相關(guān)論壇
張江鋒覃曉
作者單位：530021廣西醫(yī)科大學(xué)研究生學(xué)院(張江鋒)；
廣西醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院(覃曉)
通訊作者：覃曉
中國(guó)醫(yī)學(xué)創(chuàng)新2010年12月
[摘要]
肢體缺血再灌注損份是臨床上研究熱點(diǎn)，特別是其發(fā)病機(jī)制的研究。筆者通過臨床實(shí)踐，參閱相關(guān)文獻(xiàn)，從血小板活化、中性粒細(xì)胞激活、NF-κB的作用、氧自由基損傷、鈣超載、細(xì)胞凋亡、微血管血液流變學(xué)改變對(duì)肢體缺血再灌注損傷的發(fā)病機(jī)制做一綜述。
[關(guān)鍵詞]缺血再灌注；肢體；機(jī)制；研究進(jìn)展
隨著外科手術(shù)技術(shù)的提高，四肢大血管損傷、血栓再通、骨筋膜室綜合征等疾病和斷肢再植、皮瓣移植等手術(shù)在臨床中越來越常見。及時(shí)恢復(fù)充足的血液供應(yīng)乃肢體缺血組織成活之關(guān)鍵，但是缺血組織再灌注又可導(dǎo)致缺血組織的進(jìn)一步損傷，這即是缺血再灌注損傷(IR損傷)。IR損傷是Jennigs于1960年率先提出的。研究證實(shí)，骨骼肌IR損傷有可能影響肢體功能恢復(fù)，造成肢體殘疾，有較高的致殘率。嚴(yán)重的肢體IR損傷可以造成遠(yuǎn)隔臟器的損傷，引起全身炎癥反應(yīng)綜合征(SIRS)，甚至多器官功能衰竭(MODS)，即再灌注綜合癥。因此，對(duì)肢體IR損傷發(fā)病機(jī)制的研究受到廣泛重視，本文將從近年來研究較熱門的幾點(diǎn)綜述如下。
1血小板活化
研究證實(shí)，血小板活化及其釋放的顆粒在血栓形成，激活補(bǔ)體以及誘導(dǎo)器官移植再灌注的炎癥反應(yīng)中起著重要作用。骨骼肌缺血再灌注后，外周循環(huán)血中血小板計(jì)數(shù)可明顯減少，其原因在于缺血再灌注過量生成的氧自由基介導(dǎo)血小板活化，進(jìn)而導(dǎo)致血小板聚集和微血栓的形成，血小板被破壞，裂解和消耗。有證據(jù)表明，在再灌注的起初幾分鐘內(nèi)，血小板是起先被募集到梗死區(qū)的工活化后的血小板能釋放致密顆粒、α-顆粒、溶酶體等多種炎性介質(zhì)，使血管內(nèi)皮發(fā)生改變，誘導(dǎo)中性粒細(xì)胞(PMN)、單核細(xì)胞和淋巴細(xì)胞趨化、滲出，促進(jìn)炎癥反應(yīng)，加重組織損傷。
2 PMN的激活
資料表明，白細(xì)胞(以PMN為主)的激活、移行、黏附及在血管外周組織中大量扣押是炎癥反應(yīng)的關(guān)鍵步驟，并在IR損傷期間扮演著重要角色。PMN必須先和微血管內(nèi)皮細(xì)胞黏附才能跨血管遷移，并于炎癥部位扣押。在這一過程中，位于血管內(nèi)皮細(xì)胞的細(xì)胞間黏附分子ICAM-1及PMN上的整合素CD11B/CD18起重要作用，二者的結(jié)合使得PMN與血管內(nèi)皮細(xì)胞牢固結(jié)合。IR后內(nèi)皮細(xì)胞被激活，ICAM-1表達(dá)上調(diào)，為PMN的黏附、浸潤(rùn)、激活提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。激活的PMN與內(nèi)皮細(xì)胞相互作用，釋放大量的細(xì)胞因子和炎性介質(zhì)，如腫瘤壞死因子TNF-α、IL-1、IL-6、IL-8等，這些細(xì)胞因子通過誘導(dǎo)黏附分子的表達(dá)，進(jìn)一步激活PMN，增加PMN和血管內(nèi)皮相互作用，引發(fā)炎癥的擴(kuò)大反應(yīng)，形成惡性循環(huán)。
3 NF-κB介導(dǎo)的炎性反應(yīng)
NF-κB(Nuclearfactor Kappa-B)在肢體IR損傷的發(fā)生發(fā)展中起到重要的作用，是近年來研究的熱點(diǎn)。它能調(diào)節(jié)許多與免疫和炎癥相關(guān)的促炎癥介質(zhì)的基因轉(zhuǎn)錄和表達(dá)，亦能調(diào)節(jié)多種參與IR損傷的細(xì)胞因子，黏附分子的基因轉(zhuǎn)錄過程，從而控制它們的生物合成。NF-κB作為一種快速反應(yīng)因子在骨骼肌IR損傷實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭械拇罅勘磉_(dá)已得到證實(shí)，其與骨骼肌組織及血液中的氧自由基，CD11B/CD18及P-選擇素表達(dá)呈正相關(guān)，抑制其表達(dá)能減輕炎癥反應(yīng)并提高生存率。NF-κB可誘導(dǎo)多種細(xì)胞因子(如：TNF-α、IL-1、IL-6、IL-8)和黏附分子(如ICAM-1、ECAM-1、VCAM-1)及趨化因子(C3，COX-2，PLA2等)的基因表達(dá)?？梢?，NF-κB能在上游調(diào)控炎癥，從而成為炎癥調(diào)控的樞紐和關(guān)鍵，適度地干預(yù)NF-κB的活化很有臨床應(yīng)用價(jià)值。
4氧自由基損傷
氧自由基在肢體IR損傷中的作用得到多數(shù)學(xué)者的肯定，是造成IR損傷的重要環(huán)節(jié)。人體總自由基中約95％以上屬于氧自由基，如超氧陰離子(O2-)，羥自由基(OH-)，過氧化氫(H2O2)等。IR損傷通過以下途徑產(chǎn)生大量氧自由基：
(1)黃嘌呤氧化酶途徑：組織缺血時(shí)，能量不足，ATP不足以維持跨膜離子泵的轉(zhuǎn)運(yùn)而導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度增加，使黃嘌呤脫氫酶轉(zhuǎn)化為黃嘌呤氧化酶，后者在再?gòu)?fù)氧時(shí)作用于ATP的降解產(chǎn)物而產(chǎn)生超氧陰離子。
(2)線粒體呼吸鏈：線粒體通過呼吸爆發(fā)產(chǎn)生大量自由基，是自由基產(chǎn)生的重要場(chǎng)所。
(3)中性粒細(xì)胞作用。
氧自由基造成的損害包括：
(1)脂質(zhì)過氧化作用：攻擊生物膜不飽和脂肪酸，造成膜流動(dòng)性下降，通透性增加。
(2)直接攻擊生物大分子：包括各種結(jié)構(gòu)，收縮和運(yùn)輸?shù)鞍?，多種酶以及核酸，使其分子鏈交聯(lián)或斷裂。
(3)膜損傷導(dǎo)致離子通透性增加引發(fā)水內(nèi)流導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)水腫。
(4)激活NF-κB。
(5)增加白細(xì)胞的黏附和游出。
(6)增加微循環(huán)的通透性。
(7)DNA、線粒體的損傷，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。
5鈣超載
研究證實(shí)，鈣超載在組織IR損傷中起到重要作用。缺血期和再灌注期均可引起細(xì)胞內(nèi)鈣超載，但在再灌注期更為明顯。當(dāng)缺血發(fā)生時(shí)，骨骼肌缺血缺氧出現(xiàn)糖酵解作用增強(qiáng)，細(xì)胞內(nèi)乳酸堆積，pH值降低，細(xì)胞內(nèi)三磷酸腺苷(ATP)含量減少，鈉泵活性降低，造成細(xì)胞內(nèi)Na+含量增多，細(xì)胞水腫；再灌注時(shí)，細(xì)胞內(nèi)高Na+迅速激活Na+/Ca2+交換蛋白，Na+得以向細(xì)胞外轉(zhuǎn)移，同時(shí)大量Ca2+進(jìn)入細(xì)胞，這是IR鈣超載形成的主要途徑。此外，氧自由基引發(fā)的細(xì)胞內(nèi)鈣超載也己得到廣泛認(rèn)同。鈣超載造成的損害主要有以下幾方面：
(1)酶的激活：激活Ca2+依賴性磷脂酶(主要是磷脂酶C和磷脂酶A)，促進(jìn)膜磷脂分解；激活鈣依賴蛋白酶，促使細(xì)胞內(nèi)許多重要酶降解，使細(xì)胞內(nèi)黃嘌呤脫氫酶轉(zhuǎn)變?yōu)辄S嘌呤氧化酶，后者參與氧自由基的合成。
(2)線粒體損害：進(jìn)入線粒體的Ca2+與含磷酸根的化合物結(jié)合，形成磷酸鈣沉淀，破壞線粒體的結(jié)構(gòu)和功能，干擾線粒體的氧化磷酸化，使能量代謝障礙，ATP生成減少。
(3)線粒體鈣超載是導(dǎo)致通透性轉(zhuǎn)換孔(PTP)開放的關(guān)鍵因素，而PTP開放導(dǎo)致了氧化磷酸化的崩解，加重了鈣超載，氧化應(yīng)激和ATP的耗損。
(4)細(xì)胞內(nèi)鈣超載是細(xì)胞凋亡發(fā)生的重要原因，亦是細(xì)胞凋亡發(fā)生的結(jié)果，細(xì)胞內(nèi)鈣超載激活Ca2+依賴性限制性核酸內(nèi)切酶，將核DNA裂解成180～200bp的片段，造成細(xì)胞凋亡。
6細(xì)胞凋亡
Hatoko等報(bào)道，肢體缺血6h后再灌注可引起腓腸肌的Bax蛋白表達(dá)增加，出現(xiàn)凋亡細(xì)胞。這表明細(xì)胞凋亡在介導(dǎo)骨骼肌IR損傷過程中起重要作用，更有學(xué)者提出隨著缺血期的延長(zhǎng)，細(xì)胞凋亡的損害作用比白細(xì)胞介導(dǎo)的炎性反應(yīng)更重要。細(xì)胞凋亡經(jīng)“外在”通路(又稱死亡受體途徑)和“內(nèi)在”通路(又稱線粒體途徑)終使天冬氨酸特異的半胱氨酸蛋白酶(caspases3)活化，導(dǎo)致底物降解和細(xì)胞凋亡發(fā)生。
肢體IR損傷時(shí)誘發(fā)細(xì)胞凋亡的機(jī)制有：
(1)氧自由基：通過細(xì)胞膜脂質(zhì)過氧化來影響細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)，激發(fā)相關(guān)調(diào)控基因?qū)е碌蛲觥Ｑ趸瘧?yīng)激是誘發(fā)細(xì)胞凋亡的中心環(huán)節(jié)。
(2)鈣超載：引起線粒體內(nèi)膜上的通透性轉(zhuǎn)換孔開放，釋放細(xì)胞色素C入胞質(zhì)內(nèi)，進(jìn)一步激活caspases3。
(3)其他可能機(jī)制：如TNF-α作用，PMN浸潤(rùn)，線粒體損傷，一氧化氮及一氧化氮合酶的作用等。
7微血管血液流變學(xué)改變
近年來研究表明，肢體IR可致微血管改變，表現(xiàn)在：
(1)微血管血液流變學(xué)改變：IR早期可見中性粒細(xì)胞黏附在血管內(nèi)皮細(xì)胞上，造成”滾動(dòng)”現(xiàn)象；隨著再灌注時(shí)間延長(zhǎng)，中性粒細(xì)胞，血管內(nèi)皮細(xì)胞表面的黏附分子表達(dá)進(jìn)一步增加，加重中性細(xì)胞與內(nèi)皮細(xì)胞發(fā)生黏附和微血管堵塞，造成“無復(fù)流”現(xiàn)象形成，實(shí)質(zhì)上，IR損傷所致的“無復(fù)流”現(xiàn)象是缺血的延續(xù)和疊加。
(2)微血管口徑的變化：損傷的內(nèi)皮細(xì)胞腫脹，激活的血管內(nèi)皮細(xì)胞和中性粒細(xì)胞釋放縮血管物質(zhì)，擴(kuò)血管物質(zhì)合成與釋放減少等作用共同導(dǎo)致微血管口徑變小。
(3)微血管通透性增高：自由基損傷和中性粒細(xì)胞黏附是微血管通透性增高的主要原因。
(4)內(nèi)皮細(xì)胞表面抗凝性轉(zhuǎn)為促凝性，使血流趨于高凝狀態(tài)。
綜上所述，肢體IR損傷綜合征是外科，尤其是血管外科對(duì)肢體血運(yùn)重建后引起局部和全身?yè)p傷的常見急性、高危性并發(fā)癥之一，術(shù)后24h內(nèi)發(fā)生的頻率更高，故此時(shí)間為高危險(xiǎn)期。肢體IR損傷涉及多種復(fù)雜機(jī)制，它們相互作用導(dǎo)致肢體功能恢復(fù)障礙，造成肢體殘疾，甚至造成MODS，直至死亡。值得提出的是，對(duì)肢體IR后繼發(fā)遠(yuǎn)隔器官損傷的認(rèn)知遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，其發(fā)病機(jī)制中的許多環(huán)節(jié)仍不十分清楚，值得今后進(jìn)一步深入探討。