocardial dysfunction in severe sepsis and septic shock［J］.Mayo Clin Proc，2012，87（7）：620-628.

［4］ Rudiger A，Singer M.Mechanisms of sepsis-induced cardiac dysfunction［J］.Crit Care Med，2007，35（6）：1599-1608.

［5］ Cohen RI，Wilson D，Liu SF.Nitric oxide modifies the sarcoplasmic reticular calcium release channel in endotoxemia by both guanosine-3’，5’（cyclic）phosphate-dependent and independent pathways［J］.Crit Care Med，2006，34（1）：173-181.

［6］ Kao YH，Chen YC，Cheng CC，et al.Tumor necrosis factor-alpha decreases sarcoplasmic reticulum Ca2＋-ATPase expressions via the promoter methylation in cardiomyocytes［J］.Crit Care Med，2010，38（1）：217-222.

［7］ Dong LW，Wu LL，Ji Y，et al.Impairment of the ryanodine-sensitive calcium release channels in the cardiac sarcoplasmic reticulum and its underlying mechanism during the hypodynamic phase of sepsis［J］.Shock，2001，16（1）：33-39.

［8］ Buckley JF，Singer M，Clapp LH.Role of KATP channels in sepsis［J］.Cardiovasc Res，2006，72（2）：220-230.

［9］ Kass DA，Solaro RJ.Mechanisms and use of calcium-sensitizing agents in the failing heart［J］.Circulation，2006，113（2）：305-315.

［10］ Wu LL，Tang C，Liu MS.Altered phosphorylation and calcium sensitivity of cardiac myofibrillar proteins during sepsis［J］.Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol，2001，281（2）：408-416.

［11］ Rossi MA，Celes MR，Prado CM，et al.Myocardial structural changes in long-term human severe sepsis／septic shock may be responsible for cardiac dysfunction［J］.Shock，2007，27（1）：10-18.

［12］ Paolocci N，Tavazzi B，Biondi R，et al.Metalloproteinase inhibitor counters high-energy phosphate depletion and AMP deaminase activity enhancing ventricular diastolic compliance in subacute heart failure［J］.J Pharmacol Exp Ther，2006，317（2）：506-513.

［13］ Lim HS，Kang SJ，Choi JH，et al.Is E／E＇reliable in patients with regional wall motion abnormalities to estimate left ventricular filling pressure［J］.Int J Cardiovasc Imaging，2009，25（1）：33-39.

［14］ Tsch?pe C，Kasner M，Westermann D，et al.The role of NTproBNP in the diagnostics of isolated diastolic dysfunction：Correlation with echocardiographic and invasive measurements ［J］.Eur Heart J，2005，26（21）：2277-2284.

［15］ Grewal J，Mc Kelvie R，Lonn E，et al.BNP and NT-proBNP predict echocardiographic severity of diastolic dysfunction［J］.Eur J Heart Fail，2008，10（3）：252-259.

［16］ Sturgess DJ，Marwick TH，Joyce C，et al.Prediction of hospital outcome in septic shock：A prospective comparison of tissue Doppler and cardiac biomarkers［J］.Crit Care，2010，14（2）：R44.

［17］ Landesberg G，Gilon D，Meroz Y，et al.Diastolic dysfunction and mortality in severe sepsis and septic shock ［J］.Eur Heart J，2012，33（7）：895-903.

［18］ Ikonomidis I，Nikolaou M，Dimopoulou I，et al.Association of left ventricular diastolic dysfunction with elevated NT-pro-BNP in general intensive care unit patients with preserved ejection fraction：A complementary role of tissue Doppler imaging parameters and NT-pro-BNP levels for adverse outcome［J］.Shock，2010，33（2）：141-148.

［19］ Bouhemad B，Nicolas-Robin A，Arbelot C，et al.Isolated and reversible impairment of ventricular relaxation in patients with septic shock［J］.Crit Care Med，2008，36（3）：766-774.

［20］ Mahjoub Y，Benoit-Fallet H，Airapetian N，et al.Improvement of left ventricular relaxation as assessed by tissue Doppler imaging in fluid-responsive critically ill septic patients ［J］.Intensive Care Med，2012，38（9）：1461-1470.