13.睡眠与免疫在脓毒症中的研究进展

睡眠对院内患者休息、机体修复和个体存活至关重要。睡眠和昼夜节律系统对免疫功能有很强的调节作用，充足的睡眠可改善感染结局，降低感染的风险。而长期睡眠不足可导致慢性、全身性低度炎症，增加心血管疾病（如冠心病、充血性心力衰竭和高血压等）、代谢性疾病和感染的发生。危重患者的睡眠和昼夜节律严重异常，而脓毒症作为重症监护治疗病房（intensive care unit，ICU）最常见的危重患者，昼夜节律的改变可加重脓毒症的病情并增加死亡率。目前有关睡眠障碍在脓毒症中的研究进展尚不完全。

本节通过回顾相关文献，主要从以下四个方面论述：①脓毒症后睡眠与免疫系统的基本概述；②睡眠与免疫在脓毒症中的相互作用；③睡眠障碍的脓毒症患者恢复机体免疫平衡的可能对策；④总结与分析。本节旨在总结睡眠与免疫在脓毒症中的相互作用，为脓毒症的治疗和未来的研究提供理论依据。

一、脓毒症后睡眠与免疫系统的基本概述

（一）脓毒症后睡眠情况

睡眠障碍是危重患者中最常见的主诉之一，可在患者患病期间表现出来，并可在其入住ICU后持续很长一段时间。ICU患者由于内在因素（疼痛、焦虑和恐惧等）、急性疾病状态、ICU环境因素（噪声、光线等）、频繁的护理操作和干预治疗（镇痛镇静等药物、机械通气等）等原因可引起睡眠剥夺。睡眠剥夺指任何类型的睡眠不足以及睡眠质量和数量的减少。尽管ICU患者24h的总睡眠时间并不缺失，但其睡眠特点可表现为昼夜颠倒，睡眠碎片化，觉醒百分比增加且觉醒后难以再次入睡，非快速眼动（non-rapid eye movement，NREM）睡眠的N1期睡眠增加，而NREM的N2和N3期睡眠以及快速眼动（rapid eye movement，REM）睡眠减少，恢复性睡眠阶段时间有限等，这可能会对患者的治疗和预后产生不利的影响。

（二）脓毒症后免疫状态

脓毒症期间，固有免疫系统的激活可识别病原体引起炎症反应。细菌产物在巨噬细胞和树突状细胞内吞作用下传给抗原提呈细胞，同时激活天然免疫细胞上的Toll样受体（Toll-like receptor，TLR）直接激活细胞因子途径。通过TLR信号机体可产生各种炎症细胞因子、Ⅰ型干扰素、抗微生物蛋白和趋化因子等。其中，TNF、IL-1、IL-2、IL-6、IL-8、高速泳动族蛋白B1（high mobility group protein box 1，HMGB1）、巨噬细胞移动抑制因子（macrophage migration inhibitory factor，MIF）、一氧化氮（nitric oxide，NO）、血小板活化因子（platelet activating factor，PAF）、补体C3a-5a、前列腺素和白三烯可介导机体产生强烈的促炎反应，导致一系列继发于中性粒细胞弥漫性激活的全身效应，并伴有毛细血管损伤、间质损伤、纤维蛋白沉积和器官损伤。而促炎反应的强度与脓毒症后多器官功能障碍和休克明显相关。

尽管脓毒症患者对感染有强烈和不可控制的持续炎症反应，但免疫功能障碍也是重度脓毒症的一个显著特征。脓毒症全身性炎症反应之后，会有秩序地过渡到低炎性状态和恢复期。随着低炎症期的开始，免疫功能障碍占主导地位。免疫功能障碍主要表现为三个方面：①T细胞对抗原的反应减弱，细胞因子释放减少，这是脓毒症期间免疫功能障碍的主要原因；②向抗炎细胞因子转变，如促炎阶段之后单核细胞可在高水平TNF-α的作用下向IL-10产生转变；③免疫细胞的凋亡，脓毒症死亡患者的尸检结果表明，适应性免疫系统可发生了渐进性的、凋亡诱导的细胞丢失，以CD4+T细胞、B细胞、自然杀伤细胞和滤泡树突状细胞凋亡最显著。

二、睡眠与免疫在脓毒症中的相互作用

炎症平衡可能是评估脓毒症后睡眠和免疫系统之间相互作用的关键。目前有关睡眠与炎症之间相互作用的研究大多集中在促炎方面，而促炎和抗炎信号之间的平衡关注很少。此外，研究睡眠和炎症系统之间关系的研究通常只调查单一或极少数的免疫结果，而分析大量促炎和抗炎介质调节信号的进展可能会对睡眠—免疫关系的复杂性有更全面的理解。

（一）睡眠对脓毒症后机体免疫系统的影响

睡眠不仅可影响机体的防御机制，而且可启动有效的适应性免疫反应，并产生持久的免疫记忆。睡眠障碍可能增加脓毒症的发病风险和严重程度。当12/12h的光/暗周期被持续的光明或持续的黑暗所取代时，脓毒症动物康复的可能性较小。睡眠对脓毒症后机体免疫影响的基础是中枢神经系统（central nervous system，CNS）和免疫系统之间的双向通信，以及自主神经系统对免疫系统的直接神经支配。

1.睡眠对机体免疫系统调节的机制

下丘脑-垂体-肾上腺轴（hypothalamic-pituitary-adrenal，HPA）和交感神经系统（sympathetic nervous system，SNS）是连接睡眠和免疫的主要效应系统。这两个系统在睡眠期间可调节机体炎症和抗病毒免疫反应的变化，并对睡眠障碍做出反应。当HPA轴被激活时，皮质醇就会释放出来，发挥抗炎作用。睡眠障碍（除了急性睡眠剥夺）时，可导致机体HPA轴重复或持续激活。相反，持续激活HPA轴可诱导免疫细胞对糖皮质激素的抵抗。因此，在失眠和睡眠时间短的个体中，HPA轴的激活和炎症均可增加。但是目前导致糖皮质激素抵抗的机制还不完全清楚。有研究报道其机制可能与炎症细胞因子驱动糖皮质激素受体显性负β亚型的积累有关。此外，心理和生理应激刺激也可触发内源性损伤相关分子模式（damage-associated molecular pattern，DAMP）的表达，DAMP可激活NOD-、LRR-和NLRP3炎症小体，进一步诱导胱天蛋白酶介导的糖皮质激素受体的切割，导致糖皮质激素抵抗。但这一机制还没有在睡眠障碍方面进行研究。此外，免疫细胞对糖皮质激素抗炎作用的敏感性也受到编码糖皮质激素受体的多态性遗传变异的调节。在睡眠时间较短的情况下，糖皮质激素敏感性的等位基因变异与IL-6水平的升高有关，这对睡眠时间较短的人群在炎症性疾病风险方面的水平异质性有影响。

去甲肾上腺素分布于初级和次级淋巴器官，以及血管系统、血管周围系统和大部分内脏器官等。失眠可增加交感神经外流，增加去甲肾上腺素和肾上腺素的循环水平。而当睡眠时间缩短与失眠同时发生时，去甲肾上腺素和肾上腺素的增加更显著，这与炎症标志物的增加有关。SNS可介导先天免疫反应，包括抑制Ⅰ型干扰素介导的抗病毒反应和上调炎性细胞因子（如IL-1β、TNF、IL-6等）基因的转录。虽然体外研究发现交感性儿茶酚胺可抑制炎症细胞因子的产生，但在体研究表明巨噬细胞衍生的儿茶酚胺可增强炎症标志物的表达和相关的组织损伤。而离断交感神经可降低炎性细胞因子水平，减轻炎症对早期风湿病继发病毒感染和高血压引起的心脏纤维化和滑膜炎的不利影响。此外，SNS还可改变造血干细胞、自然杀伤细胞、脾脏中性粒细胞和单核细胞等固有免疫细胞的动员。

2.睡眠对免疫参数的影响

实验性睡眠干预（如睡眠剥夺、加强睡眠等）对机体多种免疫参数均有影响。这些参数包括血液和组织中白细胞及白细胞亚群的数量、循环细胞因子的水平、特定白细胞中细胞因子的产生、血液中抗体和补体的浓度及细胞毒性等。全基因组转录图谱分析显示细胞因子的产生和白细胞的运输表现出昼夜节律。与非睡眠剥夺相比，完全睡眠剥夺或睡眠限制均可增加白细胞总数，明显降低淋巴细胞数量以及吞噬活性，细胞因子IL-2的表达也受到抑制。而自然杀伤T细胞活性与失眠严重程度呈负相关。连续睡眠剥夺24h和48h后，NK细胞的细胞毒作用降低。睡眠剥夺还可升高血浆IL-1、IL-6、TNF-α和CRP的水平。在脂多糖诱导的脓毒症休克动物模型中，昼夜节律对外周炎症反应具有依赖性，其中TNF-α在这种昼夜节律反应中起着重要作用。睡眠限制还会导致机体抗氧化（过氧化氢酶和谷胱甘肽）活性降低，脾脏重量减轻，白细胞和淋巴细胞计数改变，以及在没有抗原存在的情况下产生血清抗体。由于睡眠的复杂性，睡眠对体液免疫系统（包括总IgG、IgM、IgA抗体水平和补体因子）影响的研究到目前为止还很少，且结果是不同的，抗体和补体水平变化的功能意义很难评估。因此，就组织修复和细胞免疫功能而言，睡眠剥夺可能会潜在地影响康复。长时间的睡眠剥夺以及伴随的应激反应会持续产生促炎细胞因子，导致慢性低度炎症和免疫缺陷。

（二）脓毒症后免疫系统对睡眠的影响

恢复ICU患者的睡眠对大多数患者来说仍然是一个挑战。病原体感染或注射内毒素均可改变患者的睡眠。而急性炎症性疾病期间，昼夜节律可能被抑制。脓毒症后产生的炎症和抗感染信号可能通过神经机制、体液机制、血脑屏障转运机制和细胞机制参与睡眠的调节。

1.神经机制

睡眠对机体免疫系统产生影响的基础是CNS与免疫系统之间的双向联系以及自主神经系统对免疫系统的直接支配。IL-1和TNF均被证实可调节NREM睡眠。细胞因子（如IL-1）和病原体相关分子模式（pathogen-associated molecular pattern，PAMP）（如脂多糖）均作用于迷走神经，进而迷走神经投射到参与睡眠调节的多个大脑区域，包括孤束核、延髓腹外侧、下丘脑室旁核和视上核以及杏仁核。离断迷走神经可消除全身性细胞因子诱导的睡眠，还可阻断全身性细胞因子诱导的脑内细胞因子mRNA的表达。

2.体液机制

中枢神经系统的脑室周器官和脉络丛中存在表达TLR的巨噬细胞样细胞。当该细胞被PAMP激活时，可产生IL-1等炎性细胞因子，这些细胞因子进一步通过体积扩散进入大脑调节睡眠。此外，内皮细胞可表达由循环中的IL-1激活的IL-1受体，导致局部前列腺素E2的产生，进而触发大脑中的免疫激活。

3.细胞机制

炎症状态下，免疫细胞（如单核细胞）的激活可促进其迁移到脑实质及脑血管系统中调节睡眠和昼夜节律。外周炎症信号可刺激小胶质细胞产生趋化因子配体2［chemokine（C-C motif）ligand 2，CCL2）］，又称单核细胞趋化蛋白1（monocyte chemotactic protein 1，MCP1），进一步趋化单核细胞进入大脑。此外，受细胞因子刺激的星形胶质细胞也可产生CCL2以吸引免疫细胞进入大脑。

4.血脑屏障转运机制

血脑屏障（blood-brain barrier，BBB）是多种免疫调节分子运入和运出中枢神经系统的门户。睡眠和昼夜节律系统可调节BBB的主动转运机制。此外，BBB功能受到感染和年龄的影响，这可能有助于IL-1、IL-6和TNF主动转运进入大脑，睡眠模式的改变可进一步增加该情况下炎症介质在血脑屏障中的运输。

三、睡眠障碍的脓毒症患者恢复机体免疫平衡的可能对策

近年来随着对睡眠障碍治疗研究的深入，出现一系列针对慢性睡眠障碍的干预措施，如急性睡眠不足后恢复睡眠、午睡、习惯性延长睡眠时间以及认知行为疗法（cognitive behavioral therapy，CBT）等，这在改善机体免疫方面取得了一定的进展。美国重症医学会最近的临床实践指南也提倡使用非药物方法来促进睡眠。ICU中急性疾病或损伤恢复期间睡眠中断和睡眠结构异常的原因仍不清楚。但疾病或损伤引起的急性生理变化和外部因素都可能导致这一患者群体的睡眠异常。调整这些外在因素，患者在恢复期可能获得更好的生理睡眠。目前常用的方法包括控制噪声和灯光、合理安排护理活动、采用适当的药物干预（如褪黑素治疗）、提供不间断的睡眠时间、心理支持、避免人机抵抗（呼吸机同步）、有效的镇痛治疗、放松治疗（如按摩等）和音乐治疗等。总之，促进睡眠有望成为一种替代药物治疗脓毒症的新方法。优化患者的舒适度和确保患者在ICU期间获得充足的恢复性睡眠对改善脓毒症患者睡眠障碍至关重要。

四、总结与分析

1.睡眠是一种生理需要，充足的睡眠时间和质量有助于保持免疫力健康，改善机体免疫状态，降低感染的风险。睡眠障碍是ICU危重患者中最常见的主诉之一，脓毒症是ICU中最常见的危重症患者，睡眠障碍可能是脓毒症患者病情加重、死亡率增加的原因之一。

2.睡眠和免疫系统之间的联系是双向的，免疫系统的物质（尤其是细胞因子IL-1和TNF）可参与生理睡眠调节和病原体诱导的睡眠反应。睡眠障碍与炎症标志物、免疫细胞计数及细胞分化标志物的失调有关。这些免疫失调可能参与睡眠影响脓毒症的潜在机制。

3.临床工作中应意识到脓毒症与睡眠障碍并存，减少医院环境中导致睡眠障碍的因素（如暴露在持续的噪声和光线中），可能会减少脓毒症后并发症，改善患者的预后。

（张玉静张建成　尚游　袁世荧　姚尚龙）

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