腹腔內(nèi)高壓對(duì)腸黏膜屏障的影響*

劉爽爽 綜述 冷玉鑫 么改琦 審校

(北京大學(xué)第三醫(yī)院重癥醫(yī)學(xué)科，北京 100191)

近年來(lái)，隨著腹腔鏡技術(shù)的開(kāi)展，腹部操作過(guò)度充氣及大量液體復(fù)蘇導(dǎo)致的腹腔內(nèi)高壓(intra-abdominal hypertension，IAH)及其嚴(yán)重后果——腹腔間隔室綜合征(abdominal compartment syndrome,ACS)越來(lái)越常見(jiàn)，這種在眾多內(nèi)外科重癥疾病過(guò)程中常見(jiàn)的征象，常因不被認(rèn)識(shí)和重視，直接或間接引起各系統(tǒng)臟器功能障礙甚至衰竭[1,2]。研究顯示在ICU患者中IAH發(fā)生率為28%～75%[3～7]，嚴(yán)重影響患者的預(yù)后。胃腸道是IAH的第一靶向器官，由IAH相關(guān)缺血和隨后的氧化損傷引起的胃腸道屏障功能損傷被認(rèn)為是IAH導(dǎo)致多器官功能衰竭的病理生理基礎(chǔ)[8]。因此，了解IAH對(duì)腸黏膜屏障的損傷及機(jī)制對(duì)早期識(shí)別IAH和改善預(yù)后、降低膿毒癥的發(fā)生率具有重要意義。目前對(duì)于IAH已經(jīng)有很多研究，尤其是ACS，而關(guān)于IAH與腸黏膜屏障功能的研究甚少，本文主要針對(duì)IAH對(duì)腸黏膜機(jī)械屏障、生物屏障、免疫屏障的影響進(jìn)行綜述。

1 ACS的病因

ACS的病因及發(fā)病機(jī)制至今尚未闡明。研究顯示，凡能引起腹腔內(nèi)容物體積、數(shù)量增加，或非正常物質(zhì)如氣體或液體積聚，都可導(dǎo)致IAH，進(jìn)而發(fā)生ACS。腹腔內(nèi)壓力(intra-abdominal pressure，IAP)緩慢升高時(shí)，腹壁逐漸被牽張，此時(shí)不易造成嚴(yán)重的生理紊亂；而急性IAP升高則可能迅速進(jìn)展為ACS，其中以嚴(yán)重腹部創(chuàng)傷最為常見(jiàn)，腹主動(dòng)脈瘤破裂和腹部手術(shù)次之，燒傷患者也應(yīng)注意ACS，ICU發(fā)生ACS的主要危險(xiǎn)因素是機(jī)械通氣、急性呼吸窘迫綜合征和液體復(fù)蘇[9,10]。ICU患者中IAH的發(fā)展與臨床預(yù)后關(guān)系緊密。重癥急性胰腺炎患者IAH發(fā)生率為40%～50%，常見(jiàn)于早期和積極的液體復(fù)蘇后[11]。除了嚴(yán)重的燒傷和敗血癥(這是繼發(fā)性IAH/ACS的原因)外，腹部創(chuàng)傷和腹部手術(shù)是原發(fā)性IAH/ACS發(fā)展的易感因素，進(jìn)一步導(dǎo)致術(shù)后各臟器的損害。

2 IAH對(duì)胃腸道病理生理的影響

胃腸道是對(duì)IAP升高最敏感、受IAH/ACS影響最早的器官。胃腸道黏膜血流灌注隨著IAP的上升而明顯降低，F(xiàn)riedlander等[12]的研究顯示，IAP達(dá)10 mm Hg時(shí)可減少腸系膜血流，當(dāng)IAP達(dá)到40 mm Hg時(shí)，胃組織血流減少45%，小腸黏膜血流減少67%，腸系膜上動(dòng)脈血流減少69%。腸灌注減少導(dǎo)致腸缺血，最終導(dǎo)致腸水腫和腸梗阻。腸黏膜灌注受損，pH值降低，乳酸酸中毒，最終破壞腸黏膜屏障。失去黏膜屏障會(huì)導(dǎo)致細(xì)菌在腔內(nèi)移位，從而導(dǎo)致敗血癥或感染性休克，預(yù)后惡化。

2.1 對(duì)腸道機(jī)械屏障的影響

腸道機(jī)械屏障包括腸上皮細(xì)胞和緊密連接。腸上皮細(xì)胞(intestinal epithelial cell，IEC)是一群覆蓋在腸道的單層細(xì)胞，不僅能吸收存在于腸腔中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，同時(shí)建立了一道屏障將腸壁外的臟器與腸腔中的潛在有害細(xì)菌隔離開(kāi)來(lái)[13]。IAH可以通過(guò)增加上皮細(xì)胞凋亡以及減少上皮細(xì)胞增殖和黏液完整性來(lái)改變腸道完整性。組織學(xué)證據(jù)[14～16]證明在長(zhǎng)時(shí)間暴露于IAP≥12 mm Hg后，顯微鏡下可見(jiàn)腸黏膜淤血，黏膜上皮水腫，線粒體腫脹和部分腸黏膜絨毛頂端上皮細(xì)胞變性、壞死、自絨毛脫落，上皮內(nèi)壁被破壞并與黏膜分離，引起固有層的暴露和消化。研究[17,18]顯示，當(dāng)IAP升高時(shí)，微生物定植抗性的急性喪失導(dǎo)致大腸桿菌、革蘭陽(yáng)性菌、真菌自由生長(zhǎng)，其中大腸桿菌產(chǎn)生的三型分泌系統(tǒng)效應(yīng)蛋白NleB直接以死亡受體信號(hào)復(fù)合物為作用目標(biāo)，其結(jié)合到包括腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor，TNF)受體、脂肪酸合成酶(fatty acid synthetase，F(xiàn)AS)、受體相互作用蛋白激酶1(receptor-interacting proteinkinase 1，RIPK1)、腫瘤壞死因子受體1相關(guān)死亡域蛋白(TNFRSF1A-associated via death domain，TRADD)和脂肪酸合成酶相關(guān)死亡閾蛋白(FAS-associated via death domain，F(xiàn)ADD)在內(nèi)的多種含“死亡域”(death domain,DD)的蛋白上，最終使腸上皮細(xì)胞停滯于G1/2細(xì)胞周期，延遲細(xì)胞增殖。研究[19,20]明確闡述了低流態(tài)對(duì)小腸黏膜的影響，會(huì)導(dǎo)致絨毛剝落，腸上皮內(nèi)壁破壞，上皮細(xì)胞水腫、壞死及細(xì)胞連接斷裂。此外，短鏈脂肪酸在保護(hù)腸黏膜屏障中發(fā)揮重要作用。丁酸是腸上皮細(xì)胞重要的能量來(lái)源之一，Krezalek等[6]的研究顯示IAH模型建立不到6 h，短鏈脂肪酸(short-chain fatty acid，SCFA)減少90%以上。緊密連接(tight junction，TJ)是腸道機(jī)械屏障的另一個(gè)重要組成部分。緊密連接是腸道細(xì)胞之間最重要的連接方式，位于上皮細(xì)胞的頂端，將相鄰上皮細(xì)胞緊密連接在一起，阻止毒性大分子及微生物通過(guò)，保護(hù)腸黏膜屏障[21]。緊密連接分為結(jié)構(gòu)蛋白和功能蛋白。結(jié)構(gòu)蛋白主要有跨膜蛋白(occludin、claudin)和緊密連接黏附分子(junctional adhesion molecule,JAM)等，功能蛋白主要有緊密連接蛋白(ZO-1、ZO-2、ZO-3)，扣帶蛋白(cingulin)和連蛋白(zonulin)等[13]。IAH可通過(guò)影響腸道菌群、緊密蛋白轉(zhuǎn)錄、腸道血流、細(xì)菌代謝產(chǎn)物、肌球蛋白輕鏈激酶等進(jìn)一步損傷腸黏膜屏障。研究[15,16]顯示，緊密連接蛋白的表達(dá)水平會(huì)隨著每組動(dòng)物IAP的增加而降低，與對(duì)照組(IAP為0 mm Hg)相比，IAP為12 mm Hg顯著降低claudin 5和occludin的表達(dá)。同時(shí)，腸道菌群改變可進(jìn)一步造成緊密連接破壞，腸道細(xì)菌可通過(guò)其分泌系統(tǒng)或直接分泌的方式釋放毒性蛋白，破壞腸上皮的緊密連接，如IAH會(huì)導(dǎo)致腸黏膜和黏膜下標(biāo)本顯示出更多的易位細(xì)菌，革蘭陰性細(xì)菌在IAP 30 mm Hg組的檢出率大約是IAP 15 mm Hg組的7倍，大腸桿菌可通過(guò)3型分泌系統(tǒng)(type Ⅲ secretion system,T3SS)將NleA蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞內(nèi)，導(dǎo)致緊密連接蛋白的破壞[22]。IAH還可以通過(guò)影響緊密連接蛋白的轉(zhuǎn)錄進(jìn)一步影響其表達(dá)。動(dòng)物研究[15,16]證明，IAH會(huì)導(dǎo)致occludin mRNA表達(dá)減少大約0.5%及claudin 5分布異常，使claudin 5在結(jié)腸隱窩細(xì)胞中的特異性染色明顯下降。Cheng等[14]的研究證實(shí)，腸道微循環(huán)血流減少與緊密連接超微結(jié)構(gòu)破壞有關(guān)，會(huì)導(dǎo)致相鄰上皮細(xì)胞之間的距離明顯增寬，同時(shí)，Leng等[16]的研究顯示，在大鼠內(nèi)臟動(dòng)脈完全缺血30 min后，腸道對(duì)異硫氰酸熒光素葡聚糖(FITC-dextran)的通透性相對(duì)于對(duì)照組明顯增加[(178.2±26.0)μg/ml vs.(5.3±1.8)μg/ml]。此外，上文已經(jīng)提到，細(xì)菌代謝產(chǎn)物SCFA會(huì)對(duì)緊密連接蛋白產(chǎn)生影響，研究[19,22]表明丁酸可通過(guò)活化腺苷酸蛋白激酶(adenosine monophosphate activated protein kinase，AMPK)通路上調(diào)ZO-1、occludin的表達(dá)，保護(hù)腸道屏障的完整性。目前有證據(jù)[21,23]證明，暴飲酒精和燒傷會(huì)增加小鼠IAP，進(jìn)一步抑制小鼠的肌球蛋白輕鏈激酶(myosin light chain kinase,MLCK)，使細(xì)胞骨架收縮，影響緊密連接的位置及表達(dá)，導(dǎo)致頂端緊密連接收縮或打開(kāi)，注射MLCK抑制劑ML-9可以使claudin 1、ZO-1和occludin的表達(dá)正常化，減弱由IAH引起的腸道超通透性。因此，IAH還可以通過(guò)抑制肌球蛋白輕鏈激酶，影響緊密連接，從而影響腸黏膜屏障。

2.2 對(duì)腸道生物屏障的影響

人體腸道內(nèi)存在大量細(xì)菌，約有上千種。在正常情況下，腸道細(xì)菌與宿主和平共生，細(xì)菌不會(huì)進(jìn)入人體內(nèi)導(dǎo)致病理變化，這主要是因?yàn)槟c道內(nèi)壁存在腸黏膜屏障，阻隔細(xì)菌的穿越[24,25]。研究[26,27]顯示，IAH會(huì)引起腸道細(xì)菌移位(bacterial translocation，BT)，進(jìn)一步破壞腸道的生物屏障。細(xì)菌移位定義為細(xì)菌和細(xì)菌的產(chǎn)物在腸黏膜上的遷移，被認(rèn)為是在出血性休克、燒傷、長(zhǎng)期損傷、內(nèi)毒素血癥和腸梗阻期間發(fā)生多器官功能衰竭(multiple organ failure，MOF)的重要因素。Strier等[28]觀察到，在IAH組小鼠(IAP 15 mm Hg)中，大量細(xì)菌(如大腸桿菌、糞腸球菌、葡萄球菌和鏈球菌)轉(zhuǎn)移到腸系膜淋巴結(jié)、門(mén)靜脈血液和肝臟。Leng等[29]也證實(shí)，IAP>20 mm Hg會(huì)導(dǎo)致厚壁菌門(mén)物種(特別是乳酸菌)相對(duì)豐度下降，變形桿菌相對(duì)豐度增加，擬桿菌門(mén)從結(jié)腸向空腸遷移，腸道原菌屬、成熟的益生菌(如乳酸桿菌屬)明顯減少，可能引起腹腔內(nèi)感染的菌屬相對(duì)增加，如瘤胃球菌、幽門(mén)螺桿菌、假單胞菌、擬桿菌等。這說(shuō)明IAP升高會(huì)導(dǎo)致腸道細(xì)菌移位。IAH使微生物定植抗性急性喪失及腸上皮細(xì)胞損傷，導(dǎo)致革蘭陰性菌(如大腸桿菌、肺炎克雷伯菌)，革蘭陽(yáng)性細(xì)菌(如腸球菌、金黃色葡萄球菌)和真菌自由生長(zhǎng)的機(jī)會(huì)更大，進(jìn)一步造成微生物失調(diào)。Leng等[16]的研究通過(guò)對(duì)免疫組化分析緊密連接蛋白、黏蛋白、趨化因子和Toll樣受體4(TLR4)的表達(dá)，以及16S-rRNA測(cè)序分析微生物群落，證實(shí)IAP長(zhǎng)期低水平升高也會(huì)造成黏膜屏障的非特異性損傷以及細(xì)菌移位，具體機(jī)制尚不清楚。內(nèi)毒素是革蘭陰性菌細(xì)胞壁外膜上的脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)和微量蛋白質(zhì)的復(fù)合物。已經(jīng)有研究證明，在IAP為25 mm Hg的環(huán)境下暴露6小時(shí)后，LPS水平是對(duì)照組的13倍以上[14]，引起腸黏膜屏障損傷，也可進(jìn)一步引起腸源性內(nèi)毒素移位，大量?jī)?nèi)毒素進(jìn)入血液循環(huán)，可激活巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞及補(bǔ)體系統(tǒng)，先后誘導(dǎo)TNF-α、IL-1、IL-2、IL-6、IL-8、IL-12等細(xì)胞因子、黏附分子及一氧化氮等炎癥介質(zhì)和溶菌酶釋放，以及活性氧(reactive oxygen species，ROS)生成，嚴(yán)重者導(dǎo)致中毒性休克、彌散性血管內(nèi)凝血(disseminated intravascular coagulation，DIC)、多器官功能障礙綜合征(multi-organs disfunction syndrome，MODS)等，甚至引起死亡。

2.3 對(duì)腸道免疫屏障的影響

腸道是機(jī)體免疫防御的重要防線，腸道免疫系統(tǒng)在病原體入侵后發(fā)揮重大作用。其主要組成部分是腸有關(guān)淋巴樣組織，包括Peyer集合淋巴結(jié)、腸系膜淋巴結(jié)等次級(jí)淋巴組織，腸固有層和腸黏膜上皮內(nèi)的淋巴細(xì)胞[29]。以往研究顯示，IAH可以從腸上皮細(xì)胞、腸道菌群、Toll樣受體等方面進(jìn)一步影響免疫屏障。

腸上皮細(xì)胞是免疫屏障的重要組成部分，不僅參與微生物的直接防御，還通過(guò)產(chǎn)生細(xì)胞因子和趨化因子向黏膜免疫系統(tǒng)發(fā)送信號(hào)。上文已經(jīng)提到，IAH會(huì)造成腸上皮細(xì)胞損傷、變性、壞死，使具有特殊功能的IEC大量減少，導(dǎo)致腸道免疫屏障功能下降。

腸道菌群不僅構(gòu)成生物屏障，還促進(jìn)免疫系統(tǒng)的發(fā)育和調(diào)節(jié)[30～34]。Lindner等[35]的研究顯示，共生菌群可以通過(guò)誘導(dǎo)黏膜免疫系統(tǒng)產(chǎn)生免疫球蛋白A(IgA)來(lái)進(jìn)一步保護(hù)宿主，IgA大量釋放在腸腔中，限制局部細(xì)菌定植，從而防止細(xì)菌穿透上皮。腸道菌群作為腸道內(nèi)重要的抗原之一，能維護(hù)腸道正常的免疫耐受，刺激腸道內(nèi)B細(xì)胞成熟，參與腸道免疫防御構(gòu)建，對(duì)維持腸道穩(wěn)態(tài)有重要作用。腸道菌群也是影響T細(xì)胞分化的主要因素，Leng等[29]的研究證實(shí)，乳酸桿菌作為公認(rèn)的益生菌，可以通過(guò)誘導(dǎo)調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(regulatory T cell，Treg)分化，導(dǎo)致抗炎細(xì)胞因子表達(dá)，通過(guò)干擾素介導(dǎo)的TLR基因調(diào)節(jié)促進(jìn)巨噬細(xì)胞對(duì)病原菌的鑒別，以及通過(guò)與特定受體的相互作用來(lái)減輕腸黏膜屏障異常。此外，腸道菌群還可以通過(guò)代謝產(chǎn)物，如短鏈脂肪酸，參與誘導(dǎo)腸道T細(xì)胞分化。Narushima等[36]分析誘導(dǎo)T細(xì)胞增殖的腸道細(xì)菌基因組，預(yù)測(cè)到多個(gè)參與短鏈脂肪酸合成的基因。短鏈脂肪酸通過(guò)抑制組蛋白脫乙酰酶表達(dá)，抑制樹(shù)突細(xì)胞中的促炎細(xì)胞因子釋放。IAH通過(guò)引起腸道菌群及菌群定植環(huán)境的變化進(jìn)一步破壞免疫屏障，如IAH會(huì)使腸上皮細(xì)胞產(chǎn)生抗菌肽和蛋白質(zhì)，殺死或抑制靠近上皮細(xì)胞的細(xì)菌生長(zhǎng)[31,32,37]。同時(shí)，IAP增加會(huì)導(dǎo)致腸道LPS增多，激活血管內(nèi)皮細(xì)胞、單核巨噬細(xì)胞、淋巴細(xì)胞等，導(dǎo)致一連串細(xì)胞因子和其他促炎或炎癥物質(zhì)釋放，進(jìn)一步促進(jìn)全身炎癥反應(yīng)綜合征的發(fā)生和發(fā)展。炎癥介質(zhì)，如TNF，可促使中性粒細(xì)胞聚集，并被激活釋放大量ROS、彈性蛋白酶、殺菌性通透性增加蛋白酶、防御素等，對(duì)血管內(nèi)皮細(xì)胞和腸黏膜上皮細(xì)胞造成損傷。此外，應(yīng)激狀態(tài)下，血漿中的補(bǔ)體系統(tǒng)可通過(guò)經(jīng)典途徑、替代途徑和凝集途徑被激活，補(bǔ)體的活化產(chǎn)物可刺激巨噬細(xì)胞和中性粒細(xì)胞，通過(guò)釋放細(xì)胞因子或其他活化產(chǎn)物引起腸黏膜屏障損傷。

3 現(xiàn)狀及展望

IAH在危重病人中十分常見(jiàn)，被認(rèn)為是獨(dú)立死亡預(yù)測(cè)因子，必須加強(qiáng)對(duì)IAP的監(jiān)測(cè)和管理，進(jìn)一步對(duì)IAH進(jìn)行治療，降低IAH的發(fā)生率和病死率[37]。世界腹腔間隔室綜合征協(xié)會(huì)(World Society of Abdominal Compartment Syndrome，WSACS)[38]提出了一種基于專家意見(jiàn)為主的管理方法：①疏散腔內(nèi)內(nèi)容物；②疏散腹腔內(nèi)占位性病變；③改善腹壁順應(yīng)性；④優(yōu)化液體給藥；⑤優(yōu)化系統(tǒng)/區(qū)域灌注。這些醫(yī)療干預(yù)的主要目標(biāo)是：①實(shí)性臟器和中空臟器容積；②占位性病變，如腹水、血液、液體或腫瘤；③限制腹壁擴(kuò)張的情況。

大量的臨床資料已經(jīng)證實(shí)，手術(shù)減壓能去除IAP升高的相關(guān)因素，擴(kuò)大腹腔容積，迅速緩解ACS，大多數(shù)患者的各器官功能障礙可以在手術(shù)減壓后有效逆轉(zhuǎn)。主要方法是剖腹探查和腹腔鏡減壓術(shù)。需要根據(jù)病情變化以及治療效果決定手術(shù)時(shí)機(jī)，以免各器官功能障礙進(jìn)一步損傷。腹腔開(kāi)放是治療危重病或創(chuàng)傷患者最重要的治療進(jìn)展。腹腔開(kāi)放成功的管理依賴于IAH的控制，降低全身性影響，減少腹腔并發(fā)癥，如瘺和腹壁疝。

IAH并非都需要手術(shù)治療，對(duì)ACS患者過(guò)早進(jìn)行手術(shù)治療不僅不能有效緩解癥狀，反而會(huì)使腹腔感染幾率增加，并使腹腔內(nèi)臟器長(zhǎng)時(shí)間暴露、水腫，IAP進(jìn)一步增加。對(duì)于早期ACS，可采取以下措施：維持血容量，減輕組織水腫，降低腹內(nèi)壓；通過(guò)胃管、肛管等排氣、引流；給予正壓通氣改善氧合，避免容量控制通氣帶來(lái)的氣壓傷和胸腔壓力過(guò)高帶來(lái)的不利影響。近年來(lái)，越來(lái)越多的證據(jù)表明中藥在控制IAP升高和抑制ACS發(fā)展方面也是有效的[39]。

隨著年齡的增長(zhǎng)，腸道中有益菌逐漸減少。益生菌可誘導(dǎo)Treg細(xì)胞差異激活，促進(jìn)巨噬細(xì)胞對(duì)致病菌的識(shí)別及樹(shù)突細(xì)胞上的特異性受體相互作用[29]；產(chǎn)生SCFA，其在保護(hù)腸黏膜屏障中發(fā)揮重要的作用；誘導(dǎo)黏膜免疫系統(tǒng)產(chǎn)生IgA來(lái)進(jìn)一步保護(hù)宿主。腸道菌群在腸黏膜屏障的保護(hù)及修復(fù)機(jī)制中發(fā)揮著重要的作用。近年來(lái)，腸道菌群越發(fā)成為IAH治療方向的重要關(guān)注點(diǎn)。腸道菌群作為腸道內(nèi)重要的抗原之一，能維護(hù)腸道正常的免疫耐受，刺激腸道內(nèi)B細(xì)胞成熟及T細(xì)胞分化，參與腸道免疫防御構(gòu)建，對(duì)維持腸道穩(wěn)態(tài)起重要作用。也許使用益生菌(如乳酸菌)治療發(fā)展為IAH的危重病人會(huì)產(chǎn)生較好的臨床效果。但是，腸道菌群與宿主的相互作用受宿主遺傳因素、致病微生物與腸道菌群的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系及環(huán)境因素等多方面影響。因此，高齡病人能否預(yù)防性運(yùn)用益生菌以抑制相關(guān)疾病的發(fā)生發(fā)展還有待討論。