缺血／再灌注損傷的機制
第三節(jié) 缺血/再灌注損傷的機制
關(guān)于再灌注損傷的發(fā)生機制問題，到目前為止，學(xué)說雖多而且有的學(xué)說也頗為有力，便尚未得到徹底闡明。茲介紹如下：
一、無復(fù)流現(xiàn)象
無復(fù)流現(xiàn)象（no-reflow phenomenon）是在犬的實驗中發(fā)現(xiàn)的。結(jié)扎犬的冠狀動脈造成局部心肌缺血后，再打開結(jié)扎的動脈，使血流重新開放，缺血區(qū)并不能得到充分的灌注，故稱此現(xiàn)象為無復(fù)流或無再灌。這種無復(fù)流現(xiàn)象不僅見于心肌，而且也見于腦、腎骼肌缺血后再灌注時。即再灌注損傷實際上是缺血的延續(xù)和疊加，缺血細胞并未能得到血液灌注，而是繼續(xù)缺血，因而損傷加重。所以發(fā)生無復(fù)流現(xiàn)象，可能與下列因素有關(guān)（以心肌為例）：
（一）心肌細胞腫脹 由于缺血引起細胞膜Na + -K + 泵功能障礙，從而使鈉、水在細胞內(nèi)潴留，因而再灌注時缺血區(qū)心肌細胞發(fā)生腫脹，壓迫微血管。
（二）血管內(nèi)皮細胞腫脹 缺血及再灌注時也發(fā)生內(nèi)皮細胞腫脹，內(nèi)皮細胞向管腔伸出突起造成管腔狹窄，阻礙血液灌流。內(nèi)皮細胞的腫脹與氧自由基的增多有關(guān)，因為氧自由基可以使血管內(nèi)皮細胞膜受損，水鈉乃進入內(nèi)皮細胞而引起細胞水腫。
（三）心肌細胞的收縮缺血所致的心肌細胞收縮形成嚴重收縮帶，壓迫微血管，使缺血區(qū)某部分得不到血液重新灌注。心肌細胞的腫脹與收縮帶可同時存在。
（四）微血管堵塞 Feinburg及其同事曾證明，缺血一定時間后血管內(nèi)血小板的沉積增加2倍。又證明心肌及腸管缺血后的無復(fù)流區(qū)內(nèi)白細胞（主要是中性粒細胞）的聚集明顯增加，從組織學(xué)上可見白細胞嵌頓、阻塞毛細血管。正常灌注情況下，每2433μm到3261μm長的毛細血管可發(fā)現(xiàn)一個白細胞，而在缺血時增加10倍，平均292μm長的毛細血管即有一個白細胞。缺血時紅細胞作疊連狀聚集，但這不是血管阻塞的主要原因。因為疊連狀紅細胞的解聚較白細胞與內(nèi)皮細胞粘著的分離要容易得多。此外也有人解釋無復(fù)流現(xiàn)象是由于纖維蛋白塞和微血栓形成所致。但有人在再灌前用鏈激酶進行纖溶并未減輕無復(fù)流現(xiàn)象。
微血管的堵塞還與花生四烯酸的代謝產(chǎn)物前列環(huán)毒（PGI 2 ）和血栓素A 2 （TXA 2 ）之間的失衡密切相關(guān)。PCI 2 主要由血管內(nèi)皮生成，除了有很強的擴血管作用以外，還能抑制血小板的聚集。TXA 2 主要由血小板生成，不僅是很強的縮血管物質(zhì)，而且也是一種引起血小板聚集的因子，因此是一個很強的致血栓形成的物質(zhì)。缺血缺氧時，一方面因為血管內(nèi)皮細胞受損而致PCI 2 生成減少，另方面缺氧又可使血小板釋放TXA 2 增多，因而發(fā)生強烈的血管收縮和血小板的聚集并進一步釋放TXA 2 ，從而促使血栓形成和血管堵塞。動物實驗也證明，應(yīng)用TXA 2 合成酶抑 制藥 可以使缺血/再灌注以后的冠脈血流改善。
二、鈣超載
如前所述，鈣反常（無鈣灌流后用含鈣溶液再灌注）時細胞內(nèi)鈣超載，引起嚴重的功能及結(jié)構(gòu)障礙。鈣反常的原因不甚明了，但主要的損傷是在無鈣灌流期出現(xiàn)的細胞膜外板（external lamina）與糖被膜（glycocalyx）表面的分離（兩者由Ca 2+ 連結(jié)在一起）。細胞膜的這種損傷為再灌注時鈣的大量內(nèi)流提供了條件。在長期缺血缺氧后再給氧或再灌注時也可引起細胞內(nèi)鈣超載。
缺血后再灌注時細胞內(nèi)鈣超載的機制尚無定論，但可能與下列因素有關(guān)，如圖11－1哺乳類鈣代謝模式圖所示：
圖11－1 哺乳類細胞鈣代謝模式圖
①電壓依賴性鈣通道；
②質(zhì)膜鈣泵ATP酶；
③Na + -Ca 2+ 交換；
④線粒體；
⑤肌漿網(wǎng)；
⑥細胞內(nèi)蛋白或陰離子結(jié)合的鈣；
⑦膜磷脂的極性頭部；
⑧結(jié)合于質(zhì)膜糖被的鈣
（一）鈉的平衡障礙 有人證明，再灌注時鈣超載是由于鈉平衡障礙所致。因為在缺血缺氧時發(fā)生了細胞酸中毒，細胞內(nèi)pH值降低，所以在再灌注時細胞內(nèi)外形成pH梯度差，由于Na + -H + 交換，致細胞內(nèi)鈉增加，然后又依Na + -Ca 2+ 交換機制使細胞外鈣大量內(nèi)流造成細胞鈣超載。
（二）細胞膜通透性增高缺血缺氧引起的細胞酸中毒在再灌注時通過細胞內(nèi)外Na + -H + 交換和Na + -Ca 2+ 交換而使細胞內(nèi)鈣增加，而細胞內(nèi)鈣增加可激活磷脂酶，使膜磷脂降解，細胞膜通透性增高，故在灌注時細胞外鈣順著濃度梯度而大量內(nèi)流，細胞膜通透性增高的更重要的原因可能是再灌注時氧自由基的大量產(chǎn)生。氧自由基可引發(fā)細胞膜的脂質(zhì)過氧化，使膜受損，通透性增高。
（三）線粒體受損 有些學(xué)者認為原發(fā)性損傷在于線粒體。如所周知，缺血時線粒體結(jié)構(gòu)的功能障礙出現(xiàn)最早，表現(xiàn)為線粒體腫脹、嵴斷裂。線粒體膜流動性降低，氧化磷酸化功能受損ATP生成障礙。因此，使上述損傷更為嚴重。
ATP減少使肌膜及肌漿網(wǎng)膜鈣泵功能障礙，由于鈣泵功能障礙不能排出和攝取細胞漿中過多的鈣，致使細胞漿中游離鈣濃度增加而造成鈣超載。細胞漿中過多的鈣最終形成磷酸鹽沉積于線粒體，使線粒體結(jié)構(gòu)及功能更加破壞。
細胞鈣超載是再灌注損傷的一個重要特征，但目前，仍未能搞清它究竟是再灌注損傷的原因抑制或結(jié)果。
三、白細胞的作用
白細胞（主要是中性粒細胞）出現(xiàn)于梗塞的心肌中已為尸檢所證實。1984年Mullane及其同事證明，冠狀動脈堵塞60分鐘時心肌組織就有白細胞出現(xiàn)，5小時后在缺血區(qū)有大量的白細胞聚集。根據(jù)Engler及其同事的研究，再灌注時白細胞數(shù)非但不減少反而增加。以犬心肌缺血為模型，再灌注僅5分鐘，心內(nèi)膜中性粒細胞就增加25％，缺血輕的組織白細胞聚集也少。
組織缺血和再灌注時白細胞浸潤增加的機制還不十分清楚。可能是由于組織受損時，細胞膜磷脂降解，花生四烯酸代謝產(chǎn)物增多，其中有些物質(zhì)具有很強的趨化作用，因而就能吸引大量白細胞進入組織或粘附于血管內(nèi)皮，而白細胞本身又能釋放很多具有趨化作用的炎性介質(zhì)，如白三烯之一的LTB 4 ,從而使微循環(huán)中白細胞進一步增加。
白細胞積聚對組織的損傷作用在于：
（一）嵌頓、堵塞毛細血管有助于形成無復(fù)流現(xiàn)象。微動脈及微靜脈亦有大量白細胞粘附于內(nèi)皮細胞，雖不一定堵塞血流，但粘附的白細胞仍可損傷組織并釋放趨化因子從而吸引更多的細胞。
（二）白細胞可以增加血管通透性，水腫組織的含水量與白細胞密度呈正相關(guān)，說明白細胞可能引發(fā)水腫。白細胞增加血管通透性、引發(fā)水腫的機制與白細胞釋放的某些炎癥介質(zhì)有關(guān)。
（三）激活的中性粒細胞釋放溶酶體酶，可使組織發(fā)生蛋白水解性破壞和液化。
（四）中性粒細胞可通過產(chǎn)生氧自由基而損傷組織。
白細胞在缺血再灌注損傷的作用，可被以下實驗結(jié)果證明：
1．用除去白細胞的血液進行再灌注，可以防止水腫產(chǎn)生并減輕再灌性損傷。
2．抗炎藥減輕組織白細胞浸泣，可縮小梗塞面積。實驗證明布洛芬（ibuprofen）對心肌具有保護作用，主要是由于抑制白細胞浸潤的作用所致。
3．用補體抑制藥降低補體，從而減少白細胞浸潤，可能減輕組織損傷。絲氨酸蛋白酶抑制藥，可以縮小心肌梗塞，而這種酶恰是一種在心肌缺血時能激活補體的酶。因此這種酶的抑制藥，可通過抑制補體的激活而抑制白細胞浸潤，從而減輕心肌損傷。
四、高能磷酸化合物的缺乏
心肌正常情況下以有氧代謝形式生成三磷酸腺苷（ATP）供作功需要。心肌缺血時則轉(zhuǎn)為無氧代謝為主，ATP合成減少，以致心舒縮功能障礙。在犬的實驗中證明，心肌嚴重缺血15分鐘（結(jié)扎冠狀動脈左旋支），心肌發(fā)生可逆性損傷。此時如果得到血液再灌注，則細胞并不死亡。但有很多報告指出，短時間缺血后，收縮功能長時間不能恢復(fù)。究其原因，多認為與ATP水平的低下有關(guān)。研究證明缺血15分鐘時不僅ATP減少60％。總腺苷酸池也減少50％。ADP也輕度減少（可能轉(zhuǎn)為ATP或AMP），AMP明顯升高，但其升高程度小于ATP減少輻度。再灌注20分鐘ATP明顯回升，但只接近正常的一半，再灌注24小時仍然維持在低水平上，只有在再灌注4天后ATP及總腺苷池才近于恢復(fù)，但仍低于非缺血區(qū)（圖11－2）。
圖11－2 心肌缺血/再灌注時ATP、Ca 2+ 、K + 的變化
以大鼠離體作功心臟為模型（Neely氏模型），先在20℃低溫下給心臟停跳液，再短時間全心缺血（夾住主動脈）后，再灌注生理溶液。結(jié)果是給停跳液30分鐘再缺血30分鐘后，ATP幾乎完全喪失，ADP明顯減少，AMP明顯增加，總腺苷酸量顯著降低。再灌注60分鐘可使ATP明顯回升，但不及正常對照的一半，而總腺苷酸量則明顯低于給停跳液后，比正常對照減少50％。上述研究提示缺血及再灌注損傷的心肌有氧代謝性發(fā)生嚴重損傷，影響能量代謝及心肌功能的恢復(fù)。
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