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从保护血管内皮损伤视角探寻精准抗击“休克”的临床意义

李爱民 山西医科大学第一医院 发布于2024-07-09 浏览 653 收藏

作者:李爱民

单位:山西医科大学第一医院呼吸与危重症医学科
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一、正常血管内皮结构和功能

正常血管包括大循环和微循环,各自功能不同。大循环是人体所有组织器官的血液供应的来源。主要是血液与组织细胞之间物质交换的场所。微循环是生命的基础环节,是机体与周围环境不断进行物质和能量信息交换的“第二心脏”。内皮细胞存在于所有脉管系统中,人为是一个独立的“器官”。成人体内至少有1万~6万[(1~6)×1013]亿个内皮细胞,在人类中,内皮细胞表面覆盖面积估计在4000~7000 m2,提供直接的循环血细胞和血管壁之间的界面。
小动脉的解剖结构主要分外膜、中膜和内膜。内膜由基底膜和内皮细胞合成的多糖包被组成;中膜主要含有平滑肌肉细胞和细胞外基质成分,调节血管张力;外膜是由富含纤维细胞和血管周围神经胶原蛋白的结缔组织组成。血管内皮细胞主要有六大功能,即:调节血管通透性,调节血管紧张度,调节炎症和免疫,凝血稳态,调节细胞生长和血管生成,调节低密度脂蛋白胆固醇氧化。

糖萼又称多糖包被,是覆盖于血管内皮细胞管腔表面的多糖蛋白凝胶状基质复合物的总称,糖萼主要由蛋白聚糖(proteoglycan,PG)、黏多糖(glycosaminoglycan,GAG)、膜糖蛋白(glycoprotein)及血浆蛋白组成,主要包括硫酸乙酰肝素、硫酸软骨素、硫酸皮肤素和透明质酸。如果将内皮细胞视作“皮”,那么糖萼就是附着在内皮细胞的“毛”。皮之不存,毛将焉附?

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二、血管内皮损伤引起休克和MODS的机制

内皮糖萼层对内皮细胞屏障、微循环和器官灌注功能的维持和运行至关重要。在生理状态下,糖萼是带负电荷的分子筛,作为血管通透性的屏障,这种“网状结构”限制带负电荷和/或>70 kDa分子和阳离子分子与血管结合或逃逸,从而阻碍细菌和病毒等病原体的外渗及通过。限制液体和血浆大分子向内皮细胞外转运,维持体液平衡和内皮细胞稳态。机体在炎症状态下,促炎细胞因子激活肝素酶、透明质酸酶、基质金属蛋白酶(MMPs)、去整合素金属蛋白酶(ADAMs)和活性氧,促进内皮多糖-蛋白质复合物(eGCX)一种或多种成分的损伤和脱落,这种降解释放出低分子量透明质硫酸软骨素片段进入循环,最终导致多器官功能障碍综合征(MODS)。
血管内皮功能障碍与凝血功能、休克、多脏器功能都有密切的关系。活化的单核细胞通过表达组织因子(TF)和磷脂酰丝氨酸(PS),启动外源性和内源性凝血途径。在输液过多、大量使用去甲肾上腺素(NE)等都会导致血管内皮细胞功能障碍。正常情况下,Ang-Ⅰ与Tie2相互作用促进内皮细胞存活与血管稳定性。在脓毒症中,Ang-Ⅱ作为Tie2的拮抗剂,导致保护性的Ang-Ⅰ/Tie2信号通路中断。Ang-Ⅱ的表达导致炎症增加和血管稳定Akt信号通路的抑制。此外,血管屏障具有保护作用,Tie的作用被基质金属蛋白酶14(MMP14)降解。
内皮糖萼降解早期可以引起局部反应,包括:淋巴细胞和内皮细胞的相互作用增强,引起局部炎症;血小板黏附,造成微血栓的形成;一氧化氮介导的血管扩张,引起顽固性低血压;血管通透性增加,引起组织水肿。此外,还可引起多脏器损伤,例如:肺损伤和ARDS,肾损伤,肠道屏障破坏,血-脑脊液屏障通透性增加。内皮糖萼降解晚期,如果不加以控制,可以引起全身炎症反应、机体易感性增加、认知功能障碍等。血管内皮功能障碍可以引起血管张力、渗透性、凝血功能等变化。血管麻痹导致难治性低血压,由于大量的血管扩张物质(如一氧化氮和前列腺素)的产生导致脓毒性循环衰竭。
内皮细胞通透性增加具有双重作用。适当的渗透性增加对于消除感染、修复内皮细胞损伤有一定的作用。而过度的渗透性增加可导致组织水肿,甚至导致严重的休克或多脏器功能衰竭。
2017年,Johansson提出“休克诱导的内皮病(SHINE)“的病名,强调内皮细胞损害的普遍性和严重性;内皮细胞损伤并非仅存在于休克,SHINE将不同病症的共同损害进行整合,首次以独立的病名提出。内皮损害可以导致休克,休克也可以加重内皮损伤,形成恶性循环。COVID-19可以导致剧烈的炎症反应、微血管病变以及全身多脏器功能衰竭,引起全身性炎症反应性微血管内皮病。

综上所述,血管内皮糖萼损伤可引起休克、SHINE、弥散性血管内凝血(DIC)、ARDS及MODS。

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三、血管内皮损伤的诊断

诊断内皮细胞损伤的生物标志物有内皮细胞活化标志物(例如:血管生成素-1、血管生成素-2)、细胞黏附分子(ICAM-1、VCAM-1)、血管损伤标志物(循环内皮细胞)等。内皮细胞功能障碍引起内皮细胞损伤、微循环衰竭的皮肤临床征象主要有:皮肤花斑、毛细血管再充盈时间(CRT)>3 s,外周缺血、少尿、低灌注指数、低组织血氧饱和度(StO2)【近红外光光谱检测】、皮肤微血管对乙酰胆碱的低反应性【激光多普勒血流检测皮肤微循环血流】。
目前,临床上适用的评价糖萼损伤的方法有两种:①测量循环降解的糖萼成分,如Syndecan-1(SDC-1)、硫酸乙酰肝素和透明质酸;②体内显微镜观察。糖萼的实时评估具有挑战性,但使用带有分析软件的侧流暗视野视频显微镜观察舌下微循环血流可以检测患者的糖萼损伤。
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四、保护血管内皮为靶向的治疗策略


休克可以分为低血容量性休克、心源性休克、阻塞性休克、分布性休克。其中分布性休克临床最常见,主要发生机制是血管渗出增加,血管张力下降,循环功能衰竭。休克的治疗原则是:尽早去除休克的病因;尽快恢复有效循环血量,早期使用升压药物;抗炎、保护内皮细胞功能和恢复微循环功能,改善组织缺氧和细胞氧代谢障碍。以稳定内皮细胞为靶向治疗可能是一种限制休克、MODS进展及恶化的治疗策略,迄今为止尚未受到太多关注。保护内皮两种主要的治疗策略。一是防止、抑制内皮表面层和糖萼降解,二是促进糖萼的生物合成,补充给予糖萼成分。基础科学实验表明,肝素、肝素类似物/黏多糖、肝素酶拮抗剂、抗凝血酶、皮质类固醇、N-乙酰半胱氨酸、西维来司他钠(一种中性粒细胞弹性蛋白酶抑制剂)和抗氧化治疗可以保护内皮糖萼。抗炎治疗、TNF-α抑制剂、限制儿茶酚胺的使用;蛋白酶抑制剂的应用;利用血管生成素-Tie2信号轴、保护内皮表面层。
休克时的复苏策略一直是一个被广泛讨论的话题,但内皮细胞作为复苏靶点的研究迄今为止很少受到关注。复苏液体对内皮屏障功能有不同的作用。不同的液体疗法可能加重或减轻内皮激活、糖萼脱落和凝血异常。此外,液体的量与内皮糖萼的损失呈正相关。这表明液体的类型和数量对内皮通透性有影响。
临床上在液体复苏时面临两难:补液量不足,导致有效循环血量不足,血压不稳;补液过量,引起组织水肿,重要脏器功能障碍。因此,临床中应限制或避免液体过量,因为过多的液体复苏可诱导和增加内皮糖萼降解,提示高容量诱导心房利钠肽释放(ANP),导致内皮糖萼降解、脱落并促进血管渗漏。另外,减缓液体给药。快速输液可能会诱发内皮剪切应力,激活糖萼脱落、金属蛋白酶或导致中性粒细胞诱导的内皮损伤。所以,临床医生要培养“液体管理”理念——4D原则和ROSE或SOSD理念。4D原则是指特定药物(液体类型)、剂量、持续时间和降级(液体清除)。ROSE理念是针对休克的四个阶段:Resuscitation(Salvage),复苏阶段;Optimization,优化阶段;Stabilization,稳定阶段;Evacuation(de-resuscitation);去复苏阶段(反向液体复苏)。抢救阶段要获得最低程度可接受的血压,实施挽救生命的措施。优化阶段要提供充足的氧利用,优化心输出量、SvO2、乳酸。稳定阶段,集中于在器官支持(内环境稳定),晚期保守液体管理;去复苏阶段要撤离血管活性药物,实现液体负平衡。SOSD理念与ROSE理念的内涵相同,强调在不同阶段采取不同的策略。
不同的液体对内皮细胞有不同的影响。低蛋白含量的液体对内皮糖萼有负面影响,加重内皮通透性,而富含有白蛋白或血浆蛋白的液体具有降低内皮细胞高渗透性,在保护糖萼和内皮屏障功能方面优于生理盐水,尽管在不同的亚群中需要更多的证据。合成胶体确实通过某种未知的机制具有一定的保护和修复特性,但它们不如白蛋白和新鲜冷冻血浆(FFP)。生理盐水会增加炎症。其他液体会增加静水压力,不会减轻内皮损伤,从而产生水肿。一种理想的复苏液体可以修复内皮细胞糖萼并使内皮恢复正常,从而减轻内皮通透性和水肿。使用晶体液进行复苏可能进一步加剧内皮糖萼的破坏,增加内皮的通透性,用富含蛋白质的液体,如血浆和白蛋白进行复苏可能至少部分地保护糖萼的成分。
白蛋白在生理状态下与多糖包被牢固结合,防止多糖包被成分降解,保持血管内皮多糖包被层的完整性,白蛋白是多种生物活性分子的载体,包括鞘氨醇-1-磷酸(S1P)。白蛋白保护作用可能是可能通过携带红细胞来源的S1P到内皮细胞,S1P通过抑制金属蛋白酶活性,阻止内皮糖萼脱落,加速糖萼的恢复。
FFP对内皮糖萼修复特性的证据更令人信服。在内皮糖萼损伤的细胞培养和动物模型中,FFP持续减轻了糖萼脱落以及相关的血管通透性增加和白细胞黏附增加;在动物模型中,FFP还减轻了失血性休克后的急性肺损伤和肠道炎症,还可抑制各种破坏糖萼的蛋白酶(多种MMPs)。此外,血浆/FFP含有生理性氧化酶、蛋白酶、MMPs抑制剂,可能有帮助维持糖萼,与晶体液相比,血浆/FFP复苏期间降低了液体的需求。
既往一项前瞻性、单中心、开放、非随机研究旨在证明早期血浆置换(TPE)在重症感染性休克患者中的安全性、可行性。研究纳入了20例早期感染性休克(发病<12小时)需要高剂量ne[>0.4 μg/(kg·min)]败血症患者。抽取血浆样本体外刺激人脐静脉内皮细胞分析屏障功能和跨内皮电阻(TER)。结果显示:TPE耐受性良好,未发生任何不良事件,并与快速NE减少相关;维持平均动脉压(MAP)>65 mmHg,观察到28 d死亡率为65%。在使用TPE后,关键促炎细胞因子白细胞介素(IL)-6、血管生成素-2、血管通透性因子均显著降低,保护性抗渗透因子血管生成素-1未发生变化;TPE后患者的血流动力学得到改善。人脐静脉内皮细胞的体外刺激诱导细胞高通透性,这种现象在使用TPE后完全被消除。该研究得出结论:早期使用高剂量血管加压药物及感染性休克治疗患者使用TPE是安全可行的。研究观察到脓毒性休克患者血流动力学的快速改善和细胞因子谱的有利变化。仍需多中心随机对照研究进一步验证。
儿茶酚胺降解糖萼被的原因是增加膜锚定蛋白的活性,如MMPs和ADAMs(一种崩解蛋白酶和金属蛋白酶)。MMPs和ADAMs降解细胞外基质,包括糖萼,并且已知儿茶酚胺增加蛋白酶的活性。内源性或肾上腺素水平与血浆syndecan-1水平相关。糖皮质激素是公认的抗炎药物,可减少促炎细胞因子和炎症介质,还可抑制白细胞活化并提供糖萼保护。S1P是一种鞘脂,可减弱MMPs的活性引起syndecan-1的脱落,并通过调节血管内皮细胞与内皮细胞接触处钙黏蛋白和β-catenin的表达来调节内皮糖萼的屏障功能。
肝素已被用于对抗内皮成分的分裂和恢复糖萼屏障的完整性,肝素对防止内皮损伤和微循环功能障碍具有保护作用。舒洛地特是一种从猪肠黏膜中提取的一种混合物糖胺聚糖前体,含80%硫酸肝素和20%硫酸皮肤素,能够阻断白细胞MMPs的释放,抑制IL-6,调节凝血/纤维蛋白溶解。因此,舒洛地特被认为是一种抗炎和抗血栓药物,可加速糖萼的再生,控制血管通透性,提高生存率。

Ang-Ⅰ及Tie2是增强血管屏障功能和抗炎特性的重要调控物质,血管生成素-1主要与Tie2(内皮相关受体酪氨酸激酶)结合,维持血管张力和糖萼结构。Ang-Ⅰ和Ang-Ⅱ对Tie2有相反的作用,Ang-Ⅰ通过抑制NF-kB和下调ICAM-1和VCAM-1的表达;促进内皮稳定和细胞存活,抑制白细胞黏附。Ang-Ⅱ在炎症状态或缺氧时被释放,破坏了有利于新生血管生成的细胞间连接,增加对液体和蛋白的通透性,促进糖萼降解。

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五、小结


血管内皮细胞具有重要的生理功能,维持内皮结构完整对维持大循环、器官灌注和微循环有重要作用。稳定内皮细胞功能为靶向目标,但迄今为止尚未受到太多关注,保护血管内皮为靶向的治疗策略应该引起临床医师的高度重视。针对内皮细胞临床常规的保护和重建仍在进行中。尽管有很好的临床前证据,但仍然需要进行人体安全性和可行性试验。
参考文献
[1] Knaup H, Stahl K, Schmidt BMW, et al. Early therapeutic plasma exchange in septic shock: a prospective open-label nonrandomized pilot study focusing on safety, hemodynamics, vascular barrier function, and biologic markers[J]. Crit Care, 2018, 22(1):285. 


  作者介绍    

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李爱民
山西医科大学第一医院呼吸与危重症医学科副主任,主任医师,医学博士,硕士研究生导师。中华医学会呼吸病学分会呼吸危重症学组委员,中国医师协会呼吸医师分会危重症学工作委员会委员,中国老年医学会呼吸病学分会呼吸危重症学术委员会委员,中国老年医学会呼吸病学分会感染学术委员会委员,中国医学装备协会呼吸病学装备技术专业委员会常务,山西省医师协会呼吸医师分会呼吸与危重症医学专业委员会主任委员,山西省拔尖骨干人才。目前主要从事呼吸危重症、肺部感染的基础和临床研究。


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