肠粘膜屏障

肠粘膜屏障肠粘膜屏障肠道是机体的消化器官，同时还具有内分泌、免疫等功能，是机体非特异性抗感染的第一道防线。另一方面，肠道是机体最大的细菌和内毒素贮库，为一隐匿性感染源。在消化、吸收各种营养物质的同时，肠道又能将细菌及其代谢产物抑制于肠道内，肠道屏障在此过程中有非常重要的作用。一.肠粘膜屏障的组成及功能二.肠粘膜屏障损伤的病因及机制三.肠屏障功能障碍血清学检测现状及进展四.肠粘膜屏障损伤后机体自我修复因素五.肠粘膜屏障保护措施肠道屏障由肠上皮细胞层、粘液层、肠道正常菌群、肠道免疫系统、肠-肝轴等组成。1.免疫屏障（immunological barrier）2.机械屏障（mechanical barrier）3.化学屏障（chemical barrier）4.微生物屏障（microbiological barrier）肠道的机械屏障、化学屏障、微生物屏障属于机体固有免疫功能。免疫屏障属于机体的适应性免疫范畴。肠道相关淋巴组织（GALT）：派伊尔结（peyer patch），固有层淋巴细胞（lamina propria lymphocyte，LPL）和上皮内淋巴细胞（intra-epithelial lymphocyte，IEL）各种分泌型抗体（Ig A、IgM、IgE等）抑制肠道细菌黏附阻止细菌在肠粘膜表面定植中和肠道毒素抑制抗原吸收因此，肠粘膜免疫屏障功能一旦减退，易导致肠道细菌和内毒素易位。肠粘膜上皮细胞上皮细胞间的连接复合体（包括紧密连接、黏附连接和缝隙连接，其中紧密连接作用最重要）上皮细胞表面的菌膜（存在于细胞上的肠道细菌特异性受体，使肠内常驻菌有序地嵌入肠道细胞间，构成有层次的结构）粘液下行的气流和液流此外，肠壁固有层的结缔组织细胞间质中充满凝胶状的基质成分，其中除水分外，主要是蛋白多糖。这些结构组成了一道肠道细菌和内毒素不能自由逾越的物理屏障（physical barrier）。生理状态下，肠粘膜表面被覆着一层粘液，可保护细胞，在一定程度上还有阻挡病原微生物和有害物质的作用。消化道分泌的胃酸、溶菌酶、粘多糖和蛋白分解酶胆汁肠腺Paneth细胞产生的抗菌肽1.胃酸主要在小肠起始端起作用，可灭火细菌等病源微生物。2.肠腺Paneth细胞产生的抗菌肽在肠上皮表面和肠腔内发挥杀菌和抑菌作用3.粘多糖为大分子糖蛋白，一方面起润滑作用，保护肠粘膜免受物理性损伤；另一方面具有一定的缓冲作用，可结合酸性或碱性消化液，保护肠粘膜免受酶和消化液的侵袭性损伤。4.胆汁对内毒素是一个重要的化学屏障：.肠道内胆盐可通过与内毒素结合从而阻止其从肠道吸收进入门静脉 .胆盐和胆酸为去污剂，可将内毒素分解成无毒性的亚单位或形成微聚物。正常机体肠道内栖居大量正常细菌，种类至少400种以上，其中绝大多数是厌氧菌。正常情况下，正常菌群之间保存着相当稳定的比例关系，它们与肠道粘膜结合或黏附或嵌合，形成有一定规律的膜菌群，与宿主的微空间结构形成一个既相互依赖有相互作用的微生态系统，这种微生物系统构成了肠道的微生物屏障。在正常微生态情况下，肠道非致病菌群的优势繁殖可阻碍致病菌的生存；同时，非致病菌还可分泌一些抑菌和抗菌物质，如乳酸、抑菌素等，可干扰和抑制其它病菌的活力和功能。肠道正常菌群的定植性、繁殖性和排它性使外籍菌无法在肠道内定植、优势繁殖及向肠外易位，因而被成为“定植抗力”。肠道依靠其粘膜屏障，可有效地阻止肠内细菌及内毒素移位到其它组织或器官。但在创伤等应激及长期肠外营养情况下，肠粘膜结构和功能可严重受损，使肠内细菌和内毒素移位，引起脏器感染，甚至发生多器官功能障碍（MODS）而危及生命。临床和试验研究发现，多种因素均可能削弱或破坏肠道屏障功能。主要因素包括：重度失血、失液，严重的创伤、烧伤、感染，长期应用光谱抗生素或免疫抑制剂，不合理的全胃肠外营养，以及放疗、化疗、电离辐射等。多种因素从一个或多个方面损伤肠道屏障的结构和功能，导致大量细菌和内毒素经门静脉和淋巴系统侵入机体循环，引起肠源性脓毒血症（gut origin sepsis）和内毒血症（endotoxemia）,由此不仅加重原发疾病，甚至可能诱发全身严重反应（SIRS）和多器官功能障碍综合征（MODS）而危及生命。任何造成肠粘膜缺血、破损、脱落、萎缩均可引起肠道机械屏障功能损伤。近十余年来，低血容量性休克、应激、肠缺血等引起肠粘膜缺血再灌注损伤已得到大量临床和实验研究证实。小肠缺血后可造成再灌注损伤时产生大量氧自由基，导致小肠粘膜损伤和肠粘膜通透性增加。肠粘膜再灌注损伤的主要机制是：具有毒性的活性氧代谢产物，即氧自由基（包括超氧阴离子、过氧化氢、羟自由基）大量产生，由此引起核酸、蛋白质、脂质等损伤，导致细胞功能障碍甚至细胞死亡。1、缺血组织细胞内的黄嘌呤氧化酶系统：研究证实黄嘌呤氧化酶系统是肠粘膜缺血再灌注损伤的主要来源。肠道（特别是粘膜绒毛顶部）含有丰富的黄嘌呤氧化酶，正常情况下，此酶90%以D型（黄嘌呤脱氧酶）形式存在，相对无活性或活性不高；但组织处于缺血缺氧等病理状态下黄嘌呤脱氧酶迅速转化成黄嘌呤氧化酶，而且活性大大提高，并催化组织中因缺氧而不能进一步代谢、分解而积聚的底物次黄嘌呤的氧化反应，产生大量氧自由基。2.活化的中性粒细胞：活化的中性粒细胞发生呼吸爆发（respiratory burst)产生大量具有损伤性的氧自由基。1.其外层轨道有未配对的成对电子存在，具有高度反应性，可与机体内各种组织细胞（包括肠上皮细胞）发生反应，是生物膜中多不饱和脂肪酸（PUFA）过氧化，导致生物膜中PUFA明显减少，膜的液态性、流通性和通透性发生改变。膜的通透性增加是大量阳离子进入细胞内，激活磷脂酶和蛋白酶，引起细胞损伤和死亡 线粒体膜通透性增加，影响能量代谢 溶酶体膜通透性增加，溶酶体破裂，大量溶酶体酶释放而导致细胞损伤或溶解。2.自由基和脂质过氧化物还可与蛋白质发生过氧化、交联、聚合等反应，使蛋白质肽键断裂、结构破坏，生物活性物质失活，导致细胞代谢紊乱、功能丧失。临床上严重感染和创伤等危重患者因处于禁饮食状态而接受全胃肠外营养支持，此时高浓度的营养物质绕过胃肠道进入外周组织，胃肠处于无负荷状态。由于缺少食物和消化道激素刺激，胃肠粘膜更新修复能力降低，同时胃酸、胆汁、溶菌酶、粘多糖等分泌减少，消化液的化学杀菌能力降低部分患者因持续胃肠减压，胃酸、胆汁、胰液大量丢失上述因素均可削弱肠道化学屏障功能，从而促进大量内毒素吸收入门静脉及外籍菌的优势繁殖和易位。病因1.临床上抗生素的大量、长期和广谱应用最常引起肠道菌群紊乱。除引起耐药菌株的产生外，滥用抗生素还可因破坏厌氧菌群而使肠道菌群的定植抗力降低，导致微生态失调。2.外源性耐药菌和真菌易附着于肠上皮细胞，并且呈优势生长而替代正常菌群,这些细菌可通过产生细菌蛋白酶直接破坏肠上皮细胞微绒毛膜蛋白，或者改变肠上皮细胞的生化反应使微绒毛受损甚至消失。这些细菌还可产生各种毒素和其他代谢产物，抑制肠上皮细胞蛋白质合成从而损伤肠粘膜屏障3.胆汁分泌减少或肠肝循环紊乱，导致肠道功能紊乱及肠道细菌过度繁殖。4.胃肠蠕动收到抑制或肠道摄氧受损，使肠道代谢下降，肠内菌群失调，革兰阴性菌过度繁殖，产生大量内毒素。严重创伤、烧伤或休克化疗药物、恶心肿瘤的外照射或长期大量应用糖皮质激素1.严重创伤后肠道 sIgA的合成明显受到抑制，主要表现在sIgA 含量减少，肠壁组织中合成sIgA的浆细胞数目明显减少2.各种原因引起的休克均可导致腹腔内脏以及肠粘膜血流减少，同时固有层浆细胞数量和质量下降，导致sIgA的合成及分泌减少，同时由于肝血流量减少，肝上皮细胞及胆管上皮细胞将IgA单体加工成 IgA双体的能力下降，近胆汁分泌入肠腔的sIgA减少，肠道免疫功能减弱。综上所述肠粘膜屏障功能受损的机制十分复杂，至今未完全阐明。实际病例中，几种病因常合并存在，相互间具有协同致病作用，通过多个环节和多种机制破坏肠道粘膜功能。例如：临床上严重创伤患者和其他类型的危重患者，肠道屏障功能损伤往往是全身防御功能下降、肠粘膜损伤以及肠道菌群紊乱等诸多因素共同作用的结果。严重创伤、大面积烧伤、严重感染、休克等伤害因素所并存的潜在的肠道低血压、肠道屏障功能障碍，并诱发肠源性全身炎症反应综合征、多脏器功能障碍等系列症候群，称之为“休克肠”。肠屏障功能障碍在危重患者中较常见，但目前尚缺乏较为客观的临床诊断标准和统一的治疗方案。肠屏障功能常用血清学检测是诊断肠屏障功能障碍的重要依据。内毒素是革兰氏阴性菌细胞壁的脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）成分，正常情况下机体肠腔内含有大量细菌和内毒素。肠粘膜屏障功能障碍时，内毒素穿过肠粘膜，进入血循环，形成内毒素血症。监测外周血中的内毒素水平，成为肠粘膜屏障功能的重要手段。实验证明内毒素比细菌分子更小，更容易穿透肠粘膜屏障，在严重创伤、休克、大手术等应激后往往先有内毒素血症，然后有细菌易位。血内毒素升高又加重了肠粘膜屏障功能的损害，如此形成恶心循环。测定血中内毒素含量可判断由早期肠粘膜屏障损伤导致的内毒素移位，但不能判断革兰阴性杆菌种类，且由于不同抗生素诱导菌体释放内毒素的情况不同，准确性有一定限制，所以对肠粘膜损伤程度和后果的判定仍不够准确，对指导的指导意义有限。细菌移位（bacterial translocation）是肠道黏膜功能障碍的的突出表现。外周血中发现细菌可间接推断肠粘膜屏障的破坏。1.血培养法：阳性率低，耗时长，抗生素可影响培养结果，对肠粘膜屏障功能损伤的判定不敏感。2.多聚酶链反应（polymerase chain reaction,PCR）:检测血中细菌DNA能准确反应肠道细菌移位并预告感染和脓毒症的发生。但对DNA检测是一种定性检测，对肠粘膜损伤的严重程度进行很好的 评估。D-乳酸是细菌发酵的代谢产物，肠道多种细菌均可产生。正常情况下很少被吸收，并且哺乳动物不具备将其快速降解的酶系统。当肠道发生急性缺血等损伤致肠粘膜绒毛顶端上皮脱落，肠粘膜通透性增加时，肠道细菌产生大量的大量D-乳酸通过受损粘膜入血，是血浆D-乳酸水平升高。故检测血浆D-乳酸水平可及时反映肠粘膜损害程度和通透性变化。血浆D-乳酸检测可以作为临床检测肠道功能改变的 较好指标，而且标本采集方便，外周静脉血即可。如果动态检测其数值的变化，那么可以反映肠道屏障功能的变化，并且可以排除一些干扰因素的影响。二胺氧化酶（diamine oxidase，DAO）是人类和所有哺乳动物肠黏膜上层绒毛细胞包浆具有高度活性的细胞内酶，以空、回肠活性最高。该酶在小肠黏膜上层绒毛中水平高，活性也强，在其它组织则水平少，活性低。肠粘膜细胞受损、坏死后释放该酶释放入血，或随坏死脱落的肠粘膜细胞入肠腔内，导致血浆和肠腔DAO活性增高。由于DAO在血中稳定性，因而可通过无创测定其在外周血中变化，反映肠粘膜状态，其主要肠黏膜状态，其反映上皮损伤与修复情况。临床实验中证明血浆DAO水平是肠黏膜损伤早期诊断的敏感指标。血二胺氧化酶具有方法简便、经济、速度快、重复性好、结果稳定等优点，溶血因素对其结果有影响。肠脂肪酸结合蛋白（intestinal fatty acid binding protein，IFABP）是一组低分子量胞液蛋白，在长链脂肪酸的摄取、转运及代谢调节中发挥着重要作用。正常情况下，周围血中检测不到IFABP，但肠缺血等损害时，肠上皮细胞通透性增加，IFABP释出，通过毛细血管及乳糜管进入血循环，即可在周围血中检出。临床实验证明伤情严重者血浆IFABP水平显著高于伤情较轻者。综上所述：肠道屏障功能的重要性越来越得到重视，目前血IFABP，血DAO和血 D-乳酸的测定方法较为简便、快速、经济、实用，有望用于临床。尤其血IFABP的测定具有较高的特异性、敏感性和可靠性，更具有临床实用价值。肠粘膜遭受致病因素损伤后存在着自身的保护和修复机制。深入了解这些保护机制有助于肠功能衰竭的诊断和治疗，有利于危重疾病的的治愈和减少后遗症。肠粘膜抗损伤和促修复因素包括以下几类：抗微生物肽、细胞因子、生长因子、短链脂肪酸、谷氨酰胺等营养物质。1.防御素（defensin）：是动植物体内一组具有广谱抗微生物作用的阳离子多肽。2.乳铁蛋白(lactoferrin，LF):是泌乳过程中由黏膜上皮细胞产生的非结合血红素铁结合蛋白。该蛋白是哺乳动物宿主的一线防御系统的主要成分，炎症刺激时可使其表达上调。1.一氧化氮（nitric oxide，NO）：是胃肠道动力的强力抑制性神经递质，具有舒展血管，保护胃肠粘膜的的作用，能调节粘膜血流，促进粘液释放，加快黏膜损伤的修复，还能抑制中性粒细胞的附着及刺激肥大细胞的脱颗粒。2.白介素（interleukin，IL）：IL-5在黏膜组织内毒素吸收增加时，调节IgA产生方面起关键作用；IL-10在维持肠道屏障功能上起关键作用3.粒细胞集落刺激因子（granulocyte colony stimulating factor，G-CSF）:可改善中性粒细胞的吞噬作用，对肠粘膜有有一定的保护作用。4.分泌型免疫球蛋白A(secretory immunoglobulin):肠粘膜表面的主要抗体，参与黏膜表面对外源性感染的被动保护免疫。1.表皮生长因子（epidermal growth factor，EGF）:可促进细胞有丝分裂以及糖、蛋白质、DNA、RNA的合成，增强谷氨酰胺对小肠黏膜的营养作用，还能抑制胃酸的分泌。2.转化表皮生长因子（transforming growth factor，TGF）：参与调节胃肠道黏膜上皮的更新和损伤粘膜的修复，是维持肠黏膜完整性的重要介质。3.肝细胞生长因子（hepatocyte growth factor，HGF）:来源于内皮细胞、成纤维细胞、脂肪细胞等间质细胞，参与肠粘膜修复过程中的上皮重建和增植的主要内源性刺激物。4.生长激素（growth hormone，GH）：胃肠粘膜广泛存在生长激素受体，GH与GH受体结合后，可促进肠粘膜细胞对谷氨酰胺的利用，增加蛋白质的合成，促进肠粘膜修复，降低肠粘膜通透性，改善肠粘膜机械屏障功能。5.胰岛素样生长因子（insulin-like growth factor-1，IGF-1）：能促进肠道黏膜DNA和蛋白质的合成，减轻肠粘膜萎缩，降低细菌移位的发生。谷氨酰胺（glutamine，Gln）：是条件必须氨基酸，为肠粘膜细胞等快速增生提供能量，并可提高肠免疫功能。危重症是，Gln是小肠唯一的功能物质，还可刺激胃肠粘膜生长，促进sIgA 生成，提高淋巴细胞、吞噬细胞的功能，稳定肠粘液层，从而保护肠粘膜代谢和更新需要，抵御细菌及内毒素的进攻。总之，人体胃肠道存在多种自我保护机制，在胃肠道遭受致病因素损伤后，机体存在着损伤和抗损伤、修复和抗修复的平衡机制，其结果将决定疾病的转归和预后。肠粘膜细胞最初开始修复阶段仅仅是细胞结构的建立，或者只是恢复肠上皮细胞的连续性，其功能尚未开始恢复，甚至还在加重。肠粘膜在应激、创伤等情况下，其结构和功能受到严重损害，从而引起一系列病理生理变化，充分认识肠粘膜屏障损伤的危害性，探讨其发生的机制及采取积极有效的的保护措施，有助于防止疾病的发生和多器官功能障碍。创伤、应激等损伤可使机体代谢紊乱，分解代谢亢进，造成机体营养不良。营养不良降低了机体的防御功能，提高宿主感染机会，而感染又可加重机体的营养不良。临床实验证明：改善病人的 营养状况可促进肠道功能恢复。主要方式有：肠外营养、肠内营养以及特殊营养。肠外营养的治疗作用有：1.纠正负氮平衡和低一样状态，纠正水、电解质和酸碱平衡紊乱。2.减少消化液的分泌和抑制肠蠕动，使消化道及其腺体处于休息状态。3.加入一些蛋白质调理剂可降低机体应激、创伤后的高分解状态，刺激蛋白质合成，促进肠道免疫功能的恢复。肠内营养对刺激胃肠激素的产生、维持肠粘膜完整性、防止细菌移位有重要意义：通过刺激胃肠道，激活胃肠道-内分泌-免疫轴，促进胃肠激素的合成及释放，调节胃、胆、胰、肠的分泌，促进胃肠蠕动及粘膜生长，防止细菌滞留及过度繁殖，维持胃肠道正常功能。因此，只要病人胃肠功能存在，不管是术后还是创伤后，都应早期给予EN支持，以预防胃肠功能的衰竭。1.Gln：是肠粘膜代谢的重要底物，它既能通过三羧酸循环产生ATP供能，又能提供氮源作为合成核酸和蛋白质的原料 除保持胃肠道粘膜结构的完整性外，还能调节肠道局部和全省的免疫功能，维持肠相关淋巴组织功能，降低细菌黏附，维持肠粘膜屏障。因此营养支持中提供足够的Gln是必须的。2.表皮生长因子：是肝巨噬细胞分泌的，与细胞生长、增生、分化、组织修复相关的重要因子，可改善肠粘膜结构，维持粘膜上皮正常功能，加速肠粘膜屏障修复。同时它参与小肠对Gln的运输和利用。一.改善胃肠粘膜低灌流状态，清除氧自由基1.临床上用小剂量多巴胺和前列环素改善肠粘膜灌流，可减轻肠粘膜损伤，是保护肠粘膜屏障的基础措施。2.氧自由基清除剂入大剂量糖皮质激素、维生素C可缓解氧自由基的损伤。二、拮抗/灭活内毒素的作用1.多黏菌素B：是一种多肽类抗生素，可与脂多糖结构中的类脂A结合，是脂多糖不能表现出内毒素作用。2.乳果糖、考来烯胺：属内毒素黏附剂，同时乳果糖还可抑制内毒素激活巨噬细胞释放TNF。3.血浆净化技术可在体外降解或吸附内毒素，从而缓解内毒素血症。内毒素能激活体内多种细胞合成、释放炎症前介质，脂多糖又使凭借机体释放的这些活性因子表现出内毒素作用。应用特异性炎症介质拮抗剂可降低其严重程度及病死率。1.积极治疗原发病2.选择性消化道去污染：口服肠道不吸收的 抗生素，选择性抑制和杀灭致病菌而不影响固有菌群的 治疗方法，可改善肠道微生态紊乱状态，减少细菌移位。常用的抗生素有：新霉素、多黏菌素、妥布霉素、庆大霉素、诺氟沙星等、3.保持胃肠道PH值：肠腔内PH值对肠道细菌的生长有重要影响。在酸性环境下，胆汁和肠道细菌产生的短链脂肪酸可抑制细菌生长；随PH值的增高，肠道细菌的渗透力也相应增加，乳酸菌生长受到抑制，病原菌过度繁殖引起菌群失调。目前已有术前用乳果糖降低肠腔PH值，减少术后感染的报道。4.应用生态制剂：可拮抗外籍菌或过盛菌，调理肠道微生态平衡。目前，常用乳酸菌制剂、双歧杆菌合剂，可显著提高肠道中厌氧菌的比例，拮抗大肠杆菌增生，使肠道微生态趋于平衡，降低血中内毒素水平和细菌移位率。肠粘膜由于缺氧、酸中毒、氧自由基、炎性介质等众多因素而导致细胞损伤、坏死脱落、机械屏障破坏，通透性增加，加上伴随的肠道菌群失调，细菌及内毒素移位，肠粘膜及系膜内免疫组织的产生的炎性反应，进一步损伤肠粘膜，增加肠通透性，促进细菌和内毒素移位，进而形成恶心循环，导致SIRS或 MODS。目前肠粘膜损害的危害性已被广泛认同，并就其产生机制进行了广泛探索。认识肠粘膜功能重要性，积极采取保护措施，有助于减少细菌及内毒素移位，减少SIRS或 MODS的发生。谢谢！