膿毒性休克期間間質(zhì)的作用

meihb 2023-10-23 發(fā)布于江蘇

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背景

間質(zhì)在維持體液平衡方面起著至關(guān)重要的作用，雖然傳統(tǒng)上并不包括在循環(huán)的概念理解中。體液平衡調(diào)節(jié)是膿毒性休克的一個(gè)重要方面，體液平衡與預(yù)后之間存在眾所周知的聯(lián)系。跨毛細(xì)血管血流的調(diào)節(jié)是了解膿毒癥期間體液平衡的首要關(guān)鍵。

正文

膿毒癥期間毛細(xì)血管通透性增加，這被認(rèn)為是解釋炎癥期間毛細(xì)血管濾過增加的必要和充分條件。然而，在內(nèi)皮壁的另一側(cè)，間質(zhì)可能在驅(qū)動(dòng)毛細(xì)血管滲漏方面發(fā)揮著更大的作用。事實(shí)上，間質(zhì)細(xì)胞外基質(zhì)形成了復(fù)雜的凝膠狀結(jié)構(gòu)，嵌入膠原骨架中，能夠通過降低靜水壓直接吸引血管內(nèi)液體。因此，間質(zhì)并不像人們長期以來認(rèn)為的那樣只是一個(gè)被動(dòng)的儲(chǔ)存庫，而很可能是膿毒癥期間調(diào)節(jié)體液平衡的主要決定因素。但迄今為止，間質(zhì)在膿毒癥和膿毒性休克期間的作用在很大程度上仍被忽視。對間質(zhì)的全面認(rèn)識(shí)可能會(huì)啟發(fā)我們對膿毒性休克病理生理學(xué)的理解?？傮w而言，我們發(fā)現(xiàn)了膿毒性休克病理生理學(xué)與間質(zhì)之間的五個(gè)潛在交叉點(diǎn)：1.水腫形成增加，與器官功能和代謝物擴(kuò)散相互影響；2.間質(zhì)壓力調(diào)節(jié)，增加跨毛細(xì)血管流量；3.細(xì)胞外基質(zhì)改變；4.間質(zhì)分泌炎癥介質(zhì)；5.淋巴外流減少。

背景

間質(zhì)可定義為存在于任何特定組織細(xì)胞之間的間隙，通常是虛擬空間，但其本身也是一種結(jié)構(gòu)組織。活體顯微鏡技術(shù)的進(jìn)步使得人們能夠描述由厚厚的膠原蛋白束劃定的充滿液體的多邊形大解剖空間（圖 1），尤其是在皮下和消化道黏膜下層。間質(zhì)約占體重的 20%，通常被稱為液體室，與毛細(xì)血管壁分隔的血管室相對應(yīng)。傳統(tǒng)上，間質(zhì)并不包括在循環(huán)的概念理解中。然而，在心血管系統(tǒng)和淋巴系統(tǒng)之間，間質(zhì)是連續(xù)體液循環(huán)的重要環(huán)節(jié)，它維持著全身的平衡（輸送代謝基質(zhì)、廢物和免疫介質(zhì)）。體液在血液和間質(zhì)之間的持續(xù)轉(zhuǎn)移受所謂的Starling力控制。在膿毒癥和膿毒性休克期間，Starling力的急劇變化會(huì)導(dǎo)致毛細(xì)血管嚴(yán)重滲漏，造成低血容量，這是膿毒性休克早期階段的特征。膿毒性休克后期常見的彌漫性水腫的發(fā)生也與毛細(xì)血管滲漏直接相關(guān)，盡管這種關(guān)系被水腫的臨床識(shí)別延遲所掩蓋。膿毒癥引起的水腫會(huì)因液體治療而加重，通常被稱為液體超負(fù)荷。近年來，它已被確認(rèn)為膿毒性休克患者發(fā)病率和死亡率的一個(gè)主要預(yù)后因素。

圖1，間質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)。充滿液體的空間示意圖，由一側(cè)襯有細(xì)胞的膠原蛋白束網(wǎng)絡(luò)支撐。

由于間質(zhì)擴(kuò)張，膿毒性休克患者可以在幾天內(nèi)增加多達(dá)三分之一的體重，因此這個(gè)“第三空間”值得密切關(guān)注，應(yīng)該被重癥監(jiān)護(hù)者理解為一個(gè)整體。間質(zhì)長期以來一直被忽視，被認(rèn)為是被動(dòng)的儲(chǔ)液器，而血管室是唯一的焦點(diǎn)。在過去的幾十年中，人們?nèi)〉昧酥卮蟮纳韺W(xué)發(fā)現(xiàn)，揭示了間質(zhì)在急性炎癥期間如何發(fā)揮重要作用，特別是在調(diào)節(jié)毛細(xì)血管濾過方面。

總體而言，我們已經(jīng)確定了膿毒性休克病理生理學(xué)和間質(zhì)之間的五個(gè)潛在交叉點(diǎn)（圖2）：1.水腫形成增加，與器官功能和代謝物擴(kuò)散相互作用;2.間質(zhì)壓力自我調(diào)節(jié)，增加經(jīng)毛細(xì)血管流量;3.細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）的改變;4.炎癥介質(zhì)的間質(zhì)分泌;5.淋巴流出減少。

圖2，間質(zhì)可能與膿毒癥病理生理學(xué)相互作用的擬議機(jī)制。表示毛細(xì)血管床周圍的間質(zhì)室的示意圖（紅色：動(dòng)脈側(cè)，藍(lán)色：靜脈側(cè)）。淋巴管顯示為綠色

為了闡明間質(zhì)在膿毒性休克病理生理學(xué)中的潛在作用，我們旨在回顧文獻(xiàn)并總結(jié)這些特定軸上的當(dāng)前知識(shí)，以及與間質(zhì)探索相關(guān)的方法學(xué)方面。

間質(zhì)解剖學(xué)和組織學(xué)

間質(zhì)傳統(tǒng)上被定義為分隔血管和細(xì)胞的液體隔室。最近研究表明，間質(zhì)空間在組織和器官邊界上是連續(xù)的，允許顆粒在結(jié)腸壁各層之間或通過皮下和筋膜移動(dòng)。每個(gè)器官中都發(fā)現(xiàn)間質(zhì)組織，但其程度在不同的“母體”組織之間差異很大。間質(zhì)的結(jié)構(gòu)和組成也可能有所不同，但在外周血管周圍的間質(zhì)以及與真皮和腺基膜相關(guān)的松散結(jié)締組織中仍然相似。盡管間質(zhì)組成早已為人所知，但其三維結(jié)構(gòu)直到最近才被觀察到，特別是由于體內(nèi)顯微鏡的進(jìn)展（圖1）。通常，細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）由三維纖維膠原網(wǎng)絡(luò)支架，其中膠原纖維形成20μm寬的厚束。微纖維-彈性蛋白框架也附著在膠原束上，將應(yīng)力均勻地分布到結(jié)構(gòu)上。研磨物質(zhì)由蛋白聚糖形成，蛋白聚糖由與核心蛋白共價(jià)連接的糖胺聚糖（GAG）組成，但也由游離GAG透明質(zhì)酸組成。GAG是由重復(fù)的二糖單元組成的長線性結(jié)構(gòu)。它們是高度極性的，吸引水，形成凝膠狀結(jié)構(gòu)。GAG與ECM的膠原結(jié)構(gòu)相互作用，但也被發(fā)現(xiàn)在組織液中未結(jié)合。組織液本身是血漿的超濾液，蛋白質(zhì)濃度約為其50%。ECM由間充質(zhì)細(xì)胞襯里和支持。

水腫形成：急性間質(zhì)性水腫的起源和后果

當(dāng)炎癥存在于限定區(qū)域時(shí)，血管血流量和通透性區(qū)域增加，以便能夠快速募集控制病原體所需的體液（例如抗體、補(bǔ)體）和細(xì)胞元件（中性粒細(xì)胞、單核細(xì)胞）。在膿毒癥期間，先天免疫的全能過度激活導(dǎo)致彌漫性內(nèi)皮改變，導(dǎo)致宏觀和微觀循環(huán)功能障礙。內(nèi)皮屏障改變可能是毛細(xì)血管水平最相關(guān)的后果，內(nèi)皮壁各層受損，導(dǎo)致毛細(xì)血管滲漏。VE-鈣粘蛋白是內(nèi)皮細(xì)胞間連接的主要成分。由炎性細(xì)胞因子（TNF-α、IL-1β、IL-6和IL-10）誘導(dǎo)的內(nèi)化足以單獨(dú)分解細(xì)胞間連接，從而增強(qiáng)血管通透性，這也受到其他因素的影響，例如糖萼改變。血管通透性通常被認(rèn)為是膿毒性休克期間驅(qū)動(dòng)和維持毛細(xì)血管滲漏的必要和充分因素。然而，應(yīng)該記住，其他“力量”在起作用并驅(qū)動(dòng)膿毒癥相關(guān)的液體超負(fù)荷。

Starling原則

歐內(nèi)斯特-亨利-斯塔林（Ernest Henry Starling）于 1896 年首次描述了毛細(xì)血管過濾以及水腫形成的病理生理學(xué)。跨毛細(xì)血管過濾的發(fā)生與多種因素有關(guān)，用下面的公式表示：

其中 Jv 是每秒經(jīng)內(nèi)皮濾過量；Kf 是膜過濾系數(shù)；Pc 是毛細(xì)血管靜水壓；Pi 是間質(zhì)靜水壓；πc 是毛細(xì)血管膠體滲透壓 (COP)；πi 是間質(zhì)膠體滲透壓；σ 是血漿蛋白反射系數(shù)；ΔPf 是凈濾過壓。

毛細(xì)血管靜水壓從動(dòng)脈末端的約 30-40 mmHg 下降到靜脈末端的 10-15 mmHg。血漿壓力和間質(zhì)壓力分別約為 28 mmHg和 8 mm Hg。正常的間質(zhì)壓力為輕微負(fù)壓，介于 - 1 和 - 3 mmHg 之間。Starling原理的經(jīng)典觀點(diǎn)預(yù)測，液體的吸收（從間質(zhì)到血管腔）應(yīng)發(fā)生在毛細(xì)血管的靜脈端，原因是此時(shí) Pc 和 πi 下降，并部分補(bǔ)償了濾過量。萊維克和米歇爾于 2010 年根據(jù)大量先前的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對這一經(jīng)典觀點(diǎn)進(jìn)行了修正，并提出了 '無穩(wěn)態(tài)濾過 '規(guī)則。事實(shí)上，他們的研究表明，考慮到內(nèi)皮屏障中的蛋白質(zhì)反射元件實(shí)際上是糖萼纖維基質(zhì)，其作用類似于超濾篩，因此可以用糖萼下 COP (πg(shù))取代經(jīng)典Starling公式中的πi。由于細(xì)胞間隙中的高速流動(dòng)，間質(zhì)蛋白無法通過糖萼下空間擴(kuò)散回去，πg(shù) 仍低于πi（約 10%）但保持不變[21]，而經(jīng)典觀點(diǎn)認(rèn)為間質(zhì)壓力可以忽略不計(jì)。這就解釋了為什么在穩(wěn)態(tài)下，盡管靜脈中的 Pc 下降到 πc 以下，卻沒有觀察到濾過現(xiàn)象。然而，由于 Pc 急劇下降和 πc 上升，瞬時(shí)吸收仍可能發(fā)生，例如在大出血期間。腸粘膜和腎小管周圍間質(zhì)也會(huì)自然吸收.

預(yù)防水腫的因素

因此，修訂后的Starling原理指出，在穩(wěn)定狀態(tài)下，淋巴引流等于經(jīng)毛細(xì)血管過濾。因此，水腫的形成是由于毛細(xì)血管過濾增加和/或淋巴外流減少之間的不平衡造成的。在生理學(xué)中，Guyton 對防止水腫的機(jī)制進(jìn)行了大量描述。首先，毛細(xì)血管過濾的增加會(huì)通過稀釋降低間質(zhì)張力壓力來增加間質(zhì)容積，這反過來又會(huì)減少過濾。另一個(gè)防止水腫形成的保護(hù)因素是間質(zhì)順應(yīng)性，其定義是在間質(zhì)容積（ΔVi）增加的情況下，間質(zhì)壓力（ΔPif）的變化。在脫水基線狀態(tài)和過度脫水的初始階段，容量-壓力曲線的形狀呈線性，可保護(hù)組織免受水腫的形成（圖 3，實(shí)線）。當(dāng)極度脫水時(shí)，順應(yīng)性可能是無限的，在皮膚和肌肉間質(zhì)中會(huì)觀察到容量-壓力曲線的平臺(tái)。皮下間質(zhì)組織尤其具有順應(yīng)性，可積聚大量水腫。在液體超負(fù)荷時(shí)，皮下間質(zhì)對總體積的確切貢獻(xiàn)很難評估，但可能超過 50%，因?yàn)槠つw和肌肉在穩(wěn)態(tài)時(shí)已占細(xì)胞外總體積的三分之二。

圖3，穩(wěn)態(tài)和炎癥期間的間質(zhì)壓力-體積關(guān)系。間質(zhì)容量-壓力關(guān)系的一般形狀（實(shí)線）與間質(zhì)容積（Vi）和壓力（Pif）的正常值（A）。順應(yīng)性（?Vi/?Pif）在脫水和過度脫水的初期是恒定的。在 Pif 達(dá)到最大值（?Pif 最大值）后，順應(yīng)性會(huì)增加到無窮大（P/V 曲線上的平臺(tái)）（反映了濾過過程中的最大反壓）。當(dāng)間質(zhì)容積過度增加時(shí)，順應(yīng)性再次下降。在炎癥期間，這種關(guān)系會(huì)發(fā)生變化（紅色虛線）。如果濾過受阻（從而阻止容積增加），例如毛細(xì)血管流動(dòng)中斷，Pif 會(huì)突然下降（B）。如果毛細(xì)血管流動(dòng)得以維持，濾過率可能會(huì)增加 10-20 倍，Vi 就會(huì)在壓力變化不大的情況下迅速膨脹（C）。

液體超負(fù)荷是膿毒性休克期間毛細(xì)血管滲漏的一種表現(xiàn)形式和預(yù)后因素

在膿毒性休克的初期治療中，往往需要大量的復(fù)蘇液來補(bǔ)償毛細(xì)血管滲漏。水腫積聚在所有組織中，尤其是皮下組織，反映了毛細(xì)血管滲漏的強(qiáng)度。近年來，水腫的發(fā)展（即液體超負(fù)荷）已被確定為膿毒性休克患者發(fā)病率和死亡率的主要預(yù)后因素。然而，體液超負(fù)荷與不良預(yù)后之間的關(guān)系尚未完全明了。首先，可以說急性期毛細(xì)血管滲漏的強(qiáng)度與休克的嚴(yán)重程度直接相關(guān)。然而，在發(fā)現(xiàn)這種關(guān)聯(lián)的眾多研究中，大多數(shù)研究都是根據(jù)最初休克的嚴(yán)重程度來調(diào)整死亡率的。此外，對膿毒性休克患者進(jìn)行的觀察性研究發(fā)現(xiàn)，體液呈負(fù)平衡的患者預(yù)后較好，這表明間質(zhì)水腫本身就可能造成危害。間質(zhì)水腫會(huì)增加細(xì)胞間隙，長期以來一直被認(rèn)為是影響組織氧合的關(guān)鍵因素。事實(shí)上，二氧分子（O2）是一種 '疏水 '的非極性分子，在水中的溶解度和擴(kuò)散度都很低，這使得其在水介質(zhì)（如間質(zhì)和細(xì)胞質(zhì)）中的擴(kuò)散成為一項(xiàng)挑戰(zhàn)。有人認(rèn)為，氧擴(kuò)散是通過網(wǎng)絡(luò)狀脂質(zhì)的 '疏水通道 '實(shí)現(xiàn)的，尤其是在細(xì)胞內(nèi)擴(kuò)散時(shí)。因此，擴(kuò)散距離增加導(dǎo)致的間質(zhì)水腫確實(shí)可能是膿毒癥相關(guān)的氧攝取減少和新陳代謝受損的一個(gè)重要因素。間質(zhì)水腫與預(yù)后之間的另一個(gè)聯(lián)系是水腫直接導(dǎo)致器官功能障礙，這不僅見于急性呼吸窘迫綜合征（ARDS），也見于急性腎損傷。一些學(xué)者還指出，體液超負(fù)荷是腹腔隔室綜合征發(fā)病的一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素。

鑒于這些數(shù)據(jù)，減輕液體超負(fù)荷已成為主要的治療目標(biāo)。限制輸液是目前旨在減輕液體超負(fù)荷的主要候選治療策略。一項(xiàng)對 2015 年至 2020 年間發(fā)表的研究進(jìn)行的薈萃分析發(fā)現(xiàn)，無論是對全因死亡率還是對急性腎損傷或肺損傷等次要結(jié)果，都沒有發(fā)現(xiàn)明顯的益處。2022 年，Meyhoff 等人報(bào)告了 CLASSIC 試驗(yàn)的結(jié)果，該試驗(yàn)也未發(fā)現(xiàn)限制性輸液策略和自由輸液策略在死亡率（或任何次要結(jié)果）方面存在任何差異。2023 年發(fā)表的 CLOVERS 試驗(yàn)證實(shí)了這些結(jié)果，死亡率沒有差異，限制性組使用的血管加壓劑增加，不良事件增加（無顯著性）。總體而言，干預(yù)措施對液體平衡的影響較低，且不一定具有顯著的統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。這些試驗(yàn)的負(fù)面結(jié)果凸顯了這一問題的復(fù)雜性，并表明限制輸液的方法可能并不合適。

間質(zhì)液體評估：間質(zhì)容量

水腫很早就開始形成，但只有在膿毒性休克發(fā)生 24-48 小時(shí)后才會(huì)變得明顯，因?yàn)榕R床上無法檢測到低于約 4 升的水腫。事實(shí)上，臨床上對膿毒性休克患者液體超負(fù)荷的評估并不充分，而且缺乏敏感性。每日監(jiān)測體液平衡是測量液體超負(fù)荷程度最簡單、最直接的方法。在一組歷史悠久的膿毒性休克患者中，博伊德報(bào)告說，到第 4 天，累計(jì)平均液體平衡為 + 11 升，液體平衡越正，這些患者的死亡風(fēng)險(xiǎn)越高。要最準(zhǔn)確地測量血容量和毛細(xì)血管濾過率，需要注射一劑用放射性碘標(biāo)記的白蛋白，以測量其毛細(xì)血管逸出率（TER）。這項(xiàng)技術(shù)被用于評估膿毒癥期間輸注白蛋白的益處，因?yàn)檩斪椎鞍谉o法降低血管通透性。在一項(xiàng)對重癥患者（多數(shù)為膿毒性休克）進(jìn)行同位素血容量和 TER 分析的隨機(jī)試驗(yàn)中，44% 的病例通過分析改變了輸液管理，干預(yù)組的總死亡率顯著下降。這說明評估危重病人的液體狀況非常困難。利用輸注晶體液引起的血液稀釋，通過 '容量動(dòng)力學(xué) '方法對血管內(nèi)容量和間質(zhì)容量之間的差異進(jìn)行了優(yōu)雅的探索。這種方法能夠預(yù)測健康志愿者和麻醉患者血漿和間質(zhì)中液體的重新分配，還證實(shí)了Guyton預(yù)測的 '間質(zhì)白蛋白沖洗 '現(xiàn)象。

炎癥期間的間質(zhì)壓力（和跨毛細(xì)血管流量）調(diào)節(jié)

間質(zhì)壓力測量

阿瑟-C-蓋頓（Arthur C. Guyton）是探索間質(zhì)的先驅(qū)，他開發(fā)了在動(dòng)物模型中植入穿孔囊測量間質(zhì)壓力的參考技術(shù)。在經(jīng)過數(shù)周的愈合和穩(wěn)定期后，即可測量壓力。20 世紀(jì) 80 年代，出現(xiàn)了許多測量組織間壓力的新方法。隨后，在動(dòng)物模型中開發(fā)出了各種皮下導(dǎo)管技術(shù)，既可以使用充滿液體的側(cè)口導(dǎo)管，也可以使用穿刺針技術(shù)。從那時(shí)起，大多數(shù)實(shí)驗(yàn)研究都使用與自動(dòng)反壓系統(tǒng)相連的玻璃微量移液管。最后，壓力傳感器的微型化使得用于測量壓力的可靠而精確的導(dǎo)管得以發(fā)展，盡管它們的尺寸仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于微量移液管。

在燒傷模型中發(fā)現(xiàn)間質(zhì)壓力調(diào)節(jié)功能

如果說 Pif 的升高可以防止水腫的形成，那么 Pif 的降低則足以加強(qiáng)跨毛細(xì)血管濾過并促進(jìn)水腫的形成。在健康志愿者中，對下肢施加負(fù)壓會(huì)導(dǎo)致腿部間質(zhì)壓力幾乎瞬間下降，從而增加液體過濾和腿部水腫。在炎癥過程中，內(nèi)皮屏障的變化以及間質(zhì)壓力的驟降都會(huì)促進(jìn)水腫的迅速形成。事實(shí)上，在燒傷的情況下，幾分鐘內(nèi)就會(huì)出現(xiàn)明顯的水腫。間質(zhì)容積至少要增加一倍，水腫才會(huì)顯現(xiàn)。因此，濾過率必須比正常值增加幾百倍，才能在如此短的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生水腫，因?yàn)殚g質(zhì)通常在 12 到 24 小時(shí)內(nèi)就會(huì)翻轉(zhuǎn)。研究測量了實(shí)驗(yàn)性燒傷期間 Kf 的變化，Kf 增加了 2 到 3 倍。根據(jù) Kf 的適度增加，計(jì)算得出凈濾過壓力必須增加到 200 mmHg 才能解釋觀察到的濾過率。為了探索這一假設(shè)，Lund 等人在大鼠熱燒傷實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭袦y量了間質(zhì)壓力。他們觀察到，熱損傷后，皮內(nèi) Pif 從正常水平 - 1 mmHg 降為高度負(fù)值（- 150 mmHg）。因此，凈濾過壓升高的假說得到了證實(shí)，其主要原因是 Pif 值降低，而不是 Pc 值升高。這項(xiàng)具有里程碑意義的研究首次證明了間質(zhì)組織的積極作用（通過 '吸氣'），其結(jié)果隨后被其他研究小組在類似模型中證實(shí)。

推廣到其他局部和全身炎癥模型

間質(zhì)抽吸 '現(xiàn)象在全身性炎癥模型中得到了再現(xiàn)，如在大鼠靜脈注射右旋糖酐誘發(fā)過敏反應(yīng)期間，皮下間質(zhì)組織中的 Pif 值降低了 - 10 mmHg。同樣，'化膿性 '炎癥似乎也有同樣的效果。在大鼠實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭校⑸?LPS 會(huì)降低組織間隙壓力，并導(dǎo)致水腫形成，I-125 標(biāo)記的白蛋白外滲。之前在狗的內(nèi)毒素性休克模型中也觀察到了類似的降壓效果，間質(zhì)壓力立即降低達(dá) 9 毫米汞柱。

除了炎癥之外，這種間質(zhì)“吸力”現(xiàn)象的力量還在唾液腺中得到了證明，它使得在植物神經(jīng)刺激下所需的唾液分泌突發(fā)時(shí)，跨小血管的流量增加了十倍。這是一個(gè)引人注目的例證，說明這種現(xiàn)象在日常生理功能中具有能夠在有限時(shí)間內(nèi)從循環(huán)中吸收大量容量的能力。

有趣的是，研究發(fā)現(xiàn)腎上腺素能血管收縮和血管加壓劑也有降低 Pif 的作用。在他們的研究中，Border 等人探討了不同休克類型和孤立的血管加壓劑對用 Guyton技術(shù)測量的間質(zhì)壓力的影響。如前所述，內(nèi)毒素休克的特點(diǎn)是 Pif 明顯降低（毛細(xì)血管濾過導(dǎo)致 Vi 增加，從而使 Pif 恢復(fù)到休克前的值），盡管這種降低是短暫的。然而，在失血性休克和孤立灌注兒茶酚胺的情況下，Pif 也會(huì)降低，但降低的方式是恒定和劑量依賴性的。作者認(rèn)為，這是根據(jù)Starling原理預(yù)測的，因?yàn)檠苁鎻垊?huì)減少血管容量（從而增加相對 Vi）。這些結(jié)果也可以用血管極度收縮導(dǎo)致毛細(xì)血管流量減少來解釋。

細(xì)胞外基質(zhì)和成纖維細(xì)胞的作用

因此，水腫并不是偶然的，而是一種微調(diào)機(jī)制，是局部免疫反應(yīng)的必要組成部分（通過促進(jìn)體液和細(xì)胞介質(zhì)的流動(dòng)）。事實(shí)上，如上所述，'間質(zhì)抽吸 '現(xiàn)象是造成炎性水腫的原因之一。間質(zhì)壓力的調(diào)節(jié)主要基于成纖維細(xì)胞與 ECM 之間的相互作用。

成纖維細(xì)胞與 ECM 相互作用，并在這一分子網(wǎng)絡(luò)中起到調(diào)節(jié)間質(zhì)壓力的作用。它們表達(dá)特定的整合素，能夠與膠原纖維結(jié)合，特別是通過其 ?1 亞基（如整合素 α2?1）。整合素是由 2 個(gè)亞基組成的跨膜蛋白，可實(shí)現(xiàn)雙向粘附，將細(xì)胞的細(xì)胞骨架與 ECM 連接起來。因此，?1 整合素亞基可通過與膠原蛋白的相互作用向 ECM 傳遞恒定的機(jī)械張力，從而抵消 GAGs 隨水合作用而膨脹的自然趨勢。因此，施加在膠原纖維上的壓力可通過快速釋放而突然減弱（圖 4）。

圖4，穩(wěn)態(tài)和膿毒癥期間微循環(huán)與間質(zhì)細(xì)胞外基質(zhì)之間的相互作用。在穩(wěn)態(tài)下，跨毛細(xì)血管血流由堅(jiān)實(shí)的內(nèi)皮屏障和具有穩(wěn)定、輕微負(fù)壓的致密間質(zhì)調(diào)節(jié)（左圖）。成纖維細(xì)胞對膠原束網(wǎng)絡(luò)施加恒定張力。成纖維細(xì)胞的細(xì)胞骨架通過跨膜蛋白 ?1 整合素與膠原蛋白 IV 相連。當(dāng)出現(xiàn)炎癥時(shí)（右圖），?1 整合素與膠原束的結(jié)合會(huì)受到炎癥介質(zhì)（尤其是 IL-1?）的抑制，從而釋放約束膠原網(wǎng)絡(luò)的物理張力，導(dǎo)致間質(zhì)壓力驟降。此外，與糖萼一樣，細(xì)胞外基質(zhì)也會(huì)被先天性免疫細(xì)胞釋放的各種蛋白酶所改變。濾過壓力（毛細(xì)血管壓力-間質(zhì)壓力）的增加以及細(xì)胞間粘附抑制和糖萼脫落導(dǎo)致的內(nèi)皮通透性的平行增加，使得跨毛細(xì)血管血流大量增加。

?1整合素亞基在水腫形成中的作用已在體外通過評估成纖維細(xì)胞介導(dǎo)的浮動(dòng)I型膠原凝膠收縮得到證明。該研究表明，成纖維細(xì)胞能夠在 24 小時(shí)的培養(yǎng)期內(nèi)將膠原凝膠收縮至初始凝膠體積的 10%。這些發(fā)現(xiàn)在體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中得到了證實(shí)，阻斷大鼠皮膚中的?1-整合素粘附受體會(huì)導(dǎo)致間質(zhì)壓力下降并形成水腫。在炎癥期間，IL-1β 和 TNF-α 等促炎介質(zhì)通過其在?1 整合素亞基上的活性抵消了這種收縮，導(dǎo)致間質(zhì)壓力降低，進(jìn)而形成水腫。血小板衍生生長因子（PDGF）對這種與β1整合素相關(guān)的級(jí)聯(lián)反應(yīng)產(chǎn)生反作用，通過成纖維細(xì)胞的收縮和另一種整合素亞基（αVβ3）的調(diào)解，導(dǎo)致間質(zhì)壓力升高。在腫瘤中，間質(zhì)增大，間質(zhì)壓力升高，PDGF 抑制劑可逆轉(zhuǎn)腫瘤引起的間質(zhì)壓力升高，并通過促進(jìn)毛細(xì)血管過濾和抗腫瘤藥物的局部擴(kuò)散來改善抗腫瘤反應(yīng)。

此外，ECM 的凝膠體還參與間質(zhì)容積調(diào)節(jié)。它們帶負(fù)電荷，尤其與細(xì)胞外液中最豐富的陽離子鈉相互作用。根據(jù)其空間構(gòu)象的不同，GAGs 會(huì)積聚不同數(shù)量的鈉，從而導(dǎo)致間質(zhì)容積的變化、水腫的形成和消退。膿毒癥期間，高醛固酮癥會(huì)導(dǎo)致鈉負(fù)荷增加，ECM 對鈉的 '饑餓 '會(huì)加劇這種現(xiàn)象，從而全面阻礙水腫的消退，并干擾間質(zhì)鈉、巨噬細(xì)胞滲透傳感器和血管內(nèi)皮生長因子誘導(dǎo)的淋巴管生成之間的復(fù)雜相互作用。

細(xì)胞外基質(zhì)改變

ECM 構(gòu)成了間質(zhì)空間的物理結(jié)構(gòu)。我們描述了炎癥引起的功能變化，這些變化導(dǎo)致 ECM 解壓縮。此外，炎癥還會(huì)導(dǎo)致 ECM 結(jié)構(gòu)化合物的直接改變，這是由于浸潤的中性粒細(xì)胞在 IL-1β 和 TNF-α 的激活下釋放了強(qiáng)效催化酶，如 MMPs（基質(zhì)金屬蛋白酶）、肝素酶和透明質(zhì)酸酶。在膿毒癥期間，也發(fā)現(xiàn)了大量 ECM 降解的證據(jù)，從而產(chǎn)生了 '系統(tǒng)性傷口 '的概念。膿毒癥休克患者在確診時(shí)，循環(huán)中的交聯(lián) I 型膠原端肽（ICTP）水平是對照組的五倍，而交聯(lián) I 型膠原端肽是膠原 I 降解的標(biāo)志物。在這項(xiàng)研究中，膠原蛋白合成的標(biāo)志物也增加了，但這只是膠原蛋白 III 的前體，而不是膠原蛋白 I。在革蘭氏陰性敗血癥患者中也發(fā)現(xiàn)了ICTP水平的升高，而在其他對膿毒癥患者的研究中也發(fā)現(xiàn)了膠原蛋白III水平的升高。促膠原蛋白 III 在 ARDS 期間也會(huì)增加，可能是導(dǎo)致纖維化進(jìn)展的一個(gè)重要因素。

Koskela 及其合作者的一項(xiàng)小型描述性研究報(bào)告稱，在嚴(yán)重膿毒癥早期，表皮層粘連蛋白-332 和 IV 型膠原的表達(dá)均有所下降，幸存者的這種情況可持續(xù)長達(dá) 3 個(gè)月。霍夫曼及其合作者報(bào)告稱，嚴(yán)重膿毒癥患者基質(zhì)金屬蛋白酶及其抑制劑（MMP-9、TIMP-2 和 TIMP-1）水平升高，TIMP-1 被認(rèn)為是預(yù)測嚴(yán)重膿毒癥患者臨床結(jié)局的有用生物標(biāo)志物。另一項(xiàng)研究證實(shí)了 TIMP1 和 MMP9 在膿毒癥期間的預(yù)后作用。

其他 ECM 大分子，如蛋白聚糖和富含亮氨酸的小蛋白聚糖 (SLRP)，可在 ECM 重塑過程中從新合成或從膠原結(jié)合中釋放出來。最近，Maiti G 及其合作者報(bào)告說，在敗血癥期間，免疫細(xì)胞內(nèi)吞 Lumican（SLRP 家族的一種蛋白多糖），并能控制受體配體的轉(zhuǎn)運(yùn)。在膿毒癥期間，Lumican 可促進(jìn) TLR4，但限制 TLR9：因此，它可能在屏障 ECM 組織中發(fā)揮雙重保護(hù)作用，既促進(jìn)細(xì)菌防御，又控制抗病毒和自身免疫炎癥反應(yīng)。循環(huán)凝膠體還被用于監(jiān)測疾病期間炎癥誘導(dǎo)的 ECM 改變，如類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎和急性胰腺炎。膿毒癥期間也出現(xiàn)了循環(huán) GAGs 水平升高的情況，主要是作為內(nèi)皮糖萼降解的標(biāo)志物，內(nèi)皮糖萼是覆蓋內(nèi)皮腔側(cè)的一層厚厚的糖胺聚糖，由錨定在內(nèi)皮細(xì)胞壁上的糖胺聚糖和蛋白聚糖網(wǎng)絡(luò)組成。內(nèi)毒素血癥的動(dòng)物模型顯示，膿毒癥誘導(dǎo)糖萼脫落，其副產(chǎn)品（如辛迪加-1 和硫酸肝素）的血漿濃度增加，對 ECM 相同酶的反應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)，膿毒性休克患者血漿中因血管損傷而產(chǎn)生的糖胺聚糖（GAGs）含量增加了近四倍，并與休克嚴(yán)重程度和死亡率相關(guān)。糖萼在膿毒癥病理生理學(xué)中的主要作用現(xiàn)已眾所周知。然而，糖萼被認(rèn)為是 ECM 的一種細(xì)胞對應(yīng)物、一種延伸甚至是一種特殊形式。事實(shí)上，雖然糖萼不包括膠原纖維，但包括透明質(zhì)酸和跨膜蛋白聚糖（如辛迪加），它們的結(jié)構(gòu)和組成非常相似。糖萼實(shí)際上是每個(gè)細(xì)胞的外部細(xì)胞器，是與 ECM（或較厚的內(nèi)皮糖萼中的血液）的物理界面。

膿毒癥期間 ECM 改變的后果尚不清楚。由于 ECM 物理結(jié)構(gòu)是調(diào)節(jié)間質(zhì)壓力的關(guān)鍵，它可能參與毛細(xì)血管過濾的增加：膠原蛋白和蛋白聚糖的改變可能會(huì)增強(qiáng) ECM 的 '解壓縮 '作用。這一點(diǎn)得到了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的支持：浸泡在等滲鹽水中的疏松結(jié)締組織通常受到膠原纖維網(wǎng)絡(luò)的抑制，而酶消化會(huì)增強(qiáng)其體內(nèi)腫脹。此外，維生素 C 的膠原蛋白保護(hù)作用被認(rèn)為是其在燒傷模型中防止水腫作用的潛在機(jī)制。此外，在水腫吸收過程中，即膿毒性休克液體管理的降級(jí)階段，ECM 的改變可能尤為重要。首先，與完整的 ECM 相比，改變后的 ECM 可能失去了增加間質(zhì)壓力和啟動(dòng)壓力梯度以促進(jìn)淋巴引流的能力。其次，由于 Wiig 等人描述的膠原纖維的立體排斥現(xiàn)象，間質(zhì)中膠原蛋白的減少增加了間質(zhì)蛋白質(zhì)的含量。事實(shí)上，在正常 ECM 中，白蛋白和其他大分子的表觀分布容積低于間質(zhì)總?cè)莘e，因?yàn)槟z原蛋白網(wǎng)絡(luò)限定的多個(gè)空間并不完全可供這些分子使用。間質(zhì)蛋白質(zhì)質(zhì)量的增加會(huì)增加膠體滲透壓，直接影響液體轉(zhuǎn)移，因?yàn)樾枰黾恿馨土髁浚?沖洗'）才能恢復(fù)間質(zhì)液體容量。雖然目前還缺乏臨床數(shù)據(jù)，但 ECM 的愈合可能是膿毒性休克患者實(shí)現(xiàn)負(fù)液體平衡的先決條件。

細(xì)胞外基質(zhì)的修復(fù)和適應(yīng)

間質(zhì)流動(dòng)的增加會(huì)對 ECM 和駐留細(xì)胞產(chǎn)生生物物理效應(yīng)。機(jī)械應(yīng)力和炎癥可誘導(dǎo)成纖維細(xì)胞分化為肌成纖維細(xì)胞，并最終導(dǎo)致纖維化。研究發(fā)現(xiàn)，在 TGF-? 依賴性機(jī)制中，間質(zhì)流動(dòng)增加可通過 MMP-1 上調(diào)誘導(dǎo)成纖維細(xì)胞運(yùn)動(dòng)，并驅(qū)動(dòng)肌成纖維細(xì)胞分化和基質(zhì)排列。ECM 的排列在血流開始后 12-24 小時(shí)觀察到，而肌成纖維細(xì)胞的分化則發(fā)生在 1-5 天后。有趣的是，細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）的纖維與血流垂直重新排列，降低了基質(zhì)的導(dǎo)電性。這種重新排列的另一個(gè)有趣效應(yīng)是切變應(yīng)力的重新分配，從細(xì)胞轉(zhuǎn)移到基質(zhì)纖維上?；|(zhì)的排列和成纖維細(xì)胞的收縮也增加了ECM的硬度。總體而言，這些體外研究結(jié)果表明持續(xù)增加的間質(zhì)流動(dòng)可能迅速導(dǎo)致ECM的變硬、排列和肌成纖維細(xì)胞分化，這些是間質(zhì)纖維化的標(biāo)志。

目前尚不清楚炎癥持續(xù)存在的危重病人是否會(huì)出現(xiàn)間質(zhì)纖維化，但它可能會(huì)導(dǎo)致愈合不足，出現(xiàn)持續(xù)的液體超負(fù)荷狀態(tài)，就像在病情較重的病人身上看到的那樣。

間質(zhì)源性炎癥（局部產(chǎn)生介質(zhì)）

間質(zhì)液評估：收集和分析間質(zhì)液

鑒于間質(zhì)的新作用，間質(zhì)液體似乎是發(fā)現(xiàn)新生物標(biāo)記物的一個(gè)很有前途的媒介。然而，獲取這種液體卻很困難。20 世紀(jì) 90 年代，人們在心力衰竭患者的皮下插入金屬管（'Southey 管'）以排出水腫。雖然這種侵入性技術(shù)已被放棄，但我們?nèi)匀豢梢栽谥匕Y監(jiān)護(hù)病房觀察到，皮下間質(zhì)液體很容易通過明顯水腫患者的任何皮膚滲出流出。結(jié)節(jié)前淋巴插管技術(shù)可能是獲取 '純凈 '間質(zhì)液體的最佳方法，但這種方法具有創(chuàng)傷性，需要顯微外科技術(shù)。微透析技術(shù)的開發(fā)是為了確定間質(zhì)組織的生化成分。目前，它主要用于監(jiān)測腦損傷重癥患者，以確定與缺血相關(guān)的代謝變化。由于采用半透膜，該技術(shù)僅限于分析離子和小分子代謝物。微灌注技術(shù)不涉及交換膜，因此可以分析更多的分子，如細(xì)胞因子。它被廣泛應(yīng)用于藥理學(xué)研究，尤其是外用藥物的研究。

膿毒癥和其他炎癥性疾病期間的間質(zhì)探索

要分析生物標(biāo)志物，進(jìn)入間質(zhì)區(qū)要比進(jìn)入血液困難得多。然而，許多炎癥標(biāo)志物都來源于局部。Olszewski 等人對類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎患者和對照組進(jìn)行了小腿淋巴插管，并在 72 小時(shí)內(nèi)連續(xù)收集結(jié)節(jié)前淋巴。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，淋巴/血清比值大于 1，表明大部分被測的促炎細(xì)胞因子（IL-1 β、TNF-α、IL-6、IL-8）都是在本地產(chǎn)生的。這些細(xì)胞因子也主要參與膿毒癥的病理生理學(xué)過程，并主要由巨噬細(xì)胞產(chǎn)生。此外，細(xì)胞因子濃度的個(gè)體間變化或甲基強(qiáng)的松龍治療引起的變化在淋巴水平上清晰可見，而血清濃度變化不大。

Ikeoka 等人使用微灌注導(dǎo)管插入 9 名嚴(yán)重膿毒癥患者的腹部皮膚脂肪組織，發(fā)現(xiàn)皮下脂肪組織中 IL-1β、IL-6 和 IL-8 的濃度高于血清中的濃度，這表明皮下間質(zhì)產(chǎn)生了這些促炎介質(zhì)，遠(yuǎn)離感染部位。此外，血壓與皮下 IL-1β、IL-6 和 IL-8 的濃度呈負(fù)相關(guān)。以前曾在大鼠內(nèi)毒素血癥模型中使用皮膚離心法證實(shí)皮下間質(zhì)會(huì)產(chǎn)生 IL-1，這表明在全身炎癥刺激過程中皮下間質(zhì)也參與其中。免疫組織化學(xué)研究表明，細(xì)胞因子產(chǎn)生的源頭細(xì)胞主要是間質(zhì)成纖維細(xì)胞，但也包括表皮細(xì)胞和毛囊。同一作者還表明，IL-1β 和 TNF-α 的濃度在炎性水腫的形成中起著直接的機(jī)制作用，并報(bào)告說，皮下組織暴露于與內(nèi)毒素血癥或缺血再灌注模型中相似濃度的細(xì)胞因子后，間質(zhì)壓力立即下降。在接受心臟手術(shù)的患者皮下脂肪組織中，細(xì)胞因子的遠(yuǎn)程間質(zhì)產(chǎn)生也得到了證實(shí)，間質(zhì)液中的 IL-6 增加，來源于核因子-κB 調(diào)控基因激活的脂肪細(xì)胞。細(xì)胞因子在間質(zhì)中的產(chǎn)生也可能來源于貝尼亞斯等人對上皮下間質(zhì)的顯微研究中觀察到的 CD34 +（一種泛髓細(xì)胞標(biāo)記，也存在于某些間充質(zhì)細(xì)胞表面）間質(zhì)成纖維細(xì)胞。事實(shí)上，CD34 成纖維細(xì)胞在體外受到腫瘤壞死因子（TNF）刺激時(shí)會(huì)分泌大量的 IL-6、CXCL12 和 CCL2，這表明它們在炎癥過程中起到了招募單核細(xì)胞的作用。

淋巴液外流改變

淋巴系統(tǒng)在血液循環(huán)中起著至關(guān)重要的作用。在穩(wěn)定狀態(tài)下，結(jié)節(jié)前淋巴流相當(dāng)于毛細(xì)血管過濾，估計(jì)每天有 8-12 升淋巴液通過淋巴系統(tǒng)重新吸收，從間質(zhì)開始形成盲端囊。內(nèi)皮細(xì)胞之間的交界處起著間質(zhì)液單向閥的作用，并排入前淋巴管。淋巴管壁上的平滑肌細(xì)胞有節(jié)律地收縮，加上單向瓣膜，維持著亞大氣壓。與血管一樣，淋巴管也會(huì)對炎癥介質(zhì)做出反應(yīng)。因此，傳統(tǒng)的血管擴(kuò)張介質(zhì)，如 NO、前列腺素、組胺，以及促炎細(xì)胞因子，都會(huì)降低淋巴管的收縮能力。淋巴引流對抗原和樹突狀細(xì)胞向淋巴結(jié)的遷移非常重要。這就解釋了為什么在局部炎癥期間會(huì)觀察到強(qiáng)烈的、由 CD11 + 巨噬細(xì)胞誘導(dǎo)的淋巴管生成，它可以補(bǔ)償淋巴管收縮力的下降，使區(qū)域淋巴流量增加。相反，在膿毒癥等全身性炎癥的急性期，淋巴管生成可能不足以克服炎癥引起的淋巴管松弛的整體效應(yīng)。因此，炎癥引起的淋巴引流減少可能是膿毒癥期間液體平衡失調(diào)的主要原因，一些學(xué)者將其視為治療目標(biāo)。

此外，淋巴管的改變對器官損傷的發(fā)展也至關(guān)重要，并可能阻礙愈合機(jī)制。在肺部，淋巴循環(huán)的作用在肺移植中得到證明，因?yàn)樵谝浦策^程中淋巴管會(huì)中斷。肺移植受者表現(xiàn)出持續(xù)性水腫，懷疑淋巴管和淋巴管生成在原發(fā)性移植物功能障礙中的作用。肺水腫的吸收對 ARDS 的預(yù)后起著至關(guān)重要的作用。肺泡腔內(nèi)的液體通過跨膜泵輸送到肺間質(zhì)。在 LPS 誘導(dǎo)的急性肺損傷中，液體清除率和存活率的提高與淋巴管生成標(biāo)志物的增加有關(guān)。淋巴管在急性器官衰竭中的作用在急性腎損傷（AKI）小鼠模型中也得到了證實(shí)，淋巴管的擴(kuò)張改善了恢復(fù)，這表明淋巴管生成在防止 AKI 演變?yōu)槁阅I病方面發(fā)揮著重要作用。雖然缺乏人類膿毒癥的臨床數(shù)據(jù)，但淋巴引流的作用顯然是非常重要的，尤其是在膿毒癥的緩解階段，對器官功能障礙和一般液體超負(fù)荷吸收都有重要作用。

結(jié)論

間質(zhì)并不僅僅是一個(gè)被動(dòng)的旁觀者，它最終成為調(diào)節(jié)毛細(xì)血管流量的關(guān)鍵角色，尤其是它能夠從血管中吸走液體。在局部炎癥和腫瘤的情況下，間質(zhì)在毛細(xì)血管濾過調(diào)節(jié)中的這一重要作用得到了越來越多的證實(shí)，但在膿毒癥中間質(zhì)參與的證據(jù)仍然很少。關(guān)于間質(zhì)在膿毒癥期間的確切作用，仍有許多問題有待解決：壓力變化的程度如何？是否存在器官特異性反應(yīng)？皮下成纖維細(xì)胞和脂肪細(xì)胞在細(xì)胞因子分泌中分別扮演什么角色？ECM 損傷對水腫的形成和消退有何作用？在當(dāng)前個(gè)性化醫(yī)療時(shí)代，對這一鮮為人知的分區(qū)進(jìn)行研究可能會(huì)產(chǎn)生有價(jià)值的見解，加深我們對病理生理學(xué)的理解，并為研究新的生物標(biāo)記物和療法開辟獨(dú)特的視角。

來源：Dargent. Role of the interstitium during septic shock: a key to the understanding of fluid dynamics?. J Intensive Care 2023;11:44

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