一氧化氮治疗急性呼吸窘迫综合征的临床进展

陈洪雷，潘铁文，徐志飞

急性肺损伤(acute lung injury，ALI)/急性呼吸窘迫综合征(acute respiratory distress syndrome，ARDS)是在严重感染、休克、创伤及烧伤等非心源性疾病过程中，肺毛细血管内皮细胞和肺泡上皮细胞损伤造成弥散性肺间质及肺泡水肿导致的急性低氧性呼吸功能不全或衰竭。以肺容积减少、肺顺应性降低、严重的通气/血流比例失调为病理生理特征，其临床特征包括呼吸窘迫，进行性低氧血症，影像学表现为非均一性的渗出性病变。由于病因复杂，病情严重，其临床死亡率较高，Miberg等［1］报道的ARDS死亡率为40% ～50%。

目前对于ARDS的治疗手段众多，其中之一的选择性肺血管扩张剂一氧化氮(nitric oxide，NO)于20世纪后期开始进入临床治疗领域。

1 NO的发现

1980年，美国科学家 Furchgott和 Zawadzki［2］在一项研究中发现了一种小分子物质，这种物质具有使血管平滑肌松弛的作用，后来被Palmer等［3］命名为血管内皮细胞舒张因子(endothelium-derived relaxing factor，EDRF)。EDRF 是一种生物自由基，通过后来的实验证实为NO，这是有关NO生理作用的首次发现。

基于Furchgott的研究发现，1991年Falke等［4］首次报道1例NO治疗重症ARDS病例。结果显示吸入18ppm和36ppm NO后，平均肺动脉压(meanpulmonary atery pressure，MPAP)从7．2kPa(54mmHg)分别降至 5．6kPa(42mmHg)和4．9kPa(36．8mmHg)，右心射血分数增加，其效果与静注前列环素相似，且更可明显提高动脉血氧分压(PaO2)，降低肺内分流量(Qsp，Qs/Qt)和生理无效腔(Vd/Vt)。

2 NO的理化性质

NO是一种非胆碱能、非肾上腺素能神经递质，参与痛觉传入的感觉传递过程。它广泛分布于生物体内各组织中，对心脑血管、神经、免疫调节等方面有着十分重要的生物学作用。NO是一种生物信使分子，极不稳定，分子小，结构简单，常温下为气体，微溶于水，具有脂溶性，可快速透过生物膜扩散，生物半衰期只有3～5秒，其生成依赖于一氧化氮合成酶(nitric oxide synthase，NOS)。

3 NO的合成

NO合成的关键酶NOS按照编码基因以及在细胞内分布和对钙的依赖性分为神经型(nNOS)、内皮型(eNOS)和诱导型(iNOS)，nNOS和 eNOS合称为结构型NOS(cNOS)。

cNOS主要存在于上皮、脑和血小板，其活性为钙和钙调蛋白(CaM)依赖性，受细胞内钙离子(Ca2+)浓度生理性调节。Moncada等［5］证明了NO是通过血管内皮细胞中的L-精氨酸-NO合成途径产生的。在生理状态下cNOS合成皮摩尔(pmol)水平的NO，活性不受糖皮质激素的影响，乙酰胆碱、缓激肽、组胺、内皮素等均能刺激血管内皮细胞，导致其质膜上Ca2+通道开放，细胞内Ca2+浓度升高，Ca2+与CaM结合而激活cNOS，增加NO的合成。经eNOS产生的NO参与调节血压和器官的血流分布，抑制血小板的黏附和活化及多核粒细胞的聚集。由nNOS产生的NO作为神经传导递质参与脑的发育、学习和记忆过程，但若过量则对神经有损害作用［6］。

iNOS主要存在于单核巨噬细胞、中性粒细胞、内皮细胞、血管平滑肌细胞等，iNOS为一个260kD的同源二聚体，无活性的单体需聚合成二聚体才获得合成NO的能力。iNOS一旦合成，其活性为非Ca2+依赖性，但其诱导过程为Ca2+依赖性。iNOS的氨基酸序列分析证实有CaM结合部位。iNOS活性对细胞内L-精氨酸、还原型辅酶Ⅱ(NADPH)和四氢叶酸的依赖性大于cNOS［5］。此外，iNOS诱导后活性可持续达20小时，合成纳摩尔(nmol)水平的NO，较cNOS合成的NO浓度约高1 000倍。在生理状态下iNOS表达很低，微生物内外毒素、炎症递质如肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、白介素-1β(IL-1β)、脂多糖 (LPS)等可通过活化核转录因子-κB(NF-κB)而高表达iNOS。在经典的NF-κB活化信号通路中，核转录因子抑制蛋白Bα(IκBα)的降解是关键环节。静息状态下，NF-κB二聚体就是与抑制蛋白IκBα结合而保留在细胞质中没有转录活性。当某些信号刺激诱使IκBα泛素化并降解，NF-κB二聚体则被磷酸化后发生核转移，与多种参与炎症发生发展的基因的启动子上的特异性序列相结合，调节包括iNOS基因在内的多种基因的转录［6］。iNOS催化合成的NO是一种重要的炎症介质，在炎症发展过程中起着重要的促进作用，过量的NO具有很强的细胞毒作用。

4 NO治疗ARDS的临床研究

Adhikari等［7］总结以往包括1 237名患者在内的12项随机分组试验后认为:虽然NO对ARDS患者病死率未有明显的有益作用，但确实改善了24小时内氧合作用［氧分压/吸入氧浓度(PaO2/FiO2)改善13%］，这是迄今为止规模最大的群体性研究。随后也有临床报道证实了NO具有改善ARDS病人呼吸功能的作用［8］。国内也相继开展了相关研究，刘少华等［9］通过实验认为NO吸入治疗显著降低ARDS山羊的 MPAP(P ＜0．01)，增加 PaO2(P ＜0．01)，减少肺泡动脉氧分压差［P(A-a)O2］和肺内分流率(Qs/Qt)(P值均＜0.05);与吸入NO比较，联合小剂量硝普钠静脉注入后平均动脉压降低(P ＜0．05)，心排血量、MPAP、PaO2、P(A-a)O2和 Qs/Qt无明显变化(P 值均 ＞0．05)。Turner等［10］报道 7例病人在体外膜肺的配合下吸入NO治疗甲型H1N1流感感染，达到了良好的效果。缪长虹等［11］从分子水平研究了NO对ARDS影响，通过观察吸入NO对内毒素性ARDS犬肺组织中TNF-α、白细胞介素-8(IL-8)及表面分化抗原CD11b的信使RNA(mRNA)表达水平，认为单纯通气组肺组织中的TNF-α、IL-8及 CD11bmRNA表达水平高于 NO组(P＜0.05)，进一步从分子水平论证了NO对ARDS的治疗作用。

5 NO治疗ARDS的机制

ARDS的主要病理生理特征是低氧血症和肺动脉高压，其低氧血症来自包括:(1)通气/灌流(V/Q)比例失调。ARDS患者的肺并非全部僵硬，仅部分有炎症、实变或萎陷而通气不良和顺应性降低，其余肺的顺应性和通气几乎正常。因部分肺的V/Q失调可致氧合降低;(2)肺内分流(Qs/Qt)增加可致低氧血症。ARDS时肺血管收缩和微血管广泛闭塞，可致肺动脉压(PAP)升高。

ARDS患者有不同程度的呼吸窘迫，在使用NO吸入治疗之后，NO进入通气良好的区域［12］，弥散入肺循环，产生扩张肺循环的作用，使通气血流比例改善，血氧含量增加。通气不良区域的肺组织因NO无法进入或者进入很少，局部血管不能有效扩张，通气血流比改变不明显，总体上通气血流比改善，病人低氧症状有所缓解［13］。研究表明，NO进入血管平滑肌细胞后通过激活鸟苷酸环化酶(GC)增加细胞内cGMP的含量，从而激活依赖于cGMP的蛋白激酶，促使肌球蛋白轻链去磷酸化而松弛血管平滑肌，达到扩张血管的作用［5，14］。

适量吸入NO在选择性降低 ARDS患者肺动脉高压的同时，NO与氧自由基反应生成硝酸和亚硝酸盐也对活性氧(ROS)起消除作用，且NO对ROS清除作用远大于ONOOH的生成。NO通过增加对ROS的清除和抑制肺泡巨噬细胞的NF-κB活性减少促炎细胞因子TNF-α等炎症分子表达而产生抗炎作用，对肺组织起到保护作用［15－16］。吸入NO之后可使肺血管扩张，降低PAP和肺毛细血管压，改善右心功能和通气血流比，促进肺水肿消除，起到治疗ARDS的作用［17］。

6 NO治疗ARDS的适应证

临床上应用NO治疗ARDS的适应证包括:(1)患者对吸入NO有反应(PaO2/FiO2升高超过20%);严重ARDS患者在通气良好时 PaO2仍 ＜12kPa(FiO2=1．0)［18］;(3)显著右心衰者，MPAP ＞3．19kPa，肺血管阻力 ＞40wood［17］。对NO无反应者建议反复行反应性测试直至阳性反应，大部分患者可起到有效作用。需要长期吸入NO时建议使用最小剂量以避免并发症的出现［16］，研究认为部分选择性肺血管收缩剂、俯卧位对增加ARDS患者PaO2具有协同作用。

7 NO治疗ARDS中的问题

目前NO在临床应用中存在的问题有:(1)高铁血红蛋白血症(MetHb血症)及出血:NO的一项副作用是高MetHb血症，因NO与Hb反应的速度大于MetHb还原速度，可能产生高MetHb血症［19］。由于NO能抑制血小板的激活和聚集，出血问题亦受关注。美国职业安全健康署规定NO2＜3ppm、MetHb＜5%的总血红蛋白是安全范围。(2)肺血管对NO的高反应性问题:Goldman等［20］在临床应用中发现:在NO吸入开始治疗的5天内，肺血管对NO的反应性随着时间升高．即此期间为高反应期。但随着NO使用时间延长敏感性可能降低，提示NO治疗时不宜间断使用，而且应在5～6天后停用才稳妥。这与以往出现NO反跳现象可能有一定关系。(3)NO和超氧阴离子形成过氧化亚硝酸根(OONO－):Beckman等［21］提出 OONO－可使超氧化物歧化酶(SOD)酪氨酸硝基化，从而易化缺血细胞，使高剂量的SOD丧失保护作用。(4)肾功能损害的问题:Afshari等［22］通过研究发现长时间吸入NO有导致急性肾衰的危险，特别是在治疗儿童ARDS的过程中更要特别注意。(5)NO贮存问题:NO贮存需要专门设备和技术，成本相对高，一定程度上增加了患者的住院费用。

随着对NO研究的继续深入，人们对NO的认识逐步加深，这些问题将逐步得以克服，NO的治疗作用将得到充分发挥。

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