劉曉旭 莫緒明

(南京醫(yī)科大學(xué)附屬兒童醫(yī)院心胸外科,江蘇 南京 210008)

先天性心臟病(congenital heart disease,CHD)是最常見的先天性畸形,其發(fā)病率居新生兒出生缺陷的首位[1]。隨著心臟超聲應(yīng)用的普及以及國家對CHD篩查的重視,CHD的發(fā)病人群開始呈現(xiàn)出低體重以及低齡化的趨勢。許多CHD患兒因?yàn)槠鞴傺鞴嘧⒉蛔阋约啊坝蚁蜃蠓至鳌倍霈F(xiàn)缺氧表現(xiàn),臨床上,通常對心臟、大腦及腎臟等重要器官的缺氧比較重視,而容易忽略腸道組織的缺血缺氧。心肺轉(zhuǎn)流術(shù)(cardiopulmonary bypass,CPB)是在心臟手術(shù)過程中通過人工裝置暫時(shí)替代患者心肺功能的特殊技術(shù),是許多復(fù)雜及重癥CHD患兒手術(shù)矯正中必不可少的一環(huán)。有研究[2]發(fā)現(xiàn)其在CHD心內(nèi)結(jié)構(gòu)改變的基礎(chǔ)上進(jìn)一步重新分布全身血流,引起腸道低灌注,導(dǎo)致腸道屏障功能受損及菌群紊亂,增加了術(shù)后膿毒血癥發(fā)生,最終影響預(yù)后。

1 腸道血流灌注

1.1 CHD患兒腸道血流灌注

患有CHD的嬰兒其機(jī)體的各個(gè)器官?zèng)]有發(fā)育完全,尤其在紫紺型CHD的患兒中,其多種代償功能處在一種相對較弱的狀態(tài)之下,加之心內(nèi)結(jié)構(gòu)改變,出現(xiàn)右向左分流,靜脈血未得到充分氧合,造成腸道血流低灌注、腸道黏膜缺氧及基礎(chǔ)代謝的改變,導(dǎo)致腸道微生物產(chǎn)物移位,腸道屏障的完整性被破壞,增加壞死性小腸結(jié)腸炎及全身炎癥的風(fēng)險(xiǎn)[3]。

1.2 CPB過程中腸道血流灌注

有關(guān)CPB過程中器官的缺血缺氧,以往的研究多側(cè)重于大腦、腎臟等重要臟器,而腸道作為人體最大的消化器官以及人體的“第二大腦”,其缺血缺氧往往被忽視[4]。但腸道對于缺血缺氧尤其敏感,CPB時(shí)血液的稀釋及體溫的降低會(huì)使腹腔臟器較大腦等重要臟器更早地出現(xiàn)血流量減少,導(dǎo)致胃腸道處于低灌注及低氧狀態(tài)[5]。消化道潰瘍、穿孔、出血、腸梗阻、肝壞死等為CPB下心臟直視手術(shù)后常見的消化系統(tǒng)并發(fā)癥,腸缺血壞死等嚴(yán)重并發(fā)癥發(fā)生率雖不高(0.5%～4.0%),但一旦發(fā)生,死亡率可為26%～75%[6]。CPB時(shí)腸道缺血缺氧及低溫狀態(tài)導(dǎo)致腸道細(xì)胞膜通透性發(fā)生改變,大量細(xì)胞被激活,形成微循環(huán)微栓,當(dāng)其進(jìn)入血管后會(huì)引起閉塞性腸系膜缺血,而手術(shù)應(yīng)激狀態(tài)下腎素-血管緊張素系統(tǒng)的激活,導(dǎo)致大量縮血管物質(zhì)釋放,同時(shí)也容易引起非閉塞性腸系膜缺血[7]。Sakamoto等[8]研究發(fā)現(xiàn),接受心臟手術(shù)的患者一旦發(fā)生非閉塞性腸系膜缺血,其住院死亡率為77%,大多數(shù)幸存下來的患者其預(yù)后也很差。此外,因CPB血液稀釋造成的缺血缺氧以及后續(xù)再灌注損傷使腸道微血管和腸黏膜屏障破壞,水和細(xì)菌滲漏,引發(fā)全身性炎癥反應(yīng)綜合征[9]。

2 CHD患兒CPB腸黏膜屏障功能及其受損機(jī)制

2.1 腸黏膜屏障功能

腸黏膜屏障是指腸壁及其分泌的物質(zhì)形成的抵御外界環(huán)境中有害物質(zhì)和病原體隨食物進(jìn)入人體組織、器官及血液中的重要屏障[10]。腸黏膜屏障主要由4層屏障構(gòu)成:機(jī)械屏障、免疫屏障、化學(xué)屏障及生物屏障。上皮細(xì)胞表面的黏液層及細(xì)胞間的緊密連接是腸道屏障防御的第一道防線,其主要發(fā)揮的是“門和柵欄”功能,防止腸腔中的內(nèi)源性細(xì)菌及毒素穿透細(xì)胞間隙[11-12]。免疫屏障主要由腸道相關(guān)淋巴組織及其分泌的抗體組成,參與細(xì)胞免疫應(yīng)答、防止外來病原體入侵,同時(shí),發(fā)揮著監(jiān)視、非特異性免疫及特異性免疫的重要作用[13-14]?；瘜W(xué)屏障即細(xì)胞外屏障,主要由胃酸、膽汁、黏多糖、糖蛋白以及各種消化酶、溶菌酶等物質(zhì)構(gòu)成,具有抑制細(xì)菌在腸黏膜表面黏附的作用,有效降解內(nèi)毒素分子,減少細(xì)菌及毒素對腸道的損傷。腸道菌群在黏膜上皮表面形成了一層抵御病原體的保護(hù)屏障即生物屏障,腸道菌群通過增加腸上皮細(xì)胞黏液分泌,誘導(dǎo)腸上皮細(xì)胞通過發(fā)育、更新、增殖和修復(fù)等方式抵御病原菌定植入侵,維持正常的腸黏膜屏障功能[15]。

2.2 腸黏膜屏障功能受損機(jī)制

腸黏膜屏障功能受多種條件影響,嚴(yán)重感染、燒傷、急性胰腺炎、營養(yǎng)不良、腸梗阻以及腸道缺血再灌注(ischemia reperfusion,IR)損傷等通過各種機(jī)制對腸黏膜4種屏障的主要功能造成損害(表1),導(dǎo)致毒物產(chǎn)生和細(xì)菌繁殖,出現(xiàn)壞死性小腸結(jié)腸炎,嚴(yán)重時(shí)誘發(fā)全身性炎癥反應(yīng)綜合征和多器官功能障礙綜合征,最終導(dǎo)致患兒死亡[16]。

表1 腸黏膜屏障功能及受損機(jī)制

2.2.1 機(jī)械屏障的破壞

CPB時(shí)腸黏膜血流量驟降,大量活性氧產(chǎn)生并堆積于腸上皮,破壞腸黏膜表面生物活性物質(zhì),導(dǎo)致細(xì)胞線粒體損傷、DNA破壞,同時(shí)下調(diào)緊密連接蛋白表達(dá),影響細(xì)胞間緊密連接形成,改變腸黏膜通透性[17]。而CPB手術(shù)過程中的心臟復(fù)跳也極易引發(fā)急性小腸IR損傷[18]。Jin等[19]通過對腸IR損傷腸組織進(jìn)行觀察,發(fā)現(xiàn)其絨毛尖上皮細(xì)胞和黏膜固有層明顯脫落和崩解,緊密相連的結(jié)構(gòu)和腺體明顯受損。Deng等[20]基于Tax4Fun分析得出,腸IR會(huì)導(dǎo)致一些通路的基因組豐度顯著降低,影響代謝產(chǎn)物的生物合成,破壞腸道細(xì)胞正常生理功能。腸通透性的改變也使腸道內(nèi)細(xì)菌滯留,無氧酵解產(chǎn)生乳酸等大量酸性物質(zhì),破壞腸道表面黏液層,同時(shí)使腸腔內(nèi)的有害細(xì)菌、毒素等物質(zhì)穿透腸黏膜進(jìn)入血液、組織及器官,引起腸源性感染[21-22]。

2.2.2 免疫屏障的破壞

CPB時(shí)腸系膜血管血流及氧氣含量減少導(dǎo)致腸道通透性改變,腸腔內(nèi)的細(xì)菌及病毒進(jìn)入腸道組織,激活腸道固有免疫系統(tǒng)細(xì)胞上的基底外側(cè)模式識別受體,從而激活核因子-κB 信號通路,觸發(fā)炎癥級聯(lián)反應(yīng),釋放大量炎癥因子如腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor,TNF)、白細(xì)胞介素(interleukin,IL)和氧自由基等,引起腸道炎癥性疾病并進(jìn)一步加重腸道缺氧,造成惡性循環(huán)[23]。同時(shí)在CPB過程中,血液成分與CPB裝置 (如導(dǎo)管、充氧器、儲(chǔ)液器和動(dòng)脈濾過器)的非生理表面的相互作用誘導(dǎo)了多種病理生理反應(yīng),包括纖維蛋白溶解、補(bǔ)體激活、炎癥細(xì)胞因子釋放、凝血酶和緩激肽釋放以及白細(xì)胞、血小板和內(nèi)皮細(xì)胞活化,由此引起的全身炎癥反應(yīng),最終導(dǎo)致腸屏障功能受損,誘發(fā)膿毒血癥[24]。

2.2.3 化學(xué)屏障的破壞

CPB時(shí),體溫降低導(dǎo)致腸道內(nèi)病原體發(fā)生變化,大量病原體通過產(chǎn)生一種絲氨酸蛋白酶破壞糖蛋白,穿透黏液屏障,并且通過激活TNF-α和IL-1β參與炎癥性疾病,促進(jìn)黏蛋白的形成。CD4+輔助細(xì)胞亞型之一的Th2細(xì)胞因子通過與IL-4受體結(jié)合上調(diào)黏液蛋白MUC2和黏液蛋白MUC5AC的黏蛋白基因表達(dá),使杯狀細(xì)胞的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激產(chǎn)生未成熟的黏蛋白,成熟的黏蛋白產(chǎn)生減少,保護(hù)功能減退[25]。同時(shí)腸道炎癥環(huán)境引起杯狀細(xì)胞數(shù)量減少、分泌功能減弱,黏液層的化學(xué)屏障功能進(jìn)而減弱。微生物也參與了保護(hù)黏液層穩(wěn)態(tài),當(dāng)微生物群受到破壞時(shí),黏液蛋白MUC2發(fā)生改變,使黏液蛋白MUC5AC的保護(hù)功能減弱,黏液層變薄,病毒及其他病原體容易進(jìn)入,導(dǎo)致腸道炎癥的產(chǎn)生[26]。

2.2.4 生物屏障的破壞

CHD患兒原本腸道菌群環(huán)境不平穩(wěn),加之手術(shù)中降溫及CPB時(shí)IR的影響,正常菌群的數(shù)量進(jìn)一步減少,導(dǎo)致短鏈脂肪酸的生成減少,不可消化的碳水化合物增多,影響結(jié)腸上皮細(xì)胞生長和分化[27]。Salomon等[3]研究發(fā)現(xiàn)CPB術(shù)后腸道菌群的豐富度和alpha多樣性下降,促炎細(xì)菌如變形菌門屬(proteobacteria)較術(shù)前明顯增加,對腸道有益細(xì)菌例如擬桿菌(bacteroidetes)及厚壁菌(firmicutes)明顯減少。由于CPB手術(shù)創(chuàng)傷大,術(shù)后廣譜抗生素的應(yīng)用也是導(dǎo)致腸道生物屏障破壞的原因之一,術(shù)后長時(shí)間抗生素的使用促進(jìn)耐藥致病菌的產(chǎn)生,導(dǎo)致菌群失調(diào)。有研究[28]發(fā)現(xiàn),心臟手術(shù)后某些真菌感染可產(chǎn)生降解IgA的蛋白酶,降低腸道免疫功能,破壞正常菌群與宿主間的生態(tài)平衡,細(xì)菌出現(xiàn)易位,使得正常菌群中某些細(xì)菌成為機(jī)會(huì)性致病菌,形成生態(tài)失調(diào)而導(dǎo)致疾病的發(fā)生。

3 CPB患兒腸道功能損傷的預(yù)防及治療

3.1 腸黏膜IR防治

合理有效地使用血管活性藥物,減少其長時(shí)間大劑量使用,避免腸道血管過度收縮引起腸道缺血缺氧是改善腸道缺血的關(guān)鍵[29]。此外,縮短手術(shù)時(shí)間、CPB及主動(dòng)脈阻斷時(shí)間,可有效降低術(shù)中和術(shù)后輸血的需求,降低二次手術(shù)率,減少不良事件發(fā)生[30]。Lin等[31]研究發(fā)現(xiàn),安五脂素等植物制劑可改善IR誘導(dǎo)的大鼠空腸組織損傷,其機(jī)制可能與激活磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B通路,進(jìn)而調(diào)控核轉(zhuǎn)錄因子紅系2相關(guān)因子2/抗氧化反應(yīng)元件信號通路及凋亡相關(guān)蛋白的表達(dá)以及發(fā)揮抗氧化和抗凋亡作用有關(guān),其可顯著提高腸系膜血液微循環(huán)流速,明顯改善腸IR損傷。有研究[32]發(fā)現(xiàn),富氫生理鹽水通過維持腸黏膜屏障緊密連接蛋白的表達(dá)及調(diào)節(jié)抗菌肽α-防御素和溶菌酶的分泌減輕大鼠小腸IR損傷。小腸發(fā)生IR時(shí)細(xì)胞內(nèi)ATP生成不足,可引發(fā)能量代謝障礙,肌酸是磷酸肌酸的前體,可保護(hù)腸道在CPB期間免受低氧及缺血造成的損傷,補(bǔ)充肌酸可為腸道補(bǔ)充一定的ATP,保護(hù)腸道上皮,維持腸屏障的完整性[33]。同時(shí),加強(qiáng)患兒術(shù)前凝血功能、心電圖等檢查,采用合理的抗凝策略及嚴(yán)格的手術(shù)和CPB轉(zhuǎn)機(jī)操作可有效預(yù)防血栓的形成和栓塞的發(fā)生,減少術(shù)后由微栓導(dǎo)致的閉塞性腸系膜缺血。一旦發(fā)現(xiàn)腸道微循環(huán)栓塞形成,應(yīng)立即行對癥治療,嚴(yán)重時(shí)行剖腹探查[29]。對確診有低灌注引起的急性非閉塞性腸系膜缺血的患者應(yīng)盡可能糾正根本病因,并改善腸系膜灌注,盡快使用罌粟堿及前列腺素減輕腸系膜血管痙攣,有效改善組織灌注并增加腸道存活率,當(dāng)發(fā)現(xiàn)腸道出現(xiàn)壞死應(yīng)及時(shí)手術(shù)切除[34]。

3.2 抑制腸道炎癥反應(yīng)

麻醉藥物如瑞芬太尼、烏司他丁、右美托咪定等,可通過多種機(jī)制減少大量炎癥因子及氧自由基的釋放,從而保護(hù)腸屏障功能。瑞芬太尼可能通過激活p38MAPK通路,增強(qiáng)蛋白二硫化物異構(gòu)酶A3介導(dǎo)的抗氧化和抗內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激來減少相關(guān)細(xì)胞凋亡,減少炎癥因子的釋放,保護(hù)小腸免受腸IR損傷[35]。Li等[36]研究發(fā)現(xiàn),膿毒癥大鼠小腸黏膜屏障功能障礙、黏膜通透性增加,緊密連接蛋白表達(dá)減弱,核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體蛋白3(nucleotide-binding oligomerization domain-like receptor protein 3,NLRP3)炎癥小體表達(dá)增加,上游分子核因子-κB p65被活化,通過烏司他丁干預(yù)后腸道病理Chiu評分及血清TNF-α、IL-1β和腸型脂肪酸結(jié)合蛋白水平明顯降低,組織損傷得到明顯緩解。Zhang等[37]研究發(fā)現(xiàn),右美托咪定通過抑制NLRP3炎癥小體途徑降低脂多糖誘導(dǎo)的小鼠腸道炎癥指標(biāo)及氧化應(yīng)激指標(biāo),從而減輕小鼠腸道屏障損傷。有研究[38]發(fā)現(xiàn),人參、黃芪、柴胡等草本植物中的主要成分皂苷可通過Wnt/β-catenin信號通路抑制腸道炎癥,降低小腸結(jié)腸炎的發(fā)生率。

3.3 腸道菌群調(diào)節(jié)

益生菌在當(dāng)前的臨床實(shí)踐中應(yīng)用十分廣泛,尤其對于兒童胃腸疾病,益生菌可有效改善腸道菌群分布,降低炎癥反應(yīng),修復(fù)受損細(xì)胞[39]。腸道有益細(xì)菌例如雙歧桿菌、乳桿菌等可通過模式識別受體上調(diào)細(xì)胞因子胸腺基質(zhì)淋巴生成素、轉(zhuǎn)化生長因子-β和IL-25等,調(diào)節(jié)腸上皮細(xì)胞IgA和抗菌肽的分泌,以維持腸道內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)[40]。研究人員[41]通過對C57小鼠進(jìn)行腸IR造模后將其分為腸缺血敏感組(Sen)和腸缺血耐受組(Res),Res組鼠乳桿菌在物種水平上的相對豐度顯著高于Sen組,其ZO-1、Occludin的 mRNA和蛋白水平顯著升高,腸道通透性降低,并且通過Toll樣受體2促進(jìn)巨噬細(xì)胞釋放IL-10以減輕腸道IR損傷,保護(hù)腸黏膜屏障。研究[15,42]發(fā)現(xiàn),糞菌移植可增加C57小鼠膿毒癥后腸黏液層厚度,并可增加腸MUC2蛋白的表達(dá)水平,糞菌移植后腸道Occludin和ZO-1蛋白表達(dá)也相對較高。

CHD手術(shù)治療中大多會(huì)使用抗生素,其在治療炎癥的同時(shí)也破壞了原有腸道菌群,腸道微生物群的數(shù)量和多樣性減少,短鏈脂肪酸的生成減少,進(jìn)一步導(dǎo)致腸黏膜損傷,造成營養(yǎng)物質(zhì)吸收障礙,引起抗生素相關(guān)性腹瀉[43]。 雙歧桿菌治療抗生素相關(guān)性小兒腹瀉的臨床療效可觀,其可顯著提高超氧化物歧化酶水平,進(jìn)而對氧自由基進(jìn)行有效清除,實(shí)現(xiàn)抗氧化應(yīng)激的效果,對腸道黏膜功能進(jìn)行有效保護(hù),使腸道菌群更穩(wěn)定,有效縮短患兒腹瀉持續(xù)時(shí)間和住院時(shí)間,明顯改善患兒免疫功能[44-45]。

4 小結(jié)

綜上所述,部分CHD患兒由于本身的血流分布異常以及CPB的低灌注,使其腸道處于缺血缺氧狀態(tài),通過影響腸道黏膜相關(guān)蛋白、腸道相關(guān)淋巴組織、腸道黏液構(gòu)成及腸道菌群組成破壞腸道屏障,造成術(shù)后腸道不良反應(yīng),同時(shí)使內(nèi)毒素及細(xì)菌通過腸道屏障進(jìn)入血液中,增加了膿毒血癥的發(fā)生,引起全身性炎癥反應(yīng)綜合征,最終影響患兒預(yù)后。因此,需特別關(guān)注患兒CPB圍手術(shù)期腸道功能變化,通過合理使用血管活性藥物、減少CPB時(shí)間、抑制炎癥反應(yīng)、調(diào)節(jié)腸道菌群及減少抗生素使用等措施保護(hù)腸黏膜及減少氧化應(yīng)激反應(yīng),促進(jìn)腸黏膜屏障功能恢復(fù),減少腸道功能紊亂的發(fā)生,促進(jìn)CHD患兒的術(shù)后恢復(fù)。