題目：機械通氣所致肺損傷的生物學標志的研究進展單位：上海市瑞金醫院作者：沈富毅 張富軍 審校：薛慶生摘要：對于急性肺損傷（acute lung injury,ALI）、急性呼吸窘迫綜合癥(acute respiratory distress syndrome,ARDS)患者，正壓機械通氣可以挽救生命。然而，大量實驗及臨床資料證明，臨床醫生如何設定通氣方案包括潮氣量、PEEP及氣道平臺壓等，將影響患者肺損傷的嚴重性、預后和死亡率。近年來，固有免疫應答及炎癥反應在機械通氣所致肺損傷（ventilator-induced lung injury，VILI）發病機制中的作用得到了廣泛的研究。目前的研究結果傾向于炎癥反應是VILI發生的主要機制。研究發現，血漿、血清及肺泡灌洗液內的細胞因子和趨化因子是VILI的主要生物學標志。關鍵詞：機械通氣，肺損傷，VILI，炎癥反應，生物學標志Abstract: For patients with ALI(acute lung injury) or ARDS(acute respiratory distress syndrome),the positive pressure mechanical ventilation can save their lives.However,a lot of experimental studies and clinical datas have proved that how the clinicians set the ventilatory strategies(including the tidal volume,the positive end-expiratory pressure and the plateau airway pressure,etc) can affect the severity of the lung injury,the outcomes and the mortality.In recent years,the effects of the inherent immunity and the inflammation have been widely studied in pathogenesy of the ventilator-induced lung injury(VILI).The investigators find that the inflammation is the main mechanism in VILI and the cytokines and chemokines are the main biological markers in plasm,serum and bronchoalveolar lavage fluid.Keywords:ventilator-induced lung injury,inflammation,biological marker機械通氣是治療急性肺損傷(ALI)與急性呼吸窘迫綜合征(ARDS)不可缺少的手段之一。但機械通氣和呼吸機的使用過程中，也可能產生或加重肺損傷，其機理主要與肺組織的過度牽張、萎陷肺泡反復閉合開放產生的剪力損傷及機械通氣誘導產生炎癥介質的大量釋放密切相關1。下文將對機械通氣所致肺損傷（VILI）生物學標志的研究進展做一綜述。臨床研究一系列臨床研究證明，在治療急性肺損傷(ALI)與急性呼吸窘迫綜合征(ARDS)中，小潮氣量、高PEEP機械通氣可明顯降低患者死亡率并減少呼吸機使用天數。目前的研究結果傾向于VILI形成的主要原因是炎癥反應。研究中所發現的指標主要有IL-6、IL-8、IL-10、SP-D、IL-1Ra、sTNFR1、sTNFR2等。1998年，Amato等報道了第一例結果呈陽性的對ARDS患者實施保護性機械通氣的隨機對照研究，研究結果表明，與常規機械通氣相比，保護性機械通氣可改善ARDS患者28天內的生存率(圖1)、減少呼吸機使用天數、降低氣壓傷發生率2。 圖12000年，Laffey等進行的一項多中心研究結果顯示，與大潮氣量機械通氣相比，對ALI及ARDS患者采用小潮氣量機械通氣，能明顯降低其死亡率并減少呼吸機使用天數。該研究將861名ALI或ARDS患者隨機分為兩組，大潮氣量組（大潮氣量12ml/kg，氣道平臺壓50cmH2O）與小潮氣量機械通氣組（潮氣量6ml/kg，氣道平臺壓30cmH2O）。研究在病例數達到861例時終止，因為小潮氣量組死亡率明顯低于大潮氣量組（31.0%vs. 39.8%, P=0.007）,且前28天內減少呼吸機使用天數，小潮氣量組高于大潮氣量組（1211 vs. 1011, P=0.007）。該試驗第1-3天平均潮氣量分別為6.20.8ml/kg和11.80.8ml/kg，平均氣道平臺壓分別為256cmH2O和338cmH2O3。該多中心研究的后續研究中，發現了一系列與VILI相關的生物學標志。Ware等對患者進行的一項追蹤研究顯示，在收集到的樣本中，常規機械通氣組肺泡灌洗液中的中性粒細胞活化作用明顯升高4。Parsons等進行的深入研究（861例患者中的703例進入此項研究）表明，低潮氣量可能使炎癥反應減弱。該研究發現高水平的IL-6、IL-8、IL-10分別與所有患者的死亡危險度升高相關。在低潮氣量組中，IL-6的血漿水平下降26%，IL-8的血漿水平下降12%，IL-10至第三天仍無變化。第三天血漿IL-6水平所對應的死亡率比值比為3.7。值得注意的是，IL-6與IL-8水平隨著ARDS的臨床危險因素改變而改變，例如感染可增加這些介質的水平。然而，作者計算了低潮氣量組治療效果，第三天IL-6水平下降30%5。Eisner等進行的另一項研究發現，血漿高SP-D（肺泡表面蛋白-D）水平與死亡風險的增加相關。第三天，低潮氣量通氣組SP-D顯著下降。由于SP-D為肺泡上皮細胞特有，故低潮氣量通氣可能減少了肺泡上皮細胞損傷或降低了肺泡上皮細胞對蛋白的通透性6。一項較早的研究也發現了一系列生物學標志。該研究將44名使用機械通氣8小時以內的ARDS患者作為研究對象，患者隨機分為兩組，常規機械通氣組（平均潮氣量11 2 mL/kg，平均PEEP 7 2 cm H2O）及小潮氣量組（平均潮氣量8 1 mL/kg，平均PEEP 15 3 cm H2O）。兩組氣道平臺壓均限制于35 cm H2O以內。大約36小時后，小潮氣量及高PEEP水平機械通氣組中，IL-1Ra、sTNFR1和sTNFR2的血漿及肺泡灌洗液水平明顯下降。相對的，常規機械通氣組中，IL-1Ra、sTNFR1和sTNFR2的肺泡灌洗液水平明顯升高。常規機械通氣組平均IL-1Ra的BAL濃度在研究開始時為17g/mL，后上升至32g/mL。在小潮氣量高PEEP組中，IL-1Ra初始濃度為19g/mL，36小時后為16g/mL。常規機械通氣組中，sTNFR1及sTNFR2水平明顯升高近2倍。小潮氣量高PEEP組中，肺泡灌洗液內IL-1、IL-6、 IL-8和TNF-水平在36小時后下降，而在常規機械通氣組中沒有變化或者是升高。這些介質在血漿中有相同的趨勢7。實驗室研究研究者們通過各種實驗模型（包括VILI、VALI的整體動物模型、離體肺、及分離的肺泡上皮細胞）探索VILI的發生機制，目前的研究結果傾向于炎癥反應是VILI發生的主要機制。Tremblay等首先報道了對大鼠游離肺實驗發現，TNF-、 IL-1、 IL-6、IL-10、MIP-2、INF-在大潮氣量零PEEP組中明顯高于小潮氣量高PEEP組及小潮氣量零PEEP組8。之后，許多實驗得出了相似的結果。然而也有部分實驗否定了TNF-與潮氣量及PEEP的相關性9 10。近年來的研究發現，巨噬細胞和單核細胞分別在VILI的起始階段以及進展過程中起到一定作用。Eyal FG等的研究表明肺泡巨噬細胞的減少可使肺損傷減小。實驗發現，經過CL2MDP（liposomal clodronate，骨瞵，又名氯甲雙磷酸鹽，可抑制巨噬細胞、單核細胞的增殖）氣管內預處理的大鼠，肺濕干比上升幅度明顯小于未預處理組，且肺順應性與肺泡穩定度均好于未預處理組11。Michael R Wilson等發現，在呼吸機高牽張誘發急性肺損傷小鼠模型中，肺邊緣Gr-1high單核細胞明顯增多，同時伴隨更高的CD11b的表達和更低的L-選擇素的表達。經過CL2MDP氣管內預處理的小鼠，肺單核細胞明顯減少，并能減少肺損傷12。最新研究發現，在呼吸機所致急性肺損傷的發展和加重過程中，趨化因子PBEF（pre-B-cell colony enhancing factor）也是一個關鍵的炎癥遞質13。腎素-血管緊張素系統14及ATP-P2Y受體系統15均參與了VILI的致病過程。Jerng JS等研究發現，高潮氣量組（40ml/kg，持續4小時）肺損傷評分、支氣管肺泡灌洗液中的蛋白濃度、前炎癥細胞因子、NF-kappaB活性較空白組（無機械通氣）明顯升高，其肺組織血管緊張素II水平、血管緊張素原、1型、2型血管緊張素II受體的mRNA水平也明顯高于低潮氣量組（7ml/kg，持續4小時）和空白組。高潮氣量組中經卡托普利或氯沙坦或PD123319（1型或2型血管緊張素II受體拮抗劑）預處理的大鼠，肺損傷及炎癥反應明顯減弱14。而Hiroki等的研究證實，ATP主要通過ATP-P2Y受體系統介導肺部炎癥反應。該研究發現大潮氣量機械通氣引起肺部炎癥反應時，支氣管肺泡灌洗液中的ATP濃度明顯升高；而經P2受體拮抗劑預處理，可局部減輕炎癥反應15。展望VILI的發病機制目前尚不明確。盡管部分研究顯示，炎癥反應可能不是VILI啟動的全部，但大量的研究結果仍傾向于炎癥反應為VILI的主要發病機制，并發現了一系列與急性肺損傷相關的生物學標志，對急性肺損傷的監測有一定的幫助。近年來，部分研究者將研究方向轉向對抑制劑的研究。如：ACEI類及ARB類藥物可分別通過阻斷ACE活性及ANG-II受體減弱VILI的炎癥反應和細胞凋亡16；NF-kappaB 抗體可降低肺部缺血再灌注損傷和呼吸機所致肺損傷17；多巴胺支氣管內滴注可提高高潮氣量通氣患者肺水腫清除率并顯著改善生存率18；預防性吸入IL-10可通過抑制炎癥反應改善VILI生存率并減少肺損傷19；IL-1Ra可顯著降低損傷性機械通氣期間的肺泡上皮細胞通透性，減小肺水腫，同時也減少了氣道中性粒細胞，經過IL-1Ra處理，支氣管肺泡灌洗液中的RTI40（I型肺泡上皮細胞特有的膜蛋白，與機械通氣潮氣量呈正相關20）水平減少2.5倍。表明IL-1Ra對于急性肺損傷的治療可能有效21。對抑制劑研究的開展，為VILI發病機制的研究提供了新的方向，也為VILI的預防與治療提供了新的線索。參考文獻：1. 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