第二节　体液介质与免疫学说

机体通过神经-内分泌系统和免疫反应介导的应激反应，来维护能量代谢和血流动力学稳定，并维持内环境平衡。神经-内分泌系统通过释放大量体液介质发挥作用，如交感性儿茶酚胺、胰高血糖素、胰岛素、生长激素、甲状腺素、性腺激素等；此外，神经-内分泌系统调节免疫细胞功能，参与危重症发展过程。

严重感染或组织创伤刺激自主神经系统、内分泌系统和免疫系统，释放大量体液介质。在危重病不同阶段大致作用如下：①强烈的微血管收缩（儿茶酚胺、血管紧张素Ⅱ、血栓素A₂、心肌抑制因子等）；②引起微血管扩张（组织胺、激肽、β内啡肽、前列腺素E、前列环素等）；③促进血小板聚集和微血栓形成（5-羟色胺、TXA₂等）；④增加血管通透性（组织胺、缓激肽、前列腺素、乙酰胆碱等）；⑤直接损伤细胞，导致多脏器功能衰竭。神经-内分泌系统应激分泌的体液介质受蓝斑-交感-肾上腺髓质系统、下丘脑-垂体-肾上腺皮质系统、下丘脑-垂体-生长激素轴/甲状腺素轴/性腺轴调控。

一、蓝斑-交感-肾上腺髓质系统

（一）基本单元及效应

1.基本组成单元

蓝斑-交感-肾上腺髓质系统是应激时快速响应系统，其中枢整合部位位于脑桥蓝斑。蓝斑是中枢神经系统应激最敏感的部位，其中去甲肾上腺素能神经元具有广泛的上、下行纤维联系。其上行纤维主要投射至杏仁复合体、海马、边缘皮质及新皮质，是应激时情绪变化、学习记忆及行为改变的结构基础。蓝斑中肾上腺素能神经元的下行纤维主要分布于脊髓侧角，调节交感神经张力及肾上腺髓质中儿茶酚胺的分泌。

2.中枢效应

应激时蓝斑-交感-肾上腺髓质系统兴奋、警觉及紧张、焦虑等情绪反应，与脑区中去甲肾上腺素释放有关。

3.外周效应

应激时蓝斑-交感-肾上腺髓质系统的外周效应主要表现为血浆中肾上腺素、去甲肾上腺素及多巴胺等迅速升高。多种应激原可激活该系统，使各种组织、血液及尿液中儿茶酚胺水平升高。低温、休克、缺氧可使血浆去甲肾上腺素升高10～20倍，肾上腺素升高4～5倍；失血性休克时血浆肾上腺素浓度可升高50倍，去甲肾上腺素可升高10倍。应激原性质、强度、作用时间及个体差异，儿茶酚胺类物质变化幅度可有差异，其恢复至正常水平的时间亦不同。大面积烧伤患者在烧伤半个月后，尿中儿茶酚胺排出量仍高达正常人的7～8倍。应激时肾上腺髓质中酪氨酸羟化酶、多巴胺β-羟化酶及苯乙醇胺N-甲基转移酶等儿茶酚胺生物合成酶基因表达增加，促进其生物合成速度明显增加，释放增加。

儿茶酚胺经Ca2+依赖通道释放入血，与α₁-肾上腺素能受体、α₂-肾上腺素能受体和β-肾上腺素能受体结合发挥不同的生物学效应。肾上腺素能受体与不同的G蛋白偶联，经Gi抑制或Gs激活环腺苷单磷酸/蛋白激酶A（cAMP/PKA）途径，调节下游靶蛋白的磷酸化；经Gq受体刺激肌醇 1，4，5-三磷酸 /二酰基甘油（IP3/DAG）途径，开放内质网Ca2+通道，增加Ca2+水平。儿茶酚胺增加有助于改善休克状态下的心肌衰弱或血管麻痹，但是持续高水平儿茶酚胺会对免疫、代谢和凝血等方面器官损害。重症肠道病毒71型感染手足口病患者进行血液滤过/透析后，可显著降低肾上腺素、多巴胺水平，改善患者体温、心率、收缩压、左室射血分数和心排血指数。

（二）应激时儿茶酚胺水平升高的防御代偿意义

1.心血管兴奋作用

交感兴奋及儿茶酚胺释放可使心率加快，心肌收缩力增强，心输出量增加；由于外周血管中受体分布密度的差异，儿茶酚胺除使血压上升外，还导致血液重新分配，使心、脑等重要器官的血液灌流得到保证，而肠道血液灌注降低；在休克等的应激反应中，骨骼肌的血流量亦明显减少。

2.呼吸影响

儿茶酚胺引起支气管扩张，有利于增加肺泡通气量，以满足应激时机体对氧的需求。

3.代谢影响

儿茶酚胺通过兴奋α受体而使胰岛素分泌减少，通过兴奋β受体而使胰高血糖素分泌增加。肝脏糖原分解增加、糖异生增强、生酮作用增强致血糖升高，细胞因子合成增加；肌肉组织内糖酵解增强、乳酸释放增加；而脂肪组织内脂肪动员增强，使血浆中游离脂肪酸增加，从而满足应激时机体增加的能量需求。

4.其他激素分泌影响

儿茶酚胺还可促进促肾上腺皮质激素（ACTH）、生长激素、肾素、促红细胞生成素及甲状腺素等分泌，以便更广泛地动员机体应对应激。

（三）应激时强烈持续的儿茶酚胺水平升高的潜在危害

1.持续血管收缩的影响

腹腔内脏血管的持续收缩可导致腹腔内脏器官缺血，胃肠黏膜的糜烂、溃疡、出血；胃肠血流灌注不足，也会导致胃肠道缺血缺氧，加剧胃肠功能障碍。

2.外周小血管的长期收缩可使血压升高

可能是精神、心理应激诱发高血压的重要机制。

3.对凝血功能的影响

交感神经兴奋促进血管假性血友病因子和Ⅶ 因子产生，增强血小板活化、聚集和分泌功能，促进血栓快速形成；此外，儿茶酚胺可使白细胞数及纤维蛋白原浓度升高，从而增加血液黏滞度，促进血栓形成；这可能与危重患者并发心血管疾病有关。

4.心率增快

心肌耗氧量增加，导致心肌缺血。

二、下丘脑-垂体-肾上腺皮质系统

位于脑桥蓝斑的去甲肾上腺素能神经元释放去甲肾上腺素后，刺激室旁核神经元上的α-肾上腺素能受体，使下丘脑室旁核分泌促肾上腺皮质释放激素（corticotrophin releasing hormone，CRH）增多，启动下丘脑-垂体-肾上腺皮质轴的活化。选择性损伤去甲肾上腺素能神经元的上行通路、抑制去甲肾上腺素的合成或采用α-肾上腺素受体阻断剂可阻止某些应激原对下丘脑-垂体-肾上腺皮质轴的兴奋作用，使下丘脑CRH释放减少，垂体的ACTH及肾上腺皮质类固醇生成减少。

（一）基本组成及效应

1.基本组成

下丘脑-垂体-肾上腺皮质轴（hypothalamic pituitary adrenal axis，HPA）主要由下丘脑的室旁核（PVN）、腺垂体及肾上腺皮质组成。室旁核作为该神经内分泌轴的中枢部位，其上行神经纤维与边缘系统的杏仁复合体、海马结构及边缘皮层有广泛的往返联系，下行神经纤维则通过CRH控制腺垂体ACTH的释放，从而调控肾上腺糖皮质激素（GC）的合成和分泌。同时，室旁核CRH的释放也受到脑干蓝斑中去甲肾上腺素能神经元的影响。

2.中枢效应

应激时HPA轴兴奋产生明显的中枢效应，如抑郁、焦虑及厌食等情绪行为改变，这些效应主要由CRH分泌增多引起。此外，CRH还可促进内啡肽的释放，并促进蓝斑中去甲肾上腺素能神经元的活性，使HPA轴与蓝斑-交感-肾上腺髓质轴交互作用。

3.外周效应

应激时HPA轴兴奋的外周效应主要由糖皮质激素（glucocorticoid，GC）引起。正常人GC分泌量为25～27mg/d，应激时GC分泌量迅速增加。如外科手术后，GC分泌量可增加3～5倍，达到或超过100mg/d。若应激原已排除（如手术完成且无并发症），血浆GC可于24小时内恢复至正常水平；如应激原持续存在，则GC浓度可持续升高；如大面积烧伤患者，血浆GC浓度增高可维持2～3个月。临床可测定血浆皮质醇浓度及尿中17-羟类固醇排出量来判断应激的强度或术后并发症的存在。

GC作用是由糖皮质激素受体（GCR）介导，GCR包括α和β两个亚型。GC与GCR-α结合促进其入核，皮质醇-GCR-α复合物通过直接结合 GC 反应元件（glucocorticoid responsive elements，GREs）启动转录活化或抑制GC靶基因；而GCR-β可抑制 GCR-α活性，虽然不与GC直接结合，但是可以降低GC的作用效果，导致细胞的GC抵抗。危重症患者入ICU时白细胞中GCR表达升高，而13天后白细胞中GCR表达下调，但皮质醇水平依然较高，这种相关性分离现象常提示应激反应异常。

（二）GC分泌增多具有重要的防御代偿意义

1.代谢应激作用

GC促进蛋白质分解及糖原异生，补充肝糖原储备；同时，GC通过降低肌肉组织对胰岛素的敏感性而抑制外周组织对葡萄糖的利用，提高血糖水平，保证重要器官的葡萄糖供应；保证儿茶酚胺及胰高血糖素的脂肪动员作用。

2.循环稳定作用

GC并不导致心肌及血管平滑肌收缩，但对维持儿茶酚胺发挥其对心血管活性调节作用至关重要，是其必要因素。

3.稳定细胞膜及溶酶体膜作用

GC能诱导产生分子量为40～45kD的巨皮质素（macrocortin），又称脂调蛋白（lipomodulin）。巨皮质素能抑制磷脂酶A₂的活性，故可减少膜磷脂的降解，减少花生四烯酸、前列腺素及白三烯的生成，对细胞发挥保护作用。

4.具有强大的抗炎作用

GC的抗炎作用早被公认，被广泛应用。GC可抑制多种促炎症介质的产生，并诱导多种抗炎介质的产生。目前已知受到GC调控的因子，见表1-3。

（三）应激时GC持续增高的不利影响

1.免疫反应受抑

动物实验发现各种严重应激时，动物的胸腺细胞凋亡，胸腺萎缩，淋巴结缩小。在临床患者及动物实验均观察到，慢性应激后多种细胞因子及炎症介质生成减少，免疫力下降，易并发感染。

2.生长发育迟缓

慢性应激时由于CRH的作用使生长激素分泌减少，由于GC增高而使靶细胞对胰岛素样生长因子（IGF-1）产生抵抗，从而导致生长发育迟缓，伤口愈合不良等。

3.甲状腺受抑

GC可抑制促甲状腺素释放激素（TRH）及促甲状腺素（TSH）的分泌，并阻碍T₄在外周转化为活性更强的T₃。

4.行为改变

如抑郁症、异食癖及自杀倾向等。

三、下丘脑-垂体-甲状腺素轴

危重症患者出现甲状腺激素水平改变，而甲状腺本身无器质性病变称之为非甲状腺病态综合征（nonthyroidal illness syndrome，NTIS），也 称 为正常甲状腺病态综合征（euthyroid sick syndrome，ESS）或低 T₃综合征（low T3 syndrome）；流行病学资料显示NTIS在危重症患者中的发生率为60%～70%，以低T₃型多见。研究发现，脓毒症患者血清甲状腺素水平与脓毒症病情危重程度呈负相关，病情越严重，血清 TT₃、fT₃、TT₄、FT₄越低，急性生理与慢性健康评分（acute physiology and chronic health evaluation Ⅱ，APACHE Ⅱ）评分越高。此外，多项研究表明，合并NTIS的脓毒症患者病情进展更快、病死率更高，且需要更长的住院时间和治疗费用。

1.基本组成单元

下丘脑-垂体-甲状腺轴（HPT）是指下丘脑、垂体以及甲状腺这三者连接的部位，是促进甲状腺激素分泌的关键所在。甲状腺激素调节机体基础代谢，在控制炎症、保护器官功能方面发挥重要作用。

2.外周效能

危重症急性期甲状腺激素水平降低是机体自身保护机制之一。甲状腺激素下降可减少机体能量消耗，外周血TSH、T₃和T₄水平恢复正常是疾病转归的标志。在盲肠结扎穿孔诱导脓毒症动物模型中发现，补充T₃可以减少抗凝血酶Ⅲ的减少，改善微循环凝血功能；给予甲状腺素干预可以降低脓毒症动物模型的病死率。目前，临床上甲状腺激素干预是否能改善机体代谢、维持血流动力学稳定、改善器官功能尚存有争议。

四、下丘脑-垂体-生长激素轴

1.基本组成单元

下丘脑-垂体-生长激素轴（HPGH）包括生长激素释放激素（growth hormone releasing hormone，GHRH）、生长激素（growth hormone，GH）和胰岛素样生长因子（insulin-like growth factor，IGF）。GH 由 腺 垂 体 分 泌，主 要受下丘脑分泌的GHRH和生长激素抑制激素（somatostatin，SS）的调节。

2.中枢效应

HPGH轴影响生长发育、睡眠、认知功能、情绪等，GH的夜间分泌与睡眠和作息周期有关。

3.外周效应

危重症发生几小时后GH血清浓度开始升高，表现为急性期GH分泌的峰值有所增加且频次增多，这一现象在危重症发生1周后消失。GH分泌降低与下丘脑功能受损和胃饥饿素活性形式缺乏有关。危重症时肝脏GH受体功能受到抑制，导致循环中IGF-1，IGF结合蛋白3（IGFBP-3）和GH结合蛋白（GHBP）水平低，引发脂肪分解、胰岛素拮抗和免疫激活，表现为合成代谢受抑制，分解代谢持续状态，机体处于消耗状态。生长激素释放肽（growth hormone releasing peptide，GHRP）或者GHRP联合GHRH可唤醒危重患者的GH分泌峰值波动。

五、其他体液介质

除了以上体液介质之外，危重症伴随β-内啡肽、胰高血糖素、抗利尿激素（ADH）、醛固酮等显著升高，而胰岛素、促性腺激素释放激素（GnRH）、促黄体生成激素（LH）及卵泡刺激素（FSH）等性腺激素显著下调。

1.β-内啡肽

β-内啡肽（β-endorphin）主要在脑垂体合成，亦在全身其他组织表达。多种应激原（如创伤、休克、严重感染等）均能引起血浆β-内啡肽明显升高，达正常的5～10倍。β-内啡肽的升高程度与ACTH平行，因为两者均为其共同前体前阿黑皮质素原的衍生物，都在下丘脑CRH的刺激下释放，亦受血浆GC水平的反馈调节，输注β-内啡肽可使血浆中ACTH及GC水平降低，而输注阿片受体拮抗剂纳洛酮（naloxone）则使ACTH及GC水平升高。β-内啡肽在应激反应的调控中发挥重要作用。一方面，它抑制ACTH与GC的分泌，可避免应激时下丘脑-垂体-肾上腺皮质（HPA）的过度兴奋；另一方面，它亦能抑制交感-肾上腺髓质系统的活性，使血压降低，心输出量减少及心率减慢，避免交感-肾上腺髓质系统的过度兴奋；但β-内啡肽过度抑制心血管系统也可导致休克发生。此外，β-内啡肽具有很强的镇痛作用，可诱导患者产生兴奋及愉快的感觉，这可减轻创伤患者的疼痛，缓解因疼痛诱发的其他不良应激反应。

2.胰岛素

应激时交感-肾上腺髓质系统兴奋，儿茶酚胺作用于胰岛β细胞上的α受体而抑制胰岛素的分泌，使得血糖水平明显升高，有利于满足机体在应激时增加的能量需求。危重患者目标血糖控制在110～180mg/dl较为合适，而给予连续静脉胰岛素输注是控制血糖的较好的方法。一项儿童危重症远期生活质量研究发现，血糖控制在 80～100mg/dl（4.4～5.5mg/dl）和 150～180mg/dl（8.3～10mg/dl）适应性技能无差异，而高血糖目标管理组患者的生活质量总体健康指数显著高于低血糖目标管理组。

3.胰高血糖素

交感-肾上腺髓质系统兴奋分泌儿茶酚胺作用于胰岛α细胞上的β受体而使胰高血糖素分泌增加，使血糖水平升高。此外，研究发现危重症患者给予氨基酸营养增加机体胰高血糖素水平，动物实验证实，胰高血糖素水平升高促进氨基酸分解代谢，中和胰高血糖素可以抑制肝脏氨基酸分解代谢，对血糖无持续影响，可逆转危重症诱导的低氨基酸血症；故高胰高血糖水平是危重症低氨基酸血症的主要原因。

4.抗利尿激素

情绪紧张、运动、手术、创伤、感染及休克等应激原均可引起抗利尿激素（antidiuretic hormone，ADH）的分泌增多。抗利尿激素分泌失调综合征（syndrome of inappropriate antidiuretic hormone secretion，SIADH）是指由于多种原因引起的内源性ADH（即精氨酸加压素AVP）分泌异常增多，从而导致水潴留、尿排钠增多及稀释性低钠血症等有关临床表现的一组综合征。SIADH 诊断依据可参考尿渗透压 ＞ 100mOsm/kg、尿钠大于30mmol/L，等容量性血浆低渗透压（＜ 275mOsm/kg）。

5.醛固酮

应激时交感-肾上腺髓质系统兴奋可使肾血管收缩而激活肾素-血管紧张素-醛固酮系统，使血浆醛固酮水平升高。上述变化均可导致肾小管对钠、水重吸收增多，尿量减少，有利于应激时血容量的维持。持续肾素-血管紧张素-醛固酮会导致血压升高，对心血管功能产生不利影响。EV71感染重症手足口病患者机体经静-静脉连续性血液滤过透析可显著降低血管紧张素Ⅱ、醛固酮、血浆肾素，进而改善心血管功能。

6.性腺激素

危重症初期机体性腺激素水平下降。男性中，睾丸激素水平下降，随着患病时间延长，睾酮水平进一步下降；女性性腺激素水平，如雌激素和黄体酮在应激条件下水平降低。雌激素和黄体酮缺乏症被认为是一个中枢性腺轴被抑制的后果。创伤性脑损伤和失血性休克动物模型中补充雌激素具有保护作用，但缺乏相关临床研究。同样，雄激素应用对危重症无临床受益表现。性腺激素在危重症发生发展中的作用和机制仍需进一步研究。

六、免疫学说

神经-内分泌系统分泌大量体液介质调控能量代谢、稳定循环之外，对免疫系统和免疫细胞功能的调控在危重症发生发展中也起到了重要作用。神经-内分泌激素通过作用于免疫细胞膜上的受体而调节免疫反应（表1-4），其中，GC与儿茶酚胺的大量释放对免疫系统具有强烈抑制作用。免疫反应在危重症发生发展中扮演重要角色，近年来免疫病理生理的发展推进了这一领域的认识。

（一）免疫激活与免疫抑制

免疫系统急性应激时，机体非特异性免疫反应常有增加，如外周血中性粒细胞数目增多，吞噬活性增强，补体系统激活，C反应蛋白（CRP）增多，细胞因子、趋化因子及淋巴因子等释放增多等，炎症因子风暴是炎症反应的早期表现。随着对机体免疫反应的深入认识，危重症患者后期免疫功能进入麻痹状态。研究发现：脓毒症患者外周血单核细胞体外脂多糖（LPS）刺激其肿瘤坏死因子（TNF-α），IL1和 IL6水平降低，提示固有免疫功能的改变；淋巴细胞凋亡提示细胞免疫功能受损。2000年Munford等提出免疫抑制的概念。研究证实免疫抑制与巨噬细胞M₂极化、T细胞耗竭、NK细胞活性下降、骨髓来源抑制细胞增多、未成熟抑制性中性粒细胞和初级淋巴器官的免疫功能改变有关。中性粒细胞的延迟凋亡，分泌IL-10，介导免疫抑制；单核、巨噬细胞或者DC细胞上HLA-DR的表达减少，抗原递呈能力降低；DC细胞数量减少损害B细胞和T细胞的功能，导致免疫抑制。细胞免疫方面，CD4+、CD8+ T 细胞和B细胞凋亡致数量减少，Treg细胞比例增加；而存活的CD4+、CD8+ T细胞也倾向于从Th1的促炎表型向Th2的抗炎表型转移，PD-1表达增加，炎症因子分泌降低，导致T细胞耗竭。

（二）固有免疫记忆

固有免疫记忆是指固有免疫细胞首次接触病原后的功能重编程，当二次病原刺激时表现出免疫功能增强的“免疫记忆型”或者免疫功能低下的“免疫耐受型”；这一概念提出引起固有免疫记忆对改善免疫状态的重视。人体感染单疱疹病毒、卡介苗疫苗介导固有免疫记忆，保持高水平IFN-γ和巨噬细胞活化，能抵抗李斯特菌和鼠疫杆菌的再次感染；染色质重构和组蛋白赖氨酸H3K4me3（trimethylation of histone H3 at Lys4）、H3K4me1（monomethylation of histone H3 at Lys4）和 H3K27ac（acetylation of histone H3 at Lys27）在启动子区域和增强子区域的修饰与固有免疫记忆形成有关；确定了固有免疫记忆在脓毒症免疫学病理生理中的重要地位。β-葡聚糖诱导单核细胞分化为巨噬细胞，并能长期维持其分泌炎性因子和杀菌的效能，通过改变组蛋白修饰实现转录再激活，逆转LPS诱导的固有免疫细胞耐受。最新研究报道：经盲肠结扎穿孔（CLP）制备C57小鼠脓毒症模型，3个月之后对存活小鼠的骨髓幼稚单核细胞及骨髓造血干细胞分析发现，均表现出“免疫记忆”表型，且糖酵解能力增强；这重新定义了人们对脓毒症后期免疫抑制的认识，为预防二次感染、改善脓毒症患者后期免疫抑制开启了新的研究视野。

（三）代谢表观遗传学与免疫记忆

H3K4me1、H3K4me3和 H3K27ac这 些 发 生在组蛋白赖氨酸的甲基化和乙酰化修饰与细胞的代谢途径密切相关。组蛋白赖氨酸甲基转移酶（histone lysine methyltransferases，KMTs）利用 S-腺苷蛋氨酸（S-adenosylmethionine，SAM）作为甲基供体，去甲基化酶（histone lysine demethylases，KDMs）如KDM1、KDM2-KDM8 家族成员需要黄素腺嘌呤二核苷酸（flavin adenine dinucleotide，FAD）和α-酮戊二酸（α-ketoglutarate，α-KG）实现去甲基化。细胞内乙酰辅酶A（acetyl-coA）水平降低、NAD+水平增加激活Sirtuin组蛋白去乙酰化转移酶，导致组蛋白乙酰化水平降低，导致免疫抑制；而代谢活性增强使得琥珀酸水平增加，一方面抑制α-KG介导去甲基化修饰，另一方面稳定HIF-1α，提高细胞的免疫反应。

（王春霞　张育才）