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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展，這亦反映在對肢體缺血再灌注損傷的研究中。本文僅就后者的發(fā)生機制，對局部和全身的影響以及對其防治等方面的若干進展進行介紹和展望。
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)生機制(對肢體局部和遠(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展。本文僅就這些進展的若干層面進行介紹，以供探討，并敬祈指正。
1肢體缺血再灌注損傷發(fā)生的機制
Pack等強調(diào)，IR損傷發(fā)生根本的機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，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，提示它們在IR損傷中的關(guān)鍵作用。這對骨骼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，是為維護機體內(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，是一耗能的主動過程，有賴于mRNA和蛋白質(zhì)的新合成。
肢體IR損傷時，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質(zhì)成分，但其正面影響是不會像細(xì)胞壞死那樣產(chǎn)生“次級損傷”，即不會引發(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)機制
哺乳動物細(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。可見，引發(fā)IR損傷的機制在一定程度上就是導(dǎo)致此時細(xì)胞凋亡的機制。
2．3 IR損傷時細(xì)胞凋亡的基因調(diào)控
基因調(diào)控是一個復(fù)雜的過程，有死亡信號產(chǎn)生時，并經(jīng)紛雜的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)作用，啟動了凋亡程序，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，含有一個由19個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，有利于細(xì)胞存活，Bax同源二聚體占優(yōu)勢時，則趨于凋亡。無死亡信號時，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，兩者均無行動，不起作用，在IR損傷時，有死亡信號發(fā)生，兩者均開始行動，一旦Bax的表達占優(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ARDS發(fā)生機制
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行清除。凋亡是對機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，內(nèi)源性一氧化碳(CO)和外源性小劑量CO均具有降低此時肺內(nèi)PMN扣押，減輕肺水腫，提高動物存活率的作用。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)胞機制是與之促進PMN凋亡加速其非炎性清除有關(guān)。還有資料證實，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)揮對肺的保護作用。提示CO對細(xì)胞凋亡的調(diào)控作用具有組織細(xì)胞特異性。CO是通過何種分子機制促進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NF-κB通路的抑制作用有關(guān)。他們認(rèn)為，利用CO對NF-κB信號系統(tǒng)的調(diào)控可能成為治療多種炎性損傷的切入點，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，隨著研究的深入進行，人們對CO將有進一步的新認(rèn)識。
4缺血預(yù)處理的研究進展
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)處理的保護作用，并證明缺氧預(yù)處理具有很強的內(nèi)源性保護作用。陶丁等的研究表明，缺血預(yù)處理對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于未經(jīng)預(yù)處理的對照組，提示經(jīng)缺血預(yù)處理后，對大鼠骨骼肌細(xì)胞IR損傷有一定保護作用。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)源性保護策略，是指心肌缺血后，在長時間的再灌注之前，進行一次或數(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．有動物實驗和小樣本的臨床研究初步證實其有效性。同樣，缺血后處理也可通過模擬內(nèi)源性保護機制的藥物來發(fā)揮后處理的保護作用，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、提高機體抗氧化應(yīng)激能力而達到保護心肌的效果，對于有條件能開展缺血后處理的單位，對骨骼肌缺血再灌注之前進行后處理，可以防治再灌注損傷。我們認(rèn)為應(yīng)予開展，因為這是安全、可行的，對傷員的康復(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；)