引用本文: 沈璟, 王鹏飞, 王斌, 张勤, 李幼生. 限制性液体复苏对失血性休克大鼠肠损伤的影响. 中国普外基础与临床杂志, 2014, 21(6): 676-681. doi: 10.7507/1007-9424.20140163 复制
创伤失血性休克为临床常见危重症,是一种复杂的全身性病理生理过程,其和血容量丢失、缺血再灌注损伤和全身炎症反应综合征相关[1],可累及多个器官,致多脏器功能障碍甚至衰竭[2-7]。传统积极正压液体复苏强调维持血压与尿量及纠正代谢异常。在20世纪60年代,Shires提出了“第三间隙”学说:机体在大手术过程中,发生体液再分布,部分液体进入一假设的间隙(第三间隙),致细胞外液减少,需给予晶体液补充以维持适当的血浆容积,受其影响,在围手术期给予输入大量晶体液来补充血容量,如3~5倍晶体液以补充失血量[8]。但在20世纪末,一些动物实验[9-11]和临床研究[12-13]发现,快速、大量的液体复苏会破坏内环境平衡,导致血液稀释、肺水肿、肺泡渗出等并发症。最近关于液体复苏提出了一个全新的概念——限制性液体复苏,其在致命创伤性休克复苏时能更好地维持血压、减少血液丢失、缓解酸中毒、减轻炎症反应和调整内环境稳定[14-15]。近年来的动物实验[15]提示,不同复苏剂量与细胞因子反应相关,而后者能影响休克介导的肠损伤。本实验以传统正压复苏为对照,观察不同剂量液体复苏对炎症反应和肠损伤的影响。
1 材料和方法
1.1 实验动物、主要材料和设备
72只清洁级成年健康雄性SD大鼠,体质量270~350 g,8周龄,由南京军区总医院比较医学中心提供。主要材料:荧光素标记葡聚糖(分子量为4×103,Sigma-Aldrich公司,美国),肿瘤坏死因子-α(TNF-α)试剂盒(Biosource公司,比利时)。设备:荧光光谱仪(Hitachi F-7000,日立公司,日本),自动酶标仪(SUNRISE,帝肯公司,奥地利),血气分析仪(Radiometer-700,雷度米特公司,丹麦),电子分析天平(FA2004B,上海天平仪器厂)。
1.2 动物分组及失血性休克模型制作
将72只大鼠以抽签法随机分为4组:高剂量液体复苏组(HLR组),中剂量液体复苏组(MLR组)、低剂量液体复苏组(LLR组)及未复苏组(Sham组),每组18只。术前6 h禁食,不禁水。术前称体质量,使用氯胺酮(10 mg/kg)行腹腔注射麻醉。于大鼠右侧腹股沟作一长2~3 cm的纵行切口,行股动脉穿刺置管,成功后经三通阀门与监护仪和注射器连接,连续记录股动脉血压和心率;同侧行股静脉穿刺置管,建立股静脉补液通道(上述管道及注射器均预充7.5 kU/L的肝素液以防止血液凝固堵塞置管)。待血压稳定后在15 min内间断放动脉血,使大鼠平均动脉压(mean arterial pressure,MAP) 降至50 mm Hg(1 mm Hg=0.133 kPa)时开始计时,期间通过间断放血或回输血液维持MAP在45~50 mm Hg。至30 min时4组大鼠分别复苏60 min:HLR组、MLR组和LLR组分别以45、30及15 mL /(kg•h)林格液经静脉泵持续给予,Sham组不行液体复苏。复苏60 min后拔除套管针,结扎股动脉和股静脉,缝合切口,持续监测血压至360 min。再行肠切除吻合术:上腹部备皮、消毒及铺单,腹部正中取一3 cm长的纵行切口,分离肠系膜血管,切除回盲部近端5~15 cm处的小肠(10 cm)后行肠吻合术,留取的小肠放入0~4 ℃磷酸氢盐(KHBB)缓冲液中以备检测肠黏膜通透性;用生理盐水冲洗腹腔,以1-0丝线关腹。术后通过皮下给予5%葡萄糖氯化钠溶液〔200 mL/(kg•h)〕补液。4组大鼠分别于术后24、48及72 h以抽签法随机各处死6只大鼠,以检测相关指标。
1.3 检测指标及其方法
1.3.1 肠黏膜通透性检测
取切除的10 cm长大鼠小肠组织进行肠黏膜通透性检测[16]。
1.3.2 动脉血乳酸和静脉血TNF-α水平检测
于术后24、48及72 h时于原置管处股动静脉取血各1 mL,采用血气分析仪检测动脉血中乳酸和静脉血中TNF-α水平。留取小肠组织的时间与其相同。
1.3.3 肠湿/干重比及小肠组织病理学评分
于大鼠吻合口以远10 cm处留取2段4 cm长小肠。一段称湿重后,放置于80 ℃烤箱内12 h,再称干重,计算肠干/湿重比[17]。将另一段小肠置于10%甲醛溶液中固定24 h后,以石蜡包埋,4 µm厚切片,行HE染色。每张切片随机选择30个区域进行光镜检查,采用Chiu 6级评分法[18] 评价其损伤程度。
1.4 统计学方法
采用SPSS 13.0统计软件进行统计学分析。计量资料以均数±标准差(
2 结果
Sham组的18只大鼠在建模后3~8 h内均死亡,其余3组大鼠实验期间均存活。
2.1 MAP的变化情况
在0 min和30 min时,4组大鼠间MAP的差距小(P>0.05)。自复苏30 min后,除Sham组MAP基本呈逐渐下降趋势外,其余3组的MAP均呈逐渐上升趋势,且Sham组均低于其余3组(P<0.05);至90 min时为HLR组>MLR组>LLR组(P<0.05),之后该3组间的差距缩小(图 1)。

2.2 小肠黏膜通透性检测结果
HLR组大鼠的肠黏膜通透性均高于其余3组
(P<0.05),而LLR组、MLR组和Sham组间的差异无统计学意义(P>0.05)。见图 2。

2.3 乳酸水平、TNF-α水平及肠湿/干重比结果
术后24 h时LLR组的乳酸低于其余2组(P<0.05);HLR组的TNF-α在术后24、48及72 h均高于其余2组(P<0.05),而在48 h时,LLR组低于MLR组(P<0.05);术后24 h时,3组间的肠湿/干重比比较差异均有统计学意义(P<0.05),其中LLR组最低,HLR组最高;其余同时点间的组间比较差异均无统计学意义(P>0.05)。从时间趋势上看,3组的乳酸水平和TNF-α水平均随时间延长大致呈下降趋势,而肠湿/干重比大致呈上升趋势(表 1)。

2.4 小肠组织病理学评分及镜下观察结果
术后24 h时,小肠的组织病理学评分从高到低依次为HLR、MLR及LLR组(P<0.05),48 h和72 h的组间差异均无统计学意义(P>0.05),见表 1。3组肠黏膜损伤严重程度均随时间延长好转。HLR组在24 h时,其黏膜上皮细胞层及固有层水肿分离,并延伸到绒毛两侧,绒毛变钝,固有层内见大量炎症细胞浸润;48 h时见黏膜下间隙扩大;72 h时见毛细血管充血。MLR组在24 h时见绒毛变钝,有炎症细胞浸润;48 h时见黏膜下间隙扩大;72 h时见绒毛基本正常,毛细血管充血。LLR组在24 h时见黏膜下间隙扩大,有少量炎症细胞浸润,48 h和72 h时其肠绒毛基本正常(图 3)。

3 讨论
失血性休克是严重创伤患者常见而严重的并发症,而液体复苏是治疗失血性休克的关键环节。对于何为理想的复苏液体和复苏剂量,一直是临床争论不休的话题。美国外科医师协会在创伤的生命支持进展会议时建议给低血压创伤患者使用大量晶体液静脉输注。这种休克后迅速复苏的观点,强调快速恢复血容量和血压,认为其可改善重要脏器的功能和长期生存率,避免低血压性休克带来的后遗症。但近1个世纪以来,一直存在避免过多液体复苏的呼声,因为以上复苏策略虽然降低死亡率和急性肾功能障碍发生率,但会出现一个新问题——急性呼吸窘迫综合征[19]。在20世纪末,限制性液体复苏被提出后,学者们开展了动物实验[20-21]和临床试验[22],但尚未形成一种明确的复苏策略。在失血性休克和脓毒血症时,内脏循环血量和供氧减少,影响肠黏膜屏障功能,导致菌群、内毒素和多种亲水物质易位[23-24]。因此,需要一种新的治疗策略来保护肠黏膜,避免肠黏膜屏障功能丧失。本实验结果显示,限制性液体复苏(LLR组)能缓解休克、降低复苏后的肠黏膜通透性和缓解肠损伤的加重。
在机体受到严重创伤或感染后,TNF-α是应激后最早产生、并起到核心作用的炎症介质,能刺激其他细胞因子如白介素-1(IL-1)和IL-6的产生及释放,其在系统损伤或功能障碍中的介导作用已被证实[2, 25]。同时,液体复苏导致的各个重要器官的缺血再灌注损伤,均加重了各种炎症因子的产生和释放,从而在多个脏器引发“瀑布效应”,加重损伤。而复苏液体的容量大小能影响机体应激后免疫因子的释放[15]。本实验结果表明:3组大鼠休克复苏后血浆TNF-α水平明显增高,这与国外研究[15, 26]结果相吻合。此外,本实验还发现,HLR组大鼠的血清TNF-α水平及肠黏膜通透性较其余组别高,HLR组和MLR组的肠道组织水肿程度均较LLR组明显严重。分析其可能的机理是,LLR组液体复苏减轻了因给予大量晶体液后带来的体内液体易位和组织水肿,降低了肠黏膜通透性,同时又维持各个重要脏器的血流动力学平稳,增加组织的有效灌注,改善组织氧供,减轻酸中毒、炎症细胞激活和炎症介质释放。但是在本实验中,3组大鼠血清TNF-α水平的变化有其特点:①水平一直偏高;②持续时间较长,在术后72 h仍维持在较高水平。分析其原因可能为,本实验给予了失血性休克和肠吻合术2个处理因素,应激较普通失血性休克大,且肠吻合术后可能会加重肠道菌群易位和内毒素易位,刺激肠道上皮细胞合成释放大量炎症因子,从而使炎症因子水平较失血性休克更显著且持久。
在休克、创伤等情况下,胃肠道不但是易受损伤的靶器官,同时还在多器官功能衰竭综合征(MODS)的发生和发展中起重要作用,被称为MODS的始动器官,是外科应激下的中心器官,也是激发机体免疫炎症系统的扳机之一[27-29]。在失血性休克时,因自身保护重要脏器和血液重分布机制,胃肠道的灌注常常降低。肠黏膜水肿和绒毛损伤均能引起小肠黏膜屏障功能障碍[25]。缺血还能使小肠缺氧、缺乏营养物质、增加氧自由基的产生和中心粒细胞聚集。所有上述因素导致了小肠黏膜屏障功能损害,出现细菌或内毒素易位[24]。肠黏膜通透性增高是机体遭受创伤后肠屏障功能衰竭的重要表现,而肠黏膜屏障功能的丧失,破坏了机体内环境的相对稳定,使机体对外界敞开了门户,给肠腔内细菌易位以可乘之机。导致肠黏膜通透性改变的机理主要有:细胞因子 〔如内毒素(LPS)、TNF-α、IL-1、IL-2等〕 释放、酸中毒及炎症细胞浸润[29]。而早期限制性液体复苏使机体维持较低水平的血压,可减少出血;维持低血压在适当的水平可减轻酸中毒;使细胞介导的免疫抑制快速恢复,减少再灌注后活性氧成分的产生,改善免疫反应;减轻应激后引起的过度炎症反应,减少细胞因子释放。本实验结果显示,在术后24 h,LLR组的乳酸水平及肠湿/干重比明显低于另2组,而HLR组的TNF-α水平在术后3个时间点均高于另2组,并且与肠黏膜通透性改变、肠道水肿程度和肠损伤结果相一致,提示LLR组的液体复苏能改善休克后酸中毒和减少炎症介质释放,减轻对肠道的损伤、水肿和肠黏膜通透性的影响,维护肠黏膜屏障的完整性。
限制性液体复苏是一个革命性的概念,它对缓解休克/复苏相关的酸中毒、细胞因子释放和肠损伤均能起到一定作用,但目前仍具有争议,因为在临床上,出血量和出血速度不一、休克程度各异,需要进一步明确在何种休克程度可实施此种复苏策略。
创伤失血性休克为临床常见危重症,是一种复杂的全身性病理生理过程,其和血容量丢失、缺血再灌注损伤和全身炎症反应综合征相关[1],可累及多个器官,致多脏器功能障碍甚至衰竭[2-7]。传统积极正压液体复苏强调维持血压与尿量及纠正代谢异常。在20世纪60年代,Shires提出了“第三间隙”学说:机体在大手术过程中,发生体液再分布,部分液体进入一假设的间隙(第三间隙),致细胞外液减少,需给予晶体液补充以维持适当的血浆容积,受其影响,在围手术期给予输入大量晶体液来补充血容量,如3~5倍晶体液以补充失血量[8]。但在20世纪末,一些动物实验[9-11]和临床研究[12-13]发现,快速、大量的液体复苏会破坏内环境平衡,导致血液稀释、肺水肿、肺泡渗出等并发症。最近关于液体复苏提出了一个全新的概念——限制性液体复苏,其在致命创伤性休克复苏时能更好地维持血压、减少血液丢失、缓解酸中毒、减轻炎症反应和调整内环境稳定[14-15]。近年来的动物实验[15]提示,不同复苏剂量与细胞因子反应相关,而后者能影响休克介导的肠损伤。本实验以传统正压复苏为对照,观察不同剂量液体复苏对炎症反应和肠损伤的影响。
1 材料和方法
1.1 实验动物、主要材料和设备
72只清洁级成年健康雄性SD大鼠,体质量270~350 g,8周龄,由南京军区总医院比较医学中心提供。主要材料:荧光素标记葡聚糖(分子量为4×103,Sigma-Aldrich公司,美国),肿瘤坏死因子-α(TNF-α)试剂盒(Biosource公司,比利时)。设备:荧光光谱仪(Hitachi F-7000,日立公司,日本),自动酶标仪(SUNRISE,帝肯公司,奥地利),血气分析仪(Radiometer-700,雷度米特公司,丹麦),电子分析天平(FA2004B,上海天平仪器厂)。
1.2 动物分组及失血性休克模型制作
将72只大鼠以抽签法随机分为4组:高剂量液体复苏组(HLR组),中剂量液体复苏组(MLR组)、低剂量液体复苏组(LLR组)及未复苏组(Sham组),每组18只。术前6 h禁食,不禁水。术前称体质量,使用氯胺酮(10 mg/kg)行腹腔注射麻醉。于大鼠右侧腹股沟作一长2~3 cm的纵行切口,行股动脉穿刺置管,成功后经三通阀门与监护仪和注射器连接,连续记录股动脉血压和心率;同侧行股静脉穿刺置管,建立股静脉补液通道(上述管道及注射器均预充7.5 kU/L的肝素液以防止血液凝固堵塞置管)。待血压稳定后在15 min内间断放动脉血,使大鼠平均动脉压(mean arterial pressure,MAP) 降至50 mm Hg(1 mm Hg=0.133 kPa)时开始计时,期间通过间断放血或回输血液维持MAP在45~50 mm Hg。至30 min时4组大鼠分别复苏60 min:HLR组、MLR组和LLR组分别以45、30及15 mL /(kg•h)林格液经静脉泵持续给予,Sham组不行液体复苏。复苏60 min后拔除套管针,结扎股动脉和股静脉,缝合切口,持续监测血压至360 min。再行肠切除吻合术:上腹部备皮、消毒及铺单,腹部正中取一3 cm长的纵行切口,分离肠系膜血管,切除回盲部近端5~15 cm处的小肠(10 cm)后行肠吻合术,留取的小肠放入0~4 ℃磷酸氢盐(KHBB)缓冲液中以备检测肠黏膜通透性;用生理盐水冲洗腹腔,以1-0丝线关腹。术后通过皮下给予5%葡萄糖氯化钠溶液〔200 mL/(kg•h)〕补液。4组大鼠分别于术后24、48及72 h以抽签法随机各处死6只大鼠,以检测相关指标。
1.3 检测指标及其方法
1.3.1 肠黏膜通透性检测
取切除的10 cm长大鼠小肠组织进行肠黏膜通透性检测[16]。
1.3.2 动脉血乳酸和静脉血TNF-α水平检测
于术后24、48及72 h时于原置管处股动静脉取血各1 mL,采用血气分析仪检测动脉血中乳酸和静脉血中TNF-α水平。留取小肠组织的时间与其相同。
1.3.3 肠湿/干重比及小肠组织病理学评分
于大鼠吻合口以远10 cm处留取2段4 cm长小肠。一段称湿重后,放置于80 ℃烤箱内12 h,再称干重,计算肠干/湿重比[17]。将另一段小肠置于10%甲醛溶液中固定24 h后,以石蜡包埋,4 µm厚切片,行HE染色。每张切片随机选择30个区域进行光镜检查,采用Chiu 6级评分法[18] 评价其损伤程度。
1.4 统计学方法
采用SPSS 13.0统计软件进行统计学分析。计量资料以均数±标准差(
2 结果
Sham组的18只大鼠在建模后3~8 h内均死亡,其余3组大鼠实验期间均存活。
2.1 MAP的变化情况
在0 min和30 min时,4组大鼠间MAP的差距小(P>0.05)。自复苏30 min后,除Sham组MAP基本呈逐渐下降趋势外,其余3组的MAP均呈逐渐上升趋势,且Sham组均低于其余3组(P<0.05);至90 min时为HLR组>MLR组>LLR组(P<0.05),之后该3组间的差距缩小(图 1)。

2.2 小肠黏膜通透性检测结果
HLR组大鼠的肠黏膜通透性均高于其余3组
(P<0.05),而LLR组、MLR组和Sham组间的差异无统计学意义(P>0.05)。见图 2。

2.3 乳酸水平、TNF-α水平及肠湿/干重比结果
术后24 h时LLR组的乳酸低于其余2组(P<0.05);HLR组的TNF-α在术后24、48及72 h均高于其余2组(P<0.05),而在48 h时,LLR组低于MLR组(P<0.05);术后24 h时,3组间的肠湿/干重比比较差异均有统计学意义(P<0.05),其中LLR组最低,HLR组最高;其余同时点间的组间比较差异均无统计学意义(P>0.05)。从时间趋势上看,3组的乳酸水平和TNF-α水平均随时间延长大致呈下降趋势,而肠湿/干重比大致呈上升趋势(表 1)。

2.4 小肠组织病理学评分及镜下观察结果
术后24 h时,小肠的组织病理学评分从高到低依次为HLR、MLR及LLR组(P<0.05),48 h和72 h的组间差异均无统计学意义(P>0.05),见表 1。3组肠黏膜损伤严重程度均随时间延长好转。HLR组在24 h时,其黏膜上皮细胞层及固有层水肿分离,并延伸到绒毛两侧,绒毛变钝,固有层内见大量炎症细胞浸润;48 h时见黏膜下间隙扩大;72 h时见毛细血管充血。MLR组在24 h时见绒毛变钝,有炎症细胞浸润;48 h时见黏膜下间隙扩大;72 h时见绒毛基本正常,毛细血管充血。LLR组在24 h时见黏膜下间隙扩大,有少量炎症细胞浸润,48 h和72 h时其肠绒毛基本正常(图 3)。

3 讨论
失血性休克是严重创伤患者常见而严重的并发症,而液体复苏是治疗失血性休克的关键环节。对于何为理想的复苏液体和复苏剂量,一直是临床争论不休的话题。美国外科医师协会在创伤的生命支持进展会议时建议给低血压创伤患者使用大量晶体液静脉输注。这种休克后迅速复苏的观点,强调快速恢复血容量和血压,认为其可改善重要脏器的功能和长期生存率,避免低血压性休克带来的后遗症。但近1个世纪以来,一直存在避免过多液体复苏的呼声,因为以上复苏策略虽然降低死亡率和急性肾功能障碍发生率,但会出现一个新问题——急性呼吸窘迫综合征[19]。在20世纪末,限制性液体复苏被提出后,学者们开展了动物实验[20-21]和临床试验[22],但尚未形成一种明确的复苏策略。在失血性休克和脓毒血症时,内脏循环血量和供氧减少,影响肠黏膜屏障功能,导致菌群、内毒素和多种亲水物质易位[23-24]。因此,需要一种新的治疗策略来保护肠黏膜,避免肠黏膜屏障功能丧失。本实验结果显示,限制性液体复苏(LLR组)能缓解休克、降低复苏后的肠黏膜通透性和缓解肠损伤的加重。
在机体受到严重创伤或感染后,TNF-α是应激后最早产生、并起到核心作用的炎症介质,能刺激其他细胞因子如白介素-1(IL-1)和IL-6的产生及释放,其在系统损伤或功能障碍中的介导作用已被证实[2, 25]。同时,液体复苏导致的各个重要器官的缺血再灌注损伤,均加重了各种炎症因子的产生和释放,从而在多个脏器引发“瀑布效应”,加重损伤。而复苏液体的容量大小能影响机体应激后免疫因子的释放[15]。本实验结果表明:3组大鼠休克复苏后血浆TNF-α水平明显增高,这与国外研究[15, 26]结果相吻合。此外,本实验还发现,HLR组大鼠的血清TNF-α水平及肠黏膜通透性较其余组别高,HLR组和MLR组的肠道组织水肿程度均较LLR组明显严重。分析其可能的机理是,LLR组液体复苏减轻了因给予大量晶体液后带来的体内液体易位和组织水肿,降低了肠黏膜通透性,同时又维持各个重要脏器的血流动力学平稳,增加组织的有效灌注,改善组织氧供,减轻酸中毒、炎症细胞激活和炎症介质释放。但是在本实验中,3组大鼠血清TNF-α水平的变化有其特点:①水平一直偏高;②持续时间较长,在术后72 h仍维持在较高水平。分析其原因可能为,本实验给予了失血性休克和肠吻合术2个处理因素,应激较普通失血性休克大,且肠吻合术后可能会加重肠道菌群易位和内毒素易位,刺激肠道上皮细胞合成释放大量炎症因子,从而使炎症因子水平较失血性休克更显著且持久。
在休克、创伤等情况下,胃肠道不但是易受损伤的靶器官,同时还在多器官功能衰竭综合征(MODS)的发生和发展中起重要作用,被称为MODS的始动器官,是外科应激下的中心器官,也是激发机体免疫炎症系统的扳机之一[27-29]。在失血性休克时,因自身保护重要脏器和血液重分布机制,胃肠道的灌注常常降低。肠黏膜水肿和绒毛损伤均能引起小肠黏膜屏障功能障碍[25]。缺血还能使小肠缺氧、缺乏营养物质、增加氧自由基的产生和中心粒细胞聚集。所有上述因素导致了小肠黏膜屏障功能损害,出现细菌或内毒素易位[24]。肠黏膜通透性增高是机体遭受创伤后肠屏障功能衰竭的重要表现,而肠黏膜屏障功能的丧失,破坏了机体内环境的相对稳定,使机体对外界敞开了门户,给肠腔内细菌易位以可乘之机。导致肠黏膜通透性改变的机理主要有:细胞因子 〔如内毒素(LPS)、TNF-α、IL-1、IL-2等〕 释放、酸中毒及炎症细胞浸润[29]。而早期限制性液体复苏使机体维持较低水平的血压,可减少出血;维持低血压在适当的水平可减轻酸中毒;使细胞介导的免疫抑制快速恢复,减少再灌注后活性氧成分的产生,改善免疫反应;减轻应激后引起的过度炎症反应,减少细胞因子释放。本实验结果显示,在术后24 h,LLR组的乳酸水平及肠湿/干重比明显低于另2组,而HLR组的TNF-α水平在术后3个时间点均高于另2组,并且与肠黏膜通透性改变、肠道水肿程度和肠损伤结果相一致,提示LLR组的液体复苏能改善休克后酸中毒和减少炎症介质释放,减轻对肠道的损伤、水肿和肠黏膜通透性的影响,维护肠黏膜屏障的完整性。
限制性液体复苏是一个革命性的概念,它对缓解休克/复苏相关的酸中毒、细胞因子释放和肠损伤均能起到一定作用,但目前仍具有争议,因为在临床上,出血量和出血速度不一、休克程度各异,需要进一步明确在何种休克程度可实施此种复苏策略。