血液净化技术在脓毒症和其他高炎症反应疾病中的应用

摘要：尽管临床上缺乏明确指征，清除介质还是越来越多的应用于脓毒性休克和其他以高炎症反应为特征的临床疾病治疗中。尽管作用机制不同，但它们被统称为血液净化技术。血液净化技术主要包含血液和血浆处理两种程序，可以独立运行或更常见的是与肾脏替代治疗联合使用。本文回顾了不同血液净化技术的工作原理、多项临床研究所得的临床证据以及可能产生的副作用，同时也讨论了它们在这些综合征治疗中的确切作用仍存在不确定性。

1. 前言

脓毒症是因宿主对感染反应失调引起的危及生命的器官功能障碍，是由病原菌与患者免疫系统反应过程中释放了大量且仅有部分已知的介质引起的。内源性毒性物质在疾病发病机制中的可能作用不是一个新概念，因为自古以来就认为许多甚至所有影响人类的干扰都是由这些因素引起的。因此，清除这些物质被认为是一个合理的治疗目标；为了达到这个目的，放血治疗得到了广泛的推广，成为第一个血液净化程序。然而，19世纪下半叶，人们清楚地认识到许多以前用这种方法治疗的疾病都是由过多微生物引起的，这种治疗的使用迅速下降。目前，放血仅限于相当罕见的疾病，包括血色病和红细胞增多症。现代血液净化始于20世纪40年代，当时Kollf等人开始使用由患者血液灌流的纤维素膜来清除尿毒症毒素，以治疗急性或慢性肾损伤（AKI和CKI）患者。值得注意的是，在循证医学（EBM）和伦理委员会时代，这种方法应该是不可接受的，因为前16名患者在治疗过程中或在治疗后不久就死亡了，只有第17名患者幸存并出院。几十年后，人们发现与严重感染相关的全身性紊乱，包括发热、动脉低血压、多器官功能衰竭等，更可能归因于宿主的免疫系统与感染物质间的相互作用，而不仅仅是后者。此外，这种反应似乎至少部分由循环因素决定，因为使用纤维素膜从脓毒症和创伤患者的血液中清除的液体能够在孤立的大鼠肢体中诱导强烈的蛋白水解作用，表明存在一种可滤过和可传播的因子，能够引起与危重情况下类似的肌肉改变。从那时起，越来越多的具有促炎和抗炎性能的物质在这些临床情况下被鉴定出来，并且有假设认为它们的中和可能会对脓毒症和脓毒性休克及以不受控制的炎症反应为特点的其它临床情况疾病过程有积极影响。相反，在重症监护室(ICU)住院时间延长（LoS）的患者中，这些介质被具有抗炎作用的物质所取代或更好地说是被平衡，使它们容易受到低毒力菌株的感染（如不动杆菌）以及病毒的重新激活（包括巨细胞病毒和疱疹病毒）。

为了中和促炎介质，有两种不同的策略产生。第一种策略是给予特定介质的抑制剂或者阻断其细胞受体来实现；然而，在ICU患者中进行的许多随机对照试验（RCTs）的结果大多低于实验研究和小型I期人体研究的预期。然而，一些亚组分析表明，具有被研究物质靶向的特定介质血液水平升高的患者存活率增加，建议在治疗其持续低水平产生的临床疾病中使用抑制剂，包括不同的风湿病和慢性炎症性肠道疾病。

第二种策略以体外消除有病原菌产生的物质为基础，如内毒素或由宿主通过不同机制产生的血液介质，包括a.通过在连续肾脏替代治疗（CRRT）中也使用的人工膜对它们进行对流清除，其截流量与要清除物质的分子量（MW）相容，或b.通过膜表面的吸附作用清除。

本次综述的目的是描述当前使用的不同血液净化（BP）技术的原理，评估相关的临床经验，并阐述在脓毒性休克和其他由高炎性介质过度产生引起的类似非感染性临床疾病治疗中每种技术的优缺点。

2. 血液净化原理

不同机制可用来解释从血液中清除介质可能产生的有益效应，包括：

（a）  同时降低促炎和抗炎介质水平至阈值以下，从而限制相关器官损伤；

（b）  介质从组织中通过浓度梯度转移到血液中，然后通过体外清除；

（c）  恢复组织和血液之间的细胞因子梯度，促进白细胞趋化；

（d）  在不同的血液净化治疗中通过表面分子的调节表明，膜与免疫细胞之间存在相互作用。

更多可能的是多种机制（如a+b），在不同的时间窗口内相互协作，实现血液净化的治疗效果。

3. 血液净化技术的分类和功能原理

如上所述，不同的技术被用于清除脓毒性休克或其他临床状况所产生的介质，这些状况具有炎性介质水平升高的特征，例如噬血细胞综合征（HS）。介质的清除与介质的特性（如分子量和化学物理特性）和所使用的装置（如膜的截留量、接触面积以及被要清除物质的亲和力）相关。

因此，血液净化（BP）可以被视为一个涵盖了不同技术的总称，这些技术可以分为血液和血浆处理程序（表1）。影响血液净化疗效的因素因其作用原理而异。因此，就以血液滤过（HF）为基础的技术而言，其中介质是通过对流被清除的，其清除的主要决定因素是超滤液（Qf）的产生，Qf取决于在过滤器内的血流量（Qb）、膜的孔径大小、随后的筛选系数、所使用膜的表面以及其化学物理特性。相比之下，以吸附原理为基础的血液净化技术的效率仅与Qb相关。尽管存在这些差异，但两个家族的清除效率都有不同程度的时间依赖性衰减，并且在血液净化作用完全耗尽前，它们可以持续使用2至24小时。

所有BP程序都需要使用一个大口径导管作为专用的血管通路，并使用肝素或枸橼酸抗凝处理进行体外循环。

3.1 全血的血液净化技术

3.1.1 血液滤过（HF）

HF的工作原理是利用截流量约为50-60 kDa合成膜，通过对血液进行对流去除水和溶质（包括介质，这种膜也在CRRT中使用。所产生的超滤液（UF）具有与血浆相同的电解质组成。实际上，HF是一个涵盖了多种技术策略的总称，这些策略因治疗目的不同而设定不同的超滤量（见下文）。近期，高截流量（HCO）膜已经出现，但其使用与白蛋白丢失率高相关。为了克服这个问题，HCO膜可以在弥散模式下使用，而不是在对流模式下，或者通过略微减小其孔径和表面积。无论使用的膜的特性如何，产生的UF体积都与上述变量以及每单位时间流经它的血液量（Qb）有关。

3.1.2 血液吸附（HA）

HA技术的原理是循环介质粘附在能够捕获它们的膜表面上。迄今为止已经有四种HA技术。第一种技术利用含有多种聚粘菌素固定纤维（Toraymixin:registered:，东京东丽株式会社）的吸附柱排列成一个装置，从Qb中去除内毒素分子。由于这一特点，它仅被提倡用于由革兰氏阴性细菌引起的感染性休克的治疗。

第二种技术是包含聚苯乙烯和二乙烯苯微珠构成的合成树脂装置(Cytosorb:registered:, Cytosorbents Corporation, Monmouth Junction, NJ, USA; Aferetica s.r.l., Bologna, Italy)。广泛的吸附表面(~40.000 m2)能吸附5到60 kD的疏水性促炎和抗炎介质。Cytosorb:registered:代表了联合血浆滤过吸附的进化(CPFA;见下文)，因为它以微管的形式排列了相同的吸附树脂，而不是以微珠的形式。

Cytosorb:registered:的疗效与浓度有关，浓度高的物质比那些血液中浓度低的物质能更有效地被清除。Cytosorb:registered:可以独立运行或与连续肾脏替代治疗(CRRT)或体外膜氧合(ECMO)设备相结合。

第三种技术基于一个含有改良AN69膜和带正电的聚乙烯亚胺聚合物的过滤器，能够从血流中吸附内毒素和多种不同的脓毒症介质，同时进行CRRT(oXiris:registered:, Baxter, Meyzieu,France)。

最后一种技术包括一种装有聚合物珠子的HA设备（Seraph 100:registered:，ExThera Medical Corp，Martinez, CA, USA），这些聚合物珠子覆盖有共价末端肝素超高分子量聚乙烯。这种设计模仿了硫酸肝素吸附在细胞表面，允许在体外吸附毒素、细菌和抗凝血酶III，从而从血液中清除它们。由于这些特性，美国食品药品监督管理局（FDA）最近批准其用于治疗COVID-19患者。

3.2 血浆的血液净化技术

目前使用的三种技术，包括：

a.  血浆去除术（PF）：是基于选择性去除一种或多种血浆成分（脂蛋白、副蛋白等）的技术，目前不用于脓毒性休克的治疗；

b.  血浆置换（PEX）：是指去除一个或多个体积的血浆，用供体血浆或白蛋白替换。PEX的理论基础是去除“有毒物质”并提供大量血浆成分，缺乏这些成分可能是引起某些疾病的原因（例如，ADAMTS 13对于血栓性血小板减少性紫癜患者）。理想情况下，最适合通过PEX去除的物质应具有高分子量、小分布容积、长半衰期和低周转速率的特点；

c.  联合血浆滤过吸附（CPFA）：基本上包括三个步骤：（1）通过血浆过滤器从全血中部分提取血浆；（2）在一个装有合成树脂微管的吸附柱里处理血浆，在其中吸附一些介质；（3）在伴有AKI的情况下，将经过净化的血浆再注入到第二个滤器的上游，以进行持续静脉-静脉血液滤过。树脂的吸附能力在10小时后耗尽，但是去除血浆处理单元后CRRT可以继续。

4.  临床研究证据

4.1 血液滤过

很多临床研究纳入的患者数量相对有限或为回顾性研究，前瞻性RCT研究结果如下表2所示。

基于之前的研究表明，超滤速率与存活率或减少使用血管活性药物之间存在剂量效应关系，有假设认为，血液滤过（HF）治疗感染性休克患者时，非常高的单位时间超滤速率（Qf）可能与改善患者存活率有关。尽管有一些研究显示鼓舞人心的结果，但一项大型随机对照试验使用高通量血滤（HVHF）将升高（70 mL/kg/h）和正常（35 mL/kg/h）的Qf在137名感染性休克患者中进行比较，未能证实这些发现，因此这种方法已经被广泛放弃。此外，更高的Qf被报道与抗生素的显著丢失有关。这项技术的升级是级联HVHF，可以选择性地去除中等分子量（MW）分子，同时保留那些MW较低的分子，包括维生素、营养和药物。该技术结合了两个具有不同截流量的血滤器：第一个血滤器截流量较大，产生既包含大分子又包含小MW分子的超滤液，超滤液再流经另一个截流量较小的血滤器。然而，只有中等MW分子被清除，那些含有较低MV分子的超滤液将在第一个血滤器之前作为前稀释液回输至患者体内。尽管实验研究结果显示级联HVHF可以减少猪脓毒症模型中血管活性药物的使用，但最近的研究未能证明在脓毒性休克患者中该治疗与标准治疗相比有任何益处。一些研究表明HCO膜的使用与几种炎症介质的降低相关，但另一项研究未能证实这一发现。

是那些经过打磨的感知力，着眼于日常生活的目光，以及不懈努力的双手。

4.1 血液灌流

4.2.1 内毒素吸附

虽然在日本根据临床研究或临床登记常见应用该方法，但在西方国家，旨在评估该治疗的不同随机对照试验却产生了相互矛盾的结果。在一项腹部感染性休克早期使用应用聚四烯B血液滤过疗法（EUPHAS）研究中，接受该技术治疗的患者表现出了血流动力学和呼吸改善，伴随着更好的预后趋势。但是，在随后的ABDOMIX试验中，该技术治疗腹膜炎引起的脓毒性休克患者表现出了死亡率增加的趋势。最后，评估聚四烯B血液灌流治疗内毒素血症和脓毒性休克的成人患者的RCT研究（EUPHRATES）中，对脓毒性休克患者进行内毒素活性检测（EAA），仅在血液中内毒素水平升高的患者中发现该治疗的一些有益效果，包括生存率改善。综合起来，当对照组的死亡率在30％至40％之间，和/或血液内毒素水平升高时，这种治疗才可能是有效的。日本和西方RCT之间的研究结果有所不同，这可能是由于不同的基因和酶的特征所致。

4.2.2 Cytosorb:registered:

尽管有一些实验和临床研究表明，Cytosorb:registered:的使用既可降低血液中多种炎性细胞因子水平，减少血管活性药物的使用并改善脓毒性休克患者的生存率，但其他研究未能证实这些发现。最近，Hawchar等人评估了1434名不同临床病症的患者，其中包括936例使用Cytosorb:registered:治疗的脓毒性休克病例，尽管主要研究结果表明住院死亡率高于其他研究报道（分别为59% vs 46.5%），但根据APACHE II评分死亡率低于预期（66%）。虽然很难得出确定的结论，但不同的变量可能解释这些对比结果，包括接受治疗患者的异质性、治疗的强度和临床过程中开始治疗的时间。事实上，在一组脓毒性休克患者中，Berlot等人证明在幸存者中处理的血液量更多或者是从休克发生到Cytosorb:registered:开始的时间间隔比非幸存者更短。为了最大程度地发挥Cytosorb:registered:的作用，Bottari等人提倡在治疗的初始阶段每12小时更换一次过滤器，而不是24小时，以充分利用树脂的吸附能力。

4.2.3 oXiris:registered:

实验表明，这种技术被证明在去除内毒素方面与Toraymixin:registered:具有相同的能力，并且在清除介质方面类似于Cytosorb:registered:。目前的临床经验有限，基本上只包括患有脓毒性休克和/或COVID-19的小型病例系列，观察到了血流动力学状态的改善、内毒素和感染介质浓度的下降以及预期死亡率降低等。然而，正如Li等人所述，与上述内容相同，患者的异质性和不同的基础疾病情况造成了干扰，使该治疗真正的作用无法确认。

4.2.4 Seraph 100:registered:

在缺乏临床试验的情况下，该技术的作用仍然不确定。最近，Eden等人证明了一组CKI患者在接受RRT治疗时其菌血症快速缓解。

5. 血浆置换

如果不同HA技术的作用尚不清楚，那么PEX的作用就更加不确定了。除了在危重病人中具有历史悠久的适应症，它在脓毒性休克患者中使用PEX似乎被HA所掩盖。尽管如此，最近一项涉及40名患者的RCT研究表明，在与仅接受ST标准治疗的对照组相比，单次血浆置换（接受一次交换容量>3000毫升）联合标准治疗ST的患者，趋向于获得更好的生存率和多器官功能衰竭的改善。如预期的那样，PEX组中观察到了脓毒症生物标志物的下降和血浆补充的因子，包括蛋白C、蛋白S和ADAMTS13，而对照组中未观察到这些。此外，PEX组患者血管升压药物撤离的更快，并且血乳酸水平下降更明显；David等人观察到了脓毒性休克患者的血管升压药物需要量减少，证实了同样的结果。

6. 联合血浆滤过吸附

不同的研究者报道了在几个相对小样本量的脓毒性休克病例系列中使用CPFA改善了血流动力学情况或取得了更好的结局。为了阐明CPFA在脓毒性休克患者中的潜在作用，启动了一项纳入了192名患者（原计划330人）的初始RCT（COMPACT 1）研究，当中期评估未显示治疗组中的任何生存益处时，该试验被暂停；然而，事后分析表明，幸存者的处理血浆体积较大（Vp）（≥0.20 L/kg/session）高于对照组。为了评估这种剂量-效应关系，随后开始了第二个RCT（COMPACT 2）研究，并将此值作为治疗组的阈值Vp。但是，当涉及115名患者的中期分析RCT表明CPFA治疗组患者的死亡率增加时，该第二项随机对照试验也被提前停止。Gimenez-Esparta在另一项RCT（ROMPA）中报告了类似的结果，其中包括49名CPFA治疗的脓毒性休克患者，但这一研究无法得倒确定的结论。

总体而言，这些结果导致CPFA在危重病患者的治疗方案中几乎消失。实际上，令人困惑的问题是：为什么关于使用CPFA的RCT未能证明任何有益效果，而单中心研究的结果却对这种技术产生了积极的影响？换句话说，陪审团是否作出了正确的裁决？例如，Mariano等人证明，在一组严重烧伤合并AKI患者中，那些接受CPFA治疗的患者（n=39）与仅接受RRT治疗的对照组（n=87）相比具有更好的疗效（生存率分别为51.1％vs87.1％，p <0.05）。可以想象，在单个ICU接受治疗的患者可以最大限度地受益于当地ICU工作人员的经验，而RCT的结果可能会受到具有不同治疗手段的ICU共存的影响。

7. 讨论

尽管血液净化技术已经应用多年，并有数千名患者参与各种不同的血液净化技术的临床研究，但一些灰色地带依然存在。拯救脓毒症运动（Surviving Sepsis Campaign）最新指南并未提出建议或反对各中心自由采用自己的血液净化技术政策。此外，由于不同研究中方法学上的偏倚一些作者主张进行满足EBM标准的多中心RCT研究，然而，由于这些技术的广泛使用这些研究可能很难落地，由制造商或卫生当局赞助的临床试验的实施可能性很小。

感染以外的因素造成了脓毒性休克和/或严重的高炎症性疾病患者使用血液净化的不确定性，这些因素可以总结如下：

患者选择。根据多项研究，最佳候选人是那些已经确定感染源和/或经过手术治疗的脓毒性休克患者，由于其成本和医源性并发症的固有风险，每个血液净化候选人的风险/效益比应该考虑在内。

启动时间。正如抗生素使用那样，在脓毒性休克的高炎症期早期开始血液净化治疗与更好的预后相关。即使在缺乏特定研究的情况下，也可以合理地认为这一考虑同样适用于除感染性休克以外的其他高炎症状况。然而，在慢性危重病患者中，其抗炎介质占优势并为机会性病菌和病毒复发感染创造了条件，因此其作用可能不明确。

治疗的强度。血液净化治疗似乎存在着剂量-效应关系。然而，不应忽视药物和营养素丢失的风险，特别是在Qb或Qf值升高的情况下。可以假设存在一个U形曲线，其中不良效应（如介质低清除和抗生素清除）位于两个相反的极端，而有益的效应则位于两者之间（图2）。由于这一点难以确定，因此有必要反复测量抗生素和其他药物的血浓度，特别是在血液净化治疗的初始阶段，当清除能力最大且可能阻碍快速达到有效血浆浓度时，这是一个非常重要的治疗目标。

效率评估。脓毒性休克患者和非感染性高炎症反应疾病患者的预后可能受血液净化以外的其它多种因素影响，还包括抗生素治疗的合适性、感染病灶引流的及时性和完全性、基础疾病等。由此可见，仅凭患者生存并不是血液净化有效性的可靠指标。因此，其他生物学和临床变量，如血乳酸水平的变化和对血管升压药需求量的变化等，可以作为疗效的替代指标。

临床情况的选择。如上所述，临床情况的选择。如上所述，ICU住院时间长的患者可以经历双相临床进展，第一阶段以高炎症反应为特征，随后可能出现与产生具有抗炎特性物质有关的免疫能力降低的第二阶段。这些患者通常年龄较大，伴有与多种基础疾病相关的脆弱性，如慢性心力衰竭、阻塞性肺疾病和慢性肾脏疾病加重等。这些患者通常能够在引发ICU住院的疾病中幸存下来，但随后的临床进展会出现许多不同的并发症，使得他们的生存可能性很小，包括营养不良、机械通气脱机困难、皮肤溃疡、再次感染等。。血液净化在这些慢性危重症患者中是否有作用目前还不清楚，因为大多数涉及血液净化治疗的临床研究都是针对疾病的初始高炎症阶段而非疾病的第二阶段。

除了药物清除以外的非预期效应。除了与留置大口径导管和需要抗凝治疗相关的医源性治疗风险外，所有血液净化治疗都可能由于体外循环而引起非预期性低体温。为克服这种影响，目前使用的所有设备都可以在回血段对血液加热。

缺乏精确性。血液净化技术可以有效清除血液中具有一定化学物理特性的所有物质，与其在此时间框架中的作用无关。“一刀切”是血液净化和目前用于危重病感染患者的许多其他治疗方法的规则，这与个体化精准医疗相去甚远。然而，这种方法在危重症感染患者中仍然处于实验阶段。

8.结论

多种因素，包括人口老龄化、侵入性操作的广泛使用、免疫抑制剂的使用以及抗生素耐药性的不断增加，使得脓毒症休克的发生在重症患者中仍然是一个极其重要的问题，且在未来也将如此。目前，适当的抗生素治疗是其病因的唯一无争议的治疗选择。尽管许多随机对照试验的结果有些相互矛盾，但血液净化技术可以作为这些患者的有效辅助治疗措施，前提是它们被适当应用，并考虑它们对抗生素和其他治疗药物的潜在清除作用。