脓毒症病理的生理基础以及其研究相应进展

1、脓毒症病理的生理基础以及其研究相应进展研 究 背 景 脓毒症(Sepsis)是严重创(烧、战)伤、休克、感染、外科大手术患者常见的并发症，进一步发展可导致脓毒性休克、多器官功能障碍综合征 (MODS)，是临床危重患者的最主要死亡原因之一。脓毒症和MODS来势凶猛、病情进展迅速、预后险恶，给临床救治工作带来极大困难，已成为现代危重病医学面临的突出难题。Sands KE et al. JAMA. 1997; 278: 234-40; Based on data for septicemia. Murphy SL. National Vital Statistics Reports. Angus D

2、C et al. Crit Care Med. 2001 Reflects hospital-wide cases of severe sepsis as defined by infection in the presence of organ failure. 脓毒症 新世纪对人类健康和经济发展的重大挑战全球性的威胁和挑战，患病率约为人口的 3/1000，全球总病例数约1800万/年，相当于丹麦、芬兰、爱尔兰和挪威人口的总和；美国患病人数为75万/年；欧洲为万/年。 全世界死亡人数超过万/天；美国万/年，并成为美国非心脏 ICU 死亡的主因。尚有相当的死亡病例没有计算在内，而归咎于原发病。

3、在美国平均治疗费用约万/例，年耗资近$200亿；欧洲年耗资近$100亿；截至1995年，总研发费用已经超过$10亿。发病人数正以年的比例增长；过去10年间，增加病例139%，且有继续增加的趋势。脓毒症与其他严重病症的比较National Center for Health Statistics, 2001. American Cancer Society, 2001. *American Heart Association. 2000. Angus DC et al. Crit Care Med. 2001. AIDS*ColonBreastCancerCHFSevere SepsisCase

4、s/100,000 脓毒症的发生率脓毒症的病死率AIDS*SevereSepsisAMIBreast Cancer1750110130300211000215000脓毒症与急性心梗死亡率变化的比较1960年 1995年10%20%30%40%50%脓毒症急性心梗 2002年巴塞罗那宣言 全社会要像当年重视“中风”和“急性心梗”一样，重视对脓毒症的研究和治疗，争取把脓毒症的发生率和死亡率降低到可接受的水平。研 究 背 景 尽管脓毒症新概念与临床特征的认识有所进步，但脓毒症、MODS的临床试验性治疗相继失败，其病死率仍居高不下(5080%)。究其原因，关键是有关脓毒症和MODS的根本发病环节及作用

5、机制尚未充分阐明，缺乏早期有效的预防与治疗措施。因此，开展其研究具有极其重要的理论意义和实用价值。脓毒症基础研究进展遗传背景 (基因多态性研究) 重要诱发因素 (微生物及其产物、内/外毒素作用)晚期炎性介质与效应分子 (高迁移率族蛋白-1、BH4)细胞内信号转导机制 (MAPK通路, JAK/STAT通路)网络效应与器官间相互作用 (神经-内分泌-免疫 凝血-纤溶-炎症)基因组学与蛋白组学调节方法与干预途径 (活化蛋白C)严重损伤后全身性炎症反应失控及器官损害受体内众多基因的调控，但为何有的人群易于并发脓毒症和MODS？对MODS患者采取相似的治疗方案，但机体反应和预后可能完全不同。这些现象是

6、否与体内存在某种MODS相关的“易感基因”或基因表达特性的改变影响宿主对应激状态的敏感有关？基因多态性TNF-2 纯合子患者 TNF-水平和病死率均高于杂合子或TNF-1 纯合子患者，证实TNF-2基因型可能是严重脓毒症患者出现高TNF-水平和不良预后的基因标志之一。TNF-双等位基因Nco1多态性与严重脓毒症和器官损害的发生密切相关, 分析其多态性有助于评估并发脓毒症和MODS的易感性及明确对抗TNF免疫治疗的反应性。基因多态性 (基因组序列上的变异) 是决定人体对应激打击易感性与耐受性、临床表型多样性及药物治疗反应差异性的重要因素。基因多态性 基因大规模直接测序，明确了中国人群中一些在创、

7、烧伤感染发病中起关键作用的效应分子的基因多态性分布，并初步进行了临床关联分析和功能研究。 已明确 TLR4受体 5 区-1892GA、-1837 AG、 CD14 启动子区 -1145G/A 和 -159C/T、IL-1启动子区-1470 GC 、-511TC和 -31 CT与创伤感染易感性存在密切的内在联系。 12CD14 C-159T基因多态性对 TNF- mRNA表达的影响13CD14 C-159T基因多态性对LBP浓度的影响携带不同CD14基因多态性烧伤患者单核细胞表面HLA-DR的表达* * * 烧伤脓毒症患者预后与单核细胞HLA-DR结合量的关系* * *16 CD14 C-159

8、T基因多态性与 MODS发生率及死亡率的关系基因型例 数（n）MODS例数（n）死亡例数（n）-159CC700-159CT1064-159TT43371例特重度烧伤患者基因型与脓毒症及死亡率的关系 基因型例数非脓毒症（例）脓毒症（例）死亡率（%）CC73（42.9）4（57.1）2（28.6）TC4618（39.1）28（60.9）11（23.9）*TT185（27.8）13（72.2）9（50.0）18 临床试验性治疗脓毒症的实践中，应当考虑基因的因素。如果对照和治疗组CD14C-159T或其他易感基因多态性的分布频率不一致，那么结果无论是支持或是否定试验性治疗，其判定很可能会产生偏差。

9、脓毒症早期识别与判定预后的辅助工具。在不久的将来，基因多态性的检测很可能会帮助患者选择个体化的有针对性的治疗 ，从而有利于降低脓毒症 和/ 或MODS 的发病率。细菌内毒素内毒素血症与细菌感染关系密切, 是创伤感染的重要致病因素之一。创伤脓毒症中, 内毒素常常与细菌协同致病, 两者同时并存。内毒素具有极广泛而又复杂的生物学效应，脓毒症、MODS病理过程中出现的失控炎症反应、免疫机能紊乱、高代谢状态及多脏器功能损害均可由内毒素直接或间接触发。 G- 菌细胞壁最外层结构, 主要成分为脂多糖 (LPS) 。由三部分组成： 外层为O-特异性多糖链, 为细菌特异性抗原; 中层为R-核心多糖, 为细菌类属

10、共同的抗原; 内层为类脂A, 主要决定其生物活 性。 分子结构特征1. 刺激单核巨噬细胞、内皮细胞、粒细胞合成、释放介质、蛋白酶类物质等，介导机体内组织、细胞的损伤; 2. 促进血小板凝集，激活凝血、纤溶系统，从而触发DIC; 生物学活性生物学活性3. 对免疫系统的影响, 可激活补体、促进淋巴细胞有丝分裂、诱导干扰素, 并有抗肿瘤及免疫佐剂作用; 4. 引起病理生理改变: 发热反应、血压降低、代谢改变、局部过敏反应。1. 全身网状内皮系统功能障碍, 免疫机能下降, 肠道吸收的内毒素过多超过机体之清除能力;2. 胃肠道粘膜缺血、坏死, 屏障功能破坏, 通透性增高, 大量内毒素释放入血;内毒素血症

11、发生原因3. 肠道来源的内毒素因肝功能障碍由侧支循环直接入体循环; 4. 某些组织、器官G- 菌感染病灶持续产生的内毒素吸收入血。内毒素血症发生原因 烧伤早期即出现内毒素水平升高, 伤后 3 4天达高峰, 2 3周又出现回升。 内毒素水平随烧伤面积的增加而增加。 内毒素血症发生率达 74.7%, 而 菌血症阳性率仅 38.2%。 发病过程及规律 既往多认为来源于创面或血循环G- 菌 感染后大量释放。 早期主要不是源于创面 , 肠道蓄积内 毒素侵入血循环可能是最重要的来源。 后期内毒素水平的再度升高，与难以 控制的创面脓毒症相关。烧伤后内毒素血症来源 与感染、免疫的关系 与脓毒症、多脏器功能障碍

12、综合 征的关系 循环内毒素含量监测的临床价值内毒素血症的临床意义 内毒素血症与细菌感染关系密切, 是创伤感染中的重要致病因素之一。在烧伤脓毒症中, 内毒素常常与细菌协同致病, 两者同时并存。但有时血液内毒素检测呈阳性反应, 而细菌培养不一定阳性, 提示内毒素血症可单独存在。 不同烧伤面积内毒素血症及菌血症阳性率比较烧伤面积 内毒素血症 菌血症 组别() 例数 例数 III.III 70-98 65/87 18/47 *# 烧伤后内毒素血症出现时间早于菌血症, 内毒素可促进细菌移位。内毒素血症与严重创伤后全身播散性感染的发生亦紧密相关。内毒素血症与脓毒症相关率达70%, 当内毒素持续升高时, 应

13、警惕播散性细菌感染的发生。细胞免疫异常表现为淋巴细胞对促有丝分裂因子刺激反应降低, 伴Ts增多、Th减少。细胞免疫障碍与血清中过量内毒素有关。 多粘菌素B可部分恢复NK细胞活性及逆转Th/Ts异常, 且能消除烧伤血清对IL-2抑制反应。内毒素在烧伤后免疫抑制中的作用休克初期发生内毒素血症，Re-LPS抗血清输注后血浆 PGE2明显降低。烫伤后脾细胞对 Con A或PHA刺激反应及诱生 IL-2活性抑制。SDD可显著降低内毒素水平，同时脾细胞增殖应答及诱生IL-2明显升高。肠源性内毒素对全身免疫的影响 脾细胞对Con A刺激增值反应的改变 *脾细胞 IL-2 活性的改变 *1. 通过PGE2对免

14、疫系统下向调控引起多方面抑制效应;2. 导致单核细胞提呈抗原表达能力降低, 并抑制中性粒细胞趋化性受体的表达; 3. 激活单核巨噬细胞诱生细胞因子, 介导对机体防御机能及多器官损害效应;4. 经替代途径活化补体, 生成补体裂解产物。内毒素介导烧伤免疫抑制的机制MODS家兔内毒素含量升高幅度大、持续较高水平，且与多器官功能相关显著。输注 Re-LPS 抗血清后，内毒素升高幅度及持续时间显著降低，MODS发生率休克早期给予rBPI21可完全中和循环内毒素，能减轻肝、肺、肾及肠道损害等。 内毒素与脓毒症、MODS的关系 MODS与非MODS患者内毒素水平比较 * 血浆内毒素水平与MSOF发生频率内毒

15、素 例数(EU/ml) MSOF NMSOF 死亡 0.05 0.05 敏感性 特异性 准确性 阳性 阴性 预测值 预测值新喋呤 内毒素 新喋呤合并内毒素 新喋呤、内毒素、新喋呤合并内毒素 对MODS的诊断有效率比较（%) 内毒素 外毒素细胞壁 等 炎症介质(TNF-, IFN-、IL-1等)iNOSGTP-CHI精氨酸胍氨酸 +NO血管扩张循环障碍Mon/M 细胞平滑肌细胞内皮细胞等DAHPiNOS活性生物喋呤对iNOS的调控机制BH4?GTP-CHIDAHP生物喋呤原生型NOS 诱生型NOS NO基础水平 抑制大量NO释放DAHP对脓毒性休克的防护效应基因组与蛋白组学 传统模式中多数实验性

16、研究集中于某一信号分子、动物模型中的几个相关分子或者培养独立的细胞及细胞系。为了达到全面理解的目的，需要同时分析许多不同的分子及其相互作用，并运用定量的模拟方法总结这些数据以阐明能够用于直接治疗的关键信号结点。 脓毒症蛋白组学 蛋白组被定义为细胞、组织或机体中表达的所有蛋白的含量和种类；蛋白组方法可分为三种不同的类型：即表达蛋白组、结构蛋白组和功能蛋白组；功能蛋白组探讨蛋白质之间的相互作用和翻译后的修饰并对其进行调节，集中于调节信号转导过程中分子的相互作用，是深入了解脓毒症分子机制的核心环节。脓毒症蛋白组学 利用蛋白组学研究策略，将来人们可以精确计算并鉴定导致脓毒症分子病理学改变的信号网络中重

17、要的结合点。一旦找出其关键的信号中枢，就可以进行标准化合理的药物设计，从而生产出体内更有效、副作用更小的特异性调节剂。神经-内分泌-免疫网络 电刺激迷走神经传出支激活胆碱能抗炎途径可抑制脓毒症多器官TNF-产生，减少脓毒性休克的发生率。迷走神经切除显著提高炎症刺激下 TNF-合成与释放 ，增强内毒素对动物的致死性。胆碱能抗炎途径可特异性抑制局部炎症。利用脓毒症的神经调节机制来探讨其防治策略是一个较新的研究领域，目前尚处于探索阶段。近年来的研究证实，免疫功能紊乱在脓毒症发生、发展过程中确实具有重要作用。机体往往有短暂的SIRS，随后是长期的CARS和MARS。SIRS表现为非特异性免疫系统高度活

18、跃和炎症反应亢进；CARS表现为特异性免疫系统的抑制 。 脓毒症与炎症及免疫功能紊乱 TCRCD28CD152MHC-B7B7NFATAP-1IL-2RIL-2 DCT cellT淋巴细胞的克隆无反应状态抑制性细胞因子作用细胞凋亡和凋亡细胞作用DC/巨噬细胞IL-12IFN-IL-10PGE2Th0Th2Th1CD4+T淋巴细胞的功能性分化细胞凋亡本是细胞死亡的被动和正常生理过程。但脓毒症中，细胞凋亡加速，成为主动的病理过程。已证实，诱导脓毒症细胞凋亡加速的主要物质是促炎细胞因子，如TNF、FasL、颗粒酶等和糖皮质激素。T 细 胞TNFFasL颗粒酶糖皮质激素TNFFasL颗粒酶糖皮质激素抗

19、原刺激无刺激主 动 凋 亡被 动 凋 亡细胞的正常凋亡与加速凋亡 脓毒症诱导器官凋亡的实验研究作 者 模型 胸腺 脾脏 肝脏 肺脏 肠道 Fukuzuka, 1999 烧伤 Mignon, 1999 LPS Chung, 1998 CLP Hotchkiss, 1997 CLP Hiramatsu, 1997 CLP Ayala, 1996 CLP Wang, 1994 G+菌血症 注：广泛凋亡；明显凋亡；轻度凋亡；无凋亡 脓毒症时间愈长,T细胞和B细胞的缺失愈加明显,大部分患者死于长期的低免疫状态期。 -新英格兰医学杂志 The New England Journal of Medicine

20、 (2003). 348; 138-150.脓毒症免疫反应示意图打 击化学物质：自由基、蛋白酶物理损伤：机械、热力抗 体补 体细胞膜损伤细胞坏死炎症反应MONKCD8Th1激素TNF颗粒酶FasL非细胞膜损伤细胞凋亡非特异性全身炎症反应 特异性免疫功能胸腺肽对脓毒症的免疫调理作用激活低下的特异性免疫： 促进淋巴细胞分化成熟和单核细胞抗原呈递，阻止特异性免疫细胞凋亡。拮抗亢进的非特异性免疫反应： 降低循环内毒素及促炎介质水平, 增加抗炎介质的水平。Th1IFN-LT巨噬细胞(增强杀菌能力)+嗜中性细胞(增强杀菌能力)IL-2+调节CD4+/CD8+比例(增强机体免疫水平)胸腺肽1胸腺肽对内毒素攻击小鼠炎症介质的影响Alan Goldstein, Thymosin a1 reduces blood level of IL-1, PAF and metabolites in mice treated with lethal doses of endotoxin增