Acute kidney injury following acute liver failure: potential role of systemic cadmium mobilization?

Perrine Hoet, Vincent Haufroid, Gladys Deumer, et al. Intensive Care Med. DOI 10.1007/s00134-001-2449-0

一、研究背景及研究目的

有研究指出急性肝衰竭的患者有40-85%同时合并有急性肾衰竭。肾功能的丧失有多方面因素导致，包括低血容量、肾毒性药物使用、炎症反应、DIC等。引起肝损伤的原因也可能直接影响肾脏。主要的肝毒性药物-扑热息痛在动物实验中已证明亦可造成肾毒性。临床上亦有因过量对乙酰氨基酚而导致严重肝损伤的患者出现急性肾小管坏死性肾功能衰竭的报道。

损伤肝脏释放的具有潜在肾毒性的微量元素的作用少有文献报道。镉是一种微量元素，在人体内并没有生理学作用，但却是一种广泛存在的环境污染物。吸烟是人体镉的主要来源，对于非吸烟人群，食物则是主要来源。因该元素对健康的潜在影响，促使很多国家采取立法限制或禁止其应用，比如在颜料、电镀等方面，目前镉电池的产量占全球镉消费的80%。

镉会积聚在肝脏和肾脏，而且具有极长的半衰期。镉诱导的肾功能损伤主要表现为近曲小管（PCT）功能障碍，且近曲小管也是镉积聚的主要场所。肾小管毒性最早期的表现是尿中低分子量蛋白（LMWPs）排泄增加，如β2微球蛋白、α1微球蛋白、Clara细胞蛋白（CC16）和视黄醇结合蛋白（RBP）。

药物诱导后导致急性肝损伤的实验研究发现镉从肝脏到肾脏的再分布现象。Vanderperren等研究指出较高的尿镉浓度引起肾损伤，机制可能与肝脏释放镉元素导致肾小管缺陷相关。

本研究目的：（1）证实假说：急性肝损伤期间镉的释放导致镉从肝脏到肾脏的再分布，是发生急性肾小管性肾损伤的主要原因（a release of Cd during ALF may cause a redistribution of Cd from the liver to the kidneys and play a role in the occurrence of ALF-associated acute tubular kidney injury）；（2）比较对照组和急性肝衰竭患者24小时镉排泄率。

二、研究资料与方法

本研究在拥有24张床位的某大学附属医院的ICU进行。纳入标准：（1）年龄＞18岁，（2）诊断急性肝功能衰竭（急性肝功能衰竭定义：ASAT和ALAT快速升高，发病48小时内峰值＞1000IU/I，PT时间延长，INR＞2），所有导致急性肝衰竭的原因均需要考虑，除了Wilson疾病和血友病。患者没有暴露于所研究的微量元素的病史。

共纳入34位患者，所有患者在入ICU的第一个24小时行导尿（无菌操作）收集尿液。只有收集了第一个24小时尿液的患者最终纳入研究。尿液收集需要在开始使用肠内营养之前完成，因此排除了14位患者。最常见的急性肝衰竭的原因是严重的长期缺血（N=11）、对乙酰氨基酚中毒（N=8）和可卡因的使用（N=1）。这些患者中10位患者饮酒，1位与使用大麻相关，1位与使用美沙酮相关，1位与使用海洛因和可卡因相关。8位患者有吸烟史。根据Acute Kidney Injury Network（AKIN）标准，14位患者处于AKI第三阶段，2位患者处于AKI第二阶段。在11位存活患者中，肾功能在3个月内恢复。

设置与ALF组患者年龄相仿的两个对照组，收集24小时尿液进行比较。其中一个对照组（健康对照组）包括10位健康男性和10位健康女性（3位吸烟，2位已戒烟），均未暴露于所要研究的微量元素环境中，另一个对照组（ICU对照组）同样20位患者（9位男性和11位女性，9位吸烟，1位吸食大麻），这些患者没有显著的肝损伤或肾损伤。

尿液采集时避免外部污染，同时避免使用酸洗的塑料容器。本研究同时了生物医学研究健康科学学院伦理委员会的同意（Universite´ catholique de Louvain, Brussels）。

三、研究结果

急性肝衰竭患者和两组对照组患者的24小时平均尿镉排泄率、尿铅排泄率、尿锌排泄率结果如表2所示。

ALF患者尿镉排泄率显著增高，是健康对照组的35倍和ICU对照组患者的14倍，ICU对照组患者的尿镉排泄率高于健康对照组2.5倍（如图1）。ALF组中有8位患者出现尿锌排泄率的增加，各组之间尿铅排泄率无明显差异。

所有ALF患者均表现出小管功能障碍的表现，如LMWPs-U显著增高。相对于健康对照组而言，ALF患者RBP水平增高48倍（P＜0.0001），CC16水平增高16倍（P＜0.0001），α1MG和β2MG水平增高11倍（P=0.0002）。相对于ICU对照组患者而言，ALF患者RBP水平增高11倍（P＜0.0001），CC16水平增高7.5倍（P＜0.0001），α1MG水平增高3.7倍，β2MG水平增高2倍。ALF患者尿白蛋白水平亦显著增高（如表2）。

尿镉和各种尿蛋白（尿RBP、尿β2-MG、尿CC16-U、尿α1-MG）排泄之间的相关性（如表3）。

24小时尿镉大于10ug的患者与24小时尿镉小于10ug的 患者相比，尿RBP、β2微球蛋白、α1微球蛋白、CC16排泄明显增高，分别为尿RBP增高11倍（P=0.0001），β2微球蛋白增高18倍（P=0.0038），CC16增高7倍（P=0.013），α1微球蛋白增高3.5倍（P=0.0025）。

24小时尿镉小于10ug的ALF患者中，11%的患者（1/9的患者）RBP水平＞5000ug/24h，24小时尿镉10-30ug的ALF患者中，60%的患者（3/5的患者） RBP水平＞5000ug/24h，24小时尿镉水平＞30ug的ALF患者中，100% 的患者（6/6的患者）RBP水平＞5000ug/24h。所有RBP＞10000ug/24小时的患者，尿镉水平均＞20ug/24小时，所有RBP＜10000ug/24的患者，尿镉水平均＜20ug/24小时（除了一位患者，P＜0.0001）。LMWPs的结果类似。

尿镉与血肌酐及AKIN标准并不一致。ALF患者与LMWPs、尿铅和尿锌的改变亦无明显相关性。三种金属的排泄与蛋白的排泄之间也没有发现明显相关性的存在。

在健康对照组中，没有一种微量元素与尿LMWPs具有相关性，但是尿镉和尿蛋白具有一定的相关性。在ICU对照组中，尿RBP和α1MG与尿镉具有相关性。ICU对照组患者中，若24小时RBP排泄＞5000ug，尿镉的排泄最高。将三组数据进行汇总后发现，尿LMWPs和尿镉之间具显著的相关性（见表3）。

对于除镉、铅、锌之外的微量元素，ALF患者24小时排泄量亦增加，但与尿LMWPs之间均无相关性。

四、讨论

本研究的目的是为了检验这一假设：对于ALF患者，积聚在肝脏的Cd急性释放，在ALF相关的AKI的发生和肾小管功能障碍中发挥了一定的作用。

与健康对照组和ICU对照组相比，ALF患者表现为入ICU的第一个24小时镉排泄的水平更高，ICU对照组镉排泄高于健康对照组，但是ICU和健康对照组镉排泄的范围仍然一般人群排泄的范围内。尿锌的排泄结果同尿镉，因铅不在肝脏积聚，三组患者尿铅排泄结果相似。其他微量元素（Sb,  Cu, Cr,  Mn）的结果亦是ALF患者排泄高于另外两组对照组，这些微量元素也在肝脏积聚。从以上结果得出假设：尿中镉和锌的增加很大程度上与他们由肝脏释放相关，虽然ALF时其他组织也可受损，也可能潜在地释放微量元素。另外肾小管功能障碍导致近曲小管重吸收的下降，亦可能导致尿中微量元素排泄的增加。但是微量元素Pb、Ni和Li也通过肾小管重吸收，本研究中上述微量元素排泄并没有增加，因此该结果使得使用该机制解释受到很大的限制。

本研究通过尿镉和尿LMWPs之间的关系研究镉对肾功能的影响。在健康对照组患者中，没有发现尿镉和尿LMWPs之间的相关性，但是ALF患者中尿镉和尿LMWPs之间具有剂量效应关系，特别是RBP。ICU对照组尿镉的排泄略高于健康对照组，尿LMWPs的排泄同样如此。汇总所有的研究结果，尿镉和尿LMWPs之间的相关性最强。

但是必须指出的是统计所得的相关性并不一定代表具有因果关系。该相关性也可能反映尿镉排泄是继发于尿LMWPs排泄导致，即相反的因果关系。

对于长期暴露与镉环境的人群，肾脏亦是重要的靶器官之一。在重吸收后镉主要结合予血清白蛋白，而后在运送至其他组织。肝脏吸收后，白蛋白-镉复合物解离，Cd²⁺诱导金属硫蛋白（MT）的合成形成Cd-MT，防止肝细胞毒性。在慢性暴露的情况下，Cd-MT积聚于肝脏，逐渐缓慢迁移至其他脏器，其中主要为肾脏（占95%以上），通过肾小球滤过，近曲肾小管重吸收，在这里Cd-MT复合物快速解离，Cd²⁺诱导新的MT合成。

别的研究者Lin和合作者报道：所有第一个24小时尿镉排泄＞10ug的ICU患者均死亡，在本研究中并没有得到证实。

四、结论

本研究发现ALF和肾小管功能障碍的患者与镉的释放显著相关。镉和LMWPs的排泄具有明确的剂量效应和剂量反应关系。研究假说即：ALT患者肝脏释放Cd-MT，从而导致ALT相关的近曲肾小管功能障碍，得到动物实验研究结果和生物合理性支持。但是我们并无法充分证明该因果关系，需要更进一步的研究加以证实。

五、评论

MODS是ICU中常见的危重症，目前病死率仍然很高，肝脏及肾脏是人体的重要器官，同时联系紧密，肝脏及肾脏功能障碍会对人体产生严重的影响。在临床中我们发现，急性肝衰竭的患者有40%以上同时合并有急性肾衰竭，因此我们希望研究这两脏器发生序贯性的损伤是否具有一定的相关性，而具体原因又是什么。由微量元素导致肾损害是平素我们关注较少的一个方面，本研究从这一比较新颖的角度对急性肝功能衰竭患者急性释放镉元素导致肾功能衰竭的相关性进行研究，给我们拓宽了视野及思考的角度。但是本研究虽然得出ALF患者尿镉排泄与尿LMWPs排泄有强烈的相关性，但是因果关系仍需进一步推敲，需要更大的样本量及更均一的ALF人群。