七氟烷对肺缺血/再灌注保护作用及机制的研究进展

于 飞(综述)，陈 序(审校)

(广西医科大学第一附属医院麻醉科，南宁 530021)

缺血/再灌注损伤指的是缺血后的再灌注不仅不能使组织器官功能恢复，反而加重组织器官功能障碍和结构损伤。七氟烷抑制炎性反应的效应及抗缺血/再灌注损伤的保护性效应已在心肌、大脑、肾脏、肝脏等得到证实，其内源性器官保护作用越来越引起人们的重视[1-3]。近年来，七氟烷对肺保护机制在国内外有大量的研究，涉及很多方面，本文就其对缺血/再灌注肺损伤的研究现状予以综述。

1 七氟烷的肺保护作用

研究发现，七氟烷对肺缺血/再灌注损伤具有一定的保护作用。Sugasawa等[4]通过收集单肺通气病例回顾性研究认为，单肺通气后双肺上皮表面液体中白细胞介素(interleukin,IL)1β、IL-6、IL-8的水平相对于基线来说有所增加，并且异丙酚组IL-6、胚肝血影蛋白β的水平要比七氟烷处理组显著升高，相比于异丙酚来说，肺切除术中单肺通气引起的支气管上皮细胞的炎性反应能更好的被七氟烷抑制。研究发现，七氟烷的预处理具有类似缺血预处理的保护效果，可以通过多种途径对抗缺血缺氧性损伤[5]。Yue等[6]研究认为，体外急性肺损伤时七氟烷的麻醉后处理可通过降低中性粒细胞趋化而保护上皮细胞。这和Voigtsberger等[7]的研究结果一致。但同时，Kalb等[8]的研究却认为，七氟烷的后处理并不能减少大鼠肺部缺血/再灌注损伤时中性粒细胞的聚集，对肺损伤无保护作用。也有动物实验表明，虽然七氟烷后处理与预处理的效果无显著差异，但其肺保护作用机制却可能与降低肺组织炎性反应、抑制细胞凋亡有关[9]。可见，七氟烷抑制炎性反应的效应以及对抗缺血/再灌注肺损伤的保护性效应已基本得到证实，但目前对于七氟烷预处理及后处理对肺的保护作用机制尚有争议。

2 七氟烷对肺缺血/再灌注保护作用机制

2.1抑制对缺血/再灌注后肺组织氧自由基的表达 氧自由基及其介导的脂质过氧化反应在缺血/再灌注损伤的发生、发展中起着重要作用，缺血/再灌注时，衍生的自由基主要通过脂质过氧化反应引起细胞损伤，致微循环障碍，大量产生的自由基会直接造成肺组织的损伤。Sun等[10]在七氟烷对内毒素诱导大鼠缺血/再灌注肺的影响的研究结果显示，七氟烷显著降低缺血/再灌注时大鼠肺组织、内毒素诱导大鼠肺组织的丙二醛水平，使超氧化物歧化酶水平增加，提示七氟烷可以减轻脂质过氧化反应，减少氧自由基的产生或清除氧自由基能力增强，产生抗氧化反应。也有研究认为，肺缺血/再灌注后血管通透性增加，再灌注后肺损伤的机制与氧自由基产生过多有关，七氟烷预处理能抑制氧自由基的生成，对再灌注后肺组织具有一定的保护作用[11]。但同时，Abou-Elenain等[12]的研究结果表明，随着胸科手术时间的延长，肿瘤坏死因子、IL-8等的水平在七氟烷组显著升高，推测异丙酚可能更具有抗氧化性质的作用，相比之下，七氟烷似乎更能促进局部甚至全身性氧化应激反应。

2.2通过调节钙稳态减小对细胞的损害 钙离子稳态调节在缺血/再灌注损伤中起重要作用。钙超载可导致细胞损伤，从而加重缺血/再灌注损伤。目前的研究认为，挥发性麻醉药能抑制电压敏感性钙通道，减少细胞外Ca2+进入细胞内，通过降低钙调节蛋白和钙离子的结合而抑制呼吸爆发，产生抗氧化作用。钙调素可介导Ca2+对细胞功能的调节已成共识。研究表明，七氟烷预处理和缺血预处理可能通过降低钙调素表达，抑制钙超载，减轻肺缺血/再灌注损伤[13]。但Yang等[14]研究认为，异氟烷比七氟烷有更强的效能引起内质网钙释放而调节钙稳态，从而减轻细胞损伤。

2.3抑制中性粒细胞的聚集和黏附分子的表达 肺缺血/再灌注损伤时，包括中性粒细胞在内的炎性细胞在肺内聚集并黏附于毛细血管内皮，增加了肺毛细血管通透性，造成肺水肿和减弱气体交换[15]。Suter等[16]认为，七氟烷不仅是调控炎性介质的表达，其降低肺损伤的作用也是减少效应细胞，比如中性粒细胞聚集的结果。

研究认为，与肺损伤组比较，七氟烷预处理组肺组织过氧化物酶活性和中性粒细胞趋化因子1水平降低，中性粒细胞趋化因子1及中性粒细胞趋化因子1 mRNA的表达下调，提示七氟烷预处理可抑制中性粒细胞在肺组织毛细血管的聚集，减少了与血管内皮细胞的相互作用，从而减轻炎性反应[17]。Zhao等[18]通过动物实验得出，肺泡最低有效浓度值为2.4%的七氟烷预处理可以减轻大鼠内毒素引起的肺损伤，它的机制可能是降低细胞间黏附分子1的表达和中性粒细胞的黏附聚集。

Kalb等[8]报道七氟烷不仅对直接的肺缺血/再灌注损伤有保护作用，而且对间接的肺缺血/再灌注损伤也有保护作用，其研究发现肾脏缺血/再灌注能够引起体循环中中性粒细胞的激活，从而引起肺内中性粒细胞的聚集，平均每个显微镜视野下中性粒细胞数量为(29.9±7.4)[空白对照组为(15.8±6.6)]。吸入2.0%浓度七氟烷30 min预处理有效减少肺内中性粒细胞的聚积，视野下中性粒细胞数量为(20.3±7.1)。Casanova等[19]通过建立活体猪自体肺移植模型的实验表明，异丙酚组氧化应激标志物和炎性介质有所增加，而七氟烷组减轻了其炎症和氧化应激反应，两组血流动力学变化无显著差异，提示七氟烷不仅在体外对激活的中性粒细胞有抑制作用，而且适用于体内。Mobert等[20]的体外实验结果表明，七氟烷抑制中性粒细胞和内皮细胞黏附作用主要是通过抑制减弱中性粒细胞CD11b的上调表达来抑制中性粒细胞的激活。Annecke等[21]也通过实验说明，在不同严重程度的猪肺缺血/再灌注模型中，在对比了氧合指数、上皮黏液系统的组成、形态学、干湿比以及肺泡巨噬细胞爆发等方面发现，七氟烷和异丙酚相比没有显著差异，只是在血流动力学方面，七氟烷组儿茶酚胺的分泌量显著较少，说明七氟烷可以相对减少机体的应激反应。

2.4抑制炎性因子产生，降低肺组织通透性 肺缺血/再灌注损伤的特征性变化是肺毛细血管内皮细胞受损，表现为肺血管通透性增加、肺血管阻力增加和肺动脉高压等。有研究通过建立在体大鼠肺缺血/再灌注损伤模型,观察缺血和再灌注不同时点肺血管通透性和病理形态学变化，得出七氟烷预处理使组织通透性下降,其肺的保护作用可能是通过抑制肿瘤坏死因子α释放和蛋白激酶C-α移位,从而减弱闭合蛋白和闭锁小带蛋白1 mRNA表达下调所致[22]。Sun等[23]也通过实验说明，七氟烷预处理可以减少肿瘤坏死因子α所致的肺微血管单层内皮细胞通透性的增加，更重要的，七氟烷预处理抑制了p38-丝裂原活化蛋白激酶信号转导通路的活性。由于丝裂原活化蛋白激酶信号转导通路在炎症与细胞凋亡等应激反应中发挥重要作用，由此可推测其对炎性因子的抑制具备一定的影响。Schilling等[24]认为，在胸科手术中这种抑制炎性反应的作用是基于肺泡本身实现的，并不是通过控制手术本身所致的炎症或全身性的炎症。

与全凭静脉麻醉相比，加用七氟烷诱导和维持的心肺转流术患者，外周白细胞在受到脂多糖刺激时可产生较少的肿瘤坏死因子α[25]。Boost等[26]研究认为，七氟烷降低了单核细胞株肿瘤坏死因子α的基因表达，核因子κB(nuclear factor-kappaB，NF-κB)的易位亦显著降低。NF-κB作为一种广泛存在的NF-κB诱导性核转录因子，受其调节的靶基因编码促炎因子、细胞黏附因子、趋化因子及反应酶，这些物质引起中性粒细胞的黏附与聚集，从而导致肺组织细胞级联放大的炎症损伤反应。Konia等[27]通过实验证明，七氟烷的预处理可以有效限制NF-κB的激活。这和Wang 等[28]研究是一致的。因此，寻找影响和干预NF-κB活化的药物和方法，将会有效地控制循环肺缺血/再灌注期间炎性反应的发生与发展，为降低术后并发症提供新的治疗手段。

2.5其他 有研究通过对内毒素引起的急性肺损伤大鼠的实验得出，脂多糖导致大鼠肺组织产生大量凋亡细胞,七氟烷可能通过调控急性肺损伤时肺组织凋亡，调控基因Fas以及Bcl-2系统的表达，抑制肺组织细胞凋亡的发生与发展，减轻肺脏损伤，对肺组织起到一定的保护作用[29]。但是也有研究发现，七氟烷似乎能引发淋巴细胞组织的免疫反应，诱发细胞凋亡和损害血小板活化因子乙酰水解酶，相反,在机械通气过程中,异丙酚却只引发轻微程度炎性反应，且支气管肺泡灌洗液中细胞成分未触发凋亡[30]。

3 结 语

七氟烷对肺缺血/再灌注损伤具有一定保护作用较明确，其机制也部分被揭示，涉及的方面也较多，但尚未完全理清，目前仍有诸多问题有待研究，比如七氟烷的预处理和后处理是否具有保护作用及其机制，可干扰七氟烷保护作用的药物及作用机制等。目前，七氟烷在临床上广泛应用，其对肺脏缺血再灌注损伤的保护作用有助于指导临床，有着重要的研究价值。希望今后有更多的研究成果能够真正揭示其肺脏保护作用的分子机制，为今后的临床选择理想的麻醉药物提供更为全面的理论和实验依据。

[1] Kevin LG,Novalija E,Riess ML,etal.Sevoflurane exposure generates superoxide but leads to decreased superoxide during ischemia and reperfusion in isolated hearts[J].Anesth Analg,2003,96(4):949-955.

[2] Bedirli N,Ofluoglu E,Kerem M,etal.Hepatic energy metabolism and the differential protective effects of sevoflurane and isoflurane anesthesia in a rat hepatic ischemia-reperfusion injury model[J].Anesth Analg,2008,106(3):830-837.

[3] Pape M,Engelhard K,Eberspacher E,etal.The long-term effect of sevoflurane on neuronal cell damage and expression of apoptotic factors after cerebral ischemia and reperfusion in rats[J].Anesth Analg,2006,103(1):173-179.

[4] Sugasawa Y,Yamaguchi K,Kumakura S,etal.Effects of sevoflurane and propofol on pulmonary inflammatory responses during lung resection[J].J Anesth,2012,26(1):62-69.

[5] Codaccioni JL,Velly LJ,Moubarik C,etal.Sevoflurane preconditioning against focal cerebral ischemia:inhibition of apoptosis in the face of transient improvement of neurological outcome[J].Anesthesiology,2009,110(6):1271-1278.

[6] Yue T,Roth Z′graggen B,Blumenthal S,etal.Postconditioning with a volatile anaesthetic in alveolar epithelial cells in vitro[J].Eur Respir J,2008,31(1):118-125.

[7] Voigtsberger S,Lachmann RA,Leutert AC,etal.Sevoflurane ameliorates gas exchange and attenuates lung damage in experimental lipopolysaccharide-induced lung injury[J].Anesthesiology,2009,111(6):1238-1248.

[8] Kalb R,Schober P,Schwarte LA,etal.Preconditioning,but not postconditioning,with Sevoflurane reduces pulmonary neutrophil accumulation after lower body ischaemia/reperfusion injury in rats[J].Eur J Anaesthesiol,2008,25(6):454-459.

[9] 张素品,张加艳,于泳浩,等.七氟烷后处理对大鼠肺缺血再灌注损伤的影响[J].中华麻醉学杂志,2009,29(8):753-756.

[10] Sun YH,Zhang Q,Wang JK,etal.[Effects of sevoflurane on membrane permeability of alveolar capillaries in rats with acute lung injury caused by endotoxin][J].Zhonghua Wai Ke Za Zhi,2004,42(16):1014-1017.

[11] 柴军,王大为,沈洁,等.七氟醚对大鼠缺血再灌注后肺组织氧自由基的影响[J].实用药物与临床,2009,12(3)：156-159.

[12] Abou-Elenain K.Study of the systemic and pulmonary oxidative stress status during exposure to propofol and sevoflurane anaesthesia during thoracic surgery[J].Eur J Anaesthesiol,2010,27(6):566-571.

[13] 穆蕊,于泳浩,张加艳,等.七氟醚或缺血预处理对大鼠肺缺血再灌注时ERK和CaM表达的影响[J].中华麻醉学杂志,2010,30(10)：261-1263.

[14] Yang H,Liang G,Hawkins BJ,etal.Inhalational anesthetics induce cell damage by disruption of intracellular calcium homeostasis with different potencies[J].Anesthesiology,2008,109(2):243-250.

[15] Chen ZX，Zeng YM.Isoflurane protects the isolated rat lungs against ischemia-reperfusion injury[J].F Med Sci Anesth Restus,2005,8(4):198-202.

[16] Suter D,Spahn DR,Blumenthal S,etal.The immunomodulatory effect of sevoflurane in endotoxin-injured alveolar epithelial cells[J].Anesth Analg,2007,104(3):638-645.

[17] 邬娇,赵双平,郭曲练,等.七氟醚预处理对大鼠内毒素性急性肺损伤的影响[J].中华麻醉学杂志,2009,29(5):460-462.

[18] Zhao S,Wu J,Guo Q,etal.Effect of different concentrations of sevoflurane pretreatment on acute lung injury induced by endotoxin in rats[J].Zhong Nan Da Xue Xue Bao Yi Xue Ban,2010,35(9):921-927.

[19] Casanova J,Garutti I,Simon C,etal.The effects of anesthetic preconditioning with sevoflurane in an experimental lung autotransplant model in pigs[J].Anesth Analg,2011,113(4):742-748.

[20] Mobert J,Zahler S,Becker BF,etal.Inhibition of neutrophil activation by volatile anesthetics decreases adhesion to cultured human endothelial cells[J].Anesthesiology,1999,90(5):1372-1381.

[21] Annecke T,Kubitz JC,Langer K,etal.Lung injury following thoracic aortic occlusion:comparison of sevoflurane and propofol anaesthesia[J].Acta Anaesthesiol Scand,2008,52(7):977-986.

[22] 柴军,七氟烷对大鼠肺缺血再灌注后组织通透性的影响[J].中国现代医学杂志，2010,20(17):2622-2625.

[23] Sun SX,Ge BX,Miao CH.Effects of preconditioning with sevoflurane on TNF-alpha-induced permeability and activation of p38 MAPK in rat pulmonary microvascular endothelial cells[J].Cell Biochem Biophys,2011,61(1):123-129.

[24] Schilling T,Kozian A,Senturk M,etal.Effects of volatile and intravenous anesthesia on the alveolar and systemic inflammatory response in thoracic surgical patients[J].Anesthesiology,2011,115(1):65-74.

[25] El Azab SR,Rosseel PM,De Lange JJ,etal.Effect of sevoflurane on the ex vivo secretion of TNF-alpha during and after coronary artery bypass surgery[J].Eur J Anaesthesiol,2003,20(5):380-384.

[26] Boost KA,Leipold T,Scheiermann P,etal.Sevoflurane and isoflurane decrease TNF-alpha-induced gene expression in human monocytic THP-1 cells:potential role of intracellular Ikappa Balpha regulation[J].Int J Mol Med,2009,23(5):665-671.

[27] Konia MR,Schaefer S,Liu H.Nuclear factor-[kappa]B inhibition provides additional protection against ischaemia/reperfusion injury in delayed sevoflurane preconditioning[J].Eur J Anaesthesiol,2009,26(6):496-503.

[28] Wang C,Xie H,Liu X,etal.Role of nuclear factor-kappaB in volatile anaesthetic preconditioning with sevoflurane during myocardial ischaemia/reperfusion[J].Eur J Anaesthesiol,2010,27(8):747-756.

[29] 王乐,赵建华,栾恒飞,等.七氟烷对急性肺损伤大鼠肺组织细胞凋亡的影响及其机制[J].国际麻醉学与复苏杂志,2011,32(2):158-161.

[30] Kalimeris K,Christodoulaki K,Karakitsos P,etal.Influence of propofol and volatile anaesthetics on the inflammatory response in the ventilated lung[J].Acta Anaesthesiol Scand,2011,55(6):740-748.