脓毒症心肌舒张功能障碍研究进展1）

王宇佳，呼邦传，孙仁华

1 脓毒症心肌损伤流行病学

脓毒症（Sepsis）被定义为感染诱发的全身系统性炎症反应，可进展为脓毒性休克及多脏器功能障碍，其中，心脏是重要的受累器官之一，脓毒症患者可出现不同程度的心功能障碍。研究已显示，在严重脓毒症和脓毒性休克的患者中，约有44%患者出现心功能障碍［1］，其病死率约为70%。与脓毒症正常心功能者相比，脓毒症伴有心功能障碍患者死亡率增加20%［2］。

既往认为脓毒症致心功能障碍特指心肌收缩功能障碍。然而，近年来，随着血流动力学监测和心脏超声技术的发展，研究者发现脓毒症心肌损伤可表现为不同类型的心功能障碍，如左室舒张功能障碍、左室收缩功能障碍和右室功能障碍，且不同类型的心功能障碍可互相并存。Pulido等［3］在106例严重脓毒症或脓毒性休克患者中，采用经胸壁心脏超声评价不同心功能障碍对病死率影响，结果发现68例（64%）患者存在心功能不全，其中，存在左室舒张功能不全、左室收缩功能不全和右室功能不全的患者分别为39例（37%）、29例（27%）和33例（31%），提示左室舒张功能障碍所占比例最高。相比较收缩功能障碍患者，脓毒症心脏舒张功能障碍患者对液体治疗反应性差，其病死率增加。因此，早期识别脓毒症患者的心脏舒张功能障碍，并采取相应的救治措施干预，对降低脓毒症患者的病死率具有重要意义。

2 脓毒症心肌舒张功能损伤的可能机制

心肌的舒张能力主要依赖于心室主动的松弛和被动的充盈，其主动松弛能力主要由心肌细胞的内部机制（钙循环的改变）引起。与收缩功能相比，心肌舒张功能作用机制更为复杂，涉及的因素和环节更多。严重脓毒症可以通过以下环节影响心肌舒张功能：循环中心肌抑制物、心肌细胞内Ca2＋稳态失调、心肌能量代谢异常、线粒体功能障碍以及心肌细胞凋亡。其中，Ca2＋稳态失调是导致心肌细胞舒张功能异常的最直接原因，包括Ca2＋释放异常、肌浆网（SR）钙泵对Ca2＋的主动摄取能力下降以及一些修饰肌浆网钙泵ATP酶-2a（SR calcium ATPase-2a，SERCA2a）的蛋白（受磷蛋白、钙调节蛋白、肌集钙蛋白）磷酸化状态和水平的改变。由于心肌的主动松弛能力是能量依赖性的，因此受损的舒张充盈能力也可能与能量代谢异常有关。

2.1 Ca2＋稳态失调 正常心肌细胞的钙循环模式：正常生理状态下，心肌细胞发生去极化后，导致细胞膜上L型钙通道（LTCC）开放，引起少量的Ca2＋内流，随后激活SR上的钙释放通道即兰尼碱2型受体（ryanodine receptor 2，Ry R2），促进RyR2开放并释放大量Ca2＋，胞浆内Ca2＋水平迅速升高，Ca2＋与细肌丝上的肌钙蛋白C结合引起心肌细胞收缩，随后SR钙泵SERCA2a将胞浆内Ca2＋重新摄入至SR内储存，最终胞浆内Ca2＋水平迅速下降，Ca2＋与肌钙蛋白C解离，心肌细胞松弛。研究已发现，在离体的小鼠心肌细胞中，内毒素和细胞因子能调节并抑制L型钙通道（LTCC）电流，减少收缩期心肌细胞Ca2＋浓度，可降低心肌收缩力［4］。体外内毒素干预后，Ry R2受体活性和离体毛细血管心肌收缩力在24 h后显著降低，选择性阻断NOS-2信号途径可逆转上述生物学效应［5］。

除了心肌收缩功能降低外，Kao等［6］在体外研究也发现，内毒素和肿瘤坏死因子（TNF-α）刺激后均能使心肌细胞SERCA2a活性明显下降。在脓毒症小鼠模型中，心肌SERCA2a活性在脓毒症早期（9 h）无明显变化，而在后期（18 h）其活性下降，心肌舒张期肌浆网对Ca2＋摄入显著降低，且SERCA2a活性变化的时间与心肌细胞内游离Ca2＋升高和左室舒张最大下降速率（-dp／dtmax）降低的时间一致。这机制可能与肌浆网磷酸化蛋白功能障碍，以及受β-肾上腺素能信号变化密切联系的环磷酸腺苷（c AMP）增加相关。同样，在脓毒症动物模型中，研究也发现心肌SR上钙释放通道RyR2受体密度下调，随后伴有心肌Ca2＋释放减弱［7］。此外，内毒素也可通过开放三磷酸腺苷（ATP）依赖K＋通道，缩短心肌动作电位和降低心肌 Ca2＋超载［8］。

2.2 肌丝对Ca2＋的敏感性及其结构的改变 Kass等［9］2006年报道肌丝对Ca2＋的敏感性是调节心肌舒张期松弛和僵硬度的另一重要因素，其敏感性可被肌节蛋白以及调控的细肌丝尤其是肌钙蛋白I（c TnI）所调节。诸多因素都可以降低肌丝与Ca2＋结合亲和力，如循环中的c AMP和 环磷酸鸟苷（cGMP）依赖的蛋白激酶对肌钙蛋白I的磷酸化作用、β-肾上腺能受体激动剂、N2O／利尿钠肽等。此外，蛋白激酶C（PKC）和Rho激酶也可以影响肌丝对Ca2＋敏感性，可以使脓毒症心肌收缩力减低和舒张松弛时间延长。在脓毒症大鼠模型中，也能观察到心肌肌纤维蛋白对Ca2＋的敏感性发生改变，导致离体的心肌乳头肌舒张松弛能力降低［10］。在持续脓毒性休克状态下的死亡者中，心肌免疫组化显示部分心肌纤维破坏，可能是由于基质金属蛋白酶（MMPs）活性增加，促进心肌收缩单位和细胞骨架降解。这些肌纤维破坏可导致心肌结构变化，导致心肌僵硬度增高，舒张功能障碍［11］。

2.3 心肌的高能磷酸代谢障碍 心肌的高能磷酸代谢障碍也可直接影响心肌舒张功能。肌动蛋白紧密结合状态的解离需要二磷酸腺苷（ADP）的分解，当心肌游离的ADP分子升高时这一过程则被抑制。体外实验研究发现，心肌舒张期僵硬度与游离的ADP水平升高所导致的能量代谢抑制作用密切相关。在左室舒张功能障碍的犬模型中，Paolocci等［12］观察到心肌存在一磷酸腺苷（AMP）分解增加和游离的ADP浓度升高的高能磷酸代谢异常。其中，心肌MMPs抑制剂（PD166793）主要是通过逆转高能磷酸代谢异常，改善心肌舒张功能。既往研究显示，脓毒症患者心肌存在线粒体功能不全，可导致心肌的高能磷酸代谢异常，可能是促进脓毒症心肌舒张功能障碍的重要因素。

3 心脏舒张功能的评价方法

目前认为心导管检查是评价左心室舒张功能的“金标准”，其测定的左室舒张末期充盈压（LVEDP）、-dp／dtmax、充盈速率和时间等指标能客观评价左室舒张功能，但因该方法是有创的，且费用高，限制其在临床上应用。超声心动图则因其简便易行和无创性已成为目前评价左心室舒张功能最常用的方法。其中，二尖瓣血流频谱（MVF）方法曾被称为超声心动图无创评估心脏舒张功能的基石。临床上通常采用二尖瓣舒张早期峰值流速（E）和舒张晚期峰值流速（A）、E／A 比值、等容舒张时间（IVRT）、E波减速时间（EDT）、A波持续时间（Ad）等指标来描述左室舒张期充盈的特征。正常左室舒张功能多普勒超声表现为E／A＞1，IVRT60 ms～100 ms，EDT150 ms～220 ms。根据二尖瓣口血流情况，异常的舒张功能表现为弛缓异常（E／A＜1；IVRT＞100 ms；EDT＞220 ms）、充盈假性正常（E／A1～2；IVRT60 ms～100 ms；EDT150 ms～220 ms）和限制性充盈异常（E／A＞2；IVRT＜60 ms；EDT＜150 ms）三种形式。

多普勒组织成像（DTI）是近年来迅速发展的一项超声心动图新技术，其可以直接测定心肌运动速度等指标，如二尖瓣环舒张早期峰值流速（e’）、舒张晚期峰值流速（a’）及其比值，为左室舒张功能的评价提供了一个新的手段。正常状态下，e’／a’＞1，e’＞8 cm／s。左心室舒张功能减低早期特征表现为e’降低，a’升高；疾病进一步进展到二尖瓣血流呈“假性正常化”时，e’／a’倒置，e’／a’＜E／A，借此可鉴别二尖瓣血流频谱“假性正常化”。目前研究发现，采用MVF方法测定的二尖瓣舒张早期峰流速与DTI方法测定的二尖瓣环舒张早期速度比值（E／e’）更能准确评价左室舒张功能。在不同心脏疾病状态下，研究显示E／e’与肺毛细血管嵌压（PCWP）、左室充盈压及左室平均舒张压［13］均显示密切相关。E／e’比值升高表明左室舒张早期较高的压力梯度引起较小的容量变化。当E／e’＞15，提示左室充盈压升高，表明存在左室舒张功能不全；当E／e’＜8，表明左室舒张功能正常；当8＜E／e’＜15，提示存在左室舒张功能不全可疑，需要综合E／A比值、EDT或肺静脉血流速度等指标判断。

此外，近年来，速度向量成像技术（VVI）、定量组织速度成像（QTVI）、应变及应变率成像（SRI）以及实时三维超声心动图（RT-3DE）等新技术在评价左室舒张功能已显示出一定优势，能克服多普勒超声局限性如多普勒超声束与心肌运动方向间夹角、呼吸运动等因素影响，具有广泛的临床应用前景。

脑钠肽（BNP）和氨基末端脑钠肽前体（NT-proBNP）主要由心室肌细胞合成和分泌，其分泌释放受心室壁张力、心室容量负荷及压力负荷的调节。血浆BNP和NT-proBNP水平亦反映了心室充盈压或舒张期左室壁张力的变化。研究已表明，循环中BNP和NT-proBNP水平与左室舒张功能密切相关［14］，循环中NT-proBNP浓度与左室舒张功能呈正相关，且随左室舒张功能受损的严重程度加重而升高［15］。

4 脓毒症心肌舒张功能变化与生存预后

新近一些研究表明，脓毒症患者合并左室舒张功能障碍预示其死亡风险显著增加。Sturgess等［16］对一组小样本（n=21）感染性休克患者研究发现，E／e’是脓毒症休克患者住院生存预后的独立预测因子。其中，死亡者中E／e’显著高于生存者（15.32±2.74 vs 9.05±2.75；P=0.000 2）。ROC分析显示，E／e’预测感染性休克患者住院死亡优于BNP和NT-proBNP，ROC曲线下面积分别为0.94（E／e’）、0.86（BNP）和0.78（NTproBNP）。在校正APACHEⅢ评分、心血管疾病、液体平衡以及舒张功能不全级别等相关影响因素后，E／e’是住院死亡的独立预测因子（P=0.019）。Landesberg等［17］对262例严重脓毒症或脓毒症休克患者研究显示，与正常心功能患者相比，单纯合并收缩功能不全射血分数［射血分数（EF）≤50%；HR（危险比）=2.9，P=0.035］、单纯合并舒张功能不全（e’＜8cm／s；HR=6.0，P＜0.000 1）或同时合并收缩和舒张功能不全患者（HR=6.2，P＜0.000 1），其病死率都显著增加，同时血浆肌钙蛋白c TnI和NT-proBNP水平也显著升高。在校正APACHEⅡ评分、少尿、低左室射血容积指数、低氧血症等死亡独立危险因素，e’是预测死亡的最强影响因子。同样，在58例需要机械通气和左室收缩功能正常［EF，（63±7）%］的ICU患者中，Ikonomidis等［18］研究也发现，采用e’≤8 cm／s或／和 E／e’≥13 cm／s定义左室舒张功能不全，血浆NT-proBNP≥941 pg／m L是患者左室舒张功能不全的可靠预测因子（ROC曲线下面积为75%，P=0.03）。与仅有左室舒张功能不全或NT-proBNP≥941 pg／m L，以及左室舒张功能正常且NT-proBN P＜941 pg／m L患者相比，左室舒张功能不全且NT-proBNP≥941 pg／m L患者血肌酐水平显著增加，平均动脉压（MAP）、氧合指数（PO2／FiO2）以及生存率都显著降低。这一结果也提示，联合血浆NT-proBNP和评价左室舒张功能的心脏组织多普勒参数能提高预测患者住院死亡率的准确性。

研究也显示脓毒性症患者左室舒张功能障碍具有可逆性，在脓毒症和脓毒性休克患者病因去除后或进行有效液体复苏均可改善左室舒张功能。Bouhemad等［19］报道在54例脓毒性休克患者中，22例患者存在血清c TnI水平升高。其中，11例患者同时合并左室收缩和舒张功能不全，另外11例患者存在单纯性左室舒张功能减弱。与c TnI水平正常者相比，脓毒性休克合并c TnI水平升高患者第1天e’和二尖瓣早期舒张反流加速率（Vp）显著降低，血浆 TNF-α、白介素（IL）-8和IL-10显著升高。随着脓毒性休克治疗改善后，这些患者e’和Vp逐渐恢复至脓毒性休克c TnI水平正常者水平，循环中炎症因子也恢复正常。Mahjoub等［20］对83例需要机械通气的脓毒性休克患者研究发现，给予适当液体治疗后，存在左室舒张功能不全患者e’显著增加，提示脓毒性休克患者适当扩容治疗能显著改善左室舒张功能。

5 展 望

目前关于脓毒症心肌舒张功能障碍患病率缺乏大样本的流行病学资料，同时其舒张功能障碍发病机制关键信号通路尚不明确，仍需进一步深入研究。尽管脓毒症心肌舒张功能障碍患者病死率高，鉴于其具有治疗可逆性，临床上早期识别显得尤为重要。因此，有必要建立有效的早期预警体系及个体化治疗模式，特别对于具有液体反应性的患者，除了积极抗感染治疗外，早期有效地液体复苏可改善心肌舒张功能，降低其死亡率。

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