麻醉与免疫炎症反应

吴水晶 方向明

浙江大学医学院附属第一医院城站院区麻醉科

1 免疫炎症反应

免疫（immunity）——是机体识别自身和外来抗原并且将外来有害抗原清除机体的过程。固有免疫和获得性免疫反应是免疫炎症反应的两个主要组成部分。固有免疫是机体抵抗外来病原体侵入的一线防御系统，主要通过自然杀伤（NK）细胞、单核—巨噬细胞以及中性粒细胞等免疫细胞非特异性的快速识别、结合和杀灭外来病原体，从而发挥免疫防御功能。同时，单核细胞、巨噬细胞和树突状细胞是专职的抗原提呈细胞。当病原体入侵机体后，抗原提呈细胞将外来抗原的MHCII类分子提呈给辅助性T细胞，活化辅助性T细胞，从而发挥免疫效应。

获得性免疫是特异性的免疫应答反应，和固有免疫一起共同参与机体对外来病原体的防御。外来抗原进入机体后，引发机体连锁反应，最终活化淋巴细胞，合成和分泌细胞因子/特异性抗体等效应分子，激活获得性免疫系统。获得性免疫由体液免疫和细胞介导免疫组成。体液免疫主要由活化的B淋巴细胞分泌特异性抗体发挥效应，细胞介导免疫主要由T细胞通过抗原特异性的T细胞受体识别病原体的MHC类分子发挥效应。T细胞主要分为细胞毒性T细胞（Tc）和辅助性T细胞（Th）。Th细胞由祖细胞Th0分化成Th1和Th2。Th1细胞主要分泌IFN-γ，参与细胞介导免疫反应；Th2细胞主要分泌IL-4/IL-10抗炎细胞因子，控制抗体产生，参与体液免疫，能够抑制细胞介导免疫反应，发挥免疫抑制效应。Th1细胞主要在创伤和感染免疫中发挥重要作用，而Tc细胞则主要在肿瘤免疫和清除病毒感染过程中发挥重要作用。

2 围手术期免疫抑制的原因和可能机理

围手术期间的各种操作可以影响免疫炎症反应。目前研究结果已经明确外科手术患者免疫功能处于抑制状态。神经内分泌应激反应活化机体自主神经系统和下丘脑-垂体-肾上腺轴（Hypothalamic-Pituitary-Adrenal Axis，HPA轴）是外科手术患者免疫抑制的主要原因。外科手术应激反应诱导儿茶酚胺（肾上腺素和去甲肾上腺素）、促肾上腺皮质激素、皮质醇激素释放，通过自主神经系统和下丘脑-垂体-肾上腺轴介导免疫功能的抑制效应。单核细胞、巨噬细胞和T细胞表面均表达β2-肾上腺素受体和糖皮质激素受体。儿茶酚胺类激素和皮质醇与相应细胞表面受体结合后可以启动细胞内下游信号，抑制IL-12、IFN-γ等Th1类细胞因子的产生，促进抗炎细胞因子IL-4/IL-10等Th2类细胞因子的生成。适当的Th2类细胞因子可以调节外科创伤诱导的过度的炎症反应，但是过量和失控的Th2类细胞因子的生成将导致抑制机体免疫反应。同时，由于外科手术应激活化的单核细胞、巨噬细胞和淋巴细胞产生的TNF-α、IL-1、IL-6等促炎细胞因子能够激活HPA，通过分泌儿茶酚胺类激素和皮质醇激素负反馈调节炎症反应，抑制机体的免疫功能。

围手术期间麻醉医生对血压的干预、血制品的输注、高血糖、低体温以及术后疼痛等都可以引起围手术期免疫抑制。低体温可以通过活化神经内分泌系统发挥免疫抑制效应。研究表明低体温患者受自主神经调控的体温调节性血管收缩促发的中性粒细胞氧化杀伤功能受损。术后疼痛可以活化HPA，从而抑制机体免疫功能。围手术期高血糖可以引起循环中免疫球蛋白糖基化，使中性粒细胞呼吸爆发过程中可应用的还原型辅酶II（NADPH酶）减少，抑制中性粒细胞的吞噬功能，增加围手术前细菌感染的风险。同种异体血制品的输注引起免疫抑制的机制目前尚不清楚。最新研究表明，同种异体血制品的输注可能引起Th2类细胞因子IL-4和IL-10的产生，从而抑制机体免疫功能。

3 麻醉药物对免疫炎症反应的影响

3.1 吸入麻醉药

许多体内外研究已经证实吸入麻醉药对各种免疫效应细胞存在作用，可以抑制机体免疫效应。最早Welch报道氟烷能够可逆性的抑制中性粒细胞的体外杀菌功能，进一步研究也证实氟烷、恩氟烷、异氟醚、七氟醚均可以抑制活化的中性粒细胞活性氧（Reactive Oxygen Species，ROS）的产生，从而抑制中性粒细胞的氧化杀菌活性。中性粒细胞在内皮细胞上滚动、并最终粘附于内皮细胞需要P-选择素和细胞间粘附分子-1（ICAM-1）的介导，ROS可以诱导P-选择素和ICAM-1的表达，从而促进中性粒细胞和内皮细胞粘附，诱导炎症反应的发生。然而，吸入麻醉药物通过抑制ROS的释放，减少中性粒细胞与内皮细胞的粘附，抑制炎症反应。

吸入麻醉药物还能够调节单核-巨噬细胞的功能。Kotani N等研究表明异氟醚可以降低人肺泡巨噬细胞的吞噬功能；同时，吸入异氟醚可以降低内毒素小鼠支气管肺泡灌洗液中IL-1β等促炎因子的水平。另外有研究表明，吸入异氟醚可以增加一氧化氮（NO）的释放和诱导型一氧化氮合酶（iNOS）的表达，从而发挥抑制炎症反应的作用。同时，Tschaikowsky等研究发现除异氟醚外，其它吸入麻醉药（包括氟烷、恩氟烷和地氟醚）都能够增加LPS和IFN-γ刺激的小鼠巨噬细胞iNOS的表达。但是，也有相反研究结果报道异氟醚或七氟醚可以抑制LPS诱导的鼠巨噬细胞NO的释放。至今为止，还没有吸入麻醉药对单核-巨噬细胞和DC细胞抗原提呈功能影响的研究报道。

自然杀伤细胞（NK细胞）在肿瘤免疫中非常重要，围手术期NK细胞的数量和功能与肿瘤患者的死亡风险密切相关。Woods和Griffiths研究发现氟烷和恩氟烷在体外能够可逆性的抑制NK细胞的活性，并呈剂量依赖性。体内外研究证实氟烷和异氟醚可以抑制IFN-γ诱导的小鼠脾脏NK细胞的细胞毒性作用。研究表明吸入麻醉药抑制NK细胞的活性可能与吸入麻醉药诱导CD8+T细胞产生和活化神经内分泌系统、升高血浆皮质醇水平有关。

大量研究已经表明吸入麻醉药可以抑制淋巴细胞的增殖，同时，可以抑制外周血单个核细胞（PBMC）细胞因子的释放。1%氟烷麻醉5小时的大鼠，其脾脏T细胞的增殖能力明显降低，有丝分裂原诱导表达CD25受体（IL-2）功能受损。氟烷还能够抑制有丝分裂原诱导淋巴细胞IFN-γ的释放。研究表明七氟醚、异氟醚和恩氟烷都能够抑制PBMCs（包括淋巴细胞、NK细胞）合成和释放IL-1β和TNF-γ。虽然目前关于吸入麻醉药抑制淋巴细胞功能的机制尚不是很清楚，但是吸入麻醉药诱导淋巴细胞凋亡在其中发挥着一定的作用。研究已经表明吸入麻醉药可以降低线粒体膜电位，促使线粒体膜释放细胞色素C，干扰MAPK级联信号通路，从而发挥诱导淋巴细胞凋亡效应。

炎性小体（inflammasome）是近年来发现的细胞内的一种多蛋白复合物，在受到外界信号刺激后能激活半胱天冬酶-1（Caspase-1），活化的Caspase-1可调控IL-1β、IL-18和IL-33的加工和分泌，在IL-1β等细胞因子的表达和活化过程中起非常重要的作用，参与调节免疫炎症反应。最新实验室和临床研究提示，吸入麻醉药可能通过调控TNF-α、IL-1β、MCP-1等炎症介质的基因转录、蛋白翻译加工，从而调节炎症反应程度，影响肺损伤的发生发展。研究表明吸入麻醉药七氟醚能抑制LPS刺激的肺泡巨噬细胞产生TNF-α、IL-1β等炎症因子，从而调节肺部免疫炎症反应。本课题组初步研究结果提示七氟醚可以上调A549肺上皮细胞系Caspase-1和IL-1β的表达，炎性小体可能在七氟醚调节肺上皮细胞免疫炎症反应中发挥重要作用。

3.2 静脉麻醉药

目前对于静脉麻醉药物在围手术期炎症反应中研究最多的是丙伯酚。丙伯酚是酚羟基类药物，化学结构与抗氧化剂维生素E相似。许多研究表明丙泊酚可以抑制固有免疫反应中中性粒细胞、单核细胞和巨噬细胞功能，但对NK细胞和淋巴细胞功能没有明显影响。丙泊酚可以通过抗炎反应和抗氧化活性抑制免疫炎症反应，其效应可能部分与其临床制剂中的脂质载体有关。

研究表明丙泊酚可以降低中性粒细胞胞浆内钙离子浓度，从而剂量依赖性地抑制中性粒细胞的趋化活性和ROS产生。Heller A和Krumholz W研究表明临床浓度的丙泊酚可以使中性粒细胞吞噬大肠杆菌和金黄色葡萄球菌功能丧失，但是，其它研究却发现临床浓度丙泊酚对中性粒细胞的吞噬功能无影响。另外一项有趣的研究发现丙泊酚可以减少LPS刺激的中性粒细胞释放IL-18，但是对细胞内IL-18的mRNA水平没有影响，表明丙泊酚在翻译后水平调节IL-18的释放。Heller A和Chen RM研究表明丙泊酚可以使单核细胞和巨噬细胞的化学趋化、呼吸氧爆发和吞噬功能受损，小鼠巨噬细胞化学趋化和呼吸氧爆发功能在丙泊酚去除6～24 h后恢复。丙泊酚降低巨噬细胞线粒体膜电位和ATP的合成是丙泊酚发挥调节巨噬细胞免疫功能的主要机制。研究还表明高浓度的丙泊酚（300μM）可以诱导细胞死亡，然而，30μM浓度的丙泊酚则可以保护NO诱导的小鼠巨噬细胞凋亡和细胞死亡。目前研究表明，丙泊酚对NK细胞活性没有明显影响，不影响健康志愿者淋巴细胞增殖反应，但是能够抑制危重患者B淋巴细胞的增值。研究还表明丙泊酚可以增加PBMCs中Th1/Th2的比例，维持细胞介导的免疫效应，有利于免疫功能不全的患者。

3.3 阿片类镇痛药

阿片类镇痛药具有免疫抑制效应。阿片类药物主要通过与阿片类受体作用、自主神经系统和HPA，共同参与调节免疫功能。目前为止，主要鉴别出4类阿片类受体：δ、κ、μ和σ受体。这些受体不仅分布在HPA等中枢神经系统，同时分布在免疫效应细胞包括：中性粒细胞和NK细胞均表达μ和δ受体，单核-巨噬细胞和淋巴细胞表达μ、δ和κ受体。阿片类药物活化中枢HPA和自主神经系统阿片类受体能够调节外周免疫系统。HPA阿片类受体活化之后，促使脑垂体产生促肾上腺皮质激素，促肾上腺皮质激素作用于肾上腺，促使糖皮质激素的释放，从而抑制免疫系统。阿片类药物通过活化自主神经系统，诱导儿茶酚胺类激素的释放，从而抑制淋巴细胞、NK细胞和巨噬细胞的功能。

研究表明吗啡能够抑制固有免疫和获得性免疫系统功能。吗啡可以使单核细胞和中性粒细胞功能受损，抑制NK细胞介导的细胞毒性作用和淋巴细胞增殖，诱导巨噬细胞和淋巴细胞启动程序性细胞死亡。吗啡抑制免疫反应的效应与其与免疫细胞表面μ阿片类受体作用有关，吗啡与细胞表面μ阿片类受体作用后，可以下调胞浆内蛋白激酶C的活性，诱发促细胞凋亡酶活化连锁反应，从而诱导免疫细胞凋亡。吗啡的促免疫细胞凋亡效应能够被μ阿片类受体拮抗剂纳诺酮阻断。研究还表明吗啡能够与其它免疫细胞表面阿片类受体结合，通过改变NO的释放，抑制细胞粘附调节应激激素的水平从而调节免疫炎症反应。

与吗啡不同的是，合成类阿片类药物（芬太尼、舒芬太尼、瑞芬太尼）对免疫效应的影响很小。其原因可能是合成类阿片类药与淋巴细胞表面阿片类受体的作用非常弱。Yeager等研究发现给健康志愿者注射芬太尼，其NK细胞和CD8+细胞增加。但是增加效应维持的时间短暂，并且注射芬太尼的志愿者体内多型核粒细胞超氧化物的产生和循环B和T细胞没有增加。

3.4 局部麻醉药

局部麻醉药物对外科手术患者的影响主要是通过阻断外周神经传入纤维将伤害性信号传入中枢，从而降低神经内分泌应激反应，抑制外科创伤应激引起的免疫抑制效应。研究表明外科子宫切除的患者，全身麻醉联合硬膜外麻醉的患者其外科创伤应激引起的NK细胞细胞毒性抑制效应被阻断，并且阻断NK细胞细胞毒性抑制效应的作用与抑制皮质醇激素水平相关。另外研究表明全髋关节置换手术患者，局部麻醉组患者血浆皮质醇水平低于全身麻醉患者。硬膜外麻醉手术患者体内淋巴细胞增殖和淋巴因子的产生没有减少。一项研究表明蛛网膜下腔麻醉可以阻止全身麻醉下前列腺外科手术患者有丝分裂原诱导的淋巴细胞增殖抑制效应。最近，动物实验也证实，硬膜外麻醉和蛛网膜下腔麻醉可以阻止外科手术应激导致Th1/Th2细胞失衡，使NK细胞/NK-T细胞功能恢复，从而能够防止术后感染并发症的发生和肿瘤病灶的转移。最新Yardeni IZ等研究表明，术前和术中静脉应用利多卡因可以改善子宫切除手术患者术后疼痛，并且可以降低患者IL-6和IL-1ra水平，维持正常淋巴细胞增殖功能，减少外科手术应激诱导的免疫功能改变。

4 麻醉药物对特殊患者的利与弊

围手术期免疫炎症反应的改变对于不同的外科手术患者的远期预后产生不同的影响。研究表明，恶性肿瘤患者，尽管选择合适的麻醉技术和外科手术，患者最终死于肿瘤的进展、肿瘤病灶的多发转移。外科手术应激诱导的免疫抑制效应和麻醉/镇痛药物对免疫细胞的直接抑制作用可能加速肿瘤的复发和转移。外科应激本身引起的免疫抑制效应是麻醉药物和镇痛药物联合应用抑制免疫细胞效应的3～4倍。对于一个普通健康患者，免疫抑制效应达20%可能对机体不会产生大的危害。但是，对于老年患者、肿瘤患者和糖尿病患者等本身免疫处于抑制状态的人群，麻醉药物引起的免疫抑制效应可能显著恶化患者的预后。因此，全身麻醉联合硬膜外麻醉，可以减轻外科手术应激反应，保护肿瘤外科手术患者免疫功能进一步受损，利于患者的远期预后。但是，对于缺血-再灌注损伤和全身炎症反应的患者，麻醉药物抑制免疫炎症反应效应有利于减轻炎症反应对组织的损害，改善患者的预后。大量研究已经表明吸入麻醉药物可以通过抑制炎症因子的产生、中性粒细胞粘附分子的表达和聚集、活性氧族反应等效应，抑制炎症反应，对心、肺、脑等脏器缺血-再灌注损伤具有保护作用。研究还发现LPS等诱导小鼠急性肺损伤后，持续吸入一定浓度的七氟醚或异氟醚能明显减少肺泡内炎性细胞和血浆蛋白的渗出，减轻肺组织损伤，改善组织的氧供，吸入麻醉药物对小鼠脓毒症肺损伤具有保护作用。因此，对于心肺转流手术、缺血-再灌注损伤以及SIRS患者，吸入全身麻醉方法可以抑制免疫炎症反应，保护脏器功能。

5 总结

围手术期外科手术创伤、麻醉方式和药物的选择都可以影响患者的免疫功能。外科手术创伤应激反应引起的机体神经内分泌系统的改变以及麻醉药物对免疫细胞的直接抑制效应是围手术期免疫炎症反应抑制的主要原因。围手术期对于外科手术患者的远期预后至关重要，麻醉药物对免疫细胞的直接抑制作用是一把双刃剑，对不同患者利弊不一。免疫抑制效应可以增加肿瘤患者术后转移和术后感染风险。相反，抗炎反应有利于保护缺血-再灌注损伤和SIRS引起的组织损伤。因此，未来麻醉医生有必要依据外科手术患者本身的免疫状态选择合适的麻醉方式和麻醉药物，从而，最大程度地利于外科手术患者的远期预后。

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于金贵，男，1963年11月生，山东诸城人。主任医师、教授、博士生导师，现任山东大学齐鲁医院麻醉科副主任。1984年毕业于山东大学医疗系，1990年获山东大学医疗系麻醉学专业硕士学位，2006年获日本和歌山医科大学博士学位。

兼任中华医学会麻醉学分会第10届委员会委员、山东医学会麻醉学分会第8届委员会副主任委员、山东中西医学会麻醉与镇痛分会第1届委员会副主任委员、《中国麻醉与镇痛》杂志常务编委兼编辑部主任、《国际麻醉学与复苏杂志》编委、《临床麻醉学杂志》编委、《医学参考报 · 麻醉学频道》编委、《麻醉与监护论坛》编委、《现代普外科进展》和《山东大学学报 · 医学版》特约审稿人。

近五年来共在SCI麻醉专业杂志上发表论文9篇（其中8篇为第一作者）、获山东省教育厅优秀科技二等奖一项、山东省科技进步三等奖一项、分别主编和副主编专业书籍二部和一部；现承担省部级课题三项、其它课题两项。主要集中在围术期心肌保护和麻醉药对循环系统的影响等方面的研究。

电子邮箱：yujingui1109@yahoo.com.cn

俞卫锋，博士、教授、博士生导师，现任第二军医大学东方肝胆外科医院麻醉科主任。1985年毕业于第二军医大学军医本科，1989年师从于著名麻醉学家王景阳教授和著名的肝胆外科学家国家最高科技奖获得者吴孟超院士分别攻读硕士和博士学位。

现任中国医师协会麻醉学医师分会副会长，中华医学会麻醉学分会常委兼副秘书长，中国药理学会麻醉药理分会常委兼副秘书长，上海市医学会麻醉专科委员会副主任委员等。并担任国内四本主要的麻醉学杂志的编委。

任硕士生导师13年，博士生导师8年来，共培养硕士生18名，博士生16名，承担12项国家自然科学基金的科研任务，主编专著4部。共发表论文159篇，SCI收录18篇，有两篇在世界最著名的麻醉学杂志Anesthesiology上发表。研究方向有吸入麻醉药肝毒性机理研究、围术期肝保护与黄疸麻醉的基础临床研究、慢性疼痛的信号转导与基因治疗等。获国家军队科技进步二等奖各一项，另获总后勤部“科技新星”、上海市卫生系统“银蛇奖”、军队院校“育才奖”银奖等各种奖励。

电子邮箱：ywf808@sohu.com

方向明，女，1966年10月出生于浙江绍兴。获得德国波恩大学医学博士学位（1995～1999年师从心血管麻醉Hoeft教授和危重病学Stuber教授）。为国家杰出青年基金获得者、教育部长江特聘教授。现任浙江大学医学中心（筹）麻醉科主任、浙江大学医学院附属一院城站院区麻醉科主任，中国医师协会麻醉学医师分会委员、中华医学会麻醉学分会第十届青年委员会副主任委员、浙江省医学会麻醉学分会副主任委员、中华医学会创伤外科分会创伤与感染学组委员、浙江省免疫学会理事、感染免疫副主委。《中华麻醉学杂志》等编委或通讯编委，Lancet、AJRCCM、Human Genetics等审稿人。研究方向为脓毒症发病机制和防治、围术期器官功能保护。在SCI收录期刊上发表论著28篇，发表的论著在近五年被SCI期刊（包括New Engl J Med、Lancet等）他引三百余次。2008年荣获国际危重病医学学会（SCCM）的年度科学奖（Annual Scientific Award）；2009年亚洲青年女科学家医学奖。

电子邮箱：xiangming_fang@163.com