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内毒素血症在重型肝炎发病中的地位

聂青和
作者单位:710038 西安市 第四军医大学唐都医院全军感染病诊疗中心
一个世纪前,Pfeiffer首先提出“内毒素”一词,是指革兰阴性细菌培养滤液中具有生物活性的稳定物质。广义地讲,内毒素是指革兰阴性细菌细胞壁的外部结构而言,其化学成分是磷脂-多糖-蛋白质复合物。进一步研究表明,内毒毒的主要成份是脂多糖(LPS),所以现认为LPS即为革兰阴性细菌的内毒素。LPS是一个复杂的大分子,含有与多糖共价结合的脂类,即类脂A (LPS的“毒力中心”)。
关于内毒素与肝损害关系的研究已持续多年。目前已公认,内毒素血症与肝损害可互为因果,从而对肝病的发生发展产生重要影响。据文献报道,内毒素血症在肝病中的发生率为:重型肝炎64%~100%;失代偿期肝硬化46.5%~75.9%;代偿期肝硬化23.5%;急性病毒性肝炎36%[1]。近年来在内毒素所致肝损害机制及其防治的方面取得较大进展,许多问题得到共识。
一、重型肝炎时肠道内毒素吸收异常的因素
更多的证据显示重型肝炎时肠道是各种病理情况下败血症的源泉,易位的细菌、内毒素可引起一系列链锁反应,最终导致机体全面的炎症应答反应。重型肝炎时肠道内毒素吸收异常可能与下列因素有关[2]。
(一)肠道微生物易位 各种病理情况下,如严重烧伤、长期静脉营养、蛋白质摄取不足以及必需脂肪酸缺乏等,肠道细菌可穿过上皮屏障,进入肠系膜淋巴结和其它远处器官,这一过程称细菌易位。肠道中细菌、真菌、某些病毒以及内毒素等均可易位,即微生物易位。动物试验发现许多因素可促进微生易位。肠粘膜营养障碍、上皮细胞萎缩、脱落及溃疡形成引起肠粘膜屏障受损,宿主免疫功能下降,尤其是肠道局部免疫缺陷,肠道内菌群失衡或细菌过度生长均可使内源性细菌或内毒素溢出肠管。对细菌和内毒素易位所做的许多研究发现[3],病理状态时的易位多发生于大肠,这与大肠是机体最大的细菌内毒素储库以及肠腔内粪块、气体对肠粘膜细胞有一定压力等因素有密切关系。慢性肝病、重型肝炎和肝硬化时,在无感染状态下患者多单独出现内毒素血症,即通常所说的肠源性内毒素血症,而不伴细菌入侵增加,故肝病时存在内毒素吸收机制异常。
(二)肠道粘膜屏障损害 慢性重型肝炎、肝硬化伴门脉高压时,患者肠粘膜淤血、水肿、粘膜下微血管病变与内毒素吸收增加有关。在小鼠肠管内放入野生型的突变型LPS,结果发现有碳链的野生型LPS可引起肠管水肿,肠上皮细胞内黄嘌呤氧化酶活性增加,肠壁通透性也增加,可能与野生型LPS激活细胞内黄嘌呤氧化酶有关,与类脂A部分结合的药物可阻止内毒素诱导的肠壁通透性增加,间接证实了内毒素可能通过主动转运进入细胞[4]。
最近的研究发现超出生理范围的内毒素可增加肠壁通透性,促进细菌易位,但内毒素吸收途径,即通过肠上皮细胞或细胞间紧密连结吸收尚有争议。
(三)肠道菌群失调 临床及实验研究发现长期胃肠道外营养,肠管上皮细胞萎缩、抗生素等引起的肠内菌群紊乱、粘液产生低下,胆汁中IgA下降,淤血、血压低均可促进肠壁对内毒素吸收增加。
慢性肝病、重型肝炎或肝硬化患者可能有肠道内菌群紊乱或伴小肠细菌过度生长。近期一项研究表明肝硬化肠道内厌氧菌减少,有害菌如大肠杆菌等明显增加,且肝功能损害越重(Child-Pugh C级患者)肠道菌群紊乱尤为明显[5]。肝硬化患者肠道菌群紊乱与门脉高压所致的胃肠道瘀血、肠腔内胆盐缺乏有利于有害菌生长等有关。重型肝炎、肝硬化患者血浆内毒素水平与大肠杆菌量的关系呈相关性,革兰阴性需氧杆菌大量繁殖是引起重型肝炎、肝硬化肠源性内毒素血症的一个重要因素。
二、内毒素损害肝脏的机制
内毒素所致损害的机制较为复杂,涉及多种因素及多种病理生理过程,但仍有许多环节未阐明。现将有关研究概况介绍如下。
(一)肝微循环障碍 LPS所致肝损害的突出特点是肝内微循环障碍,表现为肝脏出血性坏死,病理上可见肝窦内纤维素血栓形成和红细胞淤集。
临床上注意到肝部分切除术后易发生急性肝坏死。有研究认为,术后发生的肝再生和增殖,使机体处于Shwartzman反应的预备阶段,在受LPS作用后,可发生大片肝坏死。目前LPS所致肝微循环障碍的机制为:①当机体处于Shwartzman反应的预备阶段时激发该反应;②LPS直接作用肝窦内皮细胞及肝内微血管,并激活内凝系统;③LPS通过刺激枯否氏细胞,释放肿瘤坏死因子(TNF)、血小板活化因子(PAF)、白三烯(LTS)及前凝血质等,进一步作用于肝窦内皮细胞及微血管,激活内凝系统。有关枯否氏细胞及其介质在LPS所致肝微循环障碍中的作用尤其受到重视[6]。
(二)肝细胞毒性作用 由于受到体内多种因素的影响,有关LPS对肝细胞的直接作用不易阐明。过去多从LPS的生物学活性加以推测,近年来则在培养肝细胞中进行了LPS毒性作用的研究。有报道LPS单独或与D-半乳糖胺(D-Ga1N)共同作用下可见明显肝细胞损害。还发现LPS可引起体外肝细胞形态及功能变化,如肝细胞中的圆形细胞增多且粘附功能消失,同时已糖摄取减少;肝细胞3H———高氨酸整合降低;23KD蛋白质合成增多;细胞色素P450水平降低等。上述结果表明LPS对肝细胞有直接损害作用,其毒性程度一般与LPS剂量呈正比,也与LPS的种类有关。
已证实肝细胞也参与了LPS的摄取,加上LPS对肝细胞直接作用的证据,提示肝细胞膜上可能有LPS受体。肝细胞膜上LPS受体的发现,有助于进一步研究LPS对肝细胞直接作用的机制[7]。
(三)肝非实质细胞及其介质的作用 目前大多数学者认为,肝非实质细胞在LPS所致肝细胞损害中起关键作用。已发现给大鼠中毒剂量的LPS而可致肝内枯否氏细胞及肝窦内皮细胞数量急剧增多。一般认为,在肝非实质细胞中上述两种细胞作用较为重要。
1·巨噬细胞及其介质 肝内的巨噬细胞包括定居的枯否氏细胞及渗出的巨噬细胞。枯否氏细胞在LPS所致损害中具有双重作用。它一方面具有清除LPS的功能;另一方面又可被
LPS激活,通过多种途径,引起肝细胞损害。因此,LPS所致损害与枯否氏细胞保护功能降低及过度激活有关。
(1)保护功能降低 枯否氏细胞在清除LPS中的重要性主要根据以下三点:①肝病的内毒素血症多为肠源性,这些肠源性LPS都要经过枯否氏细胞的处理,肠源性LPS与肝衰竭密切有关;②已证明肠源性LPS主要由枯否氏细胞吞噬;③枯否氏细胞对LPS的结合量远较其它巨噬细胞为多,其吞噬的LPS的量也最大。
近年来的有不少研究报道关于一氧化氮(NO)及其代谢产物在机体对LPS的反应中的作用。主要发现是,在肝细胞枯否氏细胞混合培养时加入LPS,可生成大量左旋精氨酸,在氧化酶作用下进一步转化为NO,后者的终产物是瓜氨酸及硝酸盐/亚硝酸盐(NO-2/NO-3),它们能抑制细胞线粒体呼吸,减少ATP生成,从而在转译后水平抑制蛋白质的合成。这种细胞功能的下调作用有助于细胞渡过低氧症等应激期。用NO生成抑制剂可抑制LPS诱发的NO代谢产物生成,同时加重肝损害程度[8]。NO对肝细胞的保护作用,是因为它能调节局部灌流,抑制低血流量下的血小板聚集,并与超氧化物结合,形成无毒代谢产物NO-3,从而使细胞避免氧自由基所致损害。
在有关枯否氏细胞对LPS的吞噬解毒作用的研究结果提示,肝硬化组的肝坏死与肝的单核-吞噬细胞系统功能显著降低有关,补充纤维连接蛋白则有助于增强该系统功能,从而降低病死率。
Shibayama等对小鼠进行门静脉结扎,发生严重肝坏死及肝功能不全,但病死率仅14%,肝损害于1周后恢复。然而,在门静脉结扎后立即注射LPS,则病死亡高达86%,死因为循环衰竭。如门静脉结扎后1周注射LPS,则仅有显著肝功能不全及肝坏死,而无死亡者。认为门静脉结扎仅引起暂时门静脉阻断,机体可通过门静脉-循环系统短路形成而得到代偿。由于枯否氏细胞功能降低,不能消除LPS,而致内毒素血症是死亡的重要原因。
(2)过度激活 在病理形态学方面,对动物注射LPS后,发现渗出的巨噬细胞分布于肝小叶,且其分布与肝细胞坏死区域相一致。与枯否氏细胞相比,此类巨噬细胞更大,伪足伸出更明显,高度空泡化,浆核比例增大。受LPS刺激后的枯否氏细胞和巨噬细胞(尤其是新的巨噬细胞)在吞噬、化学趋化、细胞毒及代谢等功能方面均明显增强,并可释放大量中间介质,其中细胞因子有TNF、IL-1、IL-6、LTs和PAF等。目前认为,上述毒性分泌产物是肝损害的重要原因[9]。
最近,与LPS有关的另一介质———PAF受到注意。PAF主要由枯否氏细胞及血管内皮细胞合成。有报道,以丙酸菌加LPS可致小鼠急性肝坏死,同时给了PAF拮抗剂可使肝细胞凝固性坏死减轻。PAF是LPS所致门静脉高压的重要原因。已知PAF可广泛结合于门静脉周围的微血管系统;枯否氏细胞具有PAF的特异性受体,结合后可致花生四烯酸释放及花生酸生成。这两点可能是PAF导致门静脉压增高的原因。鉴于慢性或严重肝病时肠源性LPS首先经门静脉入肝,可能是此类患者常见门静脉高压的原因之一。
2·肝窦内皮细胞及其介质 最近研究表明,肝窦内皮细胞在LPS所致肝损害中也有重要作用。已发现血管内皮细胞受巨噬细胞生成的细胞因子刺激后,可发生增殖并生成超氧化物阴离子、IL-1和IL-6等。内皮细胞受炎症介质刺激,还可释放花生酸、PAF、反应性氧中间介质、纤维蛋白溶酶原活化因子及溶酶体等,它们又反过来调节微血管的生长和完整性。
三、重型肝炎肠源性内毒素血症的防治
目前对内毒素血症尚缺乏特效药物,临床上多采用综合措施[10]。肠源性内毒素血症的综合措施包括:①减少肠腔内毒素的产生:清洁肠道,可用抗生素如甲硝唑,新霉素等。微生态制
剂或乳果糖调节肠道菌群,扶持厌氧菌生长,减少有害菌比例;②积极减少合并的革兰阴性菌感染;③减轻胆汁淤积(思美泰等);④增强肝脏的解毒机制;⑤保护肝细胞(甘利欣,美能等);⑥LPS单克隆抗体研制及应用等[11]。
(一)增强机体对LPS的抵抗力 措施包括诱导机体对LPS产生耐受性,以LPS核心多糖进行自动免疫或使用溶酶体酶稳定剂(如糖皮质激素)。在给丙酸菌后至LPS使用之前予以抗溃疡药物iroglandine maleate可显著提高存活率,减轻血清ALT及肝组织学改变程度。
(二)减少肠道LPS的产生和吸收 使用新霉素、巴龙霉素等抑制肠道革兰阴性菌的繁殖,以减少肠源内毒素的生成;可用消胆胺、活性炭或白陶土等吸附并阻止内毒素吸收。
(三)调节巨噬细胞的效应物 针对巨噬细胞的主要效应物自由基、LTs、TNF及PAF等,分别采用抗氧化剂、LTs抑制剂、TNF抗体及PAF拮抗剂等。
(四)LPS单克隆抗体的研究及应用 在抗LPS的治疗研究中LPS单克隆抗体的研究是一个焦点。正如前述,由于不同病原体的LPS核心区及类脂A结构高度保守,易于制备相应抗体,通过被动免疫进行交叉保护。80年代采用大肠杆菌J5突变株免疫健康成人,获取所需的抗血清,将其用于防治革兰阴性菌菌血症及脓毒血症等方面,取得良好疗效[12]。1992年已开始将LPS McAb用于合并内毒素血症的肝病患者。Manthous等将LPSMcAb HA-1A用于治疗1例无明确感染灶而出现低血压休克的FHF患者,结果肝功能改善,病情好转。但该血清有一定毒副反应,且只能使用一次,抗体效价不稳定,使其应用受限。
(五)杀菌/渗透力增强蛋白(BPIP) BPIP为早期PMNs中的一种蛋白质,分子量为60kD,在细胞脱颗粒时释放入血。它对革兰阴性菌有选择性毒性作用,近年来还发现它能结合LPS,
抑制LPS对PMNs的诱导作用。已发现将BPIP注入动物体内能有效地防止内毒素血症的发生[13]。现已有基因重组BPIP产品出售,其确切疗效有待进一步验证。
参 考 文 献
1 聂青和.肝硬化与内毒素因症.见:周永兴主编.现代肝硬化诊疗学.第一版,北京:人民军医出版社,2000.154~166
2 Leifeld L, Dumoulin FL, Purr I,et al.Early up-regulation of  chemokine expression in fulminant hepatic failure.J Pathol,2003,199∶335~344
3 聂青和,李梦东.肝细胞死亡的类型与机理.见:顾长海,王宇明主编.急性肝衰竭.第一版,成都:四川科学技术出版社,1997.72~79
4 Iwaki T,Sugimura M,Nishihira J,et al.Recombinant adenovirus vector bearing antisense macrophage migration inhibitory factor cDNA prevents acute lipopolysaccharide-induced liver failure in mice.Lab Invest,2003,83∶561~570
5 聂青和,李梦东.肝病中的肝细胞凋亡.中华传染病杂志,1997,15∶122~124
6 聂青和.肝细胞坏死.见:顾长海,王宇明主编.肝功能衰竭 第一版,北京:人民卫生出版社,2002.49~66
7 Ogushi I,Iimuro Y,Seki E,et al.Nuclear factor kappa B decoy oligodeoxynucleotides prevent endotoxin-induced fatal liver failure in a murine model.Hepatology,2003,38∶335~344
8 聂青和,王全楚.过氧化酶体β氧化与脂肪性肝炎.肝脏2001,6∶190~192
9 Takada Y,Ishiguro S,Fukunaga K.Large-animal models of fulminant hepatic failure.J Artif Organs,2003,6∶9~13
10 聂青和,陈成伟.病毒性肝炎研究的若干热点.肝脏,2000,5∶239~240
11 刘泽富,聂青和主编.病毒性肝炎的诊断与治疗.第一版,北京:人民军医出版社,2001.539~567
12 Okuyama H,Nakamura H,Shimahara Y,et al.Overexpression of thioredoxin prevents acute hepatitis caused by thioacetamide or lipopolysaccharide in mice.Hepatology,2003,37∶1015~1025
13 WilliamsML.Acute liver failure inUnited States.Semin Liver Dis 2003,23∶217~226
                                                               (收稿:2003-12-08)
                                                                                  (校对:老耆)



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