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编号:10253367
腹膜的解剖及其生理功能
http://www.100md.com 《肾脏病与透析肾移植杂志》 1999年第4期
     作者:俞雨生

    单位:南京军区南京总医院 解放军肾脏病研究所(南京,210002)

    关键词:腹膜;解剖学;生理功能

    肾脏病与透析肾移植杂志990418

    在腹膜透析过程中,腹膜作为一种半透膜在透析过程中起着非常重要的作用,由于腹膜与透析液长期接触,并受一些潜在外界因素的影响,其透析效能可能被削弱[1]。因此,妥善保护好腹膜将是每一位临床医师所要面临的重要问题。本文重点综述有关腹膜解剖特点及其生理功能。

    1 腹膜的解剖特点

    从解剖学上看,具有透析功能的腹膜由三层结构所组成,在腹腔内腹膜交换血管(如腹膜壁层和脏层毛细血管)与透析液之间充当一道天然屏障。一层由扁平状间皮细胞呈连续排列所构成的一道单层结构;另一层为间皮细胞(mesothelialcell,MCs)下结缔组织,两者之间又有一层基底膜将两层分隔。
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    1.1 间皮层的结构特点 间皮细胞是腹膜的主要组成成分。许多细胞组成一巨大的单个细胞层覆盖整个腹腔,形成一道机械防御屏障,避免间皮下组织的暴露以及微生物的侵袭。超微结构观察,间皮细胞膜表面除了糖蛋白复合体(参与阴电荷蛋白,小分子物质转运),大量纤毛,囊泡及凹陷外,相邻细胞之间呈锯齿状或指状重叠,并通过紧密连接互相作用,腔膜顶面以桥粒沟通,传递信号。在正常静息状态下,细胞表面没有开放的孔道。

    1.2 基底膜 是位于间皮细胞下一层薄薄的疏松结构,主要由Ⅳ型胶原、糖蛋白及蛋白多糖等组成,对间皮层起支撑作用。

    1.3 结缔组织 位于间皮组织以及它的疏松层之下,主要为细胞外基质(extracellular matrix,ECM)等大分子物质所组成的一层复杂的网络结构层。主要成分有纤维连结蛋白、弹力蛋白、胶原以及水化凝胶组成的葡萄糖胺聚糖等。此层结构中还可以见到许多不同口径的血管、淋巴管以及其它细胞成分,如纤维母细胞、巨噬细胞以及肥大细胞等。
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    2 腹膜的生理功能

    腹膜中各种细胞以及细胞外基质都具有许多正常的生理功能,这些都对腹透产生重要的影响。

    2.1 间皮细胞 间皮细胞除了充当机械屏障作用外,还具有其它许多生理功能,其结构与功能的完整性对腹透的效能都具有极为重要的作用。

    2.1.1 润滑作用 间皮细胞可以伸展出许多微绒毛及分泌润滑剂,如透明质酸、小分子硫酸肝素粘多糖,以减少由于肠蠕动及呼吸运动所引起的脏器间的磨擦。

    2.1.2 溶质及液体的转运 虽然间皮细胞层本身对物质的转运并没有明显的阻力,但它仍被认为是毛细血管内大小物质向腹膜腔转运过程中多层屏障中的一道机械屏障。从超微结构上看,并不是所有的大分子物质都能够通过被动弥散的方式穿过细胞间隙。也有研究认为,间皮细胞可以通过其外胞浆膜上的众多小孔主动地参与物质的转运。
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    2.1.3 调节腹膜的中纤维蛋白溶解 正常情况下,完整的间皮细胞本身具有明显的促进纤维蛋白溶解的功能,这样可以防止壁、脏层腹膜之间发生粘连。最近对腹膜的组化研究发现,在间皮细胞层有两种纤维蛋白溶酶原活化物质的存在,即组织型纤维蛋白溶酶原活化物(tissue plasminogen activator,t-PA)和尿激酶型纤维蛋白溶酶原活化物(urokinase type plaminagen activator,u-PA)。这些酶中的任何一种都具有激活纤维蛋白溶酶原介导的纤溶反应[2]。体外研究表明,MCs既可以持续地表达t-PA,也能够表达u-PA mRNA,从而提示MC所介导的纤维蛋白溶酶原依赖性纤溶反应可能是通过t-PA和u-PA两条途径。研究同样发现,间皮细胞还可以分泌一些纤维蛋白溶解抑制物,如Ⅰ型和Ⅱ型纤维蛋白溶酶原抑制物(PAI-1和PAI-2),以及其它抗胞浆素(anti-plamins)。因此,间皮细胞促进和抑制纤维蛋白分解的能力,完全取决于其纤维蛋白溶解活化因子和抑制因子两者生成与降解之间的平衡状况。而这种平衡又受多种因素影响,如在炎症状态下以及手术后,纤维蛋白溶解抑制因子的产生明显增加,纤维蛋白溶解活性可以完全被抑制。
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    2.1.4 促凝血活性 以往的研究认为,间皮细胞膜表面不具有血栓素原(thrombogen)。然而,近来的研究发现,间皮细胞经培养后在其表面很容易检测出组织因子(tissue factor)表达,及某些细胞因子,如TNF-α、氧自由基还能够促进间皮细胞表达组织因子,由此可认为间皮细胞参与腹膜的凝血作用。倘若间皮细胞这种作用一旦增强,也可以引起纤维素的沉积,继而导致腹膜粘连、增厚以及腹膜纤维化[3]

    2.1.5 产生和重建细胞外基质 间皮细胞还具有很强的腹膜修复功能,这与其能够直接或间接地产生和重建细胞外基质有关。一旦腹膜受损后,间皮细胞可以通过分泌化学趋化性蛋白,如纤维连结蛋白、内皮素-1等,吸引纤维母细胞等基质产生细胞聚集在受损腹膜周围。其次间皮细胞还可以分泌具有合成和降解细胞外基质的蛋白质(如TGF-β)参与这些过程。此外,间皮细胞也可以自己分泌粘多糖、透明质酸、弹力蛋白以及Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ型胶原等直接构建细胞外基质。在此过程中,间皮细胞也可以合成和分泌一些能够降解细胞外基质的酶参与腹膜的修复。总之,间皮细胞在维持细胞外基质结构稳定方面,起着非常重要的核心作用,始终调节着因修复腹膜所需胶原的正常沉积与纤维蛋白过度沉积之间的平衡。
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    2.1.6 参与宿主的防御功能 间皮细胞不仅充当机械屏障,而且还可以通过以下途径参与机体的防御机制:

    (1)白细胞趋化作用 培养中发现间皮细胞经一些细胞因子刺激后(IL-1、TNFα、IL-13),可以分泌IL-1、IL-6、IL-8、巨噬细胞化学趋化蛋白-1以及能够促进正常T淋巴细胞表达及分泌细胞因子。由此认为间皮细胞可能在腹膜炎症反应中起着较为重要的作用,如分泌多种中性和单核细胞特异性化学趋化因子来活化腹膜炎症反应。

    (2)表达粘附分子 细菌、间皮细胞与腹腔内巨噬细胞是通过细胞间粘附而发挥作用的。体外研究发现微生物能通过各种方式粘附于间皮细胞,金黄色葡萄球菌能够通过纤维连接蛋白粘附于间皮细胞表面,其粘附性远大于表皮葡萄球菌。有研究发现,在腹膜炎时间皮细胞可以表达一些粘附分子,如ICAM-1(白细胞间粘附分子-1),VCAM-1(血管细胞粘附分子-1)和PECAM-1(血小板内皮细胞粘附分子-1)[4];在TNFα、IL-1β及EGF参与下,间皮细胞粘附中性粒细胞及单个核细胞的作用明显增强,但抗纤维连接蛋白抗体或溶解纤维连接蛋白后,可以使这些作用明显减弱。
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    (3)吞噬细菌 间皮细胞能吞噬并消化细菌而直接参与腹膜防御机制。微生物进入腹腔,首先可以被间皮细胞所吞噬,再通过其化学趋化作用促进巨噬细胞,淋巴细胞及腹腔内调理素等直接杀灭细胞或抑制其繁殖。但是间皮细胞这种能力因细菌种类不同而相差较大。有些细菌被吞噬后不影响间皮细胞的活力,一些细菌则导致间皮细胞生存活力明显下降。有研究表明,革兰阳性菌(如葡萄球菌)被吞噬后可以在间皮细胞胞浆内生存下来,不影响间皮细胞活力;而革兰阴性大肠杆菌则可以导致间皮细胞死亡。所以在有些革兰阴性菌感染时,间皮细胞无法诱导其它炎症效应细胞来控制炎症,由此也可以解释为什么临床上一些革兰阴性细菌性腹膜炎较葡萄球菌性腹膜炎更难控制。

    综上所述,间皮细胞自身有着非常繁杂的功能,它既可以产生很多细胞因子,又可以被其它细胞因子所激活并衍生出许多新的功能。总体上其功能包括以下几个方面:凝血及纤维溶解作用、细胞外基质的合成与降解以及参与机体的宿主防御。所以间皮细胞功能的完整性直接关系到腹膜透析的临床效果。
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    2.2 间皮下基底层 为一道天然的选择性细胞屏障,它可以选择性地阻止基膜下结缔组织中的纤维母细胞与间皮细胞相接触,但不影响其它类型的细胞(巨噬细胞、白细胞)穿透基膜。此外,对腹膜损伤后的修复起着重要作用,若是间皮细胞受损,周围的基膜可以在损伤细胞的边缘形成新的支架,使周围完好的间皮细胞沿着支架移行至受损区直至创面修复。但基膜受损,间皮细胞因失去支撑支架而无法按原样修复基膜。

    2.3 间皮下细胞外基质 大量研究已证明,间皮下细胞外基质(ECM)内的蛋白质是许多细胞维持其正常的生理功能的重要介质及场所,从细胞增殖、分化、粘附、游走到基因的表达及细胞的死亡等均有ECM参与。此外,ECM还可以协调炎症后创面修复及组织重建的各个环节。由于ECM是许多细胞因子及生长因子重要的储藏器,在一些情况下它可以选择性地在局部蓄积或释放这些因子,调节和减轻各种生物学反应。

    间皮下结缔组织中的主要成分胶原纤维(特别是Ⅰ型和Ⅲ型)具有较高的张力和弹力,形成一个有机的网络,此间的细胞可以自由地移动及相互接触。此外,ECM中透明质酸能够构造成不同孔径及电荷密度的凝胶状态,起着分子形态及电荷依赖性分子筛的作用,大分子物质及细胞穿过腹膜大都由ECM内的糖蛋白调节。
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    2.4 ECM中细胞成分 ECM内的还有很多细胞与维持腹膜功能的平衡有非常重要的关系。

    2.4.1 纤维母细胞 为腹膜中另一类主要的驻留细胞。近来的研究证明,腹膜的纤维母细胞可以分泌前炎症细胞因子(pro-inflammatory cytokines)IL-6及IL-8。从而认为纤维母细胞与间皮细胞一样是构成细胞因子网络的主要成分,在发生腹膜感染时,它可以活化和调节腹膜的防御机制。纤维母细胞也能够产生一些与合成ECM有关的大分子物质(主要是胶原成分)参与构成ECM,从而也就直接或间接影响了ECM的类型、大小、胶原纤维排列特点等。这样,纤维母细胞在腹膜损伤后的修复过程中就显得非常关键。

    纤维母细胞可以在横向交错的纤维素中增殖,当其进入间皮下后,就可以触发局部非成熟型纤维素基质向成熟型转化,起着重建ECM的作用。但是,纤维母细胞也可以针对特殊性的纤维素分解产物产生纤维溶解抑制因子,其结果可以导致纤维素得已在腹膜不断的沉积,最终导致腹膜纤维化。
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    有研究发现,腹膜炎患者的腹透液也可以促使纤维母细胞增生肥大,进一步研究证实,炎性透析液中含有高浓度的IL-1β。人类的腹膜纤维母细胞还可以在bFGF、PDGF、IL-1等生长因子的刺激下大量增殖。因此,纤维母细胞既可以对组织的修复产生重要作用,但若生长控制不当,也可以导致腹膜纤维化。

    2.4.2 组织巨噬细胞 自由游动的巨噬细胞也是腹膜腔中较为常见的细胞类型。这类细胞主要驻留在腹膜间皮细胞基底膜下及小血管周围,构成机体防御系统的第一道防线。此外,组织巨噬细胞还被认为是生成多种细胞因子(TGF-β、PDGF及TNF)源泉,在腹膜损伤的部位分泌相关的细胞因子,调节腹膜纤维增殖反应。

    2.4.3 肥大细胞 腹膜肥大细胞被认为是与腹腔感染关系十分密切的细胞,腹膜炎症时,首先由它发出免疫刺激及化学趋化信号。如免疫复合物介导的腹膜炎时,它可以释放白三烯趋化中性粒细胞浸润;它还可以释放组织胺来改变腹膜的通透性。由此认为肥大细胞的功能状态也与腹膜的损伤及修复有密切的关系。
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    2.5 血管 腹膜血管的功能除吸收营养物质及从组织中携带走代谢产物外,一些小血管,如直径在5~6μm的毛细血管及直径在7~20μm的毛细血管后静脉还具有正常的血管交换的作用。值得注意的是,并不是体内所有的微小血管都具有这种透析功能,仅仅是壁层腹膜中的微小血管具有这种可交换功能,而脏层微小血管对尿素、肌酐、葡萄糖等物质的透出作用甚微。

    近来在腹膜毛细血管及毛细血管后静脉的内皮细胞上发现一种物质——跨膜通道蛋白(channel-forming transmembrane protein)即水孔蛋白aquaporin-1(AQP-1),主要参与调节膜通道水的转运[5]。对鼠腹膜组织的免疫化学研究发现,毛细血管及毛细血管后静脉的上皮细胞上含有大量的水孔蛋白,间皮细胞上也可检测出少量的水孔蛋白。免疫电子显微镜观察也进一步证实,水孔蛋白表达于毛细血管内皮细胞浆膜的腔侧面及基底侧。

    尽管如此,由于膜通道的研究刚刚开始,膜通道的结构及许多物质转运确切的机制尚不是十分清楚。但是,内皮细胞的类型(连续性或是呈网状结构)、组织的生理状态、局部是否有血管活性物质存在(组织胺)以及研究的手段,可能都会直接影响其判断结果。
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    2.6 淋巴管 在脏层和壁层腹膜均有呈网状分布的淋巴管参与腹膜腔的液体转运,正常状态下,这些部位的淋巴管仅转运少量的液体(正常人每天约引流50ml左右)。而大量的透析液是经过横隔下胃底部特殊的淋巴管(直径2.25μm)所转运。淋巴管也是宿主防御体系的第一道防线,它可以清除进入腹腔的外源性物质(如细菌),但其液体的流率受到许多生理性因素(如呼吸频率、腹腔静水压、体位以及许多药物等)的影响。

    参考文献

    1 章海涛,俞雨生.宿主防御机理与CAPD腹膜炎之间的关系.肾脏病与透析肾移植杂志,1996,5:73

    2 Holmdahl L,Falkenberg M,Ivarsson M et al.Plasminogen activators and inhibitors in peritoneal tissue.APMIS,1997,105:25
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    3 Sitter T,Spannagl M,Schiffl H et al.Imbalbance between intraperitoneal coagulation and fibrinolysis during peritonitis of CAPD patients:the role of mesothelial cells.Nephrol Dial Transplant,1995,10:677

    4 Liberek T,Topley N,Luttmenn W et al.Adherence of neutrophils to human mesothlial cells:Role of intercellular adhesion molecule-1.J AM Soc Nephrol,1996,7:208

    5 Carlsson 0,Nielsen S,Zakaria ER et al.In vivo inhibition of transcellular water channels(aquaporin-1)during acute peritoneal dialysis in rats.Am J Physiol,1996,271:H2254

    (1999-07-16收稿), http://www.100md.com