第二節　體液介質與免疫學說

機體通過神經-內分泌系統和免疫反應介導的應激反應，來維護能量代謝和血流動力學穩定，并維持內環境平衡。神經-內分泌系統通過釋放大量體液介質發揮作用，如交感性兒茶酚胺、胰高血糖素、胰島素、生長激素、甲狀腺素、性腺激素等；此外，神經-內分泌系統調節免疫細胞功能，參與危重癥發展過程。

嚴重感染或組織創傷刺激自主神經系統、內分泌系統和免疫系統，釋放大量體液介質。在危重病不同階段大致作用如下：①強烈的微血管收縮（兒茶酚胺、血管緊張素Ⅱ、血栓素A₂、心肌抑制因子等）；②引起微血管擴張（組織胺、激肽、β內啡肽、前列腺素E、前列環素等）；③促進血小板聚集和微血栓形成（5-羥色胺、TXA₂等）；④增加血管通透性（組織胺、緩激肽、前列腺素、乙酰膽堿等）；⑤直接損傷細胞，導致多臟器功能衰竭。神經-內分泌系統應激分泌的體液介質受藍斑-交感-腎上腺髓質系統、下丘腦-垂體-腎上腺皮質系統、下丘腦-垂體-生長激素軸/甲狀腺素軸/性腺軸調控。

一、藍斑-交感-腎上腺髓質系統

（一）基本單元及效應

1.基本組成單元

藍斑-交感-腎上腺髓質系統是應激時快速響應系統，其中樞整合部位位于腦橋藍斑。藍斑是中樞神經系統應激最敏感的部位，其中去甲腎上腺素能神經元具有廣泛的上、下行纖維聯系。其上行纖維主要投射至杏仁復合體、海馬、邊緣皮質及新皮質，是應激時情緒變化、學習記憶及行為改變的結構基礎。藍斑中腎上腺素能神經元的下行纖維主要分布于脊髓側角，調節交感神經張力及腎上腺髓質中兒茶酚胺的分泌。

2.中樞效應

應激時藍斑-交感-腎上腺髓質系統興奮、警覺及緊張、焦慮等情緒反應，與腦區中去甲腎上腺素釋放有關。

3.外周效應

應激時藍斑-交感-腎上腺髓質系統的外周效應主要表現為血漿中腎上腺素、去甲腎上腺素及多巴胺等迅速升高。多種應激原可激活該系統，使各種組織、血液及尿液中兒茶酚胺水平升高。低溫、休克、缺氧可使血漿去甲腎上腺素升高10～20倍，腎上腺素升高4～5倍；失血性休克時血漿腎上腺素濃度可升高50倍，去甲腎上腺素可升高10倍。應激原性質、強度、作用時間及個體差異，兒茶酚胺類物質變化幅度可有差異，其恢復至正常水平的時間亦不同。大面積燒傷患者在燒傷半個月后，尿中兒茶酚胺排出量仍高達正常人的7～8倍。應激時腎上腺髓質中酪氨酸羥化酶、多巴胺β-羥化酶及苯乙醇胺N-甲基轉移酶等兒茶酚胺生物合成酶基因表達增加，促進其生物合成速度明顯增加，釋放增加。

兒茶酚胺經Ca2+依賴通道釋放入血，與α₁-腎上腺素能受體、α₂-腎上腺素能受體和β-腎上腺素能受體結合發揮不同的生物學效應。腎上腺素能受體與不同的G蛋白偶聯，經Gi抑制或Gs激活環腺苷單磷酸/蛋白激酶A（cAMP/PKA）途徑，調節下游靶蛋白的磷酸化；經Gq受體刺激肌醇 1，4，5-三磷酸 /二酰基甘油（IP3/DAG）途徑，開放內質網Ca2+通道，增加Ca2+水平。兒茶酚胺增加有助于改善休克狀態下的心肌衰弱或血管麻痹，但是持續高水平兒茶酚胺會對免疫、代謝和凝血等方面器官損害。重癥腸道病毒71型感染手足口病患者進行血液濾過/透析后，可顯著降低腎上腺素、多巴胺水平，改善患者體溫、心率、收縮壓、左室射血分數和心排血指數。

（二）應激時兒茶酚胺水平升高的防御代償意義

1.心血管興奮作用

交感興奮及兒茶酚胺釋放可使心率加快，心肌收縮力增強，心輸出量增加；由于外周血管中受體分布密度的差異，兒茶酚胺除使血壓上升外，還導致血液重新分配，使心、腦等重要器官的血液灌流得到保證，而腸道血液灌注降低；在休克等的應激反應中，骨骼肌的血流量亦明顯減少。

2.呼吸影響

兒茶酚胺引起支氣管擴張，有利于增加肺泡通氣量，以滿足應激時機體對氧的需求。

3.代謝影響

兒茶酚胺通過興奮α受體而使胰島素分泌減少，通過興奮β受體而使胰高血糖素分泌增加。肝臟糖原分解增加、糖異生增強、生酮作用增強致血糖升高，細胞因子合成增加；肌肉組織內糖酵解增強、乳酸釋放增加；而脂肪組織內脂肪動員增強，使血漿中游離脂肪酸增加，從而滿足應激時機體增加的能量需求。

4.其他激素分泌影響

兒茶酚胺還可促進促腎上腺皮質激素（ACTH）、生長激素、腎素、促紅細胞生成素及甲狀腺素等分泌，以便更廣泛地動員機體應對應激。

（三）應激時強烈持續的兒茶酚胺水平升高的潛在危害

1.持續血管收縮的影響

腹腔內臟血管的持續收縮可導致腹腔內臟器官缺血，胃腸黏膜的糜爛、潰瘍、出血；胃腸血流灌注不足，也會導致胃腸道缺血缺氧，加劇胃腸功能障礙。

2.外周小血管的長期收縮可使血壓升高

可能是精神、心理應激誘發高血壓的重要機制。

3.對凝血功能的影響

交感神經興奮促進血管假性血友病因子和Ⅶ 因子產生，增強血小板活化、聚集和分泌功能，促進血栓快速形成；此外，兒茶酚胺可使白細胞數及纖維蛋白原濃度升高，從而增加血液黏滯度，促進血栓形成；這可能與危重患者并發心血管疾病有關。

4.心率增快

心肌耗氧量增加，導致心肌缺血。

二、下丘腦-垂體-腎上腺皮質系統

位于腦橋藍斑的去甲腎上腺素能神經元釋放去甲腎上腺素后，刺激室旁核神經元上的α-腎上腺素能受體，使下丘腦室旁核分泌促腎上腺皮質釋放激素（corticotrophin releasing hormone，CRH）增多，啟動下丘腦-垂體-腎上腺皮質軸的活化。選擇性損傷去甲腎上腺素能神經元的上行通路、抑制去甲腎上腺素的合成或采用α-腎上腺素受體阻斷劑可阻止某些應激原對下丘腦-垂體-腎上腺皮質軸的興奮作用，使下丘腦CRH釋放減少，垂體的ACTH及腎上腺皮質類固醇生成減少。

（一）基本組成及效應

1.基本組成

下丘腦-垂體-腎上腺皮質軸（hypothalamic pituitary adrenal axis，HPA）主要由下丘腦的室旁核（PVN）、腺垂體及腎上腺皮質組成。室旁核作為該神經內分泌軸的中樞部位，其上行神經纖維與邊緣系統的杏仁復合體、海馬結構及邊緣皮層有廣泛的往返聯系，下行神經纖維則通過CRH控制腺垂體ACTH的釋放，從而調控腎上腺糖皮質激素（GC）的合成和分泌。同時，室旁核CRH的釋放也受到腦干藍斑中去甲腎上腺素能神經元的影響。

2.中樞效應

應激時HPA軸興奮產生明顯的中樞效應，如抑郁、焦慮及厭食等情緒行為改變，這些效應主要由CRH分泌增多引起。此外，CRH還可促進內啡肽的釋放，并促進藍斑中去甲腎上腺素能神經元的活性，使HPA軸與藍斑-交感-腎上腺髓質軸交互作用。

3.外周效應

應激時HPA軸興奮的外周效應主要由糖皮質激素（glucocorticoid，GC）引起。正常人GC分泌量為25～27mg/d，應激時GC分泌量迅速增加。如外科手術后，GC分泌量可增加3～5倍，達到或超過100mg/d。若應激原已排除（如手術完成且無并發癥），血漿GC可于24小時內恢復至正常水平；如應激原持續存在，則GC濃度可持續升高；如大面積燒傷患者，血漿GC濃度增高可維持2～3個月。臨床可測定血漿皮質醇濃度及尿中17-羥類固醇排出量來判斷應激的強度或術后并發癥的存在。

GC作用是由糖皮質激素受體（GCR）介導，GCR包括α和β兩個亞型。GC與GCR-α結合促進其入核，皮質醇-GCR-α復合物通過直接結合 GC 反應元件（glucocorticoid responsive elements，GREs）啟動轉錄活化或抑制GC靶基因；而GCR-β可抑制 GCR-α活性，雖然不與GC直接結合，但是可以降低GC的作用效果，導致細胞的GC抵抗。危重癥患者入ICU時白細胞中GCR表達升高，而13天后白細胞中GCR表達下調，但皮質醇水平依然較高，這種相關性分離現象常提示應激反應異常。

（二）GC分泌增多具有重要的防御代償意義

1.代謝應激作用

GC促進蛋白質分解及糖原異生，補充肝糖原儲備；同時，GC通過降低肌肉組織對胰島素的敏感性而抑制外周組織對葡萄糖的利用，提高血糖水平，保證重要器官的葡萄糖供應；保證兒茶酚胺及胰高血糖素的脂肪動員作用。

2.循環穩定作用

GC并不導致心肌及血管平滑肌收縮，但對維持兒茶酚胺發揮其對心血管活性調節作用至關重要，是其必要因素。

3.穩定細胞膜及溶酶體膜作用

GC能誘導產生分子量為40～45kD的巨皮質素（macrocortin），又稱脂調蛋白（lipomodulin）。巨皮質素能抑制磷脂酶A₂的活性，故可減少膜磷脂的降解，減少花生四烯酸、前列腺素及白三烯的生成，對細胞發揮保護作用。

4.具有強大的抗炎作用

GC的抗炎作用早被公認，被廣泛應用。GC可抑制多種促炎癥介質的產生，并誘導多種抗炎介質的產生。目前已知受到GC調控的因子，見表1-3。

（三）應激時GC持續增高的不利影響

1.免疫反應受抑

動物實驗發現各種嚴重應激時，動物的胸腺細胞凋亡，胸腺萎縮，淋巴結縮小。在臨床患者及動物實驗均觀察到，慢性應激后多種細胞因子及炎癥介質生成減少，免疫力下降，易并發感染。

2.生長發育遲緩

慢性應激時由于CRH的作用使生長激素分泌減少，由于GC增高而使靶細胞對胰島素樣生長因子（IGF-1）產生抵抗，從而導致生長發育遲緩，傷口愈合不良等。

3.甲狀腺受抑

GC可抑制促甲狀腺素釋放激素（TRH）及促甲狀腺素（TSH）的分泌，并阻礙T₄在外周轉化為活性更強的T₃。

4.行為改變

如抑郁癥、異食癖及自殺傾向等。

三、下丘腦-垂體-甲狀腺素軸

危重癥患者出現甲狀腺激素水平改變，而甲狀腺本身無器質性病變稱之為非甲狀腺病態綜合征（nonthyroidal illness syndrome，NTIS），也 稱 為正常甲狀腺病態綜合征（euthyroid sick syndrome，ESS）或低 T₃綜合征（low T3 syndrome）；流行病學資料顯示NTIS在危重癥患者中的發生率為60%～70%，以低T₃型多見。研究發現，膿毒癥患者血清甲狀腺素水平與膿毒癥病情危重程度呈負相關，病情越嚴重，血清 TT₃、fT₃、TT₄、FT₄越低，急性生理與慢性健康評分（acute physiology and chronic health evaluation Ⅱ，APACHE Ⅱ）評分越高。此外，多項研究表明，合并NTIS的膿毒癥患者病情進展更快、病死率更高，且需要更長的住院時間和治療費用。

1.基本組成單元

下丘腦-垂體-甲狀腺軸（HPT）是指下丘腦、垂體以及甲狀腺這三者連接的部位，是促進甲狀腺激素分泌的關鍵所在。甲狀腺激素調節機體基礎代謝，在控制炎癥、保護器官功能方面發揮重要作用。

2.外周效能

危重癥急性期甲狀腺激素水平降低是機體自身保護機制之一。甲狀腺激素下降可減少機體能量消耗，外周血TSH、T₃和T₄水平恢復正常是疾病轉歸的標志。在盲腸結扎穿孔誘導膿毒癥動物模型中發現，補充T₃可以減少抗凝血酶Ⅲ的減少，改善微循環凝血功能；給予甲狀腺素干預可以降低膿毒癥動物模型的病死率。目前，臨床上甲狀腺激素干預是否能改善機體代謝、維持血流動力學穩定、改善器官功能尚存有爭議。

四、下丘腦-垂體-生長激素軸

1.基本組成單元

下丘腦-垂體-生長激素軸（HPGH）包括生長激素釋放激素（growth hormone releasing hormone，GHRH）、生長激素（growth hormone，GH）和胰島素樣生長因子（insulin-like growth factor，IGF）。GH 由 腺 垂 體 分 泌，主 要受下丘腦分泌的GHRH和生長激素抑制激素（somatostatin，SS）的調節。

2.中樞效應

HPGH軸影響生長發育、睡眠、認知功能、情緒等，GH的夜間分泌與睡眠和作息周期有關。

3.外周效應

危重癥發生幾小時后GH血清濃度開始升高，表現為急性期GH分泌的峰值有所增加且頻次增多，這一現象在危重癥發生1周后消失。GH分泌降低與下丘腦功能受損和胃饑餓素活性形式缺乏有關。危重癥時肝臟GH受體功能受到抑制，導致循環中IGF-1，IGF結合蛋白3（IGFBP-3）和GH結合蛋白（GHBP）水平低，引發脂肪分解、胰島素拮抗和免疫激活，表現為合成代謝受抑制，分解代謝持續狀態，機體處于消耗狀態。生長激素釋放肽（growth hormone releasing peptide，GHRP）或者GHRP聯合GHRH可喚醒危重患者的GH分泌峰值波動。

五、其他體液介質

除了以上體液介質之外，危重癥伴隨β-內啡肽、胰高血糖素、抗利尿激素（ADH）、醛固酮等顯著升高，而胰島素、促性腺激素釋放激素（GnRH）、促黃體生成激素（LH）及卵泡刺激素（FSH）等性腺激素顯著下調。

1.β-內啡肽

β-內啡肽（β-endorphin）主要在腦垂體合成，亦在全身其他組織表達。多種應激原（如創傷、休克、嚴重感染等）均能引起血漿β-內啡肽明顯升高，達正常的5～10倍。β-內啡肽的升高程度與ACTH平行，因為兩者均為其共同前體前阿黑皮質素原的衍生物，都在下丘腦CRH的刺激下釋放，亦受血漿GC水平的反饋調節，輸注β-內啡肽可使血漿中ACTH及GC水平降低，而輸注阿片受體拮抗劑納洛酮（naloxone）則使ACTH及GC水平升高。β-內啡肽在應激反應的調控中發揮重要作用。一方面，它抑制ACTH與GC的分泌，可避免應激時下丘腦-垂體-腎上腺皮質（HPA）的過度興奮；另一方面，它亦能抑制交感-腎上腺髓質系統的活性，使血壓降低，心輸出量減少及心率減慢，避免交感-腎上腺髓質系統的過度興奮；但β-內啡肽過度抑制心血管系統也可導致休克發生。此外，β-內啡肽具有很強的鎮痛作用，可誘導患者產生興奮及愉快的感覺，這可減輕創傷患者的疼痛，緩解因疼痛誘發的其他不良應激反應。

2.胰島素

應激時交感-腎上腺髓質系統興奮，兒茶酚胺作用于胰島β細胞上的α受體而抑制胰島素的分泌，使得血糖水平明顯升高，有利于滿足機體在應激時增加的能量需求。危重患者目標血糖控制在110～180mg/dl較為合適，而給予連續靜脈胰島素輸注是控制血糖的較好的方法。一項兒童危重癥遠期生活質量研究發現，血糖控制在 80～100mg/dl（4.4～5.5mg/dl）和 150～180mg/dl（8.3～10mg/dl）適應性技能無差異，而高血糖目標管理組患者的生活質量總體健康指數顯著高于低血糖目標管理組。

3.胰高血糖素

交感-腎上腺髓質系統興奮分泌兒茶酚胺作用于胰島α細胞上的β受體而使胰高血糖素分泌增加，使血糖水平升高。此外，研究發現危重癥患者給予氨基酸營養增加機體胰高血糖素水平，動物實驗證實，胰高血糖素水平升高促進氨基酸分解代謝，中和胰高血糖素可以抑制肝臟氨基酸分解代謝，對血糖無持續影響，可逆轉危重癥誘導的低氨基酸血癥；故高胰高血糖水平是危重癥低氨基酸血癥的主要原因。

4.抗利尿激素

情緒緊張、運動、手術、創傷、感染及休克等應激原均可引起抗利尿激素（antidiuretic hormone，ADH）的分泌增多。抗利尿激素分泌失調綜合征（syndrome of inappropriate antidiuretic hormone secretion，SIADH）是指由于多種原因引起的內源性ADH（即精氨酸加壓素AVP）分泌異常增多，從而導致水潴留、尿排鈉增多及稀釋性低鈉血癥等有關臨床表現的一組綜合征。SIADH 診斷依據可參考尿滲透壓 ＞ 100mOsm/kg、尿鈉大于30mmol/L，等容量性血漿低滲透壓（＜ 275mOsm/kg）。

5.醛固酮

應激時交感-腎上腺髓質系統興奮可使腎血管收縮而激活腎素-血管緊張素-醛固酮系統，使血漿醛固酮水平升高。上述變化均可導致腎小管對鈉、水重吸收增多，尿量減少，有利于應激時血容量的維持。持續腎素-血管緊張素-醛固酮會導致血壓升高，對心血管功能產生不利影響。EV71感染重癥手足口病患者機體經靜-靜脈連續性血液濾過透析可顯著降低血管緊張素Ⅱ、醛固酮、血漿腎素，進而改善心血管功能。

6.性腺激素

危重癥初期機體性腺激素水平下降。男性中，睪丸激素水平下降，隨著患病時間延長，睪酮水平進一步下降；女性性腺激素水平，如雌激素和黃體酮在應激條件下水平降低。雌激素和黃體酮缺乏癥被認為是一個中樞性腺軸被抑制的后果。創傷性腦損傷和失血性休克動物模型中補充雌激素具有保護作用，但缺乏相關臨床研究。同樣，雄激素應用對危重癥無臨床受益表現。性腺激素在危重癥發生發展中的作用和機制仍需進一步研究。

六、免疫學說

神經-內分泌系統分泌大量體液介質調控能量代謝、穩定循環之外，對免疫系統和免疫細胞功能的調控在危重癥發生發展中也起到了重要作用。神經-內分泌激素通過作用于免疫細胞膜上的受體而調節免疫反應（表1-4），其中，GC與兒茶酚胺的大量釋放對免疫系統具有強烈抑制作用。免疫反應在危重癥發生發展中扮演重要角色，近年來免疫病理生理的發展推進了這一領域的認識。

（一）免疫激活與免疫抑制

免疫系統急性應激時，機體非特異性免疫反應常有增加，如外周血中性粒細胞數目增多，吞噬活性增強，補體系統激活，C反應蛋白（CRP）增多，細胞因子、趨化因子及淋巴因子等釋放增多等，炎癥因子風暴是炎癥反應的早期表現。隨著對機體免疫反應的深入認識，危重癥患者后期免疫功能進入麻痹狀態。研究發現：膿毒癥患者外周血單核細胞體外脂多糖（LPS）刺激其腫瘤壞死因子（TNF-α），IL1和 IL6水平降低，提示固有免疫功能的改變；淋巴細胞凋亡提示細胞免疫功能受損。2000年Munford等提出免疫抑制的概念。研究證實免疫抑制與巨噬細胞M₂極化、T細胞耗竭、NK細胞活性下降、骨髓來源抑制細胞增多、未成熟抑制性中性粒細胞和初級淋巴器官的免疫功能改變有關。中性粒細胞的延遲凋亡，分泌IL-10，介導免疫抑制；單核、巨噬細胞或者DC細胞上HLA-DR的表達減少，抗原遞呈能力降低；DC細胞數量減少損害B細胞和T細胞的功能，導致免疫抑制。細胞免疫方面，CD4+、CD8+ T 細胞和B細胞凋亡致數量減少，Treg細胞比例增加；而存活的CD4+、CD8+ T細胞也傾向于從Th1的促炎表型向Th2的抗炎表型轉移，PD-1表達增加，炎癥因子分泌降低，導致T細胞耗竭。

（二）固有免疫記憶

固有免疫記憶是指固有免疫細胞首次接觸病原后的功能重編程，當二次病原刺激時表現出免疫功能增強的“免疫記憶型”或者免疫功能低下的“免疫耐受型”；這一概念提出引起固有免疫記憶對改善免疫狀態的重視。人體感染單皰疹病毒、卡介苗疫苗介導固有免疫記憶，保持高水平IFN-γ和巨噬細胞活化，能抵抗李斯特菌和鼠疫桿菌的再次感染；染色質重構和組蛋白賴氨酸H3K4me3（trimethylation of histone H3 at Lys4）、H3K4me1（monomethylation of histone H3 at Lys4）和 H3K27ac（acetylation of histone H3 at Lys27）在啟動子區域和增強子區域的修飾與固有免疫記憶形成有關；確定了固有免疫記憶在膿毒癥免疫學病理生理中的重要地位。β-葡聚糖誘導單核細胞分化為巨噬細胞，并能長期維持其分泌炎性因子和殺菌的效能，通過改變組蛋白修飾實現轉錄再激活，逆轉LPS誘導的固有免疫細胞耐受。最新研究報道：經盲腸結扎穿孔（CLP）制備C57小鼠膿毒癥模型，3個月之后對存活小鼠的骨髓幼稚單核細胞及骨髓造血干細胞分析發現，均表現出“免疫記憶”表型，且糖酵解能力增強；這重新定義了人們對膿毒癥后期免疫抑制的認識，為預防二次感染、改善膿毒癥患者后期免疫抑制開啟了新的研究視野。

（三）代謝表觀遺傳學與免疫記憶

H3K4me1、H3K4me3和 H3K27ac這 些 發 生在組蛋白賴氨酸的甲基化和乙酰化修飾與細胞的代謝途徑密切相關。組蛋白賴氨酸甲基轉移酶（histone lysine methyltransferases，KMTs）利用 S-腺苷蛋氨酸（S-adenosylmethionine，SAM）作為甲基供體，去甲基化酶（histone lysine demethylases，KDMs）如KDM1、KDM2-KDM8 家族成員需要黃素腺嘌呤二核苷酸（flavin adenine dinucleotide，FAD）和α-酮戊二酸（α-ketoglutarate，α-KG）實現去甲基化。細胞內乙酰輔酶A（acetyl-coA）水平降低、NAD+水平增加激活Sirtuin組蛋白去乙酰化轉移酶，導致組蛋白乙酰化水平降低，導致免疫抑制；而代謝活性增強使得琥珀酸水平增加，一方面抑制α-KG介導去甲基化修飾，另一方面穩定HIF-1α，提高細胞的免疫反應。

（王春霞　張育才）