腹腔鏡CO2氣腹與機體氧化應(yīng)激

楊 周，王廷峰

(上海市浦東醫(yī)院暨復(fù)旦大學(xué)附屬浦東醫(yī)院普通外科，上海，201399)

自1982年首次報道腹腔鏡膽囊切除術(shù)(laparoscopic cholecystectomy，LC)以來，隨著設(shè)備與器械的不斷革新，腹腔鏡已廣泛應(yīng)用于外科各領(lǐng)域[1]。目前，CO2是唯一在臨床常規(guī)用作建立氣腹的氣體。目前已有多項研究表明,CO2可誘導(dǎo)機體產(chǎn)生氧化應(yīng)激反應(yīng)。CO2氣腹導(dǎo)致氧化應(yīng)激損傷表現(xiàn)為：氧化應(yīng)激過程中的重要產(chǎn)物表達改變，如丙二醛、活性氧、前列腺素F2α[2]、總抗氧化能力[3]、蛋白質(zhì)羰基與巰基[4]；抗氧化系統(tǒng)指標改變：超氧化物岐化酶、過氧化氫酶、谷胱甘肽過氧化物酶、谷胱甘肽還原酶；凋亡相關(guān)指標改變：前胱天蛋白酶、細胞色素C、凋亡誘導(dǎo)因子及凋亡蛋白酶激活因子1等。CO2氣腹導(dǎo)致氧化應(yīng)激可能與氣腹直接或間接導(dǎo)致血流動力學(xué)改變，從而引起內(nèi)臟缺血再灌注損傷有關(guān)；而且合并心肺基礎(chǔ)疾病、兒童或高齡患者等代償能力較差的特殊人群更容易出現(xiàn)此損傷。本文現(xiàn)將目前腹腔鏡CO2氣腹與機體氧化應(yīng)激的研究現(xiàn)狀及進展作一綜述。

1 CO2氣腹導(dǎo)致氧化應(yīng)激的研究現(xiàn)狀

1.1 動物研究 目前CO2氣腹導(dǎo)致氧化應(yīng)激的動物研究主要集中在大鼠模型上。一項腎積水大鼠模型的研究發(fā)現(xiàn)，10 mmHg與18 mmHg氣腹組相比，18 mmHg氣腹組的大鼠腎臟更容易出現(xiàn)氧化應(yīng)激與線粒體損傷，表現(xiàn)為活性氧增加，線粒體膜電位下降與線粒體空泡形成，同時出現(xiàn)凋亡相關(guān)蛋白Bax、Bcl-2、細胞色素c、caspase-3與caspase-9的表達增加，線粒體/caspase依賴性凋亡途徑被激活[5]。另一項大鼠氣腹模型的研究發(fā)現(xiàn)，CO2氣腹導(dǎo)致了腸黏膜氧化應(yīng)激及黏膜屏障功能受損[6]。其他大鼠氣腹模型同樣證實了氧化應(yīng)激損傷的發(fā)生，且氧化應(yīng)激損傷隨氣腹時間延長而加重[7-8]。在犬類的氣腹模型中同樣也有類似報道,CO2氣腹后2 h、6 h，氧化應(yīng)激標志物丙二醛水平均有顯著升高[9]。

1.2 臨床研究

1.2.1 LC相關(guān)研究 目前CO2氣腹導(dǎo)致氧化應(yīng)激的臨床研究主要集中在LC與開腹膽囊切除術(shù)(open cholecystectomy，OC)的對比研究上。在一項包含50例患者的前瞻性隨機對照研究中，LC組患者僅發(fā)生微弱的氧化應(yīng)激反應(yīng)，表現(xiàn)為手術(shù)開始30 min后，LC與OC患者具有相似的丙二醛水平[10]。在另一項隨機對照研究中，LC組患者術(shù)后尿液中8-異前列腺素F2α水平升高；但其下降速度與OC組相比無顯著差異。這兩篇報道提示，與OC相比，LC并未明顯增加氧化應(yīng)激反應(yīng)[11]。而同樣的對照研究則發(fā)現(xiàn)，由CO2氣腹引起的呼氣末CO2濃度、CO2分壓的增加導(dǎo)致腹腔鏡手術(shù)期間血液pH值輕微降低。LC組一氧化氮水平略低，但與OC組相比差異無統(tǒng)計學(xué)意義。術(shù)后30 min兩組蛋白質(zhì)羰基與巰基水平均相似，但術(shù)后24 h LC組蛋白質(zhì)羰基、巰基水平則低得多。以上結(jié)果表明，CO2氣腹導(dǎo)致抗氧化防御系統(tǒng)輕度激活，并可能產(chǎn)生輕度的氧化應(yīng)激損傷[10]。Stipancic等的研究結(jié)果與以上研究不完全相同，發(fā)現(xiàn)LC與OC均會引起中度氧化應(yīng)激，而OC還會引起氧化型低密度脂蛋白、新蝶呤表達水平的改變，提示氧化應(yīng)激損傷更為嚴重[12]。在另一項隨機對照研究中，與常規(guī)LC相比，單孔LC增加機體氧化應(yīng)激損傷，表現(xiàn)為血液中脂質(zhì)過氧化標志物前列腺素F2α升高[13]。以上研究雖然在LC與OC導(dǎo)致氧化應(yīng)激的程度孰強孰弱方面尚未得出一致結(jié)論，但均提示CO2氣腹可引起不同程度的氧化應(yīng)激損傷。

1.2.2 其他腹腔鏡手術(shù)相關(guān)研究 除LC外的其他腹腔鏡手術(shù)中也有報道CO2氣腹所致機體氧化應(yīng)激。一項納入17例腹股溝疝患者的隨機對照研究結(jié)果表明，開放與腹腔鏡完全腹膜外疝修補術(shù)均導(dǎo)致氧化應(yīng)激標志物(丙二醛、蛋白質(zhì)羰基與蛋白質(zhì)巰基)顯著增加；然而，開放手術(shù)導(dǎo)致的氧化應(yīng)激反應(yīng)大于腹腔鏡手術(shù)[14]。在泌尿系統(tǒng)腹腔鏡手術(shù)中，尿液中前列腺素F2α在手術(shù)結(jié)束后迅速達到高峰，6 h后下降，18 h接近術(shù)前水平[15]。同樣有相關(guān)研究報道，在機器人輔助腹腔鏡前列腺癌根治術(shù)中長時間氣腹會減少器官血流灌注，從而導(dǎo)致機體氧化應(yīng)激，排空氣腹后的缺血再灌注會進一步加重氧化應(yīng)激[16]。

目前已有數(shù)項研究報道了CO2氣腹所致的氧化應(yīng)激損傷，而氧化應(yīng)激程度尚存有爭議。這一爭議我們推測與各研究中的氣腹時間不一、檢測氧化應(yīng)激的時間點不同且檢測氧化應(yīng)激指標各異等因素有關(guān)。此外，目前研究主要集中于LC，而其他類型手術(shù)較少，且樣本量均較小，涉及多類型手術(shù)的大樣本研究尚待開展。

2 CO2氣腹導(dǎo)致氧化應(yīng)激的機制

2.1 器官血流灌注減少及缺血再灌注損傷 目前研究已表明，CO2氣腹會導(dǎo)致腹腔內(nèi)壓力升高，全身血管阻力、后負荷增加，心輸出量降低。這些改變直接導(dǎo)致器官血流灌注降低，促進氧化應(yīng)激損傷。此外，心輸出量降低還會導(dǎo)致腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)的激活，促進腎素及醛固酮分泌。醛固酮進一步促進體內(nèi)氯化鈉與水潴留，并導(dǎo)致腎皮質(zhì)血管收縮，間接導(dǎo)致腎臟血液灌流減少，促進其氧化應(yīng)激損傷。早期動物研究表明，高氣腹壓力(20～40 mmHg)導(dǎo)致除腎上腺外的所有內(nèi)臟血流量減少。而這一血流量減少在腸系膜上動脈與門靜脈更為明顯，可達到30%。灌注量降低會導(dǎo)致臟器氧化應(yīng)激損傷，而降低氣腹壓力可明顯減輕這一損傷[17]。在一項包含30例婦科腹腔鏡手術(shù)的研究中，分別采用11 mmHg、13 mmHg、15 mmHg的氣腹壓力進行手術(shù)，11 mmHg低壓組有效減輕了氧化應(yīng)激損傷[18]。血流灌注降低的器官在恢復(fù)血液供應(yīng)后，過量的自由基攻擊這部分重新獲得血液供應(yīng)的組織內(nèi)細胞，又會造成缺血再灌注損傷。在一項包含了40例患者的子宮肌瘤腹腔鏡手術(shù)的對照研究中發(fā)現(xiàn)，腹腔鏡氣腹會導(dǎo)致缺血再灌注損傷，進而導(dǎo)致機體氧化應(yīng)激指標增高，而開放手術(shù)則無此現(xiàn)象發(fā)生[19]。在腹腔鏡大鼠模型的研究中發(fā)現(xiàn)，高壓氣腹放氣后導(dǎo)致輸卵管與卵巢超微結(jié)構(gòu)損傷，提示可能存在器官缺血再灌注損傷[20]。

2.2 CO2入血所致高碳酸血癥 CO2可經(jīng)腹腔或腹膜快速吸收并轉(zhuǎn)移至循環(huán)系統(tǒng)中，再通過肺循環(huán)交換出體外。為避免可能出現(xiàn)的高碳酸血癥或代謝性酸中毒，患者必須進行代償性過度通氣。而長時間手術(shù)、高腹壓、頭低臀高體位等因素可能抑制代償性通氣，導(dǎo)致高碳酸血癥，這一情況在心肺功能已受損的患者中更容易出現(xiàn)[21]。高碳酸血癥可引起心肌收縮力減弱、血管擴張、血壓下降，從而導(dǎo)致組織血流灌注減少。進而通過上述血流灌注及缺血再灌注機制導(dǎo)致機體氧化應(yīng)激損傷[22]。在一項犬類動物模型中氦氣腹與CO2氣腹的對照研究進一步證明，氦氣腹并不會導(dǎo)致高碳酸血癥及相關(guān)并發(fā)癥發(fā)生[23]。

2.3 脂質(zhì)過氧化水平增強 脂質(zhì)過氧化是指活性氧與生物膜的磷脂、酶和膜受體相關(guān)的多不飽和脂肪酸的側(cè)鏈及核酸等大分子物質(zhì)起脂質(zhì)過氧化反應(yīng)形成脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物，此過程使細胞膜的流動性與通透性發(fā)生改變，繼而出現(xiàn)細胞結(jié)構(gòu)與功能的改變，最終導(dǎo)致細胞氧化應(yīng)激。這可能是CO2氣腹所致氧化應(yīng)激的潛在機制。Glantzounis等[24]發(fā)現(xiàn)，LC組與OC組術(shù)后均出現(xiàn)血漿抗氧化能力、尿酸水平降低及肝功能改變，而只有LC組氣腹放氣后出現(xiàn)脂質(zhì)氧化水平增高。提示氣腹建立與放氣引起機體缺血再灌注損傷，從而出現(xiàn)自由基誘導(dǎo)的脂質(zhì)過氧化，進而促進機體氧化應(yīng)激損傷。一項納入了28例子宮肌瘤或卵巢囊腫手術(shù)的研究顯示，腹腔鏡手術(shù)中CO2氣腹可能導(dǎo)致腹膜發(fā)生脂質(zhì)氧化作用，而這一過程通過非環(huán)氧化酶與脂氧合酶途徑介導(dǎo)。盡管在開放手術(shù)組也觀測到了氧化應(yīng)激損傷，但卻與脂質(zhì)過氧化無關(guān)[25]。這些研究提示與開放手術(shù)相比，氣腹導(dǎo)致氧化應(yīng)激的機制存在差別。

2.4 一氧化氮生物活性降低 動物模型中發(fā)現(xiàn)，氣腹造成的氧化應(yīng)激可能與一氧化氮的生物活性降低有關(guān)。一氧化氮可起到血管擴張劑的作用，并具有抗炎抗氧化的特性，它由三種一氧化氮合酶(nitric oxide synthase，NOS)同工酶催化產(chǎn)生：神經(jīng)元NOS、誘導(dǎo)型NOS及內(nèi)皮NOS[26]。此外，NOS與精氨酸酶共享L-精氨酸作為底物，因此精氨酸酶可通過與NOS競爭L-精氨酸來抑制一氧化氮合成[27]。在CO2氣腹中內(nèi)皮NOS的活性降低，而誘導(dǎo)型NOS的活性顯著增加，精氨酸酶的表達和活性增加，從而削弱一氧化氮的抗氧化活性，促進機體氧化應(yīng)激損傷[28]。

目前關(guān)于CO2氣腹導(dǎo)致氧化應(yīng)激的可能機制眾說紛紜，此前的研究提出了包括內(nèi)臟缺血再灌注損傷、脂質(zhì)過氧化、一氧化氮的生物活性降低等多項機制，但均有待更詳細縝密的體內(nèi)外實驗研究論證。

3 預(yù)防或減輕CO2氣腹導(dǎo)致氧化應(yīng)激的措施

3.1 降低氣腹壓力或使用替代性氣體 降低氣腹壓力或使用替代性氣體已被證明可預(yù)防氧化應(yīng)激反應(yīng)。在一項包含60例患者的腹腔鏡卵巢囊腫剝除術(shù)的對照研究中發(fā)現(xiàn)，相較高氣腹壓力(13 mmHg)，低氣腹壓力(10 mmHg)血清超氧化物歧化酶明顯增高，提示了低壓氣腹對氧化應(yīng)激損傷的抑制作用[29]。另一項分別使用氦氣與CO2建立氣腹的大鼠模型的對照研究中，與CO2相比，氦氣氣腹產(chǎn)生更低的丙二醛、蛋白質(zhì)巰基，并且這一差異隨氣壓升高而變得更為明顯[30]。

3.2 缺血預(yù)處理 缺血預(yù)處理即通過幾次短暫反復(fù)的缺血-再灌注，減少心腎長時間缺血及再灌注損傷[31]。目前有研究將這一概念應(yīng)用于預(yù)防或降低氣腹導(dǎo)致的氧化應(yīng)激損傷。在大鼠模型中，利用氣腹后短暫的充放氣循環(huán)(充氣1 min/放氣1 min，3次)被證明可有效抑制氧化應(yīng)激指標丙二醛、還原型谷胱甘肽的產(chǎn)生[32]。在一項大鼠模型的研究中，缺血預(yù)處理模式表現(xiàn)出了較低壓氣腹更低的氧化應(yīng)激損傷[33]。在一項包含了30例LC患者的臨床研究中，氣腹前缺血預(yù)處理(充氣5 min/放氣5 min，1次)后再進行常規(guī)LC可有效預(yù)防氧化應(yīng)激損傷[34]。

3.3 藥物預(yù)防 一些抗氧化劑及鎮(zhèn)靜藥物可有效預(yù)防氣腹導(dǎo)致的氧化應(yīng)激損傷。N-乙酰半胱氨酸是強烈的活性氧抑制劑，在大鼠模型中氣腹前2 d予以N-乙酰半胱氨酸，可有效抑制氧化應(yīng)激損傷。此外，右美托咪定是一種相對選擇性α2-腎上腺素受體激動劑，具有鎮(zhèn)靜作用。術(shù)前予以大鼠右美托咪定可有效減輕肺部氧化應(yīng)激發(fā)生[35]。在腹腔鏡胃癌根治手術(shù)中，此藥物也取得了相似的抗氧化應(yīng)激效果[36]。參附注射液同樣可在動物模型中減輕氧化應(yīng)激反應(yīng)，對肺功能起到保護作用[37]。其他被報道有預(yù)防氣腹所致氧化應(yīng)激作用的藥物還有維拉帕米[34]、紅霉素、褪黑激素[38]等。總之目前有多種藥物被證明可抑制氣腹導(dǎo)致的氧化應(yīng)激損傷，但研究主要集中在動物模型中，真正的臨床有效性、安全性需進一步探索。

4 總結(jié)與展望

目前已有數(shù)項針對CO2氣腹導(dǎo)致機體氧化應(yīng)激損傷的研究。雖然絕大多數(shù)研究表明，CO2氣腹會增強機體氧化應(yīng)激反應(yīng)且產(chǎn)生途徑不盡相同，但研究結(jié)論仍不統(tǒng)一，尚存有爭議。造成這一現(xiàn)象的原因可能與研究對象、研究方案、檢測方法等有關(guān)，而且臨床研究的樣本量都比較小，其中大部分以選擇性LC為研究對象，缺乏針對復(fù)雜手術(shù)、特殊人群的研究。因此更多標準化的研究有待開展，以進一步明確CO2氣腹所致氧化應(yīng)激損傷的程度與機理，為相關(guān)預(yù)防策略的研究與制定提供參考。