亚低温与急性肾损伤

刘思伯　刘金洁　高　恺　综述　杨荣利　审校

急性肾损伤(AKI)是一种临床表现多样的复杂综合征，以不同程度的血清肌酐升高到无尿肾衰竭为主要表现。败血症和缺血再灌注损伤被持续报道为成人及幼儿AKI的两大诱因[1,2]，此外还包括大型手术、暴露于内外源性毒素、心源性休克、低血容量、药物因素尤其是联合用药、代谢因素、神经内分泌激活、炎症以及氧化应激等[3-5]。在某些慢性肾脏病、糖尿病和大型手术基础上应用亚低温或遭受低体温状态也能诱发或加重AKI[6]。

国际上惯用的低温分级标准为轻度低温(33～35℃)、中度低温(28～32℃)、深度低温(17～27℃)和超深度低温(2～16℃)，轻中度低温合称亚低温。目前亚低温在创伤性脑损伤、中风、心脏骤停、急性冠脉综合症及新生儿缺血缺氧性脑病中已得到广泛应用，但亚低温实施过程非常复杂，尤其在降温和复温过程中易引起多种不良反应和并发症。目前临床对于AKI的防治方案各不相同且其预后难以改善[7]。而亚低温在脑损伤及心脏骤停等疾病和手术中的应用为AKI提供了一个新的探索方向。近期研究主要着重于亚低温在感染性休克、缺血再灌注、药物、部分肾切除术、造影剂及新生儿等相关肾脏损伤中的应用。由于亚低温实施尚未形成统一规范，导致其在肾脏损伤方面的研究存在明显差异，本文就近年亚低温应用于AKI的基础研究和临床试验做一综述，旨在分析亚低温在AKI中的作用。

亚低温对肾脏的保护作用

目前，亚低温在缺血再灌注肾损伤中的应用得到了较多的肯定。早在1956年Gowing等[8]就对温度与缺血再灌注肾损伤的关系作了研究，结果表明肾动脉阻塞60 min内行冷水浸泡几乎能完全预防大鼠的肾小管坏死。而肾脏对温度的高敏感性似乎已经成为共识，复温和高温相关性AKI被频频报道[9-11]。研究表明，高温能够增加细胞的工作负担和能量需求[10]，温度每增加1°F(°F=32+℃×1.8)耗氧量将增加6％，ATP、ADP等高能磷酸盐也会纷纷降低。随后Delbridge等[10]和Zager等[12]的研究结果均表明，相对于常温组，高温组大鼠出现了更加严重的肾功能损伤甚至不可逆转的急性肾衰竭(ARF)，而低温组肾缺血损伤则得到了明显改善。Hruby等[13]研究表明在腹腔镜肾部分切除术中应用冷生理盐水灌注能有效并安全地延长肾脏缺血时间，同时减少肾功能恶化。一项病例表明低灌注肾损伤患者在缺血和再灌后行亚低温能对肾脏起明显保护作用[14]。进一步的研究显示血管外降温诱导后的持续性亚低温对肾动脉梗阻后的肾功能及其结构几乎具有完全的保护作用[9]。

亚低温在其他类型肾脏损伤中的应用则并不乐观。例如AKI是围产期窒息患儿的常见并发症，窒息后新生儿面临多器官功能衰竭的高风险，尤其是血流动力学紊乱造成的肾缺血损伤。研究发现亚低温能显著降低新生儿AKI的发病率和死亡率[15]。Stone等[16]的一项多中心临床试验表明，亚低温在原有肾脏损伤患者行侵入性心血管造影术中的应用是安全的，但似乎并不能降低造影剂相关肾病的发病率。近期Song等[17]研究表明，亚低温能够有效避免深低温引起的不良反应，在亚低温停循环过程中应用间歇下半身灌注能够上调肝酶和肾酶，可能起到组织保护作用。

亚低温对肾脏的损伤作用

基础和临床研究提出，原有肾脏疾病、糖尿病及大型手术患者在行亚低温时面临的AKI风险更大[1,2,6]。2010年，Kourliouros等[21]对首次行心肺转流冠脉搭桥术的患者进行了类似研究，结果显示亚低温(25～30℃)与术后肾脏损伤呈正相关，但该研究中包含的肾脏疾病和心源性休克等是否为潜在混杂因素有待进一步研究。2004年，Bellomo等[22]研究表明术中行轻度低温[(33±1)℃]治疗后AKI的发病率因手术的不同而各异。尽管深度低温是循环骤停后和大型手术中防治各种器官缺血性损伤的有效措施，但不可否认AKI确实是深度低温下主动脉弓手术及其他大型循环手术的术后常见并发症，并且与住院时间延长、机械通气时间延长和死亡率升高具有明显相关性。但亚低温是否为术后AKI的独立影响因素有待进一步研究。

除亚低温本身对肾脏的损伤外，复温过程亦是重要影响因素。2009年，Boodhwani等[23]研究表明持续性中低度温并不能改善冠脉搭桥术后的肾脏预后，相反冷心肺分流术的复温过程却能加重肾脏损伤。两个随机对照临床试验也得到了类似结果[24，25]，持续性亚低温对心脏手术心肺分流术患者并无明显的保护作用，且相对于复温幅度32～34℃组，32～37℃组持续10～15 min患者术后血清肌酐水平与术后肾功能不全发生率均有所上升，这种术后肾功能的损伤可能与复温过程的控制有关。且Tveita等[26]研究表明复温过程能够引起肾小管类似于坏死的形态改变。

亚低温对肾脏的保护和损伤机制

亚低温治疗的作用机制较复杂，目前研究的保护机制主要涉及：代谢/电解质；线粒体功能障碍和细胞凋亡；细胞内外酸中毒；自由基；炎症；凝血；血管活性介质等[4,18,27]。目前普遍认为缺血再灌注肾损伤主要发生于两个阶段：血流动力学紊乱阶段和再灌注阶段。第一阶段的损伤被认为是缺氧诱发的ATP紊乱，可导致细胞内次黄嘌呤浓度升高，进而导致氧自由基生成和再氧化，ATP耗竭可造成细胞内电解质和细胞膜功能紊乱；再灌注阶段，Ca2+会被转移至能量耗竭的细胞内，导致细胞内Ca2+负荷增加，最终通过多种途径造成缺血后损伤(如线粒体功能障碍、氧自由基增多和磷脂酶活化等)。在肾脏缺血期行亚低温能够维持肾脏内的高能磷酸盐及嘌呤核苷酸的浓度，还能够保持缺血后肾脏内谷胱甘肽的含量，该机制可能是通过下调氧自由基触发的氧化应激所致[9]。由于肾脏的血流和生化反应对温度具有高度依赖性，降低肾脏温度很可能下调缺血所引起的多种级联反应。

低温相关性血流动力学紊乱造成的缺氧是肾损伤的关键因素之一，在Yoshitomi等[19]的意外低温病例(入院时35℃)报道中，患者ARF后血浆和组织中内皮素浓度均明显升高，而在培养的内皮细胞中，缺氧能够上调内皮素的表达。内皮素能促进肾血管内皮平滑肌的增殖，在维持血管张力和肾衰竭发病中起重要作用。将不引起血压改变的低剂量内皮素注入动物体内能导致肾脏灌注减少和肾小球滤过率下降。因此推测低温相关性肾缺血缺氧能诱发内皮素的表达，而高表达的内皮素协同血小板生长因子共同导致内皮增厚，形成肾脏低灌注缺血缺氧的恶性循环，进而诱发AKI。在该类报道中，意外低温被认为是一种疾病状态[28]，患者核心体温虽在亚低温范围内，但明显区别于严格调控的亚低温，因此亚低温相关性肾脏损伤是否与缺氧造成的内皮素表达紊乱有关有待进一步研究。此外，亚低温能够导致尿量和尿钠排泄增多、肾小管功能障碍和胞内外转移[29]，这些因素是否能增加肾脏负荷进而诱发或加重肾脏损伤有待研究。Guluma等[30]研究表明，中风患者行亚低温后虽无明显肾功能异常，但随着机体核心温度的降低，尿量呈减少趋势，体温下降1℃尿量下降5.10 ml/h。然而以上这些因素是否参与并加重亚低温相关性急性肾脏损伤并不明确(图1)。

图1　亚低温对肾脏保护与损伤作用的机制

亚低温治疗的时间窗、目标温度和复温过程

普遍认为亚低温治疗应尽早实施。对于缺血性脑损伤，亚低温最佳治疗时间为2h之内，不能超过6h[18,31]。但对于缺血再灌注AKI，Zager等[12]研究报道诱导亚低温的最佳时间为缺血期。相对于再灌注期亚低温组，缺血期亚低温大鼠仅有轻微的氮质血症和肾小管坏死现象，且这种保护作用不仅出现于缺血期，还对再灌注早期损伤具有一定保护作用。再灌注期亚低温组大鼠氮质血症虽然有所下调，但组织学改变并无明显改善，无论是延长亚低温时间还是降低目标温度，对预后的影响均无明显改变。在微观上缺血再灌注诱发的肾小管坏死主要发生于缺血阶段，而至再灌注阶段时绝大多数细胞的死亡趋势可能已无法挽回。但目前关于各种类型AKI亚低温治疗时间窗的研究较少，而缺血再灌注AKI的亚低温诱导时间也有待证实。

目前尚缺乏复温速度和幅度对肾脏损伤方面的研究报道，多数作者认为应缓慢复温，快速复温可能逆转其潜在的保护作用，但至今尚无控制复温的规范设备和技术，且复温速度应控制在何种范围也无统一标准。亚低温反弹是快速复温后的常见现象，有研究发现延长亚低温时间能够在一定程度上避免反弹现象[31]，而反弹现象是否为亚低温过程中肾脏损伤的潜在因素尚无报道。此外，相对于复温至34℃，复温至37℃(持续10～15 min)时患者术后血清肌酐水平和肾功能不全发生率均有所上升[11]，该现象可能与复温速度过快有关。

亚低温在AKI研究中的其他问题

除亚低温实施因素外，多种因素都可能影响研究结果的成功与否。(1)由于缺乏公认的AKI定义和分类标准，临床上对于AKI的防治方案及疗效存在较大差异。2012年，KDIGO发布了最新的、全球统一的AKI诊断及分期标准[34]。(2)相对于动物，人体对某些治疗措施的敏感性较小，同一水平的治疗措施对动物尤其是体型小的动物可能起到明显的治疗作用，但在人体可能仅起到微小甚至相反的效果。(3)不同患者病情不同可能导致治疗效果的明显差异，如创伤性肾损伤患者，损伤越大代谢负担越大，而亚低温所产生的保护作用可能因此被抵消或根本无法代偿创伤所带来的损伤，但并不能因此说明亚低温没有保护作用或甚至有加重损伤作用。该原因也是为何要联合多种治疗药物和治疗方法的初衷。(4)由于AKI的多因素性，单一药物或单一治疗方案可能无法达到最佳疗效，而多种治疗方法联合应用可能效果更佳，如有研究者提出联合应用亚低温和促红细胞生成素能够显著减少近端和远端肾小管损伤[18]。(5)不同的降温方式对医护人员的技术要求和理论要求各有不同，简单的降温方式虽然能够减轻医护人员的负担，但相应的降温效果和温度控制的严格性会明显下降。在动物实验、临床试验及治疗过程中，应针对操作人员的理论和技术水平、降温设备的水平及患者的需求综合考虑，采用最佳的降温方案，并在操作前对医护人员进行严格的理论和实践培训，以避免由于操作失误造成的负面结果[27]。(6)其他因素，如温度测量方法的准确性、院前和院内-环境控制及肾毒性药物的应用等均可成为影响预后的因素。

亚低温对AKI的防治存在争议，病因不同是主要原因之一。在肾脏缺血再灌注损伤中，规范和严格的亚低温实施能够改善患者预后。而对于大型手术、糖尿病和患有慢性肾脏病的患者，亚低温似乎并不适合用于预防和保护肾脏功能。损伤现象的出现可能是由于系统性亚低温虽能降低机体的代谢需求和耗氧量，但并不能代偿低温相关性肾血管收缩引起的缺血性肾损伤。也有研究认为实施亚低温和延长降温时间能够为更有效的治疗措施赢得时间[35]。

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