肠道淤血再灌注对肝移植手术中患者全身血流动力学影响的研究进展

王金山 刘文娜 王永旺

(1 天津市第一中心医院移植外科，天津 300192；2 天津医科大学朱宪彝纪念医院麻醉科，天津市内分泌研究所，国家卫健委激素与发育重点实验室，天津市代谢性疾病重点实验室；3 桂林医学院附属医院麻醉科)

肝脏移植手术已成为目前治疗终末期肝脏疾病的有效方法，该手术操作复杂、创伤大，易导致受者内环境及凝血功能紊乱，全身血流动力学变化剧烈。术中门静脉阻断后肠黏膜发生淤血性缺氧，导致肠道黏膜屏障受损，当新肝期开放门静脉后肠道内大量内毒素、细菌及炎性递质等进入门静脉和体循环，触发全身炎症反应，引起全身血流动力学发生极大的波动，甚至导致全身多脏器衰竭[1]。本文就肝脏移植过程中肠道淤血再灌注损伤产生的各种递质成分对血流动力学的影响及相关机制研究做一阐述。

1 肝脏移植手术的麻醉管理

1.1 无肝前期

无肝前期是指从麻醉诱导开始到门静脉、上下腔静脉和肝动脉阻断的过程。此过程麻醉管理的要点：①维持循环系统稳定；②维持电解质和酸碱平衡；③纠正凝血功能；④进行保温；⑤保护肾功能。

1.2 无肝期

无肝期是指病肝切除和植入新肝的过程。在此期间，患者门静脉和下腔静脉阻断，血液回流受阻，回心血量骤减50%～60%，血流动力学发生剧烈变化。此时应注重维持酸碱平衡，补充适当的液体，同时维持循环的稳定，必要时辅以血管活性药物。

1.3 新肝期

新肝期指供肝恢复供血的过程。新肝期易发生再灌注综合征，即肝移植手术中肝再灌注恢复血流后的最初5 min内，平均动脉压降低超过基础血压30%，并且持续至少1 min[2-3]。发生再灌注综合征的原因可能涉及氧自由基产生、内毒素及炎性递质入血、低温、酸中毒、高血钾、供肝质量及受体肠组织损伤等[4-6]，其发生率为8%～77%[7-8]。此期应积极预防并处理再灌注综合征，全面改善凝血功能，维持全身器官功能。再灌注综合征被认为是移植器官功能不全和患者病死率升高的独立危险因素，对患者的预后有直接影响[9]。

2 肝脏移植手术中肠道淤血再灌注损伤产生机制

2.1 内毒素的形成

肠黏膜的血液循环供应十分丰富，其血液灌注从而得以保障，肠屏障功能维持正常，肠道内细菌及毒素不能侵袭身体。内毒素主要来源于革兰阴性杆菌，是其细胞壁中脂多糖的组成成分，在正常肠道内大量存在。肠黏膜未受损时，肠道内的细菌及内毒素不能通过肠黏膜屏障进入体循环以及其他器官组织。肝脏移植手术无肝期，门静脉和下腔静脉需要被阻断，肠道不可避免出现缺血缺氧，肠黏膜上皮细胞受损，通透性增加，肠黏膜屏障功能显著降低，细菌及内毒素由此迁移到肠外无菌组织和器官[10-11]。内毒素通过激活一氧化氮合成酶(NOS)，导致一氧化氮(NO)生成，大量NO又加重肠黏膜损伤的程度[12]，引起肠屏障功能障碍，导致细菌移位。另外大量NO使过氧化亚硝酸阴离子(ONOO-)自由基生成，ONOO-自由基可通过激活半胱天冬酶和在线粒体中释放凋亡活化因子-1促进肠上皮细胞凋亡[13]，并且还参与肠上皮屏障的损伤和中性粒细胞的浸润等过程，从而进一步促使肠道内毒素入血，形成正反馈效应，加重易位细菌引发的感染。

2.2 中性粒细胞的黏附聚集与呼吸爆发

许多研究结果表明，当肠黏膜处于缺血缺氧时，大量中性粒细胞在早期即可产生，于肠黏膜组织中聚集并被活化。再灌注损伤阶段，细胞膜磷脂降解，花生四烯酸代谢产物大量生成，如白三烯、血小板激活因子(PAF)、补体和激肽等，在这些因子的趋化作用下，更多的白细胞聚集在缺血组织。白细胞活化后，分泌肿瘤坏死因子α(TNF-α)和白细胞介素-1β(IL-1β)等促炎性细胞因子。TNF-α作用于巨噬细胞、肥大细胞、淋巴细胞等，导致细胞间黏附分子1(ICAM-1)、IL-1、IL-6和PAF等细胞因子的增加，引发瀑布反应。早期再灌注损伤阶段，IL-1、IL-6等细胞因子可发挥炎性递质作用，导致炎症反应失控；PAF可引起血小板聚集、释放；ICAM-1、血管细胞黏附分子-1(VCAM-1)等可引起细胞间黏附增加；TNF-α和PAF也可直接导致组织损伤。一般情况下，微血管内皮细胞表达黏附分子量少，导致血管内皮细胞和中性粒细胞无法黏附[14]；组织缺血缺氧时，大量黏附分子表达，促进血管内皮细胞及白细胞黏附，导致血管机械阻塞，造成组织缺血，恢复血液灌注后，缺血区依然得不到充分血液灌注，“无复流”现象即发生。另外，再灌注期间组织重新获得氧供应，中性粒细胞激活后耗氧明显增加，此过程中大量氧自由基形成，造成肠黏膜损伤、血管通透性增加，组织发生水肿，微血管受压，从而引起微循环灌注进一步减少，导致恶性循环。

2.3 自由基的产生

自由基在胃肠道新陈代谢中不断产生和消亡，但由于机体存在一套完善的氧化-抗氧化体系，抗氧化系统可以将过多的自由基清除，抑制自由基的浓度过高，从而防止组织细胞发生损伤。缺血再灌注(I/R)时，肠道产生的自由基显著增加，超出了体内抗氧化系统的清除能力，组织细胞受到损伤。有研究已经证实，对器官的大多数组织细胞来说，真正的损伤并没有发生在缺血期，而是发生在再灌注阶段[15]。肠组织缺氧阶段，线粒体的电子传递链作用下降，大量ATP被分解为次黄嘌呤，黄嘌呤脱氢酶在不可逆的蛋白水解或可逆的氧化巯基等方式的转化下形成黄嘌呤氧化酶。当组织重新得到血液灌注后，大量的氧输送到组织，在黄嘌呤氧化酶作用下次黄嘌呤生成黄嘌呤，大量氧自由基被释放，引起组织细胞发生氧化应激损伤。

肠组织为疏松的结缔组织，当肠道淤血时，毛细血管内流体静水压迅速增高，同时毛细血管通透性增加，组织间隙更易出现淤血性水肿，导致肠道微循环受阻，引发再灌注过程中无复流现象出现。因此相比I/R损伤，肠组织发生淤血再灌注损伤后血液复流时间更长，再灌注损伤更重[16]。综上所述，多种因素共同作用使肠黏膜细胞损伤坏死，肠黏膜屏障功能遭到严重破坏，肠壁通透性明显增加，形成恶性循环，严重者可导致多器官功能衰竭。

3 肠道淤血再灌注产生的成分对全身血流动力学的影响

3.1 内毒素对血流动力学的影响

内毒素是细菌感染过程的主要致病力。一般情况下，内毒素经过肠道进行吸收，再通过门静脉在肝脏进行代谢。门静脉阻断后，肠黏膜细胞缺血缺氧，内环境紊乱，肠道内菌群失调，大量内毒素产生，门静脉开放后内毒素大量入血，导致溶酶体膜和线粒体内膜受损，黏膜上皮细胞损伤加重。另外内毒素还可激活组胺、5-羟色胺等血管活性物质，引起微循环扩张，肠道血流灌注不足进一步加重，导致肠黏膜-黏液屏障功能受到破坏，促进细菌移位。内毒素还可通过活化补体和纤溶系统，激活炎症细胞，释放前列腺素和氧自由基，激活细胞因子、黏附分子及趋化因子等的过度表达，通过“扳机样作用”触发炎性递质的“瀑布样级联反应”，使炎症反应扩散、恶化，从而导致全身炎症反应过度激活、血流动力学欠稳定以及器官功能受到损害。

3.2 炎性递质的活化对血流动力学的影响

3.2.1TNF-α对血流动力学的影响 TNF-α是感染急性期机体免疫应答、炎性反应时最先激活并释放的细胞因子，由单核-巨噬细胞合成释放，是引起细胞因子瀑布样释放的核心。TNF-α通过与靶细胞上的TNF受体结合，诱导磷脂酶C的活化，增加细胞外Ca2+向细胞内流动，使细胞内Ca2+水平增高。细胞内Ca2+浓度增加会触发炎症反应，导致TNF-α等细胞因子增加，从而引起心肌细胞凋亡，继而引发心肌收缩力、体循环阻力降低，心室扩张以及射血分数下降[17]。再灌注过程中，TNF-α、IL-6等多种细胞因子释放，引起局部炎症反应，也引起心肌损伤[18-19]。TNF-α还可直接导致全身毛细血管通透性增加，引起血浆外渗以及血液浓缩；其也可与内皮细胞相互作用，抑制血栓调节素的表达，扰乱抗凝血机制，导致弥漫性血管内凝血(DIC)和循环衰竭的发生。同时TNF-α诱导黄嘌呤氧化酶的激活，导致大量氧自由基产生，损伤心脏冠状动脉内皮细胞，刺激内皮细胞产生炎性递质[20]。再灌注期，血供的恢复将氧气重新输送至缺血心肌，导致活性氧(ROS)激增，破坏线粒体中的电子传递链[21]。总之，血浆TNF异常增高会引起一系列病理过程，血管内大量中性粒细胞黏附，毛细血管阻力增加，血液灌流量减少，并加重组织缺血缺氧和器官损伤。

3.2.2其他炎症因子对血流动力学的影响 IL-1是由多种细胞产生，同时作用于多种细胞的一类细胞因子，具有以下多种生物活性：①诱导血管内皮细胞产生前列环素、PAF、抗纤溶酶原抑制因子以及前凝血物质，从而引发DIC；②促使嗜碱性粒细胞、中性粒细胞分别释放组织胺及溶酶体酶，加重对血管和组织的损伤；③促使肾上腺皮质激素/内啡肽中枢释放内啡肽，对儿茶酚胺起到拮抗作用，松弛血管平滑肌，导致血管通透性增加、血压下降；④使TNF生成增加，血管内皮细胞受损；⑤促使补体C3等产生，致血管内皮细胞受损等。IL-6是由TNF-α激活单核-巨噬细胞、内皮细胞、成纤维细胞等细胞后产生，能促进肝细胞合成急性时相蛋白，是参与机体炎症反应主要细胞因子。作为TNF-α下游的细胞因子，IL-6在细胞因子释放综合征引起的内皮细胞功能障碍中起着重要的作用，抑制IL-6信号通路可降低炎症细胞因子水平并改善血管通透性[22]。

3.3 NO对血流动力学的影响

人体血管内皮细胞有两种类型的NOS，即结构型NOS(eNOS)和诱导型NOS(iNOS)。eNOS在正常情况下即可合成NO，参与调节机体的正常生理功能；iNOS可在细胞因子和细菌诱导下激活，生成过量NO，导致循环功能严重受损，重要器官组织出现缺血缺氧。内毒素、炎性递质和细胞因子刺激血管平滑肌和心肌细胞内NOS，异常合成和释放大量NO，NO活化鸟苷酸环化酶，增加细胞内环磷酸鸟苷(cGMP)，过量cGMP抑制心肌、血管平滑肌细胞中受体操纵性Ca2+通道和电压依赖性Ca2+通道介导的胞外Ca2+内流，同时抑制肌细胞肌浆网中三磷酸肌醇(IP3)敏感的Ca2+库释放，并降低肌细胞收缩蛋白对Ca2+敏感性，导致血管平滑肌异常舒张和心肌舒缩功能抑制，引发严重的低血压和对多种血管活性药物的低反应性。亚甲蓝和羟钴胺可对肝移植患者难治性血管麻痹有效，能够改善血流动力学的不稳定性[23]。NO也参与再灌注损伤导致的病理过程，使用iNOS抑制剂可以缓解I/R损伤。NO过量形成通过直接抑制细胞呼吸作用或引发血流异常分布，造成组织的氧摄取能力下降[24]。

3.4 内皮素(ET)对血流动力学的影响

ET是血管内皮细胞分泌的肽类物质，有强力血管收缩作用。ET家族分为ET-1、ET-2和ET-3。ET通过与相应的受体结合，激活二磷酸肌醇转化为IP3+二酰基甘油系统，使细胞外Ca2+内流及细胞内肌浆网释放Ca2+，引起细胞收缩和DNA激活，导致心肌强力收缩、心律失常，冠状动脉出现明显痉挛，上述过程长时间持续可使心肌收缩力下降，外周血压降低，同时产生心肌渗出、水肿、变性和空泡形成。ET-1是最有效的内源性血管收缩剂之一，可介导多种反应，包括血管内皮功能障碍、血管收缩、白细胞活化和细胞增殖。有研究表明，I/R损伤可导致ET-1释放，刺激钙超载和细胞凋亡，ET-1抑制剂则可降低I/R损伤[25]。ET-1在I/R后引起的冠状动脉过度收缩，涉及到冠状动脉平滑肌细胞肌膜上L型Ca2+通道和钙贮库调控的Ca2+通道的共同激活[26]。以心肌I/R损伤模型为基础，ET受体拮抗剂激活JAK2/STAT3通路可抑制氧化应激诱导的心肌细胞凋亡，降低心肌I/R损伤的发生。

3.5 ICAM对血流动力学的影响

ICAM是循环中存在于细胞表面的一类具有复杂功能的糖蛋白，介导细胞之间的相互黏附，参与机体的病理生理过程。ICAM-1是多形核白细胞介导细胞毒作用的主要物质，其与受体结合后，可使得内皮细胞骨架相关蛋白磷酸化，细胞骨架发生改变，有利于白细胞聚集浸润到局部组织[22]。当血管内皮细胞发生炎症激活时，IL-8和单核细胞趋化因子-1被诱导吸引白细胞、VCAM-1和ICAM-1以及其他细胞黏附分子，易将微循环阻塞，增加微循环血管阻力，导致毛细血管内血流淤积。激活的白细胞还可释放溶酶体酶及氧自由基，对内皮细胞及其他组织细胞造成进一步损伤。抑制内皮黏附蛋白的表达及炎症反应，可使心脏微血管局部流体力学正常化，维持血管壁结构和功能，改善微血管灌注[27]。

3.6 脂类递质对血流动力学的影响

脂类递质可收缩血管，同时增加毛细血管通透性，造成组织水肿，还可将中性粒细胞和血小板募集于血管内壁形成微血栓，导致组织细胞血液灌注减少。如PAF可间接激活细胞内肌球蛋白轻链激酶，使肌球蛋白轻链磷酸化及重链头部ATP酶活化，同时导致肌球蛋白头部构象改变，使横桥与肌动蛋白结合，肌动蛋白微丝移动，细胞向心性收缩、形态改变，从而增大心肌细胞间隙，增加血管壁的通透性。PAF还可活化血小板，引起血小板黏附、聚集及释放组胺；活化多形核白细胞和单核-吞噬细胞，使其分泌细胞因子。PAF低浓度时可使炎症细胞对炎性递质的敏感性升高，高浓度时可导致血管扩张，引起低血压的发生。

3.7 氧自由基和不饱和脂肪酸对血流动力学影响

氧自由基可与心肌细胞膜上的不饱和脂肪酸发生氧化作用，形成的脂质过氧化物可抑制葡萄糖氧化，从而引起心肌细胞能量失衡，造成心肌收缩乏力。脂质过氧化物还可协同多种炎性递质、血管活性物质及激活后的酶等，导致血管内皮细胞膜泵功能发生障碍，促使Na+、Ca2+从细胞外流向细胞内、组织细胞水肿，导致微血管管腔狭窄，加重微循环障碍。氧自由基可以破坏线粒体膜，线粒体受损导致ATP合成减少，能量生成不足，最终影响细胞正常的功能。另外，氧自由基还引起溶酶体肿胀，释放溶酶体酶，溶酶体酶进入血液循环后，可收缩微血管、破坏血管平滑肌、消化基底膜并增加血管壁通透性，还可激活激肽系统、纤溶系统，并促进组胺等炎性递质的释放。因此，溶酶体酶大量释放入血导致微循环障碍的加重，组织细胞进一步受损，严重者出现多器官功能衰竭。氧自由基还促进中性粒细胞粘附，引起血管和器官的进一步的损伤。

4 其他机制参与肝移植肠损伤的相关基础研究

有多种机制参与肝移植过程中的肠损伤。相关研究发现，自体原位肝脏移植诱发的肠损伤可能与NF-κB激活诱导的细胞凋亡有关[28]。血红素加氧酶-1(HO-1)表达的升高可导致大鼠肝移植模型中肠上皮细胞紧密连接功能的恢复，其可能通过抗炎和抗氧化应激发挥作用[29]。过度炎症参与肠I/R损伤，泛素蛋白酶体通路已被证明在炎症调节中起着重要作用。在肠I/R损伤的实验模型中，抑制泛素活化酶可减弱NF-κB的激活，使肠组织炎症损伤减轻[30]。本课题组前期研究则发现肠上皮细胞的程序性坏死也参与肝移植肠损伤过程[31]。

另外，肝移植模型基础上，对肝脏进行缺血预处理，此方法能使肠黏膜超微结构改善，血清内毒素水平和细菌移位率轻度降低，粪便中分泌型免疫球蛋白含量增加，血清TNF-α水平降低，肠道菌群失调可有恢复[32]。有研究表明，肝移植术后早期接受富含谷氨酰胺肠内营养的大鼠，其体内的炎症因子、内毒素、细菌移位率等参数均显著降低，肠黏膜的通透性得以提高，肠黏膜损伤程度减轻[33]。采用大鼠自体原位肝移植模型，通过电针预处理也可抑制肝移植后肠道中p-JAK2、p-STAT1和p-STAT3的表达，改善肠组织损伤程度[34]。非致死缺氧预处理促进了缺氧诱导因子-1α(HIF-1α)的表达，而HIF-1α对I/R造成的肠黏膜细胞线粒体损伤具有保护性作用。JI等[35]报道，缺氧预处理可提升细胞耐缺氧能力，改善大鼠肝移植引起的小肠黏膜细胞缺氧，提高Ca2+-ATP酶活性，减少肠细胞凋亡和病理损伤。

右美托咪定(Dex)已被报道对急性肠损伤具有保护作用[36-37]。体内实验以大鼠肝移植为模型的基础上采用不同剂量的Dex加或不加α2-肾上腺素受体阻滞剂，体外实验则对肠道隐窝上皮细胞IEC-6进行缺氧/复氧实验，研究结果均显示Dex可能通过激活Nrf2/HO-1抗氧化信号通路，减轻肝移植诱导的氧化应激反应和肠道损伤[36]。Dex也可通过抑制JAK/STAT信号通路活化，缓解肝移植诱发的肠损伤[37]。上述采用不同方法作用在不同靶点的研究，均可减轻肝移植过程中肠道组织损伤，从而有效阻止炎性递质等进入门静系统，减少其对循环系统的打击，提高移植物的存活能力。

综上所述，肠道淤血再灌注过程中产生大量炎性递质，这些递质都直接或间接影响心脏功能及外周血管舒缩功能，是肝脏移植手术中血流动力学波动的重要原因之一。未来研究中应该更深入地了解炎性递质在肝脏移植中对全身血流动力学的影响。

利益冲突声明：所有作者声明不存在利益冲突。

ConflictsofInterest： All authors disclose no relevant conflicts of interest.

作者贡献：王金山参与了研究设计；王金山、刘文娜、王永旺参与了论文的写作和修改。所有作者均阅读并同意发表该论文。

Contributions： The study was designed byWANGJinshan. The manuscript was drafted and revised byWANGJinshan,LIUWenna, andWANGYongwang. All the authors have read the last version of the paper and consented submission.