缺血與再灌注損傷
一、概念
由于近年醫(yī)學的發(fā)展進步；使缺血再灌注損傷愈益受到重視。例如斷肢再植和器官移植就存在缺血肢體和器官的再灌注問題。又如動脈搭橋術(shù)后、溶栓療法之后，休克治療之后均可能發(fā)生缺血與再灌注損傷。因而研究漸多，已成為一個醫(yī)學重要問題。上述各種治療方法十分有效，應(yīng)用漸廣，所以我們要對這些療法有時可能發(fā)生損傷的規(guī)律有所認識。
缺血后疏通血管或再造血管使組織得到血液的再灌注，本來是醫(yī)師們的目的所在，而且事實上在大多數(shù)情況下也確能收到良好的治療效果。但在一定條件下（取決于缺血時間)再灌注反而引起更加嚴重的后果。這不僅見于臨床，而且也為不同種屬（兔、大鼠、豚鼠、狗、豬等)的大量動物實驗所證明。這是一種反常（paradox)現(xiàn)象，稱之為再灌注損傷（reperfusion injury)。這類反�，F(xiàn)象目前已知主要有：
鈣反常（calcium paradox)：這是1966年Zimmerman首先發(fā)現(xiàn)的，他在研究心興奮-收縮偶聯(lián)時偶然觀察到，當以無鈣生理溶液灌流離體大鼠心臟很短時間（2分鐘)后再以含鈣正常溶液灌注時，心臟發(fā)生嚴重的功能和結(jié)構(gòu)變化；心臟電活動消失，機械活動停止；超微結(jié)構(gòu)可見嚴重的收縮帶（肌纖維過度收縮，肌節(jié)分不清明暗帶，粗細肌絲過度重合)、間盤分離、肌膜破裂；生化學變化包括高能磷酸化合物耗竭，心肌酶、肌紅蛋白及其他心肌蛋白以及鉀離子的釋出，細胞內(nèi)鈣離子大量積聚而形成所謂鈣超載（calcirm overload)，后者成為細胞致死的原因。鈣反常對細胞的損傷程度與無鈣灌流的時限有關(guān)，隨無鈣灌流時間的延長而加重。
氧反常（oxygen paradox)：這是1973年h 提出的概念，他在以大鼠離體心臟為很我人所證實。其功能結(jié)構(gòu)損傷類似鈣反常但不如鈣反常那樣急劇。肌原纖維呈嚴重收縮帶，線粒體腫脹，嵴斷裂，空泡化，肌漿網(wǎng)擴張；生化學變化與鈣反常類似。氧反常損程度與缺氧時間、灌流液溫度、PH值以及重給氧時的氧分壓有關(guān)。缺氧時間越長，溫度及PH值越高，給氧時的氧分壓越高，氧反常性損傷愈重。
缺血/再灌注損傷（ischemia/reperfusion injury)：其與氧反常不同之處在于既缺氧又缺營養(yǎng)底物。這是在整體上所發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象。在整體動物實驗中，結(jié)扎冠狀動脈造成心肌缺血，梗塞形成，當重新開放血液使心肌得到備注的重新藻流后，在一定條件下心肌損傷反而加重，出現(xiàn)心率失常，出血性壞死，梗塞面積擴大。在臨床心臟外科手術(shù)后重新恢復血液灌流時有時也出現(xiàn)類似現(xiàn)象，病人在術(shù)后死于心肌出血性梗塞。這種在缺血基礎(chǔ)上恢復血流后引起的更為劇烈的損傷稱為再灌注損傷。其功能結(jié)構(gòu)變化與上述大致相同。
二、發(fā)生的原因和條件：
（一)原因：缺血組織器官血液再灌注。
（二)影響因素：
1 ．缺血時間
2 ．側(cè)枝循環(huán)
3 ．需氧程度
4 ．再灌注條件
三、 缺血/再灌注損傷的機制
（一)自由基的作用
自由基（free radical)是具有一個不配對電子的原子和原子團的總稱。由氧誘發(fā)的自由基稱為氧自由基或活性氧，如超氧陰離子（O2)、羥自由基（OH·)及單線態(tài)氧（1O2，激發(fā)態(tài)放出一個光子)等非脂性自由基。H2O2非自身基，但也是一種氧化作用很強的活性氧。氧自由基與多聚不飽和脂肪酸作用后生成的中間代謝產(chǎn)物烷自由基（L·)、烷氧基（LO·)、烷過氧基（LOO·)等屬于脂性自由基。氧自由基和脂性自由基的性質(zhì)極為活潑，易于失去電子（氧化)或奪取電子（還原)，特別是其氧化作用強，故具有強烈的引發(fā)脂質(zhì)過氧化的作用。在生理情況下，氧通常是通過細胞色素氧化酶系統(tǒng)接受4個電子還原成水，同時釋放能量，但也有1～2％的氧接受一個電子生成O2，或再接受一個電子生成H2O2。但由于細胞內(nèi)存有超氧化物歧化酶（superoxide dismutase, SOD)和谷胱甘肽過氧化物酶（glrtathione peroxidase, GSH-PX)等抗氧化酶類可以及時清除它們，所以對機體并無有害影響。在病理條件下，由于活性氧產(chǎn)生的過多或抗氧化酶類活性下降，則可引發(fā)鏈式脂質(zhì)過氧化反應(yīng)損傷細胞膜系并進而使細胞死亡。
1、細胞內(nèi)氧自由基的生成
分子氧在線粒體細胞色素氧化酶系統(tǒng)中接受一個電子而被還原生成O2。
O2e-→ O2-
這是其他活性氧產(chǎn)生的基礎(chǔ)。過氧化氫（H2O2)及羥自由基（OH·)續(xù)發(fā)于此。即氧在獲得一個電子時還原生成O2-，獲得2個電子生成H2O2，獲得3個電子生成OH·,獲得四個電子生成H2O。
H2O2既可由O2-自發(fā)歧化產(chǎn)生，也可經(jīng)酶促歧化而生成。
H2O2本身并非自由基而是一種活性氧，它與氧自由基的產(chǎn)生有密切關(guān)系（詳下文)。
OH·自由基的產(chǎn)生不僅需要O2-或H2O2，而且要有過渡金屬，如鐵的螯合物的存在。由鐵催化的Fenton型Haber-Weiss反應(yīng)可迅速形成OH·，而單純的Haber－W-eiss反應(yīng)速度很慢，很難由此形成OH·。
O2-+H2O2→O2＋OH-＋OH·
(Haber－Weiss反應(yīng))
Fe（Ⅲ)＋O2-→fe(Ⅱ)＋O2�。�2)
Fe(Ⅱ)H2O2→Fe(Ⅲ)+OH-+OH·�。�3)
也就是說，O2-使鐵還原，還原的鐵再使H2O2還原生成OH·，OH·是最活躍最強力的氧自由基。缺血與再灌注時氧自由基生成過多，其機制可能是：
（1)黃嘌呤氧化酶的形成增多 黃嘌呤氧化酶（xanthine ocidase, XO)的前身是黃嘌呤脫氫酶（xanthinedehydrogenase, XD)。這兩種酶主要存在于毛細血管內(nèi)皮細胞內(nèi)。正常時只有10％以XO的形式存在，90％為XD。缺血時由于ATP減少，膜泵功能失靈，Ca2+進入細胞激活Ca2+依賴性蛋白水解酶，使XD大量轉(zhuǎn)變?yōu)閄O。缺血時ATP不能用來釋放能量，而且還依次降解為ADP、AMP和次黃嘌呤，故在缺血組織內(nèi)次黃嘌呤大量堆積。再灌注時，大量分子氧隨血液進入缺血組織，黃嘌呤氧化酶在催化次黃嘌呤轉(zhuǎn)變?yōu)辄S嘌呤并進而催化黃嘌吟轉(zhuǎn)變?yōu)槟蛩岬膬刹椒磻?yīng)中，都同時以分子氧為電子接受體，從而產(chǎn)生大量的O2-和H2O2，后者再在金屬離子參與下形成OH·。因此，再灌注時組織內(nèi)O2-、OH·等氧自由基大量增加。
（2)中性粒細胞 中性粒細胞在吞噬活動時耗氧量顯著增加，所攝取的O2絕大部分經(jīng)細胞內(nèi)的NADPH氧化酶和NADH氧化酶的作用而形成氧自由基，并用以殺滅病原微生物。如氧自由基產(chǎn)生過多或機體清除氧自由基的酶系統(tǒng)活性不足或抗氧化劑不夠時，中性粒細胞形成的氧自由基就可損害組織。
在再灌注時，由黃嘌呤氧化酶的作用所產(chǎn)生的氧自由基起原發(fā)的、主要的作用；這些自由基作用于細胞膜后產(chǎn)生的具有趨化活性的物質(zhì)如LTB4等可吸引大量中性粒細胞到局部釋放氧自由基等物質(zhì)而進一步損害組織。
（3)線粒體 可能是由于缺氧使ATP減少，Ca2+進入線粒體增多而使線粒體功能受損，細胞色素氧化酶系統(tǒng)功能失調(diào)，以致進入細胞內(nèi)的氧，經(jīng)單電子還原而形成的氧自由基增多而經(jīng)4價還原而形成的水減少。細胞色素氧化酶的功能失調(diào)，也可能是缺氧時細胞內(nèi)氧分壓降低的結(jié)果。
（4)兒茶酚胺的增加 交感-腎上腺髓質(zhì)系統(tǒng)是機體在應(yīng)激時的重要調(diào)節(jié)系統(tǒng)。在各種應(yīng)激包括缺氧的條件下，此系統(tǒng)分泌大量的兒茶酚胺，兒茶酚胺一方面具有重要的代償調(diào)節(jié)作用，但過多的兒茶酚胺特別是它的氧化產(chǎn)物，往往又成為對機體的有害因素。實驗證明，大量的異丙腎上腺素、去甲腎上腺素、腎上腺素均能引起細胞損傷。造成心肌損害的是兒茶酚胺的氧化產(chǎn)物，而非兒茶酚胺本身。兒茶酚胺氧化能產(chǎn)生具有細胞毒性的氧自由基。腎上腺素代謝產(chǎn)生緊上腺素紅的過程中有O2-產(chǎn)生。
2、自由基的損傷作用
機體在生命過程中所能遇到的自由基種類很多。因此很難概括其生物學反應(yīng)。自由基參與一個反應(yīng)系統(tǒng)后能形成新的自由基。因此自由基一旦形成，就成為自由基反應(yīng)擴展程序的一部分，例如：
R·＋XH→RH＋H·
R·＋CCl4→RCl＋Cl3C·
另一個自由基反應(yīng)則是自由基加入到不飽和鍵中去。如脂肪酸及芳香族環(huán)的不飽和鍵。
自由基反應(yīng)既可經(jīng)自由基中間代謝產(chǎn)物不斷向前發(fā)展，又可由細胞損傷而終止。自由基反應(yīng)的擴展可以是無限的，但又可為各種自由基清除劑（free radical scavenger)所終止。
由于自由基有極為活潑的反應(yīng)性，所以它們能和各種細胞成分（膜磷脂、蛋白、核酸)發(fā)生反應(yīng)。
�。�1)膜脂：是構(gòu)成膜脂質(zhì)雙層的重要結(jié)構(gòu)及功能成分，富含不飽和脂肪酸，自由基與不飽和脂肪酸作用引發(fā)脂質(zhì)過氧化（lipid peroxidation)反應(yīng)。脂質(zhì)過氧化物的形成使膜受體、膜蛋白酶和離子通道的脂質(zhì)微環(huán)境改變，從而改變它們功能，由于脂質(zhì)過氧化反應(yīng)的增強，細胞膜內(nèi)多價不飽和脂肪酸減少，生物膜不飽和脂肪酸醫(yī).學全在線m.f1411.cn/蛋白質(zhì)比例失常，膜的液態(tài)性、流動性改變，通透性增強。含雙鍵脂肪酸過氧化可生成丙二醛，它的產(chǎn)生與脂質(zhì)過氧化相平行，因而測定丙二醛含量可代表脂質(zhì)過氧化物的濃度。丙二醛能使膜成分之間形成交聯(lián)和聚合（polymerization)，使膜的基本特性如變構(gòu)、離子傳遞、酶活性等發(fā)生改變。
自由基對膜的損傷
自由基可通過誘致過氧化而影響脂質(zhì)，從而產(chǎn)生短鏈脂酰衍化物和副產(chǎn)物
丙二醛。丙二醛反應(yīng)可介導各種交聯(lián)反應(yīng)。自由基也能催化氨基
酸氧化、蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)交聯(lián)和蛋白質(zhì)鏈的斷裂
�。�2)蛋白質(zhì)：在自由基的作用下，胞漿及膜蛋白及某些酶可交聯(lián)成二聚體或更大的聚合物。這種交聯(lián)既可借助于蛋白質(zhì)之間的二硫鍵形成也可由于自由基損傷的氨基酸殘基間的反應(yīng)形成。蛋白質(zhì)的交聯(lián)將使其失去活性，結(jié)構(gòu)改變。
�。�3)核酸：自由基對細胞的毒性作用主要表現(xiàn)為染色體畸變，核酸堿基改變或DNA斷裂。80％是OH·的作用。OH·易與脫氧核糖及鹼基反應(yīng)并使其改變。
（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Ca2+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)，如哺乳類鈣代謝模式圖所示：
哺乳類細胞鈣代謝模式圖
�、匐妷阂蕾囆遭}通道；②質(zhì)膜鈣泵ATP酶；③Na+-Ca2+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
1、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+-Ca2+交換機制使細胞外鈣大量內(nèi)流造成細胞鈣超載。
2、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+-Ca2+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。
3、線粒體受損 有些學者認為原發(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Mullawww.med126.comne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�？赡苁怯捎诮M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LTB4,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：
1、嵌頓、堵塞毛細血管有助于形成無復流現(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。
2、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)。
3、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。
4、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)無復流現(xiàn)象
無復流現(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)象為無復流或無再灌。這種無復流現(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)生無復流現(xiàn)象，可能與下列因素有關(guān)（以心肌為例)：
1、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。
2、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。
3、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。
4、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（PGI2)和血栓素A2（TXA2)之間的失衡密切相關(guān)。PCI2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。TXA2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PCI2生成減少，另方面缺氧又可使血小板釋放TXA2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TXA2，從而促使血栓形成和血管堵塞。動物實驗也證明，應(yīng)用TXA2合成酶抑制藥可以使缺血/再灌注以后的冠脈血流改善。
（五)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。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，但仍低于非缺血區(qū)。
心肌缺血/再灌注時ATP、Ca2+、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。
再灌注時高能磷酸化合物之所以恢復慢且總腺苷酸水平明顯下降，可能與下列因素有關(guān)。
1、缺血心肌的代謝障礙主要表現(xiàn)為對氧的利用能力受限，有氧代謝嚴重受損。在缺血進入不可逆階段再灌注時，氧的利用并不增加，心肌只能利用運至心肌的氧的17％。氧的利用能力受限與缺血及再灌注所致線粒體受損有關(guān)。
2、ATP合成的前身物質(zhì)（腺苷、肌苷、次黃嘌呤等)在再灌時被沖洗出去，使心肌失去再合成高能磷酸化合物的物質(zhì)基礎(chǔ)。實驗證明在再灌注液中補充肌苷或谷氨酸能促進ATP的合成及心功能的恢復。
四、主要器官缺血 - 再灌注損傷的特點
（一)心肌的缺血/再灌注損傷
心肌缺血/再灌注損傷最為常見。從心功能上看，靜止張力（resting tension，指心肌在靜息狀態(tài)下受前負荷作用而被拉長進產(chǎn)生的張力)隨缺血時間的延長逐漸升高，發(fā)展張力（developed tension,指心肌收縮時產(chǎn)生的主動張力)逐步下降，再灌注時靜止張力更加增高，發(fā)展張力愈加低下，說明心臟收縮力下降。
從腺苷酸類代謝來看，缺血時心肌ATP、CP含量迅速下降，CP下降尤甚。由于ATP降解，使ADP、AMP含量升高。但由于腺苷酸可進一步降解為核苷類（腺苷adenosine，肌苷，inosine)及鹼基（次黃嘌吟等)，心肌中這些物質(zhì)可以增加百倍。這些非磷酸化嘌吟可進入血管，因而ADP、AMP迅速下降。心肌中合成高能磷酸化合物的原材料減少。由于再灌注時血流的沖洗，核苷類物質(zhì)明顯下降。
缺血時肌漿網(wǎng)（sarcoplasmic reticulum, SR)對鈣的攝取下降，再灌注時更進一步下降，因而肌漿鈣濃度升高，線粒體內(nèi)鈣積聚。
缺血/再灌注損傷時超微結(jié)構(gòu)的變化與單純心肌缺血時性質(zhì)基本相同，但前者的程度更為嚴重（缺血時間相同)�；啄げ糠秩笔В|(zhì)膜破壞，損傷迅速擴展到整個細胞使肌原纖維結(jié)構(gòu)破壞（出現(xiàn)嚴重收縮帶或肌絲斷裂、溶解)，線粒體損傷（極度腫脹、嵴斷裂、溶解，空泡形成、基質(zhì)內(nèi)致密物增多)。這說明重新恢復血流引起了快速的結(jié)構(gòu)破壞過程，既破壞膜磷脂也破壞蛋白質(zhì)大分子及肌腺纖維。再灌注損傷與缺血時間的依賴關(guān)系，提示在缺血過程中已經(jīng)奠定了再灌注損傷細胞及生化學的變化基礎(chǔ)。
（二)腦的缺血/再灌注損傷
腦是一個對缺氧最敏感的器官，它的活動主要依靠葡萄糖有氧氧化提供能量，因此一旦缺血時間較長即可引起嚴重的不可逆性損傷。腦缺血時生物電發(fā)生改變，出現(xiàn)病理性慢波，缺血一定時間后再灌注，慢波持續(xù)并加重。
腦缺血后短時間內(nèi)ATP，CP、葡萄糖、糖原等均減少，乳酸明顯增加。環(huán)腺苷酸（cAMP)在缺血（結(jié)扎砂鼠兩側(cè)頸總動脈)30分鐘時增加2.2倍，環(huán)鳥苷酸（cGMP)則減少53％。恢復血流15分鐘后cAMP進一步增加，為缺血前的21倍，cGMP進一步下降21％。這一情況提示缺血及再灌注時過氧化反應(yīng)增強，因而cAMP上升導致磷脂酶激活，使磷脂降解，游離脂肪酸增多，缺血后血流再灌注時，自由基產(chǎn)生增加，與游離脂肪酸作用而使過氧化脂質(zhì)生成增多，能引起細胞和組織的損傷。
腦又是一個特別富有磷脂的器官。因此缺血后游離脂肪酸的增加尤為明顯。實驗證明大鼠斷頭1分鐘后腦內(nèi)游離脂肪酸含量增加2倍以上，隨缺血時間延長持續(xù)增加，增加最顯著的是花生四烯酸（arachidonic acid)及硬脂酸（18烷酸，stearic acid)。再灌注后游離脂肪酸的增加更為顯著，恢復血流90分鐘，反而有更多的游離脂肪酸貯留。血流重新恢復時游離脂肪酸的增加，是由于來源于游離脂肪酸的過氧化物進一步損傷膜的同時，由cAMP介導膜磷脂繼續(xù)降解的結(jié)果（cAMP激活磷脂酶)。
缺血時腦的最明顯的組織學變化為腦水腫及腦細胞壞死，兩者往往又互為因果關(guān)系。特別是腦水腫，是各種腦血管意外的常見病理過程。Chan及Fishman等將大腦切片浸于含各種脂肪酸的溶液中，以觀察組織腫脹的情況，發(fā)現(xiàn)只有在多價不飽和脂肪酸存在下，才能引起水腫，這是因為脂肪酸容易過氧化而引起細胞膜損傷。用砂鼠做實驗制備不完全缺血模型，證明缺血及再灌注過程中腦含水量持續(xù)增加，缺血時水腫的產(chǎn)生是膜脂降解，游離脂肪酸增加的結(jié)果，而過氧化是再灌注后水腫持續(xù)加重的原因之一，因為細胞膜脂質(zhì)過氧化使膜結(jié)構(gòu)破壞。
（三)腸缺血/再灌注損傷
腸管缺血時，液體通過毛細血管濾出而形成間質(zhì)水腫。缺血后再灌注，腸管毛細血管通透性更加升高。
從形態(tài)學變化來看，嚴重腸管缺血所致?lián)p傷的特征為粘膜病變（粘膜損傷)。不論人和動物，在出血性休克及局部腸管缺血后出現(xiàn)腸粘膜損傷。粘膜損傷的特點表現(xiàn)為：廣泛的上皮與絨毛分離，上皮壞死，固有層破壞，出血及潰瘍形成,此必導致廣泛的功能，（如吸收)障礙及粘膜屏障的通透性增高，使大分子得以通過。
五、 防治缺血／再灌注損傷的展望
迄今為止，對于缺血/再灌注損傷的研究，絕大部分是在實驗動物身上進行的，然而這些實驗資料卻已經(jīng)為缺血/再灌注損傷的臨床防治提供了重要的啟示和借鑒，為臨床研究奠定了重要的基礎(chǔ)。目前，值得臨床上參考的防治措施有：
1.盡早恢復血流，盡量減少缺血時間。
2.注意再灌注時的低流、低壓、低溫。低流低壓的意義在于使灌注氧的供應(yīng)不至突然增加而引起大量氧自由基的形成；低溫則是使缺血器官代謝降低，代謝產(chǎn)物聚積減少。
3.改善缺血組織的代謝。缺血組織有氧代謝代下，酵解過程增強，因而補充糖酵解底物如磷酸已糖有保護缺血組織的作用；外源性ATP作用于細胞表面與ATP受體結(jié)合，或使細胞膜蛋白磷酸化，有利于細胞膜功能恢復，并可穿過細胞膜進入細胞直接供能；針對缺血時線粒體損傷所致的氧化磷酸化受阻，可以應(yīng)用氫醌、細胞色素C等進行治療，以加強NAD-黃素蛋白-細胞色素鏈的功能，延長缺血組織的可逆性改變期限。實驗證明，細胞色素C能增加線粒體的ADP磷酯化；醌類化合物則能加速電子傳遞或?qū)㈦娮又苯觽鬟f給氫。
4.清除自由基 實驗證明，外源性SOD、黃嘌呤氧化酶抑制劑別嘌呤醇（allopurinol)、維生素E、維生素C、過氧化氫酶、二甲基亞砜（dimethyl sulfoxide, DMSO)等自由基清除劑對缺血/再灌注損傷的心肌有防護作用。
例如，外源性SOD能顯著地降低缺血所致的血管通透性增高。預先用SOD給動物作靜脈內(nèi)注射，然后進行腸管缺血實驗，則血管通透性無大變化。
又如，在氧自由基中起主要作用的是繼發(fā)于O2-的OH·。如預先用OH·清除劑DMSO處理腸管，可以明顯地減輕缺血所致的血管通透性增高。
Summary
Reperfusion throughthrombolysis or percutaneous coronary angioplasty (PTCA) is standard treatmentin impending acute myocardial infarction. Although restoration of blood flow tothe jeopardized myocardial area is a prerequisite for myocardial salvage,reperfusion may lead to additional tissue injury named “reperfusion injury”.Not all of the ischemic organs suffer from reperfusion injury, it depends onthe duration of ischemia, condition of reperfusion fluid and the conditions oforgans before ischemia.
The mechanism ofischemiareperfusion injury is complex, including production offree radicals, calcium overload, interaction between endothelial cells andneutrophils and altered energy metabolism. Once the oxygen free radicalsformed, they may result in reperfusion injury by lipid peroxidation, inhibitionof protein’s function and disruption of nucleic acid and chromosome.
Calcium overload cancause damage of cells through activation of Ca2+ dependent enzymes, dysfunctionof mitochondrion and continual contraction of myocardium.
Different organ hasdifferent manifestation of reperfusion injury. For the heart, it includesarrhythmia, reversible contractile dysfunction, myocardial stunning,endothelial dysfunction and cell death.
People are now focuson the possibility of preventing reperfusion injury by various methods such asshorten ischemia time, control reperfusion conditions, supply energy and usesome pharmacological agents such as inhibitors of neutrophil, adenosine,calcium antagonists or calcium channel blocker and cell protectors.
復習思考題
1．解釋下列名詞：
ischemia-reperfusioninjury
oxygen paradox
calciumparadox
pH paradox
no-reflowphenomenon
calcium overload
oxygen freeradical （OFR )
2 ．簡述為什么再灌注時糾正酸中毒的速度不宜過快？
3 ．簡述缺血 - 再灌注損傷時氧自由基產(chǎn)生過多的機制。
4 ．試述鈣超載引起缺血 - 再灌注損傷的機制。
主要參考文獻
1、徐長慶，缺血-再灌注損傷。陳主初，病理生理學。北京 人民衛(wèi)生出版社 2006，190~204.
2、歐陽靜平，缺血-再灌注損傷。肖獻忠，病理生理學。北京 高等教育出版社 2006，87~99
3、吳立玲，缺血-再灌注損傷。金惠銘，病理生理學。北京 人民衛(wèi)生出版社 2006，201~213。
