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门脉高压症高动力循环的主要特征是全身血管扩张、低血压、心率增加、全身血管阻力降低和组织血流量增加。这种改变常在内脏循环特别是门静脉循环改变的基础上发生。虽然高动力循环可在一定程度上保证组织灌注，但长期高心输出量易致心肌功能受损，而低血压状态最终导致脏器灌流不足，从而产生各种病理生理效应。这可能是肝硬化门脉高压症时多器官损害的原因［1］。近年的临床和实验研究均发现一氧化氮(NO)产量增加在门脉高压高动力循环的血管扩张中起作用［2］。NO过多产生是原生型一氧化氮合酶(cNOS)或诱导型一氧化氮合酶(iNOS)增加所致，目前仍有争论。
一、NO与NOS
NO是由L-精氨酸和氧分子经NOS催化合成的，它是一种半衰期仅几秒钟的小分子活性介质，所以一经合成，它只能以自分泌或旁分泌形式发挥作用。血液中的NO可迅速被血红蛋白作用而失活，并转变为可被肾脏清除的硝酸盐/亚硝酸盐(NO-2/NO-3)。NO作用于血管平滑肌细胞可溶性鸟苷酸环化酶，由GTP生成cGMP，cGMP水平的升高可刺激cGMP激酶，导致细胞内钙离子浓度下降，从而使血管平滑肌松弛、血管扩张。NOS按功能可分为二类，cNOS和iNOS，前者在细胞处于生理状态下即有表达，是钙离子依赖的酶；而后者则在受细胞因子等刺激后呈诱导性表达，它一旦合成，其活性不依赖于钙离子。根据细胞和组织来源，cNOS又分为神经元型NOS(bcNOS)和内皮型NOS(ecNOS);iNOS则主要位于巨噬细胞和血管平滑肌细胞等。编码bcNOS、ecNOS和iNOS的基因分别位于12、7和17号染色体［3］。
二、iNOS和高动力循环
自从Va-llance和Moncada提出肝硬化门脉高压症时NO导致高动力循环的假说以来，人们研究了门脉高压症的患者和门脉高压动物模型，以期进一步证实这一假说。但迄今为止，尚存在着矛盾的结果。该假说的要点是肝硬化门脉高压症时消化道中的内毒素进入血液循环，并可刺激细胞因子的产生，内毒素和细胞因子均可诱导iNOS过多合成NO［4］。许多实验提示了内毒素和细胞因子的作用。当正常人体被注射内毒素后，导致血压降低以及心输出量的增加，而肿瘤坏死因子α(TNF-α)则导致强烈的血管扩张和高动力状态［5］。有报道提示肝硬化患者升高了的内毒素和白介素-6(IL-6)与肝硬化的严重程度直接相关［6，7］，并且血浆IL-6浓度与全身血管阻力呈负相关［7］。此外，门脉高压大鼠用抗TNF-α抗体后可改善其高血流动力学状态［8］。有许多实验结果直接显示了iNOS的作用。例如，有研究发现人酒精性肝硬化时对血管收缩剂的反应性降低，iNOS在其中起作用［9］；在肝硬化大鼠的主动脉和肠系膜动脉中，不但有iNOS的增多，其转录产物iNOS mRNA也增多［10］。另外，还有学者发现在门脉高压大鼠的食管粘膜中iNOS mRNA也显著增加［11］。有作者用氨基胍后，可改善门脉高压鼠的高动力循环综合征［12］，而氨基胍是一种iNOS的选择性抑制剂［13］。还有作者发现门脉高压鼠动脉环在内皮层去除之后，动脉环对血管收缩剂的低反应性仍得以持续［14］。这一结果提示iNOS参与了该反应，因为血管壁中cNOS主要位于内皮细胞内，而iNOS主要在平滑肌细胞中表达。再者，由于iNOS在内皮细胞中也可有表达［15］，所以虽有研究发现肝硬化大鼠动脉对缩血管物质的低反应性是内皮依赖的［16］，也不能排除iNOS的作用。由于门脉高压症时门体分流和肝脏网状内皮系统功能下降所致的内毒素血症，以及由内毒素所刺激产生的细胞因子，使得iNOS被诱导产生并过多合成NO可能是高动力循环的重要始发因素。
但是，目前有一些研究结果不支持iNOS在高动力循环产生中的作用。曾有研究未发现肝硬化时内毒素血症与血浆NO代谢产物浓度相关［17］。
上述不同结果的产生有多方面的因素。首先，可能因为研究所采用的动物模型不同。其次，可能因为动物模型形成后研究的时间不同所致。第三，可能因采用的研究方法不同所致。不同的研究方法具有不同的敏感性、特异性。例如，前已述及的Weigert等的研究检测iNOS mRNA所采用的方法是Northern印迹法，而Morales-Ruiz［18］等的研究同样检测动脉中iNOS mRNA所用的方法是反转录-聚合酶链反应(RT-PCR)法。前者未测得，而后者则检测出iNOS mRNA的表达。这是因为当采用特异的探针和引物时，二种方法均可有较高特异性，但由于Northern印迹法对所抽提的总RNA有较高的要求，而PCR可使极微量的cDNA扩增百万倍，因此，RT-PCR法敏感性远高于前者。
三、高动力循环与cNOS
高动力循环的发生和发展与NO有重要关系，但cNOS在其中所起的作用与iNOS不同。生理状态下有cNOS的表达，在高动力循环发生后，cNOS的表达可增加，加重高动力循环。肝硬化门脉高压时，循环中的一些激素和肽类均增多，如儿茶酚胺、雌激素、P物质和缓激肽等［15］。这些激素和肽类可以使血管内皮中的cNOS表达增加，从而使NO产量增加。其中最主要的是儿茶酚胺通过GTP结合调节蛋白(G蛋白)，从而上调cNOS的途径。G蛋白是一类品种较多、介于膜受体和酶蛋白或离子通道之间的有GTP酶活性的蛋白质，能在受体与功能蛋白之间传递兴奋与抑制信号。G蛋白分为能刺激腺苷酸环化酶的Gs蛋白和抑制该酶活性的Gi蛋白，二者均与腺苷酸环化酶结合，而前者与β受体结合，后者则与α2受体结合。例如，去甲肾上腺素就可激活α2肾上腺素能受体，通过与其偶联的Gi蛋白，进一步引起cNOS的变化［19］。最近的报道也证实了在门脉高压大鼠的主动脉中Giα的表达增加，而Gs则无变化［20］。肝硬化门脉高压时，由于门静脉系统血流速度增加、血液粘度降低，导致血流的剪切应力增加，这可刺激内皮细胞中cNOS释放大量的NO。有人研究分离的股动脉，发现增加剪切应力可使NO释放增加5～7倍［21］；另有研究显示：剪切应力增加可提高人脐静脉内皮细胞中的cNOS mRNA水平［22］；还有报道在人的内皮cNOS基因5′端启动子有对剪切应力的反应成分［23］。提高剪切应力可使血管收缩反应减弱，这是由于cNOS表达增加，释放NO增多，这一途径也是通过Gi蛋白所介导的［24］。此外，有人认为在肝硬化时缺乏内源性的NOS抑制剂也可能在其中起作用［25］，而低氧等其他刺激也可使cNOS表达增多［3］。