远端缺血处理对不同器官保护作用的研究进展*

李闻朗,段光友,黄 河

(重庆医科大学附属第二医院麻醉科,重庆 400010)

无论是手术应激还是机体合并各种病理改变,又或是在新型传染病流行的初期阶段且尚缺乏特异性治疗的情况,均可导致全身组织及器官出现不同程度的损伤,所以器官保护手段的应用对于减少器官损伤程度,改善患者预后至关重要。远端缺血处理(RIC)是一种良好的器官保护手段,它是指在一条血管、一处组织或某个器官中短暂、可逆的缺血和再灌注可以提供全身性的保护作用,减轻即将发生或已经发生的严重缺血事件造成的损伤。随着研究逐渐深入,实施短暂缺血/再灌注的部位从内脏大血管到大腿、手臂,并且已有研究表明,在手臂与大腿进行RIC,产生的效应并无明显差异[1],这令RIC的可操作性、可重复性、安全性、舒适度等大大提升。目前,RIC已经成为一种无创、经济,并且有效、安全的器官保护手段。

1 RIC与器官保护

2002年,KHARBANDA等[2]首次验证了通过肢体远端缺血预处理而产生的心脏保护效应。目前最常应用的RIC方案是,在上臂放置袖带,充气至200 mmHg或是大于受试者最高收缩压30 mmHg以上,缺血、再灌注5 min,重复3个或4个循环。

2 RIC在不同器官中的保护作用

对于不同的器官,RIC产生效应可能有着不同的机制,但RIC几乎对所有重要器官都能产生保护作用,减轻其即将遭受的损伤。其中的机制既涉及神经通路,又与不同的体液因子传递到器官有关。

2.1 RIC在心脏中的保护作用

截至目前,RIC在器官保护领域的研究,关于心脏的研究占大多数。尽管急性心肌梗死(AMI)的发病率正在下降,但缺血性心脏病仍然是全球人口主要的死亡原因[3]。先天性心脏病也对患者的健康及家庭的经济带来了很大的负担。当心脏作为靶器官时,缩小的心肌梗死范围是检验RIC保护效应的金标准,但RIC对前臂内皮依赖性血管舒缩的保护潜力的试验[2]开启了新的心脏保护效应的评判标准,即使用生物标志物作为评判心脏手术结局的指标。

在择期心脏手术中的缺血/再灌注损伤,RIC显示出了较好的心脏保护潜力。2006年,MICHAEL等首次在人类进行了肢体远端缺血预处理(RIPC)临床应用,在术前对即将进行先天性心脏病手术的患儿进行手臂RIPC,对照组术后肌钙蛋白I水平显著高于RIPC组,提示对照组心肌损伤较大;对照组的正性肌力药需求量均显著高于RIPC组,且RIPC组的气道阻力显著低于对照组[4]。自此以后,RIPC对人类心脏保护作用的有效性不断被证实。最近发表的一篇研究显示,RIPC不仅能够显著减少大鼠的心梗面积,而且还能够改善人类心肌梗死患者的心脏射血分数,原因与RIPC能够抑制心肌梗死后循环血中的外泌体携带LncRNATUG1有关[5]。RIPC应用于接受择期经皮冠状动脉介入(PCI)的患者,也得出了类似的结论[6]。2013年已有大型研究的终点不仅关注血清标志物,还包括了长期的临床结果,并证明了RIPC可以减少主要心血管事件,即减少了全因死亡率、心肌梗死、心力衰竭再入院和缺血性脑卒中/短暂性脑缺血发作,有力地证明了RIPC可改善择期心脏手术患者的预后。将择期进行冠状动脉旁路移植术的327例患者,分为RIPC组和对照组,RIPC组术后72 h内血清肌钙蛋白I显著低于对照组;术后(1.54±1.22)年,RIPC组的全因死亡率也显著低于对照组[7]。DAVIES等[8]对192例进行择期PCI的患者进行了长达6年的随访,亦证明了RIPC可减少患者的全因死亡及其他心血管事件的发生。

对于急性心肌梗死,大多数关于冠状动脉血运重建后梗死范围的临床研究都采用间接的方式估计,如血液中生物标志物的释放和已抬高ST段的回落[9]。2010年有研究表明,RIC使实现ST段回落的急性ST段抬高型心肌梗死患者数量增加,并且减少了肌钙蛋白T的释放[10]。在这之前的一项研究中,在救护车运送到进行直接PCI医疗机构的过程中对患者上臂进行4个周期的RIC,结果显示,RIC增加了36%的抢救能力,并有缩小最终梗死面积的趋势。在前壁心肌梗死的患者入院时,采用单光子发射计算机断层扫描测量心肌梗死面积,进行过RIC的患者心肌梗死面积缩小44%,左室射血分数降低的程度减少;对于罪犯动脉闭塞(TIMI 0～1级)的患者梗死面积缩小了31%[11]。FRANCIS等[12]的研究也得出了类似的结论,对于前壁ST段抬高型心肌梗死的患者,将RIC作为直接PCI治疗的辅助手段,与对照组相比,急性期核磁扫描显示,RIC不仅能够降低微血管阻塞的发生率,还能够增加左室射血分数。以上虽然还不足以评估临床结局,但一项对队列研究的跟踪研究表明,RIC对心肌梗死患者的益处体现在引起心肌梗死的索引事件发生后,长达4年的时间里主要心血管事件发生的减少[13]。IKONOMID等[14]研究认为,RIC能够激发“血管调节”,从而对心肌梗死后左心室重塑的逆转起促进作用。

2.2 RIC在脑中的保护作用

像心脏一样,大脑可以在缺氧和缺血的情况下进行预适应。RIC可以改善大脑微循环灌注,在自体血栓栓塞性脑卒中的小鼠模型中,无论动物是否接受重组组织型纤溶酶原激活剂(rtPA)治疗,RIPC都增加了脑血流量。rtPA治疗急性缺血性脑卒中与血脑屏障破坏和脑卒中出血性转化增加有关,对于大鼠,即使延迟于治疗时间窗给予rtPA,RIPC也能显著减少脑卒中后血脑屏障受损、脑出血、再发脑卒中和神经功能损害[15]。在双侧颈动脉狭窄(BCAS)的小鼠模型中,每日进行RIC,持续2周,这一过程增加了脑血流量,并且在停止RIC后,这种脑血流量的增加至少持续1周[16]。在另一篇以BCAS小鼠为研究对象的研究表明,持续1个月每天进行RIC足以减轻认知功能障碍并引起有益的脑血管重塑效应。接受RIC的小鼠脑组织CD31和α-SMA的表达增加,表明血管生成增加,而平均动脉压的增高则表明RIC能够减少脑白质损伤[17]。RIC增加脑血流的确切机制之一已明确:高血糖素样多肽-1(GLP-1)受体激活可扩张脑小动脉,增加脑血流量,并介导RIC对缺血性脑卒中的神经保护作用。对于缺血性脑卒中大鼠模型,RIC可明显缩小脑梗死面积(约80%),并能改善神经功能评分;用特异性拮抗剂阻断全身GLP-1受体,可抵消RIC带来的神经保护作用。GLP-1受体激活对皮质小动脉的强大扩张作用表明,该模型中的神经保护作用是通过调节脑血流量和改善脑血流来实现的[18]。在一项对颅内动脉硬化的患者进行RIC的临床试验中,通过单光子发射CT成像对患者脑血流量进行评估,与没有接受RIC的患者相比,接受RIC的患者的脑血流量更多[19]。对于发病率位居脑血管意外首位的脑血栓形成,RIC能改善其预后。有研究对26例急性缺血性脑卒中患者发病后24 h内实施4个周期的RIC,对照组有3例患者发生心血管事件(2例缺血性脑卒中和2例心肌梗死),而RIC组无心血管不良事件的发生;与对照组相比,RIC组第90天的NIHSS评分显著降低;表明RIC可能改善缺血性脑卒中后患者的神经功能,保护机制可能通过热休克蛋白27(HSP27)介导[20]。CHEN等[21]发表的一篇多中心、随机对照研究表明,成人急性中度缺血性脑卒中后,与常规护理相比,RIC显著改善了患者90 d的神经功能预后。该研究总共纳入了1 776例急性中度缺血性脑卒中的患者,RIC组患者达到较好神经功能的为582例(67.4%),而对照组为566例(62.0%),风险差异为5.4%,95%CI:1.0%～9.9%;优势比为1.27,95%CI:1.05～1.54,P=0.02。我国一项多中心随机对照研究,选择有症状的颅内动脉粥样硬化性狭窄(ICAS)患者为研究对象,参与者均为血管造影证实的颅内大动脉狭窄50%～99%并且导致了缺血性脑卒中或短暂性脑缺血发作(TIA)的患者。RIPC组的参与者每天接受1次RIPC,持续12个月,此后自愿接受治疗,中位随访时间为3.5年,对于治疗依从性超过50%的参与者,RIPC明显减少了发生缺血性脑卒中的概率。此外,RIPC降低了所有参与者合并脑血管事件的风险,并且只与轻微的不良事件有关[22]。综上所述,对于缺血性卒中患者或是高危患者,RIPC可以作为常规治疗的有效辅助治疗,改善患者预后。

动脉瘤性蛛网膜下腔出血是神经外科常见疾病之一,其高致死、致残率给患者和社会带来了严重的健康和经济问题。对于颅内动脉瘤破裂引起蛛网膜下腔出血的患者,RIC不仅已被证实了可行性和安全性,更是直观地展示了其有效性:缩短了患者的ICU住院时间和整体住院时间[23]。在另一项纳入了82例动脉瘤性蛛网膜下腔出血患者的研究中,在术前基本情况和发病情况都无明显差异的情况下,RIC与良好的结局独立相关,并且显示出降低后续脑卒中发病率和死亡率的趋势[24]。SANGEETHA等[25]的研究同样发现,RIC可一定程度上预防动脉瘤性蛛网膜下腔出血患者的脑氧饱和度下降,改善脑血管痉挛和迟发性脑缺血,改善神经预后。MENG等[19]对13例患者在颅内动脉瘤破裂后2～12 d内进行了4次RIC治疗,分析了RIC前后全血转录组的RNA测序和全基因组DNA甲基组的简化代表性亚硫酸盐测序,患者进行RIC后基因表达和DNA甲基化都发生了改变,并且这种变化能够协调细胞周期,改善炎性反应,这可能是RIC在人类中提供神经保护作用的机制之一。WANG等[26]的研究表明,RIC似乎能有效地减缓脑小血管疾病患者认知功能下降,也能降低脑白质高信号。

2.3 RIC在肺中的保护作用

许多临床随机对照试验发现,导致术后肺损伤的主要因素包括缺血再灌注损伤、肺切除、肺移植和单肺通气等,这些因素显著增加了术后肺部并发症和死亡率[27]。

在行肺切除术的患者中,RIPC改善了患者术后的气体交换,并降低了肺氧化应激带来的损伤,且能改善全身炎性反应和缩短术后住院时间。最新的meta分析也得出类似的结论,合并肺部疾病的患者行肺部手术或接受机械通气时,RIPC能够改善肺部气体交换,调节炎症因子和降低氧化应激[28];以合并肺损伤的行心血管手术的成人和婴儿为研究对象的meta分析,探讨了RIPC对心血管术后合并肺损伤患者的预后影响。结果显示,RIPC能降低患者术后24 h血清肿瘤坏死因子-α(TNF-α)和丙二醛(MDA)水平,缩短患者术后ICU住院时间和机械通气时间,改善患者的临床预后[29]。此外,KIM等[30]的研究表明,RIPC可以减轻心脏瓣膜手术患者术后肺部炎症反应,改善肺顺应性和氧合能力。

LEUNG等[31]以创伤后失血性休克复苏(HSR)小鼠为模型,HSR后蛋白质漏出到肺泡腔,而RIPC能降低其漏出的程度,能够抑制肺血管通透性的增加;减少肺组织中TNF-α mRNA和IL-1β的表达,且能降低肺组织髓过氧化物活性与减少中性粒细胞浸润,从而减少肺部炎性反应。RIPC对肺保护的确切机制之一是血液中鸢尾素增加,并转移到受损的肺泡细胞,鸢尾素作用于线粒体,保护线粒体功能,改善肺缺血再灌注损伤时肺上皮细胞的凋亡,以保护肺免受损伤[32]。

有动物模型显示,RIC有改善患者急性呼吸窘迫综合征(ARDS)的潜力。RIC 在保护不同应激源(即手术、缺血再灌注、全身性炎症损伤)引起的肺损伤方面具有应用前景,且上述肺损伤产生的机制与新型冠状病毒肺炎导致的急性呼吸窘迫综合征相似[33]。对于新型冠状病毒肺炎患者来说,肺炎引起的ARDS和随后的呼吸衰竭仍然是受新型冠状病毒肺炎严重影响的患者的主要死亡原因,新型冠状病毒肺炎重症患者的治疗需要新的辅助治疗手段,而RIC则有望发挥其功效。

2.4 RIC在肝脏中的保护作用

在肝切除术中,肝脏不可避免会因夹闭血管而导致肝脏缺血/再灌注损伤(HIRI),HIRI是患者行肝切除术后发生肝衰竭及其他并发症的重要原因。吲哚菁绿(ICG)清除试验能够量化有功能的肝细胞的能力,用于评估肝脏储备能力[34];在患者行肝切除术后,RIPC能降低丙氨酸氨基转移酶(ALT)、天冬氨酸氨基转移酶(AST)和总胆红素(TBIL)水平;且未行RIPC患者的ICG清除率在术后立即降低,而RIPC抑制了这种现象[35]。这项初步研究表明,RIPC 可减少肝切除术后的肝损伤。随后的研究也得出了类似的结论,对于行部分肝切除术的患者,RIPC不仅显示了上述益处,而且还能提高抗氧化酶--超氧化物歧化酶(SOD)水平,降低TNF-α和IL-1β水平;除此之外,RIPC还减少了患者的住院天数,减少了术后恶心呕吐和高血压的发生率[34]。综上,RIPC可减轻患者行肝切除术后的肝脏缺血再灌注损伤,减少围手术期并发症。在肝移植术中,RIPC也可能带来益处。如果供体接受过RIPC,受体术后第1天的AST水平和术后7 d之内的最大AST水平显著低于对照组,表明对肝脏供体进行RIPC可能有益于接受活体肝移植术的患者的术后肝功能[36]。最近有meta分析也得出结论:在肝脏相关的外科手术中,RIPC对肝脏缺血再灌注损伤有较强的保护作用[37]。

同前所述,HSR通过引起缺血再灌注损伤导致包括肝脏在内的器官功能障碍,但 RIPC可减轻失血性休克/复苏后的肝损伤,RIPC不仅可明显抑制ALT的升高,并且显著抑制肝组织IL-1β mRNA表达的增加,并有降低肝脏TNF-α mRNA表达的趋势;在光镜下,RIPC减少了肝细胞的气球样变性和肝窦结构的丧失,明显降低了肝组织学损伤评分。在最近的研究中也得出类似结论[38]。

2.5 RIC在肾脏中的保护作用

肾脏是一个易受缺血/再灌注损伤的器官,并且许多非肾脏手术也会导致肾损害。

对于肾部分切除,RIPC展示了可靠的有效性。一项临床研究证实了RIPC对腹腔镜下肾部分切除术患者的肾脏缺血/再灌注损伤具有保护作用。中性粒细胞明胶酶相关脂质运载蛋白(NGAL)是一种急性肾脏病变的早期标志物,血清胱抑素C(CysC)是一种反映GFR变化的理想的内源性标志物,RIPC组术后2 h、6 h血清NGAL和CysC均显著降低。此外,术后第3个月,RIPC组的肾小球滤过率(GFR)降低的程度显著低于对照组[39]。对于机器人辅助腹腔镜下肾部分切除术治疗肾细胞癌的手术,术中RIPC联合鞘内吗啡阻滞(ITMB)策略可以增强对肾功能的保护作用,以减轻缺血/再灌注损伤、肾动脉夹闭及手术创伤引起的疼痛相关应激反应[40]。

2020年的一项大型随机临床研究中表明,接受心脏手术的患者行RIPC后,明显降低了急性肾损伤的发生率和肾脏替代治疗率,除此之外还减少了患者在ICU的住院时间[41]。在接受下肢血管重建术的患者中,围手术期肾损伤率不容忽视,而RIPC可减少肾脏损伤生物标志物的释放[42],可能对接受下肢血管重建术的患者具有肾脏保护作用。还有研究结果表明,RIPC对非心脏非血管手术的预后也有益处,RIPC与术后较低的血肌酐和较低的肾应激生物标志物水平相关。无论是肾脏相关手术和非肾脏相关手术,RIPC都有良好的肾脏保护作用。

3 总结与展望

RIC几乎对所有的重要器官都有保护效应,说明这种无创、经济、安全的器官保护手段有很大的临床应用潜力。尽管已有相当多的基础研究阐述了其中的部分机制,但对于其确切机制尚不能完全明确。未来的研究应该继续致力于探究其具体机制,以便更好地了解RIC,从而在应用时能够发挥其最大潜力。

未来的研究还应该着重纳入急性心肌梗死、脑血管意外患者及其高危人群,因为他们是能够从RIC产生的器官保护效应中受益最大的人群之一。对于一些术中难以避免会发生缺血/再灌注损伤的手术,患者也能从RIC中获益,因此,未来还需要更多的大型研究继续验证RIC在各种类型手术中器官保护效应的有效性,更重要的是,需要探究RIC对患者远期预后的影响。此外,对最常应用的RIC方案进行再优化,也是值得探寻的目标。重症患者会出现多器官的血管内皮炎性反应和其他与血管相关的病理情况,这是由于肺部感染以及病毒直接感染内皮引起的全身性细胞因子风暴所致,此外,心肌损伤是新型冠状病毒肺炎患者病情严重的标志[43-44]。基于诸多RIC对心血管系统保护有效性的可靠研究结论,可以合理地推测,RIC也有保护新型冠状病毒肺炎患者心血管系统的潜力,从而有望减轻患者的临床症状及改善预后。根据上述讨论的内容,不只是新型冠状病毒肺炎,在新型传染病流行的初期阶段,在尚缺乏特异性治疗的情况下,RIC有望作为治疗的有效辅助手段。

综上所述,RIC值得更深入的基础研究和更广泛的临床应用。