急性呼吸窘迫綜合征表型的研究進(jìn)展

馮倩桐 李愛(ài)民

急性呼吸窘迫綜合征(acute respiratory distress syndrome，ARDS)是常見(jiàn)的危重癥綜合征，由多種因素導(dǎo)致肺內(nèi)發(fā)生炎癥反應(yīng)，肺泡上皮和血管內(nèi)皮受損，發(fā)生非心源性肺水腫，引起嚴(yán)重的低氧血癥，肺順應(yīng)性下降，肺內(nèi)分流和死腔增加。ARDS占ICU疾病的10.4%，死亡率在34.9%～46.1%之間[1]。目前ARDS定義仍采用2012版柏林定義，根據(jù)定義觀察到的ARDS患者中，其發(fā)生ARDS的病因、疾病的嚴(yán)重程度、生物學(xué)指標(biāo)、對(duì)治療的反應(yīng)性和預(yù)后均存在較大差異。ARDS目前無(wú)特異性藥物治療，許多藥物試驗(yàn)未提示有明顯效果，考慮其定義寬泛和異質(zhì)性較大，究竟是治療失敗還是試驗(yàn)設(shè)計(jì)的失敗尚不能確定。表型是在基因和環(huán)境的相互作用下產(chǎn)生的一組可觀察的特征，表型鑒定即根據(jù)某個(gè)特征尋找表現(xiàn)相似的具有同質(zhì)化的組別，目前根據(jù)生物標(biāo)志物鑒定的表型在哮喘和腫瘤學(xué)上已得到臨床獲益。因此，識(shí)別ARDS的表型有助于ARDS的早期診斷、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、嚴(yán)重程度評(píng)估、精準(zhǔn)治療以及對(duì)發(fā)病機(jī)制的進(jìn)一步理解，同時(shí)有助于為未來(lái)研究試驗(yàn)的設(shè)計(jì)提供方向。故本文對(duì)近年來(lái)關(guān)于ARDS表型的研究，包括臨床表型、生理表型、生物標(biāo)志物表型、及新興的代謝組學(xué)、基因組學(xué)等方面進(jìn)行綜述。

臨床表型

利用病因、風(fēng)險(xiǎn)因素和發(fā)病時(shí)間，尋找具有相似的可觀察到的臨床特征，有可能發(fā)現(xiàn)具有同質(zhì)性的表型。

一、根據(jù)病因分為直接/間接ARDS(肺內(nèi)源/外源性ARDS)

根據(jù)肺損傷發(fā)病因素，ARDS可分為直接(肺內(nèi)源性)ARDS和間接(肺外源性)ARDS[2]，肺直接ARDS原因包括肺部感染、胃內(nèi)容物誤吸、溺水、肺挫傷、呼吸機(jī)機(jī)械損傷、有毒氣體和煙霧吸入等；肺間接ARDS原因包括非肺源性膿毒癥、休克、急性胰腺炎、非胸部嚴(yán)重創(chuàng)傷、高危手術(shù)、多次輸血、藥物中毒、彌漫性血管內(nèi)凝血等。膿毒癥是發(fā)生ARDS主要危險(xiǎn)因素，膿毒性ARDS表型患者較非膿毒癥相關(guān)ARDS患者病情更嚴(yán)重，肺損傷恢復(fù)能力更差，拔管成功率更低，死亡率更高[3]。肺部感染也是主要的危險(xiǎn)因素，其中細(xì)菌感染是導(dǎo)致ARDS及增加易感性的主要病原體；病毒感染雖然發(fā)生率不高，但發(fā)生ARDS風(fēng)險(xiǎn)較高；真菌感染發(fā)病率較低，多見(jiàn)于免疫功能受損病人；醫(yī)院獲得性肺炎尤其是病原學(xué)培養(yǎng)陽(yáng)性患者ARDS的發(fā)生率比社區(qū)獲得性肺炎高[4]。這種分類方法并不完善，因?yàn)椴糠只颊叩牟∫蚴腔旌闲曰虿荒芡耆_定的，但仍為ARDS表型的區(qū)分提供了線索。

多項(xiàng)研究提示直接和間接ARDS其生理病理、生物學(xué)、放射學(xué)、呼吸力學(xué)和機(jī)械通氣策略等方面有所差異。直接ARDS患者肺彈性阻力增高較間接明顯，隨著呼氣末正壓(positive end-expiratory pressure，PEEP)的增加而增加，間接ARDS患者胸壁和肺彈性阻力增高，隨著PEEP增加而減小，PEEP的治療效果更佳[5]。直接ARDS病理改變主要發(fā)生在肺泡內(nèi)，肺泡中炎癥細(xì)胞及炎癥因子增加，肺泡上皮受損，纖維素滲出，導(dǎo)致肺實(shí)變，肺泡不易復(fù)張；間接ARDS主要是血液中炎性物質(zhì)增加，血管內(nèi)皮受損，肺間質(zhì)水腫，肺泡萎陷性不張，肺泡腔結(jié)構(gòu)變化較輕，易于復(fù)張。在尸檢病理研究中提示，直接ARDS與肺泡塌陷、纖維蛋白沉積和肺泡壁水腫的相關(guān)性明顯高于間接ARDS[6]。生物學(xué)方面，直接ARDS患者血漿肺泡上皮特異性標(biāo)志物，如SP-D、RAGE較高，而內(nèi)皮損傷的標(biāo)志物Ang-2、vWF水平較低；間接ARDS是血漿內(nèi)皮損傷標(biāo)志物，如Ang-2、vWF濃度較高[7]。放射學(xué)表現(xiàn)方面，間接ARDS以磨玻璃影為主，多對(duì)稱性分布，實(shí)變影較少，直接ARDS多表現(xiàn)為磨玻璃和實(shí)變影不均勻分布，肺實(shí)變影較間接ARDS多見(jiàn)，但這種影像學(xué)表現(xiàn)只是典型表現(xiàn)，不具有特征性[8]。

二、根據(jù)發(fā)病時(shí)間分為早發(fā)/晚發(fā)型ARDS

根據(jù)發(fā)病時(shí)間可將在入院后48小時(shí)以內(nèi)發(fā)生ARDS的患者定義為早發(fā)型ARDS，48小時(shí)以上的定義為晚發(fā)型ARDS[9]。早發(fā)型ARDS多與嚴(yán)重的失血性休克、嚴(yán)重的胸部創(chuàng)傷有關(guān)，晚發(fā)型ARDS多與感染性疾病相關(guān)[10]。同早發(fā)型ARDS相比，晚發(fā)型ARDS患者多預(yù)后不良，生存時(shí)間更短，死亡率更高[11]。這種分類方法有較大的局限性，因?yàn)樵谒醒芯恐校匀胱〖痹\科或重癥監(jiān)護(hù)病房時(shí)間開(kāi)始，嚴(yán)重創(chuàng)傷發(fā)病在數(shù)小時(shí)內(nèi)可準(zhǔn)確入組，而其他誘因如膿毒癥等起始時(shí)間不能準(zhǔn)確確定，所以ARDS的早期識(shí)別與診斷具有重大意義。

三、根據(jù)影像學(xué)分為局灶/彌漫型表型ARDS

根據(jù)胸部CT表現(xiàn)可分為局灶型ARDS和彌漫型ARDS，局灶型指肺密度增高呈葉段分布，彌漫型指肺密度增高呈彌漫分布[12]，彌漫型ARDS較局灶型ARDS肺順應(yīng)性更差、 死亡率更高，這種分型與直接/間接肺損傷類別存在一定的相關(guān)性，其中彌漫型中病因以間接肺損傷更常見(jiàn)[13]。

生理表型

了解ARDS的生理病理對(duì)疾病的進(jìn)一步理解具有重要意義。生理指標(biāo)可判斷疾病的嚴(yán)重程度，如氧合指數(shù)(PaO2/FiO2)，是柏林定義ARDS嚴(yán)重程度的劃分指標(biāo)，也有文獻(xiàn)提出可利用肺順應(yīng)性(compliance of respiratory system，Crs)、肺死腔分?jǐn)?shù)(dead space fraction)、肺驅(qū)動(dòng)壓(driving pressure)等生理指標(biāo)鑒定表型，以判斷疾病的嚴(yán)重程度。在未來(lái)的試驗(yàn)中，嚴(yán)重程度可能是一個(gè)決定因素。

一、根據(jù)氧合指數(shù)分為輕/中/重度ARDS，或輕-中度/中-重度ARDS

1 輕/中/重度ARDS 氧合指數(shù)(PaO2/FiO2)是ARDS可測(cè)量的生理變量，柏林定義根據(jù)氧合指數(shù)將患者劃分為輕度(小于100mmHg)、中度(101～200mmHg)、重度(201～300mmHg)[14]。ARDS的嚴(yán)重程度越高，死亡率越高，輕度死亡率為27%，中度32%，重度45%，但臨床試驗(yàn)提示不可將PaO2/FiO2作為死亡率的替代指標(biāo)[15]。ARDS的嚴(yán)重程度與肺部發(fā)生彌漫性肺損傷(diffuse alveolar damage，DAD)有一定的相關(guān)性，一項(xiàng)356例ARDS患者的尸檢研究提示：有45%患者發(fā)生DAD，中度和重度ARDS的比例更高，其中超過(guò)72小時(shí)的重度ARDS患者DAD比例高達(dá)69%[14]，這提示中度和重度表型ARDS人群更有同質(zhì)性。

2 輕-中度/中-重度ARDS 近年來(lái)更多研究將ARDS以氧合指數(shù)150mmHg為閾值分為輕-中度(氧合指數(shù)≥150cmH2O)和中-重度(氧合指數(shù)<150cmH2O)，其中對(duì)中-重度患者具有更明顯的臨床獲益的試驗(yàn)分別為PROSEVA試驗(yàn)(Proning Severe ARDS Patients study 俯臥位通氣對(duì)比仰臥位通氣)和ACURASYS試驗(yàn)(ARDS and Curarisation Systematique 神經(jīng)阻滯劑對(duì)比安慰劑)，PROSEVA提示當(dāng)氧合指數(shù)低于150mmHg時(shí)俯臥位通氣可顯著降低28天和90天死亡率[16]；ACURASYS試驗(yàn)提示當(dāng)氧合指數(shù)低于150mmHg時(shí)早期給予順式阿曲庫(kù)銨可改善90天生存率并減少呼吸機(jī)脫機(jī)時(shí)間[17]。經(jīng)ECMO治療的患者中90%屬于中-重度亞組[18]。以上表明，根據(jù)氧合指數(shù)劃分為輕-重度及中-重度可使ARDS患者更具有同質(zhì)化，兩亞組患者接受一些臨床治療時(shí)會(huì)有更具體的指征。

二、根據(jù)肺順應(yīng)性分為L(zhǎng)型/H型

最近在2019新型冠狀病毒肺炎(Covid-19)的背景下，有學(xué)者提出了基于肺順應(yīng)性的表型模型。Luciano Gattinoni等人基于16例機(jī)械通氣的新冠肺炎患者的臨床觀察，提出新冠肺炎ARDS與典型的ARDS表現(xiàn)不同，其特征是存在嚴(yán)重的低氧血癥和較正常的肺順應(yīng)性[19]，這在典型的ARDS患者中是少見(jiàn)的，具有獨(dú)特的表型特征。隨后，作者基于更多的患者研究后提出L型和H型兩種表型[20]，作者認(rèn)為COVID-19肺炎ARDS多數(shù)患者早期表現(xiàn)為L(zhǎng)型，表現(xiàn)為較低的肺彈性、肺通氣/血流比、肺重量和肺復(fù)張能力，L型胸部CT影像多表現(xiàn)為以胸膜下分布為主的磨玻璃樣陰影，幾乎沒(méi)有實(shí)變病灶，肺內(nèi)氣體容積基本正常，肺水腫不明顯，具有較高的肺順應(yīng)性；而H型表現(xiàn)為較高的肺彈性、右向左分流、肺重量和肺復(fù)張能力，H型與典型的重度ARDS表現(xiàn)更符合，肺水腫及體位重力依賴性肺實(shí)變，肺內(nèi)氣體容積減少，CT可見(jiàn)肺重量顯著增加，具有更低的肺順應(yīng)性。其中部分L型患者可轉(zhuǎn)化為H型，可能由疾病演變和患者自主呼吸誘導(dǎo)的肺損傷(patient self-inficted lung injury，P-SILI)共同造成。作者建議其中L型和H型最好使用胸部CT結(jié)合病理生理鑒別。同時(shí)作者主張兩種亞型的呼吸治療要有所區(qū)別，氣管插管及深度鎮(zhèn)靜的L型患者如果出現(xiàn)高碳酸血癥，應(yīng)給予更大的潮氣量，VT大于6mL/kg(高達(dá)8～9mL/kg)，因?yàn)楦唔槕?yīng)性肺沒(méi)有呼吸機(jī)相關(guān)肺損傷的風(fēng)險(xiǎn)；另應(yīng)將PEEP降低到8～10cmH2O，L型患者對(duì)俯臥位治療效果反應(yīng)不佳，僅作為挽救策略。H型患者應(yīng)視為嚴(yán)重的ARDS，治療方面包括高PEEP、俯臥位通氣等。

在此背景下，為確定在Covid-19肺炎大流行之前ARDS患者中是否存在基于肺順應(yīng)性的表型以及肺順應(yīng)性與死亡率的關(guān)系，Rakshit Panwar對(duì)1117例非新冠肺炎ARDS患者進(jìn)行了研究[21]，結(jié)果提示在非新冠肺炎ARDS中肺順應(yīng)性的變化范圍較大，其中有約1/8的患者肺順應(yīng)性正常但合并嚴(yán)重的低氧血癥，同時(shí)提示低肺順應(yīng)性是高死亡率的獨(dú)立性因素。

生物標(biāo)志物表型

生物標(biāo)志物在ARDS的診斷、評(píng)估預(yù)后和判斷治療反應(yīng)等方面多具有應(yīng)用前景，并有潛力成為靶向治療的目標(biāo)。目前研究生物標(biāo)志物種類大多集中于ARDS發(fā)病機(jī)制網(wǎng)絡(luò)中，如肺泡上皮損傷、血管內(nèi)皮損傷、炎癥反應(yīng)、凝血與纖溶通路、肺纖維化等多方面，但很難找到針對(duì)ARDS的特異性生物標(biāo)志物，將幾種生物標(biāo)記物與臨床相關(guān)指標(biāo)結(jié)合在一起或許是一種好的方法。目前已有研究利用生物標(biāo)志物組合ARDS進(jìn)行表性鑒定，這些研究提示炎癥或許是一個(gè)潛在的治療方向策略。

一、根據(jù)生物標(biāo)志物分為高/低炎癥表型，或炎癥/無(wú)炎癥表型

1 高/低炎癥表型 Calfee等人利用潛類別分析方法對(duì)全國(guó)心肺和血液研究所(NHLBI)ARDS網(wǎng)絡(luò)中心的ARMA(高低潮氣量試驗(yàn))、ALVEOLI(高低PEEP試驗(yàn))的兩項(xiàng)大型隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)1022例患者的數(shù)據(jù)進(jìn)行了獨(dú)立建模，確定了高炎癥型和低炎癥型2種表型，驗(yàn)證了不同表型與臨床結(jié)局的關(guān)系以及不同表型對(duì)呼氣末正壓(PEEP)的治療反應(yīng)[22]。與低炎癥表型對(duì)比，高炎癥表型的特征是血漿炎性標(biāo)志物濃度更高，酸中毒更嚴(yán)重，患休克和肺外器官衰竭的危險(xiǎn)性更高，機(jī)械通氣時(shí)間更長(zhǎng)，死亡率更高；另ALVEOU組數(shù)據(jù)確定了PEEP策略對(duì)不同表型的死亡率具有顯著影響，提示高炎癥表型可能對(duì)高PEEP通氣更有效。隨后，為確定高低炎癥表型對(duì)臨床治療的反應(yīng)性進(jìn)行了多項(xiàng)試驗(yàn)，如FACTT(液體管理試驗(yàn))[23]、HARP-2(辛伐他汀試驗(yàn))[24]、SAILS(瑞舒伐他汀試驗(yàn))[25]等，F(xiàn)ACTT提示高低炎癥表型對(duì)液體管理的反應(yīng)不同，高炎癥型組保守性和開(kāi)放性液體管理的90 d病死率分別為50%和40%，而低炎癥型保守性和開(kāi)放性液體管理的90 d病死率分別為18%和26%，兩組差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。HARP-2試驗(yàn)提示在高炎癥表型中辛伐他汀可提高28d存活率，并延長(zhǎng)非機(jī)械通氣時(shí)間，在低炎癥表型中辛伐他汀和安慰劑無(wú)明顯差異；但SAILS試驗(yàn)中瑞舒伐他汀沒(méi)有看到生存益處。

2 炎癥/無(wú)炎癥表型 MARS試驗(yàn)利用一組生物標(biāo)志物確定了兩種具有不同死亡率的表型，即炎癥型和無(wú)炎癥型，其中炎癥型占了52%，死亡率較高，2種表型可用IL-6、干擾素γ、血管生成素1/2、PAI-1鑒別[7]。

新興組學(xué)

ARDS發(fā)病機(jī)制復(fù)雜，一些新興的組學(xué)如代謝組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、基因組學(xué)對(duì)ARDS的研究也具有重要貢獻(xiàn)，同時(shí)有望成為潛在的靶向治療目標(biāo)。

一、代謝組學(xué)

代謝組學(xué)是一個(gè)新興的研究領(lǐng)域，通常使用核磁共振和質(zhì)譜進(jìn)行低分子量細(xì)胞代謝產(chǎn)物分析，可實(shí)時(shí)檢測(cè)代謝產(chǎn)物濃度，動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)疾病變化；由于代謝物處于生物級(jí)聯(lián)的下游，所以對(duì)病理狀態(tài)更加敏感，這將有助于理解病理生理和分子機(jī)制，發(fā)現(xiàn)有價(jià)值的生物標(biāo)志物及更理想的表型。利用代謝組學(xué)技術(shù)，Charles R. Evans等人發(fā)現(xiàn) ARDS 患者肺泡灌洗液中尿酸前體代謝物如鳥(niǎo)嘌呤、黃嘌呤、次黃嘌呤及乳酸水平升高，磷脂酰膽堿水平降低，證實(shí)了鳥(niǎo)苷代謝途徑在肺部被激活，尿酸可誘導(dǎo)急性炎癥進(jìn)一步加重肺損傷[26]。Lieuwe D. J. Bos等人發(fā)現(xiàn)ARDS患者呼出氣中，辛烷、3-甲基庚烷和乙醛與對(duì)照組有明顯差異，這些異常代謝物可能與肺氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)有關(guān)[27]。代謝組學(xué)相關(guān)的研究相對(duì)較少，目前仍有較大的局限性，代謝組學(xué)受機(jī)體影響因素較大，不易控制，另標(biāo)本采集過(guò)程及檢測(cè)技術(shù)方面的困難仍需克服。

二、微小RNA(microRNA，MiRNA)

MiRNA是非編碼的小分子RNA，通過(guò)干擾、降解信使RNA(messengerRNA，mRNA)調(diào)節(jié)基因的表達(dá)發(fā)揮作用，MiRNA已被證實(shí)在多個(gè)系統(tǒng)疾病如呼吸系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)及腫瘤等疾病的病理生理過(guò)程中發(fā)揮作用。目前MiRNA對(duì)ARDS的研究多在細(xì)胞和動(dòng)物模型上進(jìn)行，不同模型所表達(dá)的明顯上調(diào)或下調(diào)的MiRNA種類不同且繁多，未發(fā)現(xiàn)明顯的規(guī)律，但可提示MiRNA參與整個(gè)ARDS的過(guò)程，對(duì)炎癥反應(yīng)和細(xì)胞凋亡起著重要作用，并有可能成ARDS潛在的診斷新指標(biāo)和治療靶點(diǎn)。尋找和驗(yàn)證ARDS患者的特異性MiRNA或MiRNA組合，有助于理解ARDS的發(fā)病機(jī)制，尋找潛在的治療靶點(diǎn)，為臨床治療提供新的證據(jù)。

三、基因組學(xué)

既往的流行病學(xué)發(fā)現(xiàn)，即使病人處于相同的生理狀態(tài)，其發(fā)生ARDS的風(fēng)險(xiǎn)、疾病的嚴(yán)重程度和預(yù)后均存在差異，有可能與基因異質(zhì)性、多態(tài)性有關(guān)。目前基因組學(xué)研究已經(jīng)鑒定出與ARDS的發(fā)展有關(guān)的基因主要包括血管緊張素轉(zhuǎn)換酶(ACE)、IL-10、TNF、VEGF等多種基因?；蛴锌赡苡兄谧R(shí)別ARDS的表型，有潛力成為靶向治療的目標(biāo)。

總結(jié) ARDS是異質(zhì)性綜合征，目前暫無(wú)特效治療，早期診斷是有效治療的前提。ARDS表型的鑒定可為早期診斷提供證據(jù)，為精準(zhǔn)治療提供方向，根據(jù)氧合指數(shù)劃分的嚴(yán)重程度分組，及炎癥亞型已在一些實(shí)驗(yàn)中顯示出潛力，未來(lái)工作中，需要研究ARDS更多的同質(zhì)亞組，開(kāi)發(fā)關(guān)鍵生物標(biāo)志物的實(shí)時(shí)測(cè)試和前瞻性驗(yàn)證，尋找有效的特性異的治療。