重度中暑相關血管內皮細胞損傷的機制及研究進展

胡玲玲，倪 軍，張 靜

隨著氣候變暖和熱浪襲擊，全球范圍內中暑（Heat Streak，HS）發病率日益增加。HS是一種威脅生命的疾病，臨床上常將其分為輕、中、重度中暑，而重度中暑又稱為熱射病，是中暑有關的疾病中最嚴重的階段，在熱相關性疾病中死亡率占據首位，其特征是體內核心溫度大于40℃、伴有中樞神經系統功能障礙和嚴重的機體代謝紊亂[1-2]。據預測，到2050 年與中暑相關的死亡人數可能增加到目前年度基線的近2.5倍[3]。根據致熱因素的不同，重度中暑可分為“經典型（非勞力型）”和“勞力型”兩種。在經典型（非勞力型）中暑中，致熱因素主要源自外源性熱，可以發生于沒有從事體力活動時，如熱浪期間；而勞力型中暑，致熱因素主要來自機體的內源性熱，與經典型比較，更容易并發嚴重的橫紋肌溶解、腎功能損害和彌散性血管內凝血[1]。

經典型的中暑是由于暴露于高熱環境和不良的散熱機制，好發于生理適應能力已經受到損害的人群，如患有慢性病或者生活不能自理的人群，以及老年人。青春期前兒童也被視為該類疾病的高危人群[4]。兒童對經典型中暑的易感性歸因于高體表面積與質量比導致吸熱率增加、體溫調節系統不發達，血容量較小限制熱傳導導致機體熱量積累增加，出汗率降低。勞累性中暑是一種突發醫療事件，性質為偶發性，與劇烈的體力活動直接相關。常見于運動員、工人（如消防員和農業工人）、士兵和其他從事劇烈活動的人群，勞累性中暑甚至可能在勞累后的60 min內發生，并且可能在不暴露于高溫環境情況下觸發[5]。

彌散性血管內凝血是重度中暑的常見并發癥。溫度控制失調會導致血管內皮細胞損傷、損傷相關分子模式釋放、過度炎癥和高凝，并抑制纖維蛋白溶解，從而產生中暑誘導的凝血功能障礙。多器官功能衰竭是重度中暑的最重要特征。在此疾病中重度中暑主要通過兩種途徑導致多臟器功能衰竭（Multiple Organ Dysfunction Syndrome，MODS），其一是皮膚血流量增加，腸道血流量減少，導致腸上皮屏障通透性升高，啟動免疫反應，觸發全身炎癥反應綜合征；其二是重度中暑導致血管內皮細胞損傷，繼而導致微血管血栓和消耗性凝血，最終可導致MODS[6]。彌散性血管內凝血（Disseminated Intravascular Coagulation，DIC）和MODS共同導致重度中暑的高死亡率。

大量的研究數據表明，血管內皮細胞損傷在重度中暑的發生發展過程中起著至關重要的作用。因此，我們可通過對血管內皮細胞損傷的機制進行研究，以指導臨床對重度中暑的診治。

1 重度中暑與血管內皮細胞損傷

血管內皮細胞由內皮細胞單層和血管糖萼層組成，在全身炎癥、血管通透性、血液凝固和宿主免疫反應中起關鍵作用。研究表明，重度中暑時血管內皮細胞持續暴露于血流變化中產生的一系列剪切應力，這可能對血管內皮的功能和結構產生重大影響[7]。血管內皮細胞損傷是重度中暑的主要特征；它由凝血障礙甚至彌散性血管內凝血引發，參與全身炎癥反應綜合征（Systemic Inflammation Response Syndrome，SIRS）誘導微血栓形成，導致微循環障礙和重度中暑伴MODS[8-9]。隨著科學研究的深入，研究人員發現炎癥和血栓形成之間存在一個血管內皮細胞介導的網絡，共同促進MODS的發展[10]。重度中暑時，血管內皮損傷引起的炎性細胞黏附和凝血障礙導致彌散性血管內凝血，這是一種以廣泛的血管內血栓形成為特征的綜合征，可損害各種器官的血液供應[11]。因此，預防內皮細胞損傷是降低重度中暑高熱休克率的潛在策略。

2 血管內皮細胞損傷的機制

2.1 熱應激與血管內皮細胞損傷 熱應激造成體溫調節嚴重失衡導致核心體溫高于正常水平，進而發生重度中暑。大量實驗研究表明，當機體處于極端高溫（49℃～50℃）熱打擊時可對大多數細胞結構及其功能造成損害，細胞在5 min內即可發生壞死[12]。熱應激可能破壞血管結構的完整性和穩定性，進而導致炎癥反應和全身多器官功能衰竭[13]。由于巨核細胞對高溫暴露的敏感性，中暑還會抑制骨髓中血小板的釋放。中暑引起的凝血激活和纖維蛋白形成臨床表現為DIC[14]。熱應激進展為中暑是由于體溫調節失敗、急性期反應過度和熱休克蛋白表達突變所致。被動熱暴露引起的熱應激促進內毒素從腸粘膜泄漏到體循環，以及白細胞介素-1（Interleukin 1，IL-1）或白細胞介素-6（Interleukin 6，IL-6）蛋白從肌肉向體循環的移動[15]。這導致白細胞和血管內皮細胞過度激活，主要表現為各種細胞因子和高遷移率族蛋白B1（High Mobility Group Box 1 protein，HMGB1）的釋 放，HMGB1 是一種信號組織和細胞損傷的內源性分子，這些過程共同導致SIRS[14]。熱應激狀態下，機體腸黏膜屏障遭到破壞，通透性增加，腸道毒性物質包括細菌或者內毒素移位，使熱應激引起的急性期反應加劇，炎癥細胞活化、細胞因子生成，爆發“細胞因子或者炎癥介質風暴”，啟動血管內皮細胞損傷和凝血功能紊亂的病理生理過程[16]。高溫應激可通過細胞凋亡、廣泛出血、血栓形成和白細胞跨壁遷移直接誘導內皮細胞死亡，并伴有微血管內皮細胞損傷，這也是重度中暑的顯著特征[7]。

2.2 腸道功能紊亂與血管內皮細胞損傷 腸道菌群（Gut Microbiota，GM）由上萬億個共生微生物組成，通過攝取機體內的營養成分維持生存和代謝水平，與機體共同應答外界環境，調節各類代謝和免疫活動，維持機體穩定性。腸道菌群紊亂及細菌移位增加重癥中暑的發病率。重癥中暑發生的機制可能與腸道屏障破壞、腸源性內毒素進入循環及產生大量炎性因子相關[17]。腸道微生物群通過誘導一氧化氮（Nitric Oxide，NO）產生、促進炎癥反應和血栓形成等影響機體的血管穩態。Catry等[18]研究表明用菊糖型果聚糖（Inulin-Type Fructans，ITFs）靶向改善腸道微生物群是治療內皮功能障礙的新方法。當腸道微生物群和關鍵腸肽發生變化時，可明顯改善機體血管內皮細胞功能障礙，小鼠的腸系膜和頸動脈血管內皮功能障礙時，經過ITFs干預后，可激活一氧化氮合酶途徑，完全逆轉載脂蛋白E基因敲除，小鼠腸道菌群中產生的NO菌和AKK菌（Akkermansia muciniphila）的豐度增加，而參與次生膽汁酸合成的細菌類群的豐度降低，這表明腸道微生物群和關鍵腸肽均具有短期適應性，ITFs通過調節腸道微生物群的數量和種類，防止機體血管內皮功能障礙，這一結果為進一步的研究重癥中暑模型中腸道菌群紊亂與血管內皮損傷的關系提供條件[18-19]。重度中暑引起的腸道血流減少導致胃腸道缺血，對細胞活力和細胞壁通透性產生不利影響，由此產生的氧化和亞硝化應激損傷細胞膜，打開緊密的細胞間連接，使內毒素和可能的病原體泄漏到體循環中，壓倒肝臟的解毒能力，導致機體發生內毒素血癥[20]。

2.3 氧化應激與血管內皮細胞損傷 重度中暑通過氧化應激誘導內皮細胞損傷，從而刺激活性氧（Reactive Oxygen Species，ROS）生成、脂質過氧化和脫氧核糖核酸（Deoxyribonucleic Acid，DNA）損傷[21]。ROS是氧代謝的副產物，包括超氧陰離子、過氧化氫和羥基自由基[22]。ROS通過靶向蛋白質、多糖、DNA和脂質，增加血管內皮細胞損傷率[23]。重度中暑誘導的ROS積累可導致氧化損傷和線粒體穩態以及細胞功能的紊亂[24]。研究表明，各種酶系統催化的活性氧生成與內皮功能障礙密切相關[25]。這些酶系統產生的ROS可引起氧化應激，從而導致線粒體功能障礙、內皮功能障礙、血管粘附分子異常、通透性增加、炎癥介質釋放，最終導致器官功能障礙[26]。在Jin[25]的實驗中，通過構建經典的嚴重中暑大鼠模型，評估了熱應激（Heat Stress，HS）期間超氧化物歧化酶（Superoxide Dismutase，SOD)和活性氧的水平，觀察了熱應激期間微循環的情況，結果表明，氧化應激水平的變化與局部微循環障礙密切相關，如微血管血流量減少和血管反應性異常。向大鼠供應SOD可有效抑制熱應激時ROS的產生，從而改善氧化應激引起的局部微循環障礙。

2.4 炎癥反應與血管內皮細胞損傷 越來越多的證據表明，內皮細胞功能障礙的特點是血管壁內炎癥反應增加[27]。重度中暑會引發內皮細胞、白細胞和上皮細胞的協同應激反應，從而保護組織免受損傷并促進細胞修復。這種炎癥反應由熱休克蛋白的分子伴侶家族以及血漿和組織中促炎和抗炎因子水平的變化介導[4]。重度中暑時的炎癥介質激活可能引發多器官功能衰竭，在體內中樞介導多種作用，包括產生發熱、白細胞增多、急性期蛋白質的加速合成、血管內皮細胞激活[28]。白介素1-β（Interleukin 1-β，IL-1β）是重度中暑早期出現的最早的促炎介質之一，可增強單核細胞毒性和其他促炎介質的產生，如IL-6 和α腫瘤壞死因子（Tumor Necrosis Factor，TNF-α），IL-6 參與刺激急性期蛋白和抑制活性氧的產生以及活化白細胞釋放蛋白水解酶。白細胞介素-10（Interleukin 10，IL-10）是參與急性期反應的主要抗炎細胞因子。隨著持續高溫，急性生理改變（包括循環衰竭、低氧血癥和代謝需求增加）及直接的熱相關細胞毒性效應升級，導致炎癥反應的失調，重度中暑相關的炎癥反應類似于全身炎癥反應綜合征[4]。熱損傷還通過炎癥直接或間接誘導細胞毒性效應，導致非程序性壞死和程序性細胞死亡，即凋亡、壞死性下垂和熱下垂[29]。有人認為SIRS是由循環信使核糖核酸（Ribonucleic Acid，RNA）介導的，這些RNA觸發細胞因子和HMGB1的釋放，導致白細胞和內皮細胞過度激活。與感染性休克非常相似，SIRS可導致臨床狀態迅速惡化，導致彌散性血管內凝血、多器官功能衰竭。研究表明，內皮細胞糖萼具有多種功能，包括維持血管完整性、通透性、剪切應力和炎癥反應[30]。完整的糖萼可以調節白細胞捕獲、募集和外滲的程度，重度中暑時炎癥狀態下血管內皮細胞糖萼層的性質發生明顯變化。

3 重度中暑相關血管內皮細胞損傷的治療措施

3.1 降低體溫 重度中暑的核心是中心體溫的升高，因此，快速有效的降溫是治療中暑的基石。Song[31]等人認為，降溫的目標是使核心體溫在10 min～40 min內迅速降至39℃以下，2 h降至38.5℃以下。目前沒有藥物可以加速冷卻，阿司匹林和撲熱息痛等解熱劑對重度中暑患者無效，因為發燒和高溫通過不同的生理途徑升高核心體溫[4]。為使降溫速度達到每分鐘0.2℃～0.35℃，目前公認的治療方法是在冷水中浸泡[4]。對于經典型中暑的老年人，可選擇耐受性更好的治療措施，如傳導或蒸發冷卻，包括冷凍靜脈輸液、冰袋、冷袋或濕紗布和還有扇風。此外血管內降溫速率高，能維持穩定的溫度及血流動力學穩定。研究表明，降低體溫可抑制炎癥反應，減輕血管內皮細胞的損傷。中暑后的低溫是一種雙相體溫調節反應，故不建議中暑患者過度降溫，因為它有時會導致體溫過低[32]。

3.2 藥物治療 目前，針對重癥中暑患者的治療臨床上主要為降低體溫對癥治療，雖然這種治療能夠明顯降低患者的核心體溫和改善相應癥狀，但對患者體內炎性因子、內皮細胞損傷的治療無明顯作用[33]。Chen[34]等研究表明，血必凈注射液有調節免疫功能、抑制炎癥介質釋放作用，可明顯降低循環內皮細胞計數、血栓調節蛋白及血管假性血友病因子水平，提示血必凈注射液對重癥中暑所致血管內皮細胞損傷具有一定的保護作用。Chen[35]等人的研究表明，丹參酮IIA磺酸鈉的治療可以減輕炎癥反應、主動脈內皮細胞凋亡和彌散性血管內凝血進而改善多器官功能損傷。Tong[36]等研究發現，重度中暑時，烏司他丁能維護血管正常舒縮功能及維護內皮細胞完整性，使得內皮細胞表達的細胞間黏附分子-1（Intercellular Adhesion Molecule-I，ICAM-1）和白細胞分化抗原11B（Cluster of Differentiation-11B，CD11B）明顯減少，通過減少白細胞與血管內皮細胞的黏附，進而明顯減少血管內皮細胞的損傷。研究表明，姜黃素具有抗腫瘤、抗感染、抗氧化應激以及抑制炎癥反應等藥理活性[37]。Zhang[37]等通過構建熱打擊細胞模型研究發現，姜黃素能顯著抑制熱打擊誘導的內皮細胞凋亡和炎性細胞因子產生，對熱打擊誘導的血管內皮細胞損傷具有保護作用。異丙酚又稱丙泊酚，是一種快速而短效的鎮靜藥物。近年來大量研究證實，異丙酚的非鎮靜作用對于細胞及器官具有明顯的保護性[38]。Li[39]等研究表明，異丙酚在熱損傷過程中具有抗氧化損傷、抗凋亡以及保護線粒體的作用。這些藥物對臨床重癥中暑中血管內皮細胞的保護發揮重要作用，降低了重度中暑患者的死亡率。

3.3 其他治療 目前除了降低體溫和藥物治療，也發現了新的潛在的治療策略。Truong[40]等研究結果表明，吸入2%氫氣可降低血清內毒素、多配體蛋白聚糖-1、丙二醛和腫瘤壞死因子-α水平，而超氧化物歧化酶水平升高，顯著提高重度中暑大鼠的存活率，并部分保留了內皮糖萼的厚度，通過其抗氧化和抗炎作用減輕了對血管內皮糖萼的損傷。Huang[41]等通過研究解偶聯蛋白2（Uncouplingprotein 2，UCP2）缺失對重度中暑誘導的人臍靜脈內皮細胞線粒體功能的影響，發現UCP2 可以保護重度中暑誘導的血管內皮細胞損傷，并增強線粒體功能。實驗研究表明，上述新型的治療方法對血管內皮細胞具有保護作用，對于臨床療效仍需進一步探索。

4 總結和展望

綜上所述，在重度中暑的發展過程中，主要通過熱應激、炎癥反應、氧化應激、腸道功能紊亂等機制損傷血管內皮細胞。而損傷的血管內皮細胞本身作為一種炎癥反應，使其進一步發生發展造成MODS和SIRS。重度中暑疾病中，血管內皮細胞損傷的作用機制十分復雜，至今仍尚不明確，需要進一步探討和研究。保護血管內皮細胞的完整性，有利于重度中暑的救治及預后，降低重度中暑的病死率和MODS的患病率，從而提高重度中暑患者的治愈率。目前對于減少血管內皮細胞的損傷主要是通過降低體溫及藥物治療等有效措施，深入理解重度中暑的病理生理機制，可確定有效的臨床治療方法，降低重度中暑患者的死亡率和改善預后。