馬 驥，陳春玲

（新疆醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院麻醉科，新疆 烏魯木齊 830054）

體外循環(huán)（ECC）是心臟手術(shù)中為患者持續(xù)提供血液供應(yīng)及避免發(fā)生功能障礙的一種重要輔助措施，但是術(shù)中常會因炎癥反應(yīng)、缺血再灌注等損傷因素導(dǎo)致肺血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷。血管內(nèi)皮糖萼（EG）作為所有血管和器官腔內(nèi)表面的帶負(fù)電的膜結(jié)合覆蓋物，由蛋白聚糖、膜結(jié)合蛋白多糖和其他血漿蛋白共價(jià)結(jié)合組成[1]。EG具有調(diào)節(jié)血管內(nèi)皮通透性、調(diào)節(jié)白細(xì)胞的流動(dòng)與黏附、抗凝等作用，進(jìn)而防止內(nèi)皮細(xì)胞受損，有助于維持血管穩(wěn)態(tài)，促進(jìn)微循環(huán)平衡。在非體外循環(huán)（off-pump）中，EG會有一定程度的脫落與降解，但在ECC期間，ECC導(dǎo)致EG脫落與降解所造成的心肌細(xì)胞和冠脈內(nèi)皮細(xì)胞的損傷，是造成心臟手術(shù)后患者死亡的主要原因。EG降解不僅可以造成內(nèi)皮細(xì)胞損傷，同時(shí)還會引起患者組織水腫及微循環(huán)障礙。研究EG降解與ECC的關(guān)系，可有助于更為安全有效地實(shí)施ECC，減少并發(fā)癥，提高患者生存率，改善ECC心臟手術(shù)患者的臨床遠(yuǎn)期預(yù)后。

1 EG的組成和作用

1.1 EG的組成 EG也被稱為多糖包被，由多糖和質(zhì)膜中的蛋白質(zhì)組成，存在于質(zhì)膜外表面，是質(zhì)膜的正常成分[2]。隨著臨床染色技術(shù)、組織固定技術(shù)與影像技術(shù)的進(jìn)步發(fā)展，人們對EG組成與結(jié)構(gòu)了解更為清晰。研究發(fā)現(xiàn)糖萼層組成成分包括蛋白聚糖、血漿蛋白、膜糖蛋白與糖胺聚糖，其中蛋白聚糖與糖胺聚糖為主要成分[3]。蛋白聚糖為錨定于內(nèi)皮細(xì)胞頂膜上的核心蛋白，多條糖胺聚糖鏈共價(jià)連接于內(nèi)皮細(xì)胞上，包括唾液酸、磷脂酰肌醇聚糖與多配體聚糖。其中多配體聚糖為核心蛋白的跨膜結(jié)構(gòu)，也可存在于血管內(nèi)皮中，并結(jié)合硫酸乙酰肝素、硫酸軟骨素，對血管內(nèi)皮產(chǎn)生的剪切力形成轉(zhuǎn)導(dǎo)作用，而磷脂酰肌醇聚糖為經(jīng)糖基化磷脂酰肌醇錨定于內(nèi)皮細(xì)胞，與硫酸乙酰肝素連接，形成糖萼的骨架。

依據(jù)單糖殘基、殘基間連鍵類型、硫酸基數(shù)目、位置分5個(gè)主要類別，分別為硫酸乙酰肝素、透明質(zhì)酸、硫酸角質(zhì)素、硫酸軟骨素與硫酸皮膚素。其中含硫成分帶負(fù)電荷，影響血漿蛋白與靜電作用。相比之下，透明質(zhì)酸為大型線性分子，可與細(xì)胞膜歸巢細(xì)胞黏附分子（CD44）相互作用，不會與蛋白多糖聯(lián)合。不同于其他的糖胺聚糖成分，透明質(zhì)酸不帶電，但可與其他硫酸化的糖胺聚糖相結(jié)合形成復(fù)合物，發(fā)揮鎖水、穩(wěn)定EG凝膠狀結(jié)構(gòu)的效果。

1.2 EG的作用 糖萼為血管內(nèi)皮屏障，在調(diào)節(jié)血管通透性、調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)、轉(zhuǎn)導(dǎo)血管機(jī)械剪切力與抗凝方面發(fā)揮著重要作用。

1.2.1 調(diào)節(jié)血管通透性 糖萼在血管通透性調(diào)控中受多種因素影響。有學(xué)者提出，檢測內(nèi)皮細(xì)胞表面層評估血漿標(biāo)記分子的通透性，可顯示陰離子、中性大分子不能穿透內(nèi)皮細(xì)胞表面層[4]，同時(shí)分子量小的中性分子滲透速度快于陰離子，而且纖維蛋白原、血漿白蛋白移動(dòng)速率基本一致，這表明通過血管壁通透性與糖萼層電荷密度相關(guān)，兩者相互影響。

1.2.2 參與力的傳導(dǎo) 受力作用影響，內(nèi)皮細(xì)胞可經(jīng)過細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)生成一氧化氮（NO），而起到調(diào)控血管張力的作用，傳導(dǎo)途徑方式多樣。內(nèi)皮糖萼可感應(yīng)并轉(zhuǎn)換垂直機(jī)械力，而生成NO，快速NO產(chǎn)生依賴糖萼中透明質(zhì)酸鈉與硫酸乙酰肝素，因此去除透明質(zhì)酸鈉或硫酸乙酰肝素會影響NO產(chǎn)生，此外，內(nèi)皮細(xì)胞可經(jīng)瞬時(shí)受體電位通道獲取Ca2+進(jìn)而誘發(fā)NO釋放。

1.2.3 調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng) 白細(xì)胞介素、選擇素等細(xì)胞因子可調(diào)控白細(xì)胞翻轉(zhuǎn)移于介導(dǎo)炎癥反應(yīng)。糖胺聚糖中硫酸乙酰肝素為L-選擇素配體，參與細(xì)胞在血管中的白細(xì)胞翻轉(zhuǎn)移位；另外，硫酸乙酰肝素可調(diào)控趨化因子的濃度梯度，使內(nèi)皮細(xì)胞、白細(xì)胞緊密黏附。而且，因炎癥引發(fā)的糖萼脫落可促單核細(xì)胞黏附、促脂質(zhì)主流的巨噬細(xì)胞浸潤。

1.2.4 抗凝作用 EG為一種重要內(nèi)皮屏障，可于生理情況下避免血管內(nèi)皮與血細(xì)胞直接接觸，預(yù)防血栓形成。而且糖萼還可與血栓調(diào)節(jié)素、抗凝血酶Ⅲ與組織因子途徑抑制藥相互作用而實(shí)現(xiàn)抗凝效果。其作用機(jī)制體現(xiàn)為：血栓調(diào)節(jié)蛋白與硫酸軟骨素結(jié)合，可轉(zhuǎn)化凝血酶為蛋白C通路激活劑，形成抗凝途徑；抗凝血酶Ⅲ可與糖萼上硫酸乙酰肝素結(jié)合，而提高其抗凝效果；組織因子途徑抑制藥為凝血通路中抗凝新藥Xa因子（FXa）、凝血因子Ⅶ（FⅦa）有效抑制劑，可經(jīng)糖萼與硫酸乙酰肝素相互作用而實(shí)現(xiàn)抗凝效果[5]。

2 ECC對EG及內(nèi)皮細(xì)胞的影響

2.1 高容量負(fù)荷 過度液體灌注可能導(dǎo)致EG降解，由于血液稀釋和EG損傷引起的高滲透性的聯(lián)合作用，大多數(shù)患者在ECC后出現(xiàn)液體超載。而ECC中EG降解增加又與高容量血癥有關(guān)，而高容量血癥可導(dǎo)致心房鈉尿肽從心房釋放來響應(yīng)機(jī)械壁應(yīng)力，可能進(jìn)一步降解EG[6]。急性高血容量可導(dǎo)致EG降解破壞和液體向間質(zhì)間隙轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致心臟手術(shù)術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生率和死亡率增加。

2.2 缺血再灌注 隨著ECC在心臟手術(shù)中的廣泛應(yīng)用，由此引起的心肌缺血再灌注損傷引起了人們的普遍關(guān)注，而在心臟缺血再灌注過程中，冠狀動(dòng)脈內(nèi)皮細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能異常早于心肌細(xì)胞，是心臟缺血再灌注早期發(fā)生、發(fā)展的病理、生理基礎(chǔ)，其功能恢復(fù)也晚于心肌細(xì)胞，EG脫落降解與內(nèi)皮源性血管舒張有關(guān)。內(nèi)皮細(xì)胞能夠分泌多種血管活性物質(zhì)，在功能上互相制約以達(dá)到血管自身的功能平衡及維持自穩(wěn)態(tài)[7]。相關(guān)研究表明，ECC引起的缺血再灌注損傷可導(dǎo)致EG降解脫落，進(jìn)而造成冠脈內(nèi)皮受損，而阻止氧化應(yīng)激可以減弱缺血再灌注損傷對EG的影響[8]，對防止或減少ECC下缺血再灌注損傷引起的EG脫落降解具有重要意義。

2.3 微循環(huán)灌注障礙 雖然不同組織缺血再灌注損傷程度不同，但是共同點(diǎn)是微血管灌注功能障礙。有學(xué)者對ECC中EG脫落降解與微循環(huán)灌注減少的關(guān)系進(jìn)行研究，ECC過程導(dǎo)致EG降解后，內(nèi)皮通透性增加，與內(nèi)皮細(xì)胞接觸的紅細(xì)胞隨之增加，從而增強(qiáng)血管流動(dòng)阻力，循環(huán)血量受到影響，啟動(dòng)炎性反應(yīng)[9]。因此，EG完整性的喪失可能導(dǎo)致灌注障礙，ECC下引起的EG脫落降解與微血管灌注損害密切相關(guān)。

2.4 平流灌注與炎癥反應(yīng) 目前ECC過程大多屬平流灌注，由于ECC期間存在低溫、低流量及血液與人工材料接觸引起炎性介質(zhì)的產(chǎn)生，平流灌注導(dǎo)致的血流模式改變可使機(jī)體內(nèi)環(huán)境發(fā)生改變，造成輕度代謝性酸中毒、高血糖、EG脫落降解及內(nèi)皮細(xì)胞損傷，進(jìn)而影響各臟器的功能。ECC引起的炎癥反應(yīng)導(dǎo)致炎性細(xì)胞釋放大量的酶和炎癥反應(yīng)物質(zhì)，導(dǎo)致EG損傷；同時(shí)EG的損傷促進(jìn)中性粒細(xì)胞聚集，誘導(dǎo)中性粒細(xì)胞從骨髓中流出，從而導(dǎo)致白細(xì)胞（WBC）增多，大量的WBC穿過EG的防御進(jìn)一步損傷內(nèi)皮層，破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)和管壁連接，細(xì)胞應(yīng)激性損壞，中性粒細(xì)胞產(chǎn)生多種生物活性因子，對炎癥反應(yīng)產(chǎn)生反饋?zhàn)饔脧亩糯蟛⒓铀傺装Y反應(yīng)進(jìn)程，這也是ECC可以增加的全身炎癥反應(yīng)的因素之一。故與平流灌注比較，使用可攜帶更多額外附加能量的搏動(dòng)灌注血流模式，可通過抑制炎癥反應(yīng)來調(diào)節(jié)內(nèi)皮細(xì)胞結(jié)構(gòu)功能，改善微循環(huán)和臟器灌注。

2.5 流體剪切力 關(guān)于ECC過程的非生理性的平流灌注理論上產(chǎn)生的是一種層流剪切力，生理水平的層流剪切力對冠脈內(nèi)皮有保護(hù)作用；而剪切力（SS）是一種平行于血管長軸的血流與內(nèi)皮層之間形成的摩擦力，SS主要作用于內(nèi)皮細(xì)胞，作用于血管內(nèi)皮細(xì)胞的流體剪切力調(diào)節(jié)著細(xì)胞的內(nèi)穩(wěn)態(tài)，而血流動(dòng)力學(xué)的改變被認(rèn)為是內(nèi)皮功能障礙的始動(dòng)因素。血流動(dòng)力學(xué)的改變可以調(diào)節(jié)內(nèi)皮細(xì)胞中微核糖核酸（miRNAs）的表達(dá)，可將胞外的機(jī)械信號轉(zhuǎn)化為胞內(nèi)的化學(xué)信號，通過激活一系列的信號通路和轉(zhuǎn)錄因子，調(diào)節(jié)各種基因的表達(dá)，從而誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞的生物學(xué)功能改變。EG作為一種機(jī)械傳感器，參與介導(dǎo)流體剪切力的變化，生理水平的SS對EG具有保護(hù)作用，SS通過調(diào)節(jié)內(nèi)皮上的機(jī)械應(yīng)力感受分子miRNAs的表達(dá)，激活內(nèi)皮一氧化氮合酶（eNOS）使血管舒張因子NO的產(chǎn)生增加，從而保護(hù)血管的舒張功能，SS降低會導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞功能失調(diào)，SS增加則會導(dǎo)致炎癥反應(yīng)形成[10]。這些結(jié)果可為ECC期間EG的保護(hù)提供策略。目前有關(guān)ECC過程非生理性的平流灌注對內(nèi)皮細(xì)胞生物學(xué)功能的影響，還沒有進(jìn)行深入研究，這一機(jī)械轉(zhuǎn)導(dǎo)過程中的諸多機(jī)制尚未明確。

2.6 純氧 ECC會導(dǎo)致肺損傷，心臟手術(shù)后肺功能障礙仍然是術(shù)后死亡的主要原因之一。在ECC期間進(jìn)行靜態(tài)膨肺可降低ECC后肺損傷，其原因是靜態(tài)膨肺提高了膨脹肺泡氣體氧濃度，提高肺組織供氧，進(jìn)而減輕了肺組織缺氧狀態(tài)，維持肺泡細(xì)胞在缺血時(shí)的有氧代謝，減輕組織細(xì)胞結(jié)構(gòu)的破壞[11]。但是，長時(shí)間吸入高濃度氧氣后，會導(dǎo)致多種炎癥介質(zhì)表達(dá)增加，進(jìn)而導(dǎo)致肺部炎癥反應(yīng)，引起EG脫落與降解，導(dǎo)致肺部微血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷，加重肺組織損傷，進(jìn)一步導(dǎo)致術(shù)后肺功能減退。

3 ECC導(dǎo)致EG降解的機(jī)制

3.1 ECC引發(fā)EG降解的研究分析 ECC期間，因病理、生理損傷的共同作用，導(dǎo)致EG降解。發(fā)生降解的血管內(nèi)皮層變得稀疏，允許血漿蛋白、液體穿過血管壁，進(jìn)而形成組織水腫。這種降解促EG成分可快速釋放到血漿中，而且可從血漿中檢測EG降解成分進(jìn)行判斷。

3.2 炎癥誘導(dǎo)的因子參與EG降解的分析 臨床研究表明，炎性細(xì)胞因子介入與EG降解生物標(biāo)記物之間存在相關(guān)性[12]。實(shí)施ECC心臟手術(shù)患者，白細(xì)胞介素-1（IL-1）、腫瘤壞死因子-α（TNF-α）可與啟動(dòng)炎性級聯(lián)過程相關(guān)，促炎細(xì)胞因子白細(xì)胞介素-6（IL-6）、白細(xì)胞介素-8（IL-8）與抗炎細(xì)胞因子白細(xì)胞介素-10（IL-10）與EG降解相關(guān)。這種降解是因乙酰肝素酶激活介導(dǎo)，因肺微血管內(nèi)皮細(xì)胞中TNF-α提高了乙酰肝素酶翻譯后激活與硫酸乙酰肝素活性。TNF-α可激活白細(xì)胞釋放可降解EG成分的自由基，還可激活內(nèi)皮衍生自由基或表面結(jié)合蛋白酶，自EG中釋放甘氨酸聚糖。一旦激活，白細(xì)胞會從其微絨毛尖端表達(dá)選擇素，并被其內(nèi)皮上配體所捕獲。而且血管生成素2（Ang-2）被認(rèn)為是糖萼發(fā)生降解的關(guān)鍵介質(zhì)。其為內(nèi)皮細(xì)胞在炎癥刺激下分泌的蛋白質(zhì)，可阻斷經(jīng)Ang-1激活其受體激酶抑制劑（Tie2）誘導(dǎo)的抗炎信號。

3.3 過度液體灌注對EG降解的影響 研究表明，過度液體灌注會影響EG降解。高容量血癥與ECC中EG降解相關(guān)[13]。高容量血癥誘導(dǎo)心房釋放心房鈉尿肽與響應(yīng)機(jī)械壁應(yīng)力，反過來可能降解EG。體積負(fù)荷會導(dǎo)致透明質(zhì)酸與黏結(jié)合蛋白多糖-1平均水平升高。但關(guān)于心房鈉尿肽與EG脫落之間因果關(guān)系臨床未達(dá)到證實(shí)。

4 抑制EG脫落降解的研究進(jìn)展

4.1 白蛋白 隨著人們對白蛋白與EG之間關(guān)系認(rèn)識的不斷深入，研究發(fā)現(xiàn)白蛋白不僅僅是EG的組成成分，且?guī)в姓姾傻陌椎鞍自谏砩峡梢耘c帶有負(fù)電荷的EG層緊密結(jié)合，形成天然屏障，抵抗ECC圍術(shù)期EG層的損傷脫落降解，有助于維持EG的完整性和正常的毛細(xì)血管通透性，預(yù)充時(shí)不單用人工膠體，加用白蛋白不僅可以提高膠體滲透壓，同時(shí)其對內(nèi)皮細(xì)胞的保護(hù)作用大于人工膠體[14]。此外，白蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)作為自由基清除劑的鞘氨醇-1-磷酸（S1P），具有免疫調(diào)節(jié)和抗炎作用。

4.2 SIP 血漿中的S1P可以調(diào)節(jié)血管EG的合成和降解，白蛋白不僅可以激活紅細(xì)胞S1P儲存庫釋放S1P，而且還可將S1P與血管內(nèi)皮細(xì)胞上的S1P受體結(jié)合，在應(yīng)激過程中，激活的S1P受體可以抑制基質(zhì)活化金屬蛋白酶（MMP）9和基質(zhì)金屬蛋白酶13（MMP13），從而抑制EG的重要組成部分syndecan-1蛋白外域脫落，進(jìn)而抑制EG降解[15]。

4.3 肝素 肝素是從肥大細(xì)胞和嗜堿性細(xì)胞中分泌釋放出來的，進(jìn)入間質(zhì)間隙起到抗凝作用，血小板與肝素接觸后，表達(dá)出血小板因子4（PF4）及糖蛋白Ib和糖蛋白IIb/IIIa；硫酸肝素和肝素不同，是由正常內(nèi)皮細(xì)胞不斷產(chǎn)生并通過附著在蛋白質(zhì)骨架上與內(nèi)皮細(xì)胞表面相連，硫酸乙酰肝素是一種直接的凝血酶抑制劑；ECC后，PF4通過循環(huán)血小板和白細(xì)胞為受傷內(nèi)皮細(xì)胞釋放的硫酸乙酰肝素提供天然防御，糖蛋白Ib和糖蛋白IIb/IIIa結(jié)合硫酸乙酰肝素和肝素，清除抗凝血。非分餾肝素（UFH）是從肥大細(xì)胞中分離出的多分散、相對不純的多糖組合，也為糖胺聚糖（GAGs）。UFH與硫酸肝素非常相似，保護(hù)內(nèi)皮表面免受炎癥攻擊，并作為血管剪切的機(jī)械傳導(dǎo)器。已有研究表明，肝素生物相容性涂層可以顯著防止循環(huán)syndecan-1水平的升高，意味著EG降解脫落可以得到抑制[16]。

4.4 TNF-α信號抑制劑 TNF-α作為常見的炎性細(xì)胞因子，可介導(dǎo)炎癥反應(yīng)直接導(dǎo)致EG損傷脫落。研究表明，臨床上通過使用TNF-α信號傳導(dǎo)抑制劑，使內(nèi)毒素引起的EG成分脫落、功能性血管功能紊亂等被顯著抑制。另外，蛋白酶抑制劑也可以起到抗炎和保護(hù)器官的效果，烏司他丁可有效抑制乙酰肝素酶的活性，減少硫酸乙酰肝素的降解來抑制EG的脫落降解。

4.5 糖皮質(zhì)激素 糖皮質(zhì)激素具有一定的抗炎作用，如氫化可的松可阻止炎癥細(xì)胞在血管中的粘附和遷移，穩(wěn)定肥大細(xì)胞，抑制有害物質(zhì)（如蛋白酶、裂解酶或組胺）的釋放，防止炎癥細(xì)胞從循環(huán)系統(tǒng)遷移到組織。此外，糖皮質(zhì)激素通常被用于預(yù)防間質(zhì)水腫和腫脹。研究發(fā)現(xiàn)，氫化可的松可以降低血管通透性、組織水腫和白細(xì)胞黏附，預(yù)防EG由于缺血再灌注后導(dǎo)致的炎癥，從而抑制EG降解脫落[17]。另外，ECC期間小兒的皮質(zhì)醇水平高于成人，這種差異可能與不同年齡應(yīng)激反應(yīng)程度不同、地塞米松用量、ECC時(shí)間、術(shù)后吸機(jī)使用時(shí)間、手術(shù)后鎮(zhèn)靜藥使用種類及方法等因素有關(guān)。因此小兒在ECC期間EG的保護(hù)方面優(yōu)于成人。

4.6 NO NO介導(dǎo)血管擴(kuò)張，并充當(dāng)自由基清除劑，以幫助保持EG的完整性，其低水平可減少氧化細(xì)胞損傷。研究發(fā)現(xiàn)，在沒有酶促反應(yīng)破壞EG時(shí)，再灌注期間施用NO對EG具有保護(hù)作用[18]。另外，NO亦可以同時(shí)降低ECC和延長術(shù)后急性腎損傷（acute kidney injury，AKI）的發(fā)生率[19]。

4.7 麻醉藥 缺血再灌注后，內(nèi)皮屏障及其相關(guān)帶負(fù)電荷的EG層被破壞導(dǎo)致血管滲漏。麻醉藥的使用，可以減輕外科手術(shù)導(dǎo)致的炎癥反應(yīng)，繼而抑制EG脫落降解，減少術(shù)后并發(fā)癥。

5 結(jié)論與展望

EG具有調(diào)節(jié)血管通透性、在內(nèi)皮細(xì)胞表面提供抗凝和抗黏附、轉(zhuǎn)導(dǎo)剪切力、調(diào)節(jié)白細(xì)胞與內(nèi)皮的相互作用等作用，是內(nèi)皮細(xì)胞與血液的天然屏障。因此，維持EG正常生理結(jié)構(gòu)功能尤為關(guān)鍵[20]。了解EG的生理和病理生理學(xué)功能及其結(jié)構(gòu)損傷、脫落降解與ECC的關(guān)系，有助于ECC的安全開展，防止心臟手術(shù)期間EG進(jìn)一步損傷或退化[21]。EG的脫落降解因素復(fù)雜，機(jī)制尚未完全闡明，這就意味著對EG的保護(hù)不能從單一角度入手，對EG的補(bǔ)充、抑制其脫落降解及對基礎(chǔ)疾病的治療是未來的發(fā)展趨勢。所以，尋求EG的多元化保護(hù)及修復(fù)方法，抑制EG在ECC期間脫落降解，減少在ECC下實(shí)施心臟手術(shù)患者的并發(fā)癥，對提高患者生存率，減少ICU住院時(shí)間，改善患者臨床預(yù)后，具有一定的臨床意義，可為臨床上ECC后提高患者的生存率帶來新的思考。