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陳演（1）綜述瞿寧厚（2）審校
(1．海南省文昌市人民醫(yī)院骨科，571300，海南文昌；
2．成都體育學(xué)院附屬體育醫(yī)院，四川成都610941)
[摘要]
缺血再灌注損傷的基礎(chǔ)研究取得了明顯的進(jìn)展，這亦反映在對(duì)肢體缺血再灌注損傷的研究中。本文僅就后者的發(fā)生機(jī)制，對(duì)局部和全身的影響以及對(duì)其防治等方面的若干進(jìn)展進(jìn)行介紹和展望。
肢體缺血是臨床常見的情況，恢復(fù)其血液循環(huán)是挽救缺血肢體的必須前提，而且血液循環(huán)恢復(fù)得越早越好，這即所謂的再灌注。但是再灌注有時(shí)不但不能使肢體功能、代謝和結(jié)構(gòu)恢復(fù)正常，反到加重局部代謝功能紊亂以及結(jié)構(gòu)損害，這即是缺血再灌注損傷(ischemia-reperfusion injury，IR)。IR損傷作為一種普遍的病理生理過程存在于多種組織器官。肢體IR損傷主要是指骨骼肌的IR損傷，見于地震及意外災(zāi)害和事故中的肢體擠壓傷、骨筋膜室綜合征、止血帶和石膏、小夾板固定的錯(cuò)誤使用和斷肢再植等。IR損傷的研究，近年來不論在發(fā)生機(jī)制(對(duì)肢體局部和遠(yuǎn)隔器官的影響)以及在防治IR損傷等方面均取得令人注目的進(jìn)展。本文僅就這些進(jìn)展的若干層面進(jìn)行介紹，以供探討，并敬祈指正。
1肢體缺血再灌注損傷發(fā)生的機(jī)制
Pack等強(qiáng)調(diào)，IR損傷發(fā)生根本的機(jī)制是氧自由基的大量產(chǎn)生和細(xì)胞內(nèi)鈣超載以及隨之而來微血管功能障礙。IR時(shí)，Ca2+大量內(nèi)流，激活磷脂酶，降解膜磷脂，導(dǎo)致膜損害、脂質(zhì)過氧化以及破壞細(xì)胞骨架并引發(fā)中性粒細(xì)胞(polymorphonuclear neutrophil，PMN)的激活和浸潤，通過呼吸爆發(fā)釋放大量的氧自由基(與黃嘌呤氧化酶在IR時(shí)的活性過度增加有關(guān))。蛋白水解酶及炎癥介質(zhì)引發(fā)或加重細(xì)胞損傷，自由基還有細(xì)胞毒作用。在這些因素綜合作用下，在微血管內(nèi)PMN和內(nèi)皮細(xì)胞相互黏附的作用明顯增加，其結(jié)果是造成微血管功能障礙并滅活一氧化氮(NO)。晚近的研究發(fā)現(xiàn)核因子κB(NF-κB)和活化蛋白-1(AP-1)這兩個(gè)核轉(zhuǎn)錄因子及其下游的促炎細(xì)胞因子如TNF-α和IL-6等在心肌IR損傷期間的顯著表達(dá)，提示它們在IR損傷中的關(guān)鍵作用。這對(duì)骨骼IR損傷的研究具有一定的指導(dǎo)意義。
2肢體缺血再灌注損傷時(shí)的細(xì)胞凋亡
2．1細(xì)胞死亡形式
細(xì)胞死亡形式不止一種，己知的有壞死、凋亡以及有絲分裂細(xì)胞死亡(mitoticcell death)，后者又稱“有絲分裂災(zāi)難”(mitoticcatastrophe)，是近年發(fā)現(xiàn)的，而有絲分裂的死亡方式與細(xì)胞分裂過程受阻有關(guān)。
細(xì)胞凋亡是基因調(diào)控的，是為維護(hù)機(jī)體內(nèi)穩(wěn)態(tài)的自主性死亡，適應(yīng)內(nèi)外環(huán)境變化，維持正常生長發(fā)育、正常生理狀態(tài)和功能，消除無功能甚至是有害細(xì)胞所必須的，這在胚胎發(fā)育中尤為重要，因此具有重大的生物學(xué)意義。細(xì)胞凋亡過程是以胞核DNA片段化裂解為特征，是一耗能的主動(dòng)過程，有賴于mRNA和蛋白質(zhì)的新合成。
肢體IR損傷時(shí)，不足以引發(fā)壞死但又恢復(fù)無望的細(xì)胞選擇了凋亡。其負(fù)面影響是減少肌組織的實(shí)質(zhì)成分，但其正面影響是不會(huì)像細(xì)胞壞死那樣產(chǎn)生“次級(jí)損傷”，即不會(huì)引發(fā)周圍組織的炎癥和免疫反應(yīng)，這是有利的。
2．2肢體IR損傷肌細(xì)胞凋亡的誘發(fā)機(jī)制
哺乳動(dòng)物細(xì)胞凋亡途徑有二，即線粒體途徑(胞內(nèi)途徑)與死亡受體途徑(胞外途徑)。其中天冬氨酸特異的半胱氨酸蛋白酶(半胱天冬酶，caspases)家族在這兩條途徑中都起著非常重要的作用。IR損傷引發(fā)的細(xì)胞凋亡與氧自由基的大量產(chǎn)生、鈣超載、線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔道(MPTP)開放，NO的減少和鉀通道阻滯有關(guān)，更與上面提到的半胱天冬酶的活化直接有關(guān)，也與某些細(xì)胞因子有關(guān)。近期的工作表明，核因子-κB是一組調(diào)控細(xì)胞凋亡的重要轉(zhuǎn)錄因子?？梢姡l(fā)IR損傷的機(jī)制在一定程度上就是導(dǎo)致此時(shí)細(xì)胞凋亡的機(jī)制。
2．3 IR損傷時(shí)細(xì)胞凋亡的基因調(diào)控
基因調(diào)控是一個(gè)復(fù)雜的過程，有死亡信號(hào)產(chǎn)生時(shí)，并經(jīng)紛雜的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)作用，啟動(dòng)了凋亡程序，調(diào)控這一過程的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)失控，從而發(fā)生了細(xì)胞凋亡。Bax及bcl-2是目前研究較為成熟的與凋亡相關(guān)的Bcl-2基因大家族的成員，bcl-2屬抗凋亡亞族，其對(duì)維持線粒體結(jié)構(gòu)和功能的完整性起重要作用，它可增加線粒體內(nèi)質(zhì)子的外排，調(diào)節(jié)線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔道(PTP)，阻止C-myc(一種原癌基因)介導(dǎo)的凋亡，抑制與還原型谷胱甘肽含量下降相關(guān)的凋亡。bcl-2蛋白分子C端的羧基具有疏水性，含有一個(gè)由19個(gè)氨基酸伸展形成的跨膜結(jié)構(gòu)，常位于線粒體膜。這一特點(diǎn)與bcl-2調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡的方式和能力非常有關(guān)。Bax則是屬促凋亡亞族(又稱原凋亡亞族)的代表，這一亞族同樣還有很多其他成員。它可促使線粒體釋放細(xì)胞色素C，從而促進(jìn)細(xì)胞凋亡。Bax與bcl-2既可構(gòu)成異源二聚體，也可自身組成同源二聚體，這取決于bcl-2和Bax之間的比例。異源二聚體占優(yōu)勢時(shí)，有利于細(xì)胞存活，Bax同源二聚體占優(yōu)勢時(shí)，則趨于凋亡。無死亡信號(hào)時(shí)，促凋亡基因以無活性形成分布于胞液或細(xì)胞骨架，抗凋亡基因作為細(xì)胞內(nèi)膜結(jié)構(gòu)的一部分被隔離。此時(shí)，兩者均無行動(dòng)，不起作用，在IR損傷時(shí)，有死亡信號(hào)發(fā)生，兩者均開始行動(dòng)，一旦Bax的表達(dá)占優(yōu)勢，即可組成Bax同源二聚體，抑制了bcl-2的抗凋亡作用，促進(jìn)了細(xì)胞凋亡的發(fā)生。
3肢體缺血再灌注的全身影響
嚴(yán)重的肢體IR可引起全身炎癥反應(yīng)綜合征(SIRS)，甚至遠(yuǎn)隔的多臟器功能障礙綜合征(MODS)，其中肺是易受累的首位靶器官，表現(xiàn)為急性肺損傷(ALI)或急性呼吸窘迫綜合征(ARDS)。
3．1肢體IR時(shí)ARDS發(fā)生機(jī)制
由于肢體IR過程中產(chǎn)生的大量活性氧物質(zhì)和炎性介質(zhì)所導(dǎo)致的PMN過量過度激活及在肺臟內(nèi)大量扣押、浸潤和清除延遲，是發(fā)生ARDS的中心環(huán)節(jié)，而從肢體IR組織中釋放入血循環(huán)的代謝產(chǎn)物和炎性物質(zhì)(如TNF-α、IL-6等)是使PMN激活及在肺內(nèi)聚集的必要物質(zhì)。在肺組織內(nèi)被大量扣押，浸潤的被激活了的PMN，通過呼吸爆發(fā)等釋放大量自由基、蛋白水解酶及炎癥介質(zhì)等有害物質(zhì)造成肺組織損傷。適度清除PMN及其有害內(nèi)容物是控制炎癥發(fā)展和臟器損傷的重要措施。由于進(jìn)入到肺炎癥灶的PMN無法再回到血循環(huán)，只能以壞死或凋亡方式進(jìn)行清除。凋亡是對(duì)機(jī)體更為有利的清除方式。而這些炎性因子是導(dǎo)致PMN激活和凋亡延遲的關(guān)鍵因素。周君琳等研究發(fā)現(xiàn)，患者肢體IR血清能夠明顯抑制體外培養(yǎng)的人類PMN凋亡，表明肢體IR所致多臟器損傷的發(fā)生機(jī)制同樣有PMN凋亡延遲的參與。
3．2可能的防治措施
只要抓住發(fā)生ARDS的中心環(huán)節(jié)，就有防治的可能，適度清除PMN及其有害內(nèi)容物對(duì)于控制炎癥的發(fā)展和臟器損傷等是至為重要的。周君琳等的研究提示，設(shè)法逆轉(zhuǎn)此種PMN凋亡延遲有望成為防治肢體IR損傷的新方法。他們的一系列工作研究表明，大鼠肢體IR致肺損傷時(shí)，內(nèi)源性一氧化碳(CO)和外源性小劑量CO均具有降低此時(shí)肺內(nèi)PMN扣押，減輕肺水腫，提高動(dòng)物存活率的作用。近期的研究顯示，0．025％的CO可明顯增加PMN的凋亡率，逆轉(zhuǎn)肢體IR患者血清所致的凋亡延遲，表明CO抗PMN扣押作用的細(xì)胞機(jī)制是與之促進(jìn)PMN凋亡加速其非炎性清除有關(guān)。還有資料證實(shí)，CO能夠抑制TNF-α等所致血管內(nèi)皮細(xì)胞和血管平滑肌細(xì)胞凋亡以及肺IR所致的肺凋亡指數(shù)，從而發(fā)揮對(duì)肺的保護(hù)作用。提示CO對(duì)細(xì)胞凋亡的調(diào)控作用具有組織細(xì)胞特異性。CO是通過何種分子機(jī)制促進(jìn)PMN的凋亡的呢?研究表明，NF-κB是中性粒細(xì)胞凋亡過程中的重要轉(zhuǎn)錄因子，炎癥介質(zhì)導(dǎo)致其凋亡延遲并與之關(guān)系甚為密切。周君琳等的研究亦發(fā)現(xiàn)外源性小劑量CO具有明顯抑制PMN NF-κB激活的作用，表明CO促凋亡作用與其對(duì)NF-κB通路的抑制作用有關(guān)。他們認(rèn)為，利用CO對(duì)NF-κB信號(hào)系統(tǒng)的調(diào)控可能成為治療多種炎性損傷的切入點(diǎn)，具有潛在的臨床應(yīng)用前景，值得期待。
體內(nèi)的CO主要來源于HO催化血紅素產(chǎn)生膽綠素的過程中。周君琳等的研究證明了CO這個(gè)體內(nèi)重要的小分子氣體信使物質(zhì)的生理活性作用；有理由認(rèn)為，隨著研究的深入進(jìn)行，人們對(duì)CO將有進(jìn)一步的新認(rèn)識(shí)。
4缺血預(yù)處理的研究進(jìn)展
自1986年Murry初次提出“預(yù)處理”概念，引起很大的關(guān)注。此后，大量研究從細(xì)胞、器官水平探討了預(yù)處理的保護(hù)作用，并證明缺氧預(yù)處理具有很強(qiáng)的內(nèi)源性保護(hù)作用。陶丁等的研究表明，缺血預(yù)處理對(duì)大鼠缺血后肢骨骼肌再灌注后4、24h的肌細(xì)胞的抗凋亡能力明顯強(qiáng)于未經(jīng)預(yù)處理的對(duì)照組，提示經(jīng)缺血預(yù)處理后，對(duì)大鼠骨骼肌細(xì)胞IR損傷有一定保護(hù)作用。用藥物預(yù)處理亦受到重視，國內(nèi)已開展了這方面的工作，說明已重視臨床應(yīng)用的研究。在預(yù)防肢體IR損傷的防治中完全可以借鑒，只要安全、可行、有效，合乎倫理，沒有理由不采用，但應(yīng)加強(qiáng)應(yīng)用的基礎(chǔ)研究，更好的服務(wù)于臨床。
5缺血后處理的研究進(jìn)展
2003年，Zhao等提出了缺血后處理這一新的再灌注心肌內(nèi)源性保護(hù)策略，是指心肌缺血后，在長時(shí)間的再灌注之前，進(jìn)行一次或數(shù)次短暫重復(fù)的缺血再灌注，能減輕隨后持續(xù)再灌注引起的心肌損傷。有作者認(rèn)為，與預(yù)處理相比，后處理在實(shí)施上有更好的可預(yù)測性及可控性。甚至有作者認(rèn)為，在應(yīng)用于挽救缺血心肌上較之預(yù)處理具有更廣闊的臨床應(yīng)用前景．有動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和小樣本的臨床研究初步證實(shí)其有效性。同樣，缺血后處理也可通過模擬內(nèi)源性保護(hù)機(jī)制的藥物來發(fā)揮后處理的保護(hù)作用，此即為藥物后處理。張永明等的研究證明了藥物后處理同樣具有清除活性氧、提高機(jī)體抗氧化應(yīng)激能力而達(dá)到保護(hù)心肌的效果，對(duì)于有條件能開展缺血后處理的單位，對(duì)骨骼肌缺血再灌注之前進(jìn)行后處理，可以防治再灌注損傷。我們認(rèn)為應(yīng)予開展，因?yàn)檫@是安全、可行的，對(duì)傷員的康復(fù)也是有利的。
中國循環(huán)雜志，2007，22；319-320．
(收稿日期：2008-12-12；修回日期：2008-12-16；)