血清IL-1β在激素替代缓解脑死亡猪供体肺损伤中的意义

摘要

背景及目的：
　　 肺移植已经成为诸多终末期肺疾病的唯一有效治疗方法,近年来,随着肺移植患者数量的不断增加,肺供体来源短缺的问题变得日趋严峻,这也制约着肺移植的发展。目前在国际上解决这一问题的有效途径之一是利用脑死亡患者(brain-dead donor,BDD)提供的供体器官。但是脑死亡是一种严重的病理生理过程,在脑死亡过程中机体神经、循环、免疫以及内分泌系等各个系统统均发生很大的变化,导致脑外各个脏器器官结构与功能的异常。因此,对脑死亡状态下脑外脏器损伤机制进行研究以及如何减轻其损伤,可为将来有效利用脑死亡肺供体提供实验基础。
　　 目前,脑死亡状态下肺损伤的机制尚不清楚,一些文献报道发现,脑死亡过程中机体炎症介质IL-1β、IL-6以及TNF-α等分泌增多,引起异常的免疫反应,其中IL-1β是脑死亡肺损伤时主要的细胞因子,在急性肺损伤发病早期起主要作用。IL-1β主要由单核巨噬细胞产生,多出现在血液循环中,与TNF-α一起共同启动炎症反应,促进中性粒细胞释放炎症介质,从而破坏肺组织结构的完整性,引起肺水肿。众所周知,激素具有很强的抗炎的作用,通过抑制炎性反应而发挥生物学作用。研究表明运用激素替代疗法可以对脑死亡过程中供体肝、肾等损伤具有保护作用,减轻肝、肾组织的损伤。有关激素替代疗法在脑死亡供体肺损伤中的作用及激素替代疗法是否影响脑死亡状态下IL-1β等炎症介质的水平,并对供体肺炎性损伤产生保护主要作用,国内外尚未报道。本实验通过建立猪脑死亡模型,监测血清IL-1β和动脉血气等肿功能的变化,探讨脑死亡对猪供体肺功能的影响及激素替代疗法对脑死亡猪供体肺炎性损伤的保护作用,并揭示IL-1β在其发病机制中的作用。
　　 材料和方法
　　 瑞典家猪24头,雌雄不限,体重(30±4)kg。随机分为3组,每组8头,即脑死亡组(brain-dead组,B组),运用缓慢间断颅内加压法建立脑死亡模型,并通过呼吸机维持呼吸以及液体输注等循环支持维持脑死亡状态24小时；空白组(control组,C组),处理同B组但不进行硬脑膜外气囊加压；激素处理组(hormone组,H组),建立脑死亡模型(方法同B组),确认脑死亡后给予肾上腺素0.85ug／kg／h,氢化可的松0.17mg／kg／h,T30.85ug／kg／h,T40.85ug／kg／h。在整个实验过程中,分别记录3组实验动物的平均动脉压(mean artery pressure,MAP)、心率(heart rate,HR)和肺动脉灌流(Pulmonary Artery Flow,PAF)水平；在硬脑膜外加压前以及脑死亡后6h、12h和24h监测3组实验动物动脉血气的动态变化；脑死亡后6h、12h和24h用酶联免疫吸附法(ELISA)监测B组和H组实验动物的白细胞介素-1β(IL-1β)水平。本实验数据采用SPSS17.1软件包处理数据,统计数据采用(x)±s表示,组间比较采用单因素方差分析,组内比较则采用重复测量设计的方差分析,显著性检验水准取α=0.05。
　　 结果
　　 1.B组和H组16头实验用猪均成功建立脑死亡模型。
　　 2.平均动脉压(MAP)的变化:颅内加压过程中,B组与H组MAP均出现明显增高,与C组比较差异有统计学意义(p<0.05)；脑死亡后B组MAP呈逐渐降低趋势,脑死亡12h以后与加压前和与同时间段的H组相比,有显著性差异(p<0.05)。
　　 3.肺动脉灌流(PAF)的变化:脑死亡后B组的PAF水平呈逐渐降低趋势,脑死亡6h以后与加压前比较,差异有统计学意义(p<0.05)；H组变化不明显,脑死亡12h后B组与H组组间有显著性差异(p<0.05)。
　　 4.白细胞介素-1(IL-1β)的变化:脑死亡后B组的IL-1β浓度呈逐渐升高趋势,脑死亡24h后,B组的IL-1β浓度与颅内加压前及与同时间的H组相比差异显著,有统计学意义(p<0.05),在实验过程中H组的IL-1β浓度变化不明显,组内各时间段比较无显著差异(p>0.05)。
　　 5.动脉血气的变化:在实验过程中,B组随着脑死亡时间的延长,逐渐出现pH值和pCO2降低以及PaCO2升高等呼吸性酸中毒的表现,而C组和运用激素替代治疗的H组没有出现呼吸性酸中毒的表现。
　　 6.B组与H组实验动物在脑死亡前出现短暂且无序的全身抽搐表现,并伴有心率和血压升高以及脑电图波形紊乱。
　　 7.B组与H组的脑死亡各项指标均符合临床脑死亡状态的要求,经呼吸机维持呼吸和液体输注等循环支持,16头实验用猪均维持脑死亡状态24h。停止呼吸及循环支持后,在较短时间内16头实验用猪均心肺死亡。
　　 结论
　　 1.本实验中16头实验用猪均成功制作脑死亡模型,并且各项脑死亡指标均符合临床脑死亡状态；并在呼吸维持以及液体输注等有效支持下,脑死亡状态均成功维持24小时；本次实验中成功制作脑死亡模型的经验为临床脑死亡供体肺保护的研究提供了实验依据与理论指导。
　　 2.B组和H组实验用猪在制作脑死亡模型过程中出现了脑死亡前短暂的全身抽搐表现,我们认为这一现象的出现是脑死亡过程中的判定指标之一。
　　 3.颅内加压过程中,随着MAP和HR等血液动力学的改变,PAF也出现了很大的变化,进一步验证了脑死亡过程中循环系统的改变对肺功能的影响。
　　 4.实验过程中机体内环境的紊乱使炎症介质IL-1β等合成与释放增加,同时出现呼吸性酸中毒等肺功能异常的改变,进一步说明了IL-1β与脑死亡猪供体肺功能损伤有关,因此我们认为IL-1β可作为脑死亡过程中供体肺炎性损伤的监测指标。
　　 5.运用激素替代治疗后,在脑死亡后期MAP和PAF下降趋势不明显,炎症介质IL-1β维持在正常水平,并且实验用猪没有出现呼吸性酸中毒的表现,说明激素替代疗法能明显改善脑死亡后机体内环境的紊乱,减少炎症介质的释放,从而减轻了脑死亡状态下猪供体肺的炎性损伤。