人体系统性炎症期间线粒体氧合与呼吸功能的实时无创监测研究

本研究通过COMET监测系统，首次在人体内实时测量了内毒素血症模型中的线粒体氧分压(mitoPO2)和耗氧量(mitoVO2)。研究人员采用2 ng/kg LPS诱导系统性炎症，发现mitoPO2在1.45小时显著降低至45.8±1.8 mmHg（对照组75.2±2.6 mmHg），而mitoVO2保持稳定。该技术为ICU患者线粒体功能障碍的早期诊断提供了新工具。

　　

在重症医学领域，线粒体功能障碍被认为是脓毒症导致多器官衰竭的关键机制。然而长期以来，临床缺乏实时监测线粒体功能的可靠手段。传统方法需要获取组织样本进行离体检测，既具有创伤性又无法反映动态变化。这种技术瓶颈严重阻碍了对危重患者细胞能量代谢障碍的及时干预。

荷兰伊拉斯姆斯大学医学中心（Erasmus University Medical Center）麻醉科实验室与内梅亨大学医学中心（Radboud University Medical Center）重症医学科的研究团队合作，在《Scientific Reports》发表了一项突破性研究。他们采用创新的COMET（Cellular Oxygen METabolism）监测系统，首次实现了人体内线粒体氧合与呼吸功能的实时无创测量。这项研究选择经典的2 ng/kg脂多糖（LPS）人体内毒素血症模型，通过42名健康男性志愿者的对照实验，成功捕捉到系统性炎症期间线粒体功能的动态变化。

研究团队运用三项核心技术：1）通过5-氨基酮戊酸（ALA）贴片增强线粒体内原卟啉IX（PpIX）浓度；2）利用515nm脉冲激光激发PpIX延迟荧光，基于Stern-Volmer方程计算mitoPO₂；3）通过探头加压阻断微循环，测量氧消耗速率获得mitoVO₂。所有测量均在胸骨部位完成，时间点选择涵盖炎症反应峰值（1.45小时）、体温高峰（4小时）和实验终点（7小时）。

受试者特征与生命参数

研究纳入46名健康男性（42名LPS组，4名对照组），基线特征无显著差异。如图4所示，LPS组表现出典型的炎症反应：平均动脉压（MAP）显著降低（p=0.007），心率和体温显著升高（均p<0.0001），验证了模型的有效性。

线粒体功能参数

研究核心发现如图5所示：LPS组mitoPO₂在1.45小时降至最低值45.8±1.8 mmHg（对照组75.2±2.6 mmHg，p=0.002），而mitoVO₂保持稳定（p=0.58）。图3展示的典型Michaelis-Menten动力学曲线显示，测量系统可精确捕捉氧分压的瞬时变化（采样率1Hz）。

2)显著降低；(B)线粒体氧耗(mitoVO₂)保持稳定。'>

讨论与意义

该研究首次证实COMET系统可检测人体内线粒体氧合的早期变化。与动物实验不同，人类内毒素血症未观察到mitoVO₂下降，这可能与LPS剂量较低（大鼠用量高1000倍）有关。研究者通过模型计算证实，测得的人体皮肤细胞氧耗率（约0.5 nmol O₂/min/10⁶细胞）与3D培养的成纤维细胞数据相符。

技术层面，ALA贴片的应用使测量成功率高达96%（46/48合规使用者）。如图2所示的测量场景，探头加压法为临床提供了简便的mitoVO₂测量方案。该技术突破为重症医学带来三大价值：1）实现线粒体功能的床旁动态监测；2）为脓毒症微循环障碍提供新的评估维度；3）可能成为个体化治疗的生物标志物。

研究也存在一定局限：受试者为年轻健康男性，与老年脓毒症患者存在差异；LPS模型不能完全模拟临床感染的复杂性。但正如作者强调，这种标准化模型为后续临床研究奠定了基础。未来研究可拓展至创伤、休克等更多病理状态，并探索mitoPO₂变化与器官功能的相关性。

这项由Mark A.Wefers Bettink领衔的多中心研究，通过创新的光学技术打开了观察人体细胞能量代谢的窗口。其临床价值不仅在于发现炎症早期mitoPO₂下降的现象，更开创了重症患者线粒体功能监测的新纪元，为精准医学时代的器官功能支持提供了关键技术支撑。