遠端缺血處理對不同器官保護作用的研究進展*

李聞朗,段光友,黃 河

(重慶醫科大學附屬第二醫院麻醉科,重慶 400010)

無論是手術應激還是機體合并各種病理改變,又或是在新型傳染病流行的初期階段且尚缺乏特異性治療的情況,均可導致全身組織及器官出現不同程度的損傷,所以器官保護手段的應用對于減少器官損傷程度,改善患者預后至關重要。遠端缺血處理(RIC)是一種良好的器官保護手段,它是指在一條血管、一處組織或某個器官中短暫、可逆的缺血和再灌注可以提供全身性的保護作用,減輕即將發生或已經發生的嚴重缺血事件造成的損傷。隨著研究逐漸深入,實施短暫缺血/再灌注的部位從內臟大血管到大腿、手臂,并且已有研究表明,在手臂與大腿進行RIC,產生的效應并無明顯差異[1],這令RIC的可操作性、可重復性、安全性、舒適度等大大提升。目前,RIC已經成為一種無創、經濟,并且有效、安全的器官保護手段。

1 RIC與器官保護

2002年,KHARBANDA等[2]首次驗證了通過肢體遠端缺血預處理而產生的心臟保護效應。目前最常應用的RIC方案是,在上臂放置袖帶,充氣至200 mmHg或是大于受試者最高收縮壓30 mmHg以上,缺血、再灌注5 min,重復3個或4個循環。

2 RIC在不同器官中的保護作用

對于不同的器官,RIC產生效應可能有著不同的機制,但RIC幾乎對所有重要器官都能產生保護作用,減輕其即將遭受的損傷。其中的機制既涉及神經通路,又與不同的體液因子傳遞到器官有關。

2.1 RIC在心臟中的保護作用

截至目前,RIC在器官保護領域的研究,關于心臟的研究占大多數。盡管急性心肌梗死(AMI)的發病率正在下降,但缺血性心臟病仍然是全球人口主要的死亡原因[3]。先天性心臟病也對患者的健康及家庭的經濟帶來了很大的負擔。當心臟作為靶器官時,縮小的心肌梗死范圍是檢驗RIC保護效應的金標準,但RIC對前臂內皮依賴性血管舒縮的保護潛力的試驗[2]開啟了新的心臟保護效應的評判標準,即使用生物標志物作為評判心臟手術結局的指標。

在擇期心臟手術中的缺血/再灌注損傷,RIC顯示出了較好的心臟保護潛力。2006年,MICHAEL等首次在人類進行了肢體遠端缺血預處理(RIPC)臨床應用,在術前對即將進行先天性心臟病手術的患兒進行手臂RIPC,對照組術后肌鈣蛋白I水平顯著高于RIPC組,提示對照組心肌損傷較大;對照組的正性肌力藥需求量均顯著高于RIPC組,且RIPC組的氣道阻力顯著低于對照組[4]。自此以后,RIPC對人類心臟保護作用的有效性不斷被證實。最近發表的一篇研究顯示,RIPC不僅能夠顯著減少大鼠的心梗面積,而且還能夠改善人類心肌梗死患者的心臟射血分數,原因與RIPC能夠抑制心肌梗死后循環血中的外泌體攜帶LncRNATUG1有關[5]。RIPC應用于接受擇期經皮冠狀動脈介入(PCI)的患者,也得出了類似的結論[6]。2013年已有大型研究的終點不僅關注血清標志物,還包括了長期的臨床結果,并證明了RIPC可以減少主要心血管事件,即減少了全因死亡率、心肌梗死、心力衰竭再入院和缺血性腦卒中/短暫性腦缺血發作,有力地證明了RIPC可改善擇期心臟手術患者的預后。將擇期進行冠狀動脈旁路移植術的327例患者,分為RIPC組和對照組,RIPC組術后72 h內血清肌鈣蛋白I顯著低于對照組;術后(1.54±1.22)年,RIPC組的全因死亡率也顯著低于對照組[7]。DAVIES等[8]對192例進行擇期PCI的患者進行了長達6年的隨訪,亦證明了RIPC可減少患者的全因死亡及其他心血管事件的發生。

對于急性心肌梗死,大多數關于冠狀動脈血運重建后梗死范圍的臨床研究都采用間接的方式估計,如血液中生物標志物的釋放和已抬高ST段的回落[9]。2010年有研究表明,RIC使實現ST段回落的急性ST段抬高型心肌梗死患者數量增加,并且減少了肌鈣蛋白T的釋放[10]。在這之前的一項研究中,在救護車運送到進行直接PCI醫療機構的過程中對患者上臂進行4個周期的RIC,結果顯示,RIC增加了36%的搶救能力,并有縮小最終梗死面積的趨勢。在前壁心肌梗死的患者入院時,采用單光子發射計算機斷層掃描測量心肌梗死面積,進行過RIC的患者心肌梗死面積縮小44%,左室射血分數降低的程度減少;對于罪犯動脈閉塞(TIMI 0～1級)的患者梗死面積縮小了31%[11]。FRANCIS等[12]的研究也得出了類似的結論,對于前壁ST段抬高型心肌梗死的患者,將RIC作為直接PCI治療的輔助手段,與對照組相比,急性期核磁掃描顯示,RIC不僅能夠降低微血管阻塞的發生率,還能夠增加左室射血分數。以上雖然還不足以評估臨床結局,但一項對隊列研究的跟蹤研究表明,RIC對心肌梗死患者的益處體現在引起心肌梗死的索引事件發生后,長達4年的時間里主要心血管事件發生的減少[13]。IKONOMID等[14]研究認為,RIC能夠激發“血管調節”,從而對心肌梗死后左心室重塑的逆轉起促進作用。

2.2 RIC在腦中的保護作用

像心臟一樣,大腦可以在缺氧和缺血的情況下進行預適應。RIC可以改善大腦微循環灌注,在自體血栓栓塞性腦卒中的小鼠模型中,無論動物是否接受重組組織型纖溶酶原激活劑(rtPA)治療,RIPC都增加了腦血流量。rtPA治療急性缺血性腦卒中與血腦屏障破壞和腦卒中出血性轉化增加有關,對于大鼠,即使延遲于治療時間窗給予rtPA,RIPC也能顯著減少腦卒中后血腦屏障受損、腦出血、再發腦卒中和神經功能損害[15]。在雙側頸動脈狹窄(BCAS)的小鼠模型中,每日進行RIC,持續2周,這一過程增加了腦血流量,并且在停止RIC后,這種腦血流量的增加至少持續1周[16]。在另一篇以BCAS小鼠為研究對象的研究表明,持續1個月每天進行RIC足以減輕認知功能障礙并引起有益的腦血管重塑效應。接受RIC的小鼠腦組織CD31和α-SMA的表達增加,表明血管生成增加,而平均動脈壓的增高則表明RIC能夠減少腦白質損傷[17]。RIC增加腦血流的確切機制之一已明確:高血糖素樣多肽-1(GLP-1)受體激活可擴張腦小動脈,增加腦血流量,并介導RIC對缺血性腦卒中的神經保護作用。對于缺血性腦卒中大鼠模型,RIC可明顯縮小腦梗死面積(約80%),并能改善神經功能評分;用特異性拮抗劑阻斷全身GLP-1受體,可抵消RIC帶來的神經保護作用。GLP-1受體激活對皮質小動脈的強大擴張作用表明,該模型中的神經保護作用是通過調節腦血流量和改善腦血流來實現的[18]。在一項對顱內動脈硬化的患者進行RIC的臨床試驗中,通過單光子發射CT成像對患者腦血流量進行評估,與沒有接受RIC的患者相比,接受RIC的患者的腦血流量更多[19]。對于發病率位居腦血管意外首位的腦血栓形成,RIC能改善其預后。有研究對26例急性缺血性腦卒中患者發病后24 h內實施4個周期的RIC,對照組有3例患者發生心血管事件(2例缺血性腦卒中和2例心肌梗死),而RIC組無心血管不良事件的發生;與對照組相比,RIC組第90天的NIHSS評分顯著降低;表明RIC可能改善缺血性腦卒中后患者的神經功能,保護機制可能通過熱休克蛋白27(HSP27)介導[20]。CHEN等[21]發表的一篇多中心、隨機對照研究表明,成人急性中度缺血性腦卒中后,與常規護理相比,RIC顯著改善了患者90 d的神經功能預后。該研究總共納入了1 776例急性中度缺血性腦卒中的患者,RIC組患者達到較好神經功能的為582例(67.4%),而對照組為566例(62.0%),風險差異為5.4%,95%CI:1.0%～9.9%;優勢比為1.27,95%CI:1.05～1.54,P=0.02。我國一項多中心隨機對照研究,選擇有癥狀的顱內動脈粥樣硬化性狹窄(ICAS)患者為研究對象,參與者均為血管造影證實的顱內大動脈狹窄50%～99%并且導致了缺血性腦卒中或短暫性腦缺血發作(TIA)的患者。RIPC組的參與者每天接受1次RIPC,持續12個月,此后自愿接受治療,中位隨訪時間為3.5年,對于治療依從性超過50%的參與者,RIPC明顯減少了發生缺血性腦卒中的概率。此外,RIPC降低了所有參與者合并腦血管事件的風險,并且只與輕微的不良事件有關[22]。綜上所述,對于缺血性卒中患者或是高?；颊?RIPC可以作為常規治療的有效輔助治療,改善患者預后。

動脈瘤性蛛網膜下腔出血是神經外科常見疾病之一,其高致死、致殘率給患者和社會帶來了嚴重的健康和經濟問題。對于顱內動脈瘤破裂引起蛛網膜下腔出血的患者,RIC不僅已被證實了可行性和安全性,更是直觀地展示了其有效性:縮短了患者的ICU住院時間和整體住院時間[23]。在另一項納入了82例動脈瘤性蛛網膜下腔出血患者的研究中,在術前基本情況和發病情況都無明顯差異的情況下,RIC與良好的結局獨立相關,并且顯示出降低后續腦卒中發病率和死亡率的趨勢[24]。SANGEETHA等[25]的研究同樣發現,RIC可一定程度上預防動脈瘤性蛛網膜下腔出血患者的腦氧飽和度下降,改善腦血管痙攣和遲發性腦缺血,改善神經預后。MENG等[19]對13例患者在顱內動脈瘤破裂后2～12 d內進行了4次RIC治療,分析了RIC前后全血轉錄組的RNA測序和全基因組DNA甲基組的簡化代表性亞硫酸鹽測序,患者進行RIC后基因表達和DNA甲基化都發生了改變,并且這種變化能夠協調細胞周期,改善炎性反應,這可能是RIC在人類中提供神經保護作用的機制之一。WANG等[26]的研究表明,RIC似乎能有效地減緩腦小血管疾病患者認知功能下降,也能降低腦白質高信號。

2.3 RIC在肺中的保護作用

許多臨床隨機對照試驗發現,導致術后肺損傷的主要因素包括缺血再灌注損傷、肺切除、肺移植和單肺通氣等,這些因素顯著增加了術后肺部并發癥和死亡率[27]。

在行肺切除術的患者中,RIPC改善了患者術后的氣體交換,并降低了肺氧化應激帶來的損傷,且能改善全身炎性反應和縮短術后住院時間。最新的meta分析也得出類似的結論,合并肺部疾病的患者行肺部手術或接受機械通氣時,RIPC能夠改善肺部氣體交換,調節炎癥因子和降低氧化應激[28];以合并肺損傷的行心血管手術的成人和嬰兒為研究對象的meta分析,探討了RIPC對心血管術后合并肺損傷患者的預后影響。結果顯示,RIPC能降低患者術后24 h血清腫瘤壞死因子-α(TNF-α)和丙二醛(MDA)水平,縮短患者術后ICU住院時間和機械通氣時間,改善患者的臨床預后[29]。此外,KIM等[30]的研究表明,RIPC可以減輕心臟瓣膜手術患者術后肺部炎癥反應,改善肺順應性和氧合能力。

LEUNG等[31]以創傷后失血性休克復蘇(HSR)小鼠為模型,HSR后蛋白質漏出到肺泡腔,而RIPC能降低其漏出的程度,能夠抑制肺血管通透性的增加;減少肺組織中TNF-α mRNA和IL-1β的表達,且能降低肺組織髓過氧化物活性與減少中性粒細胞浸潤,從而減少肺部炎性反應。RIPC對肺保護的確切機制之一是血液中鳶尾素增加,并轉移到受損的肺泡細胞,鳶尾素作用于線粒體,保護線粒體功能,改善肺缺血再灌注損傷時肺上皮細胞的凋亡,以保護肺免受損傷[32]。

有動物模型顯示,RIC有改善患者急性呼吸窘迫綜合征(ARDS)的潛力。RIC 在保護不同應激源(即手術、缺血再灌注、全身性炎癥損傷)引起的肺損傷方面具有應用前景,且上述肺損傷產生的機制與新型冠狀病毒肺炎導致的急性呼吸窘迫綜合征相似[33]。對于新型冠狀病毒肺炎患者來說,肺炎引起的ARDS和隨后的呼吸衰竭仍然是受新型冠狀病毒肺炎嚴重影響的患者的主要死亡原因,新型冠狀病毒肺炎重癥患者的治療需要新的輔助治療手段,而RIC則有望發揮其功效。

2.4 RIC在肝臟中的保護作用

在肝切除術中,肝臟不可避免會因夾閉血管而導致肝臟缺血/再灌注損傷(HIRI),HIRI是患者行肝切除術后發生肝衰竭及其他并發癥的重要原因。吲哚菁綠(ICG)清除試驗能夠量化有功能的肝細胞的能力,用于評估肝臟儲備能力[34];在患者行肝切除術后,RIPC能降低丙氨酸氨基轉移酶(ALT)、天冬氨酸氨基轉移酶(AST)和總膽紅素(TBIL)水平;且未行RIPC患者的ICG清除率在術后立即降低,而RIPC抑制了這種現象[35]。這項初步研究表明,RIPC 可減少肝切除術后的肝損傷。隨后的研究也得出了類似的結論,對于行部分肝切除術的患者,RIPC不僅顯示了上述益處,而且還能提高抗氧化酶--超氧化物歧化酶(SOD)水平,降低TNF-α和IL-1β水平;除此之外,RIPC還減少了患者的住院天數,減少了術后惡心嘔吐和高血壓的發生率[34]。綜上,RIPC可減輕患者行肝切除術后的肝臟缺血再灌注損傷,減少圍手術期并發癥。在肝移植術中,RIPC也可能帶來益處。如果供體接受過RIPC,受體術后第1天的AST水平和術后7 d之內的最大AST水平顯著低于對照組,表明對肝臟供體進行RIPC可能有益于接受活體肝移植術的患者的術后肝功能[36]。最近有meta分析也得出結論:在肝臟相關的外科手術中,RIPC對肝臟缺血再灌注損傷有較強的保護作用[37]。

同前所述,HSR通過引起缺血再灌注損傷導致包括肝臟在內的器官功能障礙,但 RIPC可減輕失血性休克/復蘇后的肝損傷,RIPC不僅可明顯抑制ALT的升高,并且顯著抑制肝組織IL-1β mRNA表達的增加,并有降低肝臟TNF-α mRNA表達的趨勢;在光鏡下,RIPC減少了肝細胞的氣球樣變性和肝竇結構的喪失,明顯降低了肝組織學損傷評分。在最近的研究中也得出類似結論[38]。

2.5 RIC在腎臟中的保護作用

腎臟是一個易受缺血/再灌注損傷的器官,并且許多非腎臟手術也會導致腎損害。

對于腎部分切除,RIPC展示了可靠的有效性。一項臨床研究證實了RIPC對腹腔鏡下腎部分切除術患者的腎臟缺血/再灌注損傷具有保護作用。中性粒細胞明膠酶相關脂質運載蛋白(NGAL)是一種急性腎臟病變的早期標志物,血清胱抑素C(CysC)是一種反映GFR變化的理想的內源性標志物,RIPC組術后2 h、6 h血清NGAL和CysC均顯著降低。此外,術后第3個月,RIPC組的腎小球濾過率(GFR)降低的程度顯著低于對照組[39]。對于機器人輔助腹腔鏡下腎部分切除術治療腎細胞癌的手術,術中RIPC聯合鞘內嗎啡阻滯(ITMB)策略可以增強對腎功能的保護作用,以減輕缺血/再灌注損傷、腎動脈夾閉及手術創傷引起的疼痛相關應激反應[40]。

2020年的一項大型隨機臨床研究中表明,接受心臟手術的患者行RIPC后,明顯降低了急性腎損傷的發生率和腎臟替代治療率,除此之外還減少了患者在ICU的住院時間[41]。在接受下肢血管重建術的患者中,圍手術期腎損傷率不容忽視,而RIPC可減少腎臟損傷生物標志物的釋放[42],可能對接受下肢血管重建術的患者具有腎臟保護作用。還有研究結果表明,RIPC對非心臟非血管手術的預后也有益處,RIPC與術后較低的血肌酐和較低的腎應激生物標志物水平相關。無論是腎臟相關手術和非腎臟相關手術,RIPC都有良好的腎臟保護作用。

3 總結與展望

RIC幾乎對所有的重要器官都有保護效應,說明這種無創、經濟、安全的器官保護手段有很大的臨床應用潛力。盡管已有相當多的基礎研究闡述了其中的部分機制,但對于其確切機制尚不能完全明確。未來的研究應該繼續致力于探究其具體機制,以便更好地了解RIC,從而在應用時能夠發揮其最大潛力。

未來的研究還應該著重納入急性心肌梗死、腦血管意外患者及其高危人群,因為他們是能夠從RIC產生的器官保護效應中受益最大的人群之一。對于一些術中難以避免會發生缺血/再灌注損傷的手術,患者也能從RIC中獲益,因此,未來還需要更多的大型研究繼續驗證RIC在各種類型手術中器官保護效應的有效性,更重要的是,需要探究RIC對患者遠期預后的影響。此外,對最常應用的RIC方案進行再優化,也是值得探尋的目標。重癥患者會出現多器官的血管內皮炎性反應和其他與血管相關的病理情況,這是由于肺部感染以及病毒直接感染內皮引起的全身性細胞因子風暴所致,此外,心肌損傷是新型冠狀病毒肺炎患者病情嚴重的標志[43-44]?；谥T多RIC對心血管系統保護有效性的可靠研究結論,可以合理地推測,RIC也有保護新型冠狀病毒肺炎患者心血管系統的潛力,從而有望減輕患者的臨床癥狀及改善預后。根據上述討論的內容,不只是新型冠狀病毒肺炎,在新型傳染病流行的初期階段,在尚缺乏特異性治療的情況下,RIC有望作為治療的有效輔助手段。

綜上所述,RIC值得更深入的基礎研究和更廣泛的臨床應用。