杨 周，王廷峰

(上海市浦东医院暨复旦大学附属浦东医院普通外科，上海，201399)

自1982年首次报道腹腔镜胆囊切除术(laparoscopic cholecystectomy，LC)以来，随着设备与器械的不断革新，腹腔镜已广泛应用于外科各领域[1]。目前，CO2是唯一在临床常规用作建立气腹的气体。目前已有多项研究表明,CO2可诱导机体产生氧化应激反应。CO2气腹导致氧化应激损伤表现为：氧化应激过程中的重要产物表达改变，如丙二醛、活性氧、前列腺素F2α[2]、总抗氧化能力[3]、蛋白质羰基与巯基[4]；抗氧化系统指标改变：超氧化物岐化酶、过氧化氢酶、谷胱甘肽过氧化物酶、谷胱甘肽还原酶；凋亡相关指标改变：前胱天蛋白酶、细胞色素C、凋亡诱导因子及凋亡蛋白酶激活因子1等。CO2气腹导致氧化应激可能与气腹直接或间接导致血流动力学改变，从而引起内脏缺血再灌注损伤有关；而且合并心肺基础疾病、儿童或高龄患者等代偿能力较差的特殊人群更容易出现此损伤。本文现将目前腹腔镜CO2气腹与机体氧化应激的研究现状及进展作一综述。

1 CO2气腹导致氧化应激的研究现状

1.1 动物研究 目前CO2气腹导致氧化应激的动物研究主要集中在大鼠模型上。一项肾积水大鼠模型的研究发现，10 mmHg与18 mmHg气腹组相比，18 mmHg气腹组的大鼠肾脏更容易出现氧化应激与线粒体损伤，表现为活性氧增加，线粒体膜电位下降与线粒体空泡形成，同时出现凋亡相关蛋白Bax、Bcl-2、细胞色素c、caspase-3与caspase-9的表达增加，线粒体/caspase依赖性凋亡途径被激活[5]。另一项大鼠气腹模型的研究发现，CO2气腹导致了肠黏膜氧化应激及黏膜屏障功能受损[6]。其他大鼠气腹模型同样证实了氧化应激损伤的发生，且氧化应激损伤随气腹时间延长而加重[7-8]。在犬类的气腹模型中同样也有类似报道,CO2气腹后2 h、6 h，氧化应激标志物丙二醛水平均有显著升高[9]。

1.2 临床研究

1.2.1 LC相关研究 目前CO2气腹导致氧化应激的临床研究主要集中在LC与开腹胆囊切除术(open cholecystectomy，OC)的对比研究上。在一项包含50例患者的前瞻性随机对照研究中，LC组患者仅发生微弱的氧化应激反应，表现为手术开始30 min后，LC与OC患者具有相似的丙二醛水平[10]。在另一项随机对照研究中，LC组患者术后尿液中8-异前列腺素F2α水平升高；但其下降速度与OC组相比无显著差异。这两篇报道提示，与OC相比，LC并未明显增加氧化应激反应[11]。而同样的对照研究则发现，由CO2气腹引起的呼气末CO2浓度、CO2分压的增加导致腹腔镜手术期间血液pH值轻微降低。LC组一氧化氮水平略低，但与OC组相比差异无统计学意义。术后30 min两组蛋白质羰基与巯基水平均相似，但术后24 h LC组蛋白质羰基、巯基水平则低得多。以上结果表明，CO2气腹导致抗氧化防御系统轻度激活，并可能产生轻度的氧化应激损伤[10]。Stipancic等的研究结果与以上研究不完全相同，发现LC与OC均会引起中度氧化应激，而OC还会引起氧化型低密度脂蛋白、新蝶呤表达水平的改变，提示氧化应激损伤更为严重[12]。在另一项随机对照研究中，与常规LC相比，单孔LC增加机体氧化应激损伤，表现为血液中脂质过氧化标志物前列腺素F2α升高[13]。以上研究虽然在LC与OC导致氧化应激的程度孰强孰弱方面尚未得出一致结论，但均提示CO2气腹可引起不同程度的氧化应激损伤。

1.2.2 其他腹腔镜手术相关研究 除LC外的其他腹腔镜手术中也有报道CO2气腹所致机体氧化应激。一项纳入17例腹股沟疝患者的随机对照研究结果表明，开放与腹腔镜完全腹膜外疝修补术均导致氧化应激标志物(丙二醛、蛋白质羰基与蛋白质巯基)显著增加；然而，开放手术导致的氧化应激反应大于腹腔镜手术[14]。在泌尿系统腹腔镜手术中，尿液中前列腺素F2α在手术结束后迅速达到高峰，6 h后下降，18 h接近术前水平[15]。同样有相关研究报道，在机器人辅助腹腔镜前列腺癌根治术中长时间气腹会减少器官血流灌注，从而导致机体氧化应激，排空气腹后的缺血再灌注会进一步加重氧化应激[16]。

目前已有数项研究报道了CO2气腹所致的氧化应激损伤，而氧化应激程度尚存有争议。这一争议我们推测与各研究中的气腹时间不一、检测氧化应激的时间点不同且检测氧化应激指标各异等因素有关。此外，目前研究主要集中于LC，而其他类型手术较少，且样本量均较小，涉及多类型手术的大样本研究尚待开展。

2 CO2气腹导致氧化应激的机制

2.1 器官血流灌注减少及缺血再灌注损伤 目前研究已表明，CO2气腹会导致腹腔内压力升高，全身血管阻力、后负荷增加，心输出量降低。这些改变直接导致器官血流灌注降低，促进氧化应激损伤。此外，心输出量降低还会导致肾素-血管紧张素-醛固酮系统的激活，促进肾素及醛固酮分泌。醛固酮进一步促进体内氯化钠与水潴留，并导致肾皮质血管收缩，间接导致肾脏血液灌流减少，促进其氧化应激损伤。早期动物研究表明，高气腹压力(20～40 mmHg)导致除肾上腺外的所有内脏血流量减少。而这一血流量减少在肠系膜上动脉与门静脉更为明显，可达到30%。灌注量降低会导致脏器氧化应激损伤，而降低气腹压力可明显减轻这一损伤[17]。在一项包含30例妇科腹腔镜手术的研究中，分别采用11 mmHg、13 mmHg、15 mmHg的气腹压力进行手术，11 mmHg低压组有效减轻了氧化应激损伤[18]。血流灌注降低的器官在恢复血液供应后，过量的自由基攻击这部分重新获得血液供应的组织内细胞，又会造成缺血再灌注损伤。在一项包含了40例患者的子宫肌瘤腹腔镜手术的对照研究中发现，腹腔镜气腹会导致缺血再灌注损伤，进而导致机体氧化应激指标增高，而开放手术则无此现象发生[19]。在腹腔镜大鼠模型的研究中发现，高压气腹放气后导致输卵管与卵巢超微结构损伤，提示可能存在器官缺血再灌注损伤[20]。

2.2 CO2入血所致高碳酸血症 CO2可经腹腔或腹膜快速吸收并转移至循环系统中，再通过肺循环交换出体外。为避免可能出现的高碳酸血症或代谢性酸中毒，患者必须进行代偿性过度通气。而长时间手术、高腹压、头低臀高体位等因素可能抑制代偿性通气，导致高碳酸血症，这一情况在心肺功能已受损的患者中更容易出现[21]。高碳酸血症可引起心肌收缩力减弱、血管扩张、血压下降，从而导致组织血流灌注减少。进而通过上述血流灌注及缺血再灌注机制导致机体氧化应激损伤[22]。在一项犬类动物模型中氦气腹与CO2气腹的对照研究进一步证明，氦气腹并不会导致高碳酸血症及相关并发症发生[23]。

2.3 脂质过氧化水平增强 脂质过氧化是指活性氧与生物膜的磷脂、酶和膜受体相关的多不饱和脂肪酸的侧链及核酸等大分子物质起脂质过氧化反应形成脂质过氧化产物，此过程使细胞膜的流动性与通透性发生改变，继而出现细胞结构与功能的改变，最终导致细胞氧化应激。这可能是CO2气腹所致氧化应激的潜在机制。Glantzounis等[24]发现，LC组与OC组术后均出现血浆抗氧化能力、尿酸水平降低及肝功能改变，而只有LC组气腹放气后出现脂质氧化水平增高。提示气腹建立与放气引起机体缺血再灌注损伤，从而出现自由基诱导的脂质过氧化，进而促进机体氧化应激损伤。一项纳入了28例子宫肌瘤或卵巢囊肿手术的研究显示，腹腔镜手术中CO2气腹可能导致腹膜发生脂质氧化作用，而这一过程通过非环氧化酶与脂氧合酶途径介导。尽管在开放手术组也观测到了氧化应激损伤，但却与脂质过氧化无关[25]。这些研究提示与开放手术相比，气腹导致氧化应激的机制存在差别。

2.4 一氧化氮生物活性降低 动物模型中发现，气腹造成的氧化应激可能与一氧化氮的生物活性降低有关。一氧化氮可起到血管扩张剂的作用，并具有抗炎抗氧化的特性，它由三种一氧化氮合酶(nitric oxide synthase，NOS)同工酶催化产生：神经元NOS、诱导型NOS及内皮NOS[26]。此外，NOS与精氨酸酶共享L-精氨酸作为底物，因此精氨酸酶可通过与NOS竞争L-精氨酸来抑制一氧化氮合成[27]。在CO2气腹中内皮NOS的活性降低，而诱导型NOS的活性显著增加，精氨酸酶的表达和活性增加，从而削弱一氧化氮的抗氧化活性，促进机体氧化应激损伤[28]。

目前关于CO2气腹导致氧化应激的可能机制众说纷纭，此前的研究提出了包括内脏缺血再灌注损伤、脂质过氧化、一氧化氮的生物活性降低等多项机制，但均有待更详细缜密的体内外实验研究论证。

3 预防或减轻CO2气腹导致氧化应激的措施

3.1 降低气腹压力或使用替代性气体 降低气腹压力或使用替代性气体已被证明可预防氧化应激反应。在一项包含60例患者的腹腔镜卵巢囊肿剥除术的对照研究中发现，相较高气腹压力(13 mmHg)，低气腹压力(10 mmHg)血清超氧化物歧化酶明显增高，提示了低压气腹对氧化应激损伤的抑制作用[29]。另一项分别使用氦气与CO2建立气腹的大鼠模型的对照研究中，与CO2相比，氦气气腹产生更低的丙二醛、蛋白质巯基，并且这一差异随气压升高而变得更为明显[30]。

3.2 缺血预处理 缺血预处理即通过几次短暂反复的缺血-再灌注，减少心肾长时间缺血及再灌注损伤[31]。目前有研究将这一概念应用于预防或降低气腹导致的氧化应激损伤。在大鼠模型中，利用气腹后短暂的充放气循环(充气1 min/放气1 min，3次)被证明可有效抑制氧化应激指标丙二醛、还原型谷胱甘肽的产生[32]。在一项大鼠模型的研究中，缺血预处理模式表现出了较低压气腹更低的氧化应激损伤[33]。在一项包含了30例LC患者的临床研究中，气腹前缺血预处理(充气5 min/放气5 min，1次)后再进行常规LC可有效预防氧化应激损伤[34]。

3.3 药物预防 一些抗氧化剂及镇静药物可有效预防气腹导致的氧化应激损伤。N-乙酰半胱氨酸是强烈的活性氧抑制剂，在大鼠模型中气腹前2 d予以N-乙酰半胱氨酸，可有效抑制氧化应激损伤。此外，右美托咪定是一种相对选择性α2-肾上腺素受体激动剂，具有镇静作用。术前予以大鼠右美托咪定可有效减轻肺部氧化应激发生[35]。在腹腔镜胃癌根治手术中，此药物也取得了相似的抗氧化应激效果[36]。参附注射液同样可在动物模型中减轻氧化应激反应，对肺功能起到保护作用[37]。其他被报道有预防气腹所致氧化应激作用的药物还有维拉帕米[34]、红霉素、褪黑激素[38]等。总之目前有多种药物被证明可抑制气腹导致的氧化应激损伤，但研究主要集中在动物模型中，真正的临床有效性、安全性需进一步探索。

4 总结与展望

目前已有数项针对CO2气腹导致机体氧化应激损伤的研究。虽然绝大多数研究表明，CO2气腹会增强机体氧化应激反应且产生途径不尽相同，但研究结论仍不统一，尚存有争议。造成这一现象的原因可能与研究对象、研究方案、检测方法等有关，而且临床研究的样本量都比较小，其中大部分以选择性LC为研究对象，缺乏针对复杂手术、特殊人群的研究。因此更多标准化的研究有待开展，以进一步明确CO2气腹所致氧化应激损伤的程度与机理，为相关预防策略的研究与制定提供参考。