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【摘要】 对于急性肺损伤(acute lung injury, ALI)、急性呼吸窘迫综合征(acute respiratory distress syndrome, ARDS)患者而言，正压机械通气虽然可以挽救生命，但目前临床常用的大潮气量、PEEP及气道平台压等通气方案却会导致患者肺损伤，并对肺损伤的程度、预后和死亡率产生明显影响。近年来，固有免疫应答及炎症反应在机械通气所致肺损伤(ventilator-induced lung injury，VILI)发病机制中的作用受到了广泛的重视和研究，并且形成了炎症反应是VILI的主要发生机制，而血浆、血清及肺泡灌洗液内的细胞因子和趋化因子是VILI的主要生物学标志物的学术观点。本文结合近年来的相关研究结果，重点阐述VILI生物学标志物的研究进展。
【关键词】 机械通气;肺损伤;VILI;炎症反应;生物学标志
For patients with ALI (acute lung injury) or ARDS (acute respiratory distress syndrome),the positive pressure mechanical ventilation can save their lives. However,a lot of experimental studies and clinical data have proved that how the ventilatory strategies(including the tidal volume,the positive end-expiratory pressure and the plateau airway pressure,etc) can affect the severity of the lung injury,the outcomes and the mortality. In recent years, the effects of the inherent immunity and the inflammation have been widely studied in pathophysiology of the ventilator-induced lung injury(VILI).The investigators find that the inflammation is the main mechanism in VILI and the cytokines and chemokines are the main biological markers in plasm,serum and bronchoalveolar lavage fluid. This review will focus on the advancement of these biological markers.
[Key words] mechanical ventilation;lung injury; ventilator-induced lung injury; inflammation;biological marker
机械通气是治疗急性肺损伤(ALI)与急性呼吸窘迫综合征(ARDS)的重要手段。但机械通气(呼吸机)在使用过程中，也可能产生或加重肺损伤，其机制主要与肺组织的过度牵张、萎陷肺泡反复闭合-开放产生的剪力损伤及机械通气诱导产生炎症介质的大量释放密切相关[1]。近年来的研究表明，机械通气过程中诱导的炎性介质释放，可能是更为主要的诱发因素。本文旨在介绍机械通气所致肺损伤(VILI)生物学标志的研究进展。
1 临床研究
一系列临床研究表明，在治疗急性肺损伤(ALI)与急性呼吸窘迫综合征(ARDS)的过程中，使用小潮气量、高PEEP的机械通气模式可明显降低患者死亡率并减少呼吸机使用天数。而在随后的研究结果则倾向于VILI形成的主要原因是炎症反应所致。小潮气量的通气模式可减少炎性介质的释放。目前研究所涉及的生物学标志物主要有IL-6(白介素-6)、IL-8(白介素-8)、IL-10(白介素-10)、SP-D(肺泡表面蛋白-D)、IL-1Ra(白介素-1受体抗体)、sTNFR1(可溶性肿瘤坏死因子1型受体)、sTNFR2(可溶性肿瘤坏死因子2型受体)等。
1998年，Amato等报道了第一例结果呈阳性的对ARDS患者实施保护性机械通气策略的随机对照研究。研究结果表明，与常规机械通气相比，保护性机械通气可改善ARDS患者28天内的生存率、减少呼吸机使用天数、降低肺气压伤的发生率[2]。
2000年，Laffey等进行的一项多中心研究结果显示，与大潮气量机械通气相比，对ALI及ARDS患者采用小潮气量机械通气，能明显降低其死亡率并减少呼吸机使用天数。该研究将861例ALI或ARDS患者随机分为两组，大潮气量组(潮气量12ml/kg，气道平台压<50cmH2O)与小潮气量组(潮气量6ml/kg，气道平台压<30cmH2O)。该研究在病例数达到861例时终止，因为小潮气量组的死亡率已明显低于大潮气量组(31.0%vs. 39.8%,P=0.007),且前28天内减少的呼吸机使用天数，小潮气量组也高于大潮气量组(12±11 vs. 10±11, P=0.007)。该试验第1～3天平均潮气量分别为(6.2±0.8)ml/kg和(11.8±0.8)ml/kg，平均气道平台压分别为(25±6)cmH2O和(33±8)cmH2O[3]。在该多中心研究的后续实验中，发现了一系列与VILI相关的生物学标志物。Ware等对患者进行的一项追踪研究显示，在收集到的样本中，常规机械通气组肺泡灌洗液中的中性粒细胞活化作用明显升高[4]。Parsons等的进一步研究(861例患者中的703例进入此项研究)表明，低潮气量可能使炎症反应减弱。该研究发现高水平的IL-6、IL-8、IL-10分别与所有患者的死亡危险度升高相关。在低潮气量组中，IL-6的血浆水平下降26%，IL-8的血浆水平下降12%，IL-10至第三天仍无变化。第三天血浆IL-6水平所对应的死亡率比值比为3.7。值得注意的是，IL-6与IL-8水平随着ARDS的临床危险因素改变而改变，例如感染可增加这些介质的水平。然而，作者在计算了低潮气量组的治疗效果后发现，治疗第三天IL-6水平下降30%[5]。Eisner等进行的另一项研究发现，血浆高SP-D(肺泡表面蛋白-D)水平与死亡风险的增加相关。治疗第三天，低潮气量组SP-D显著下降。由于SP-D为肺泡上皮细胞特有，故低潮气量通气可能减少了肺泡上皮细胞的损伤或降低了肺泡上皮细胞对蛋白的通透性[6]。
另一项较早的研究也发现了一系列生物学标志物。该研究将44例使用机械通气8h以内的ARDS患者作为研究对象，患者随机分为两组，常规机械通气组[平均潮气量(11±2)ml/kg，平均PEEP(7±2)cmH2O]及小潮气量组[平均潮气量(8±1)ml/kg，平均PEEP(15±3)cmH2O]。两组气道平台压均限制于35cmH2O以内。大约36h后，小潮气量及高PEEP水平机械通气组中，IL-1Ra、sTNFR1和sTNFR2的血浆及肺泡灌洗液水平明显下降。相应的，常规机械通气组中，IL-1Ra、sTNFR1和sTNFR2的肺泡灌洗液水平明显升高。常规机械通气组肺泡灌洗液内的平均IL-1Ra 浓度在研究开始时为17μg/ml，后上升至32μg/ml。在小潮气量高PEEP组中，IL-1Ra初始浓度为19μg/ml，36h后为16μg/ml。常规机械通气组中，sTNFR1及sTNFR2水平明显升高近2倍。小潮气量高PEEP组中，肺泡灌洗液内IL-1β、IL-6、 IL-8和TNF-α水平在36h后下降，而在常规机械通气组中没有变化或者是升高。这些介质在血浆中的变化存在相同的趋势[7]。
2 实验室研究
在实验研究方面，研究者们通过各种实验模型(包括VILI、VALI的整体动物模型、离体肺及分离的肺泡上皮细胞)探索VILI的发生机制，目前的研究结果倾向于炎症反应是VILI发生的主要机制。
Tremblay等首先报道了大鼠游离肺实验的发现：TNF-α、 IL-1β、 IL-6、IL-10、MIP-2、INF-γ在大潮气量零PEEP组中明显高于小潮气量高PEEP组及小潮气量零PEEP组[8]。之后，许多实验也得出了相似的结果。然而也有部分实验否定了TNF-α与潮气量及PEEP的相关性[9，10]。
近年来的研究发现，巨噬细胞和单核细胞分别在VILI的起始阶段以及进展过程中起到一定作用。Eyal FG等的研究表明，肺泡巨噬细胞的减少可降低肺损伤。实验发现，经过Cl2MDP(liposomal clodronate，骨膦，又名氯甲双磷酸盐，可抑制巨噬细胞、单核细胞的增殖)气管内预处理的大鼠，肺湿干比上升幅度明显小于未预处理组，且肺顺应性与肺泡稳定度均好于未预处理组[11]。Wilson等发现，在呼吸机高牵张诱发急性肺损伤小鼠模型中，肺边缘Gr-1high单核细胞明显增多，同时伴随更高的CD11b的表达和更低的L-选择素表达。经过CL2MDP气管内预处理的小鼠，肺单核细胞明显减少，并能减少肺损伤[12]。
最新的研究发现，在呼吸机所致急性肺损伤的发展和加重过程中，前B细胞集落刺激因子(PBEF，pre-B-cell colony enhancing factor)也是一个关键的炎症递质[13]。
肾素-血管紧张素系统[14]及ATP-P2Y受体系统[15]也参与了VILI的致病过程。Jerng等研究发现，高潮气量组(40ml/kg，持续4h)肺损伤评分、支气管肺泡灌洗液中的蛋白浓度、前炎症细胞因子、NF-kappaB活性较空白组(无机械通气)明显升高，其肺组织血管紧张素Ⅱ水平,血管紧张素原,1型、2型血管紧张素Ⅱ受体的mRNA水平也明显高于低潮气量组(7ml/kg，持续4h)和空白组。高潮气量组中经卡托普利或氯沙坦或PD123319(1型或2型血管紧张素Ⅱ受体拮抗剂)预处理的大鼠，肺损伤及炎症反应明显减弱[14]。而Hiroki等的研究证实，ATP主要通过ATP-P2Y受体系统介导肺部炎症反应。该研究发现大潮气量机械通气引发肺部炎症反应时，支气管肺泡灌洗液中的ATP浓度明显升高;而经P2受体拮抗剂预处理后，可局部减轻炎症反应[15]。
3 展望
VILI的发病机制目前尚无肯定结论。尽管有少部分研究认为，炎症反应可能不是VILI启动的全部，但大量的研究结果仍倾向于炎症反应为VILI的主要发病机制，并发现了一系列与急性肺损伤相关的生物学标志物，对急性肺损伤程度及进展的临床监测有一定的帮助。
近年来，有部分研究者将研究方向转向对炎症递质抑制剂的研究。如：ACEI类及ARB类药物可分别通过阻断ACE活性及ANG-Ⅱ受体来减弱VILI的炎症反应和细胞凋亡[16];NF-kappaB 抗体可降低肺部缺血再灌注损伤和呼吸机所致肺损伤[17];多巴胺支气管内滴注可提高高潮气量通气患者肺水肿清除率并显著改善生存率[18];预防性吸入IL-10可通过抑制炎症反应改善VILI生存率并减少肺损伤[19]等等。此外，IL-1Ra可显著降低损伤性机械通气期间的肺泡上皮细胞通透性，减小肺水肿，同时也减少了气道中性粒细胞，经过IL-1Ra处理，支气管肺泡灌洗液中的RTI40(I型肺泡上皮细胞特有的膜蛋白，与机械通气潮气量呈正相关[20])水平减少2.5倍。表明IL-1Ra对于急性肺损伤的治疗可能有效[21]。
综上所述，随着对炎症递质在VILI的发生机制中的研究的不断深入，以及对炎症递质抑制剂的研究的开展，不仅将为VILI发病机制的研究提供新的方向，也将为VILI的预防与治疗提供新的线索。
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