缺血再灌注損傷時微循環(huán)障礙的發(fā)生機(jī)制

羅增媛綜述 孔小燕審校

局部組織器官可因血液灌注量減少發(fā)生缺血性損傷，盡早恢復(fù)血液再灌注有利于減輕缺血性損傷，但近年來發(fā)現(xiàn)，恢復(fù)血液再灌注后，某些情況下會進(jìn)一步導(dǎo)致組織結(jié)構(gòu)破壞和功能障礙，這種現(xiàn)象稱為缺血再灌注損傷（Ischemia－Reperfusion Injury，IRI），又稱再灌注損傷（Reperfusion Injury，RI）［1］。IRI是創(chuàng)傷、擴(kuò)血管藥物治療、溶栓治療、介入治療、器官移植和休克復(fù)蘇治療后再損傷的重要病理基礎(chǔ)，其發(fā)生機(jī)制甚為復(fù)雜，一直是研究的熱點(diǎn)。目前認(rèn)為IRI基本機(jī)制主要是自由基、細(xì)胞內(nèi)鈣超載、炎癥反應(yīng)、細(xì)胞凋亡及白細(xì)胞介導(dǎo)的微循環(huán)障礙等多因素、多途徑共同作用的結(jié)果。而微循環(huán)障礙是IRI引起組織臟器功能障礙的關(guān)鍵原因，在IRI過程中具有重要作用［2］。已有大量文獻(xiàn)報道在腦、心、腸系膜等的IRI過程中均可出現(xiàn)微循環(huán)障礙，并對IRI的發(fā)展和該臟器的預(yù)后具有重要影響，現(xiàn)就微循環(huán)障礙與IRI研究的相關(guān)進(jìn)展綜述如下。

1 IRI與微循環(huán)障礙

微循環(huán)（Microcirculation）是指微動脈與微靜脈之間的微血管血液循環(huán)，是直接參與組織、細(xì)胞的物質(zhì)、信息、能量的傳遞系統(tǒng)。健全的微循環(huán)功能是保證體內(nèi)重要臟器執(zhí)行正常功能的首要前提。當(dāng)微血管與微血流水平發(fā)生功能或器質(zhì)性紊亂后，組織、器官會出現(xiàn)微循環(huán)障礙。離體和在體實驗表明，多種臟器發(fā)生IRI時出現(xiàn)微循環(huán)障礙，在此過程中不僅局部組織器官發(fā)生微循環(huán)紊亂，而且還可累及遠(yuǎn)隔組織器官。馬鐵柱等［3］研究發(fā)現(xiàn)，急性腦IRI后腦皮質(zhì)微血管發(fā)生結(jié)構(gòu)改變，微血管完全斷裂時產(chǎn)生“燭淚”狀血管鑄型斷端，形成皮層無血管區(qū)，最終導(dǎo)致腦微循環(huán)障礙。李建學(xué)等［4］的實驗表明，心臟IRI會導(dǎo)致心肌細(xì)胞的超微結(jié)構(gòu)變化，缺血缺氧后，毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷嚴(yán)重，遂發(fā)生明顯血管外間質(zhì)水腫。水腫液將毛細(xì)血管和心肌纖維分離，使缺血缺氧心肌進(jìn)一步損害，直至不可逆性壞死?？仔⊙嗟龋?］研究發(fā)現(xiàn)大鼠肢體IRI后腸系膜微循環(huán)發(fā)生異常變化及血液流變性改變，主要表現(xiàn)為腸系膜微動、靜脈管徑擴(kuò)張，血流速度減慢，微血管中大量白細(xì)胞貼壁、黏附，白微栓形成增多，部分毛細(xì)血管閉塞、血流停滯，并伴有管周出血現(xiàn)象。

2 IRI時微循環(huán)障礙發(fā)生的機(jī)制

IRI的微循環(huán)障礙機(jī)制甚為復(fù)雜，目前尚未完全闡明，可能與以下因素有關(guān)。

2.1 氧自由基作用

自由基（Free Radical）是外層電子軌道含有一個或多個不配對電子的原子、原子團(tuán)和分子的總稱，由氧衍生的自由基稱為氧自由基（OFR），包括超氧陰離子自由基（O－2）和羥自由基（OH·）。IRI時機(jī)體可通過多種途徑生成一系列活性氧如O－2、H2O2、OH·等［6］，對組織細(xì)胞造成嚴(yán)重?fù)p害。自由基活潑的化學(xué)特性使其極易與各種細(xì)胞結(jié)構(gòu)成分如膜磷脂、蛋白質(zhì)、核酸等發(fā)生反應(yīng)，造成細(xì)胞結(jié)構(gòu)損傷和功能代謝障礙。氧自由基的大量生成和（或）脂質(zhì)過氧化反應(yīng)可引起微循環(huán)中微血管內(nèi)皮細(xì)胞膜的穩(wěn)定性和通透性平衡失調(diào)、內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)分泌和旁分泌受損、黏附分子表達(dá)增加，繼而發(fā)生血管舒縮功能和抗血栓功能損害及血管重構(gòu)等級聯(lián)反應(yīng)。細(xì)胞內(nèi)環(huán)境失衡后，內(nèi)皮層膠原和基膜中的核酸發(fā)生不可逆性降解，隨之激活細(xì)胞趨化性，使血小板和顆粒細(xì)胞黏附在毛細(xì)血管末端，堵塞微循環(huán)，并引起毛細(xì)血管內(nèi)壓明顯升高，同時，自由基損傷血管內(nèi)皮細(xì)胞后，可能增加血管壁的通透性，使血漿外滲到組織間隙中，引起血液濃縮，黏度增加，加上組織水腫液壓迫毛細(xì)血管靜脈端，使毛細(xì)血管管徑狹窄，當(dāng)管徑小于5μm時，紅細(xì)胞難以通過，導(dǎo)致紅細(xì)胞和血小板聚集，形成紅色及白色血栓堵塞微循環(huán)。氧自由基還可通過激活氨基端激酶JNK／c－jun途徑上調(diào)Fas表達(dá)，誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)的線粒體DNA損傷［7］，破壞其增殖與凋亡平衡，導(dǎo)致血管生成或內(nèi)皮細(xì)胞缺失。對此，若能提高超氧化物歧化酶（SOD）水平，則可減少、清除自由基，改善微循環(huán)，保護(hù)細(xì)胞及組織。

2.2 白細(xì)胞的作用

當(dāng)機(jī)體發(fā)生IRI時，循環(huán)血液內(nèi)白細(xì)胞（主要是中性粒細(xì)胞）明顯增加，并釋放大量炎性介質(zhì)和細(xì)胞因子，吸引更多的中性粒細(xì)胞聚集、黏附于血管內(nèi)皮，主要分布于毛細(xì)血管前括約肌和后微靜脈內(nèi)皮而阻塞毛細(xì)血管，減少組織灌注量；白細(xì)胞黏附血管內(nèi)皮除直接造成內(nèi)皮細(xì)胞損傷，還可遷延至缺血組織細(xì)胞，釋放大量氧自由基和蛋白水解酶，進(jìn)一步加重內(nèi)皮損傷，引起毛細(xì)血管痙攣、血小板聚集、血栓形成、血管通透性增加、組織水腫等一系列病理變化，造成微循環(huán)障礙。

2.3 核轉(zhuǎn)錄因子－κB的調(diào)控

核轉(zhuǎn)錄因子－κB（Nuclear Factor，NF－κB）是一類能與許多種基因啟動子部位的κB位點(diǎn)發(fā)生特異結(jié)合，并促進(jìn)轉(zhuǎn)錄的蛋白質(zhì)的總稱。NF－κB家族由5種蛋白組成：NF－κB l（P50）、NF－κB 2（P52）、P65（RelA）、c－Rel、RelB。其中 P65和P50或c－Rel形成的異源二聚體是誘導(dǎo)基因表達(dá)的最常見形式。NF－κB是處于信息調(diào)控下游中心地位的一種核轉(zhuǎn)錄因子，是一系列前炎癥基因激活的共同途徑。NF－κB的失活與激活通過其在胞核和胞漿穿梭的動態(tài)平衡來實現(xiàn)［8］。IRI時，細(xì)胞漿內(nèi)處于失活狀態(tài)的NF－κB被激活，并迅速移位至細(xì)胞核，使NF－κB表達(dá)量顯著增加，并與靶基因啟動子或增強(qiáng)子的κB位點(diǎn)特異性結(jié)合，從而啟動靶基因轉(zhuǎn)錄，參與多種生物學(xué)反應(yīng)。NF－κB可能通過調(diào)節(jié)黏附分子如細(xì)胞間粘附分子－1（Intercellular Adhesion Molecule，ICAM－1）、血管細(xì)胞粘附分子－1（Vascular Cell Adhesion Molecule，VCAM－1）、單核細(xì)胞趨化蛋白－1（Monocyte Chemoattractant Protein，MCP－1）和前炎性細(xì)胞因子如腫瘤壞死因子－α（Tumor Necrosis Factor，TNF－α）、白介素－2（Interleukin－2）、白介素－6（Interleukin－6）、白介素－8（Interleukin－8）、免疫反應(yīng)性纖維結(jié)合素－β（Immunoreactive Fibronectin，IFN－β）以及趨化因子如環(huán)氧化酶2（Cyclooxygenase 2，COX－2）、磷脂酶 A2（Phospholipase A2，PLA2）、酶、受體等的表達(dá)在微循環(huán)損傷中發(fā)揮重要作用［9］。NF－κB作為炎癥發(fā)生發(fā)展的最早始動環(huán)節(jié)［10］，其影響微循環(huán)的作用機(jī)制可能為：（1）白細(xì)胞損傷作用。白細(xì)胞受趨化因子的誘導(dǎo)，從血液軸流逐漸移向邊流，并在內(nèi)皮細(xì)胞表面附著，在E－選擇素、P－選擇素和L－選擇素的參與下，白細(xì)胞與內(nèi)皮細(xì)胞形成黏附力，與此同時，白細(xì)胞在炎性介質(zhì)作用下被激活，其表面整合素（CD11a／CD18和CD11b／CD18）［11］與 內(nèi) 皮 細(xì) 胞 上 的 黏 附 分 子 （ICAM－1、ICAM－2）緊密結(jié)合，使白細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞牢固地黏附在一起，進(jìn)而堵塞微血管，導(dǎo)致血管內(nèi)皮細(xì)胞腫脹、微血管口徑變窄、微血管通透性增加、組織間質(zhì)水腫等，局部組織炎癥和微血管損傷、微循環(huán)障礙。（2）微血栓形成。NF－κB的活化，可促進(jìn)血管性假血友病因子（von Willebrand Factor，vWF）表達(dá)，介導(dǎo)血小板、白細(xì)胞黏附于血管內(nèi)皮細(xì)胞，形成廣泛微血栓。（3）NF－κB活化還能促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞合成組織因子（Tissue Factor，TF），激活外源性凝血途徑，從而影響凝血的動態(tài)平衡和微循環(huán)灌流。因此，適度干預(yù)NF－κB活化有重要臨床價值［12］。目前已有多種抑制NF－κB活性藥物，如蛋白酶體抑制劑、促紅細(xì)胞生成素、肝素、α硫辛酸、抗氧化劑、噻唑酮類藥物、磷酸酶抑制劑、免疫抑制劑等已應(yīng)用于臨床。陳茂松等［13］研究表明使用NF－κB激活抑制劑脯氨酸二硫代氨基酸酯（ProPDTC）可下調(diào)TNF－α、單核細(xì)胞炎性蛋白－2（Monocyte Inflammatory Protein，MIP－2）、ICAM－1，使移植胰腺內(nèi) NF－κB活性明顯降低，減少白細(xì)胞黏附和浸潤，改善微循環(huán)障礙。

2.4 無復(fù)流現(xiàn)象

實驗與臨床觀察發(fā)現(xiàn)，在缺血原因去除后，缺血區(qū)并不能得到充分的血流灌注，微循環(huán)仍然阻塞，Kloner等將此現(xiàn)象描述為無復(fù)流現(xiàn)象（No－Reflow Phenomenon）。這種無復(fù)流現(xiàn)象不僅存在于心肌，也見于腦、肝、腎、骨骼肌等組織器官缺血后的再灌注過程。無復(fù)流現(xiàn)象是IRI時微循環(huán)障礙的主要表現(xiàn)。

2.4.1 微血管內(nèi)血液流變性改變：生理情況下，血管內(nèi)皮細(xì)胞與血液中流動的中性粒細(xì)胞的相互排斥作用是保證微血管血流灌流的重要條件。IRI后內(nèi)皮細(xì)胞被激活，ICAM－1表達(dá)上調(diào)，為中性粒細(xì)胞的黏附、浸潤、激活提供了物質(zhì)基礎(chǔ)［14］。激活的中性粒細(xì)胞與內(nèi)皮細(xì)胞相互作用，釋放多種炎癥介質(zhì)如彈力蛋白酶、氧自由基等，尤其是中性粒細(xì)胞釋放的酰胺酶能引起血管通透性顯著增加，導(dǎo)致中性粒細(xì)胞從血管床遷移至組織間隙，既引發(fā)組織血流減少，又與血管內(nèi)皮細(xì)胞相互黏附，堵塞微血管。另外，在細(xì)胞因子與黏附分子作用下，大量血小板在缺血組織中聚集，形成血小板微血栓等，加重?zé)o復(fù)流現(xiàn)象和微循環(huán)障礙。

2.4.2 微血管結(jié)構(gòu)損傷：激活的中性粒細(xì)胞及血管內(nèi)皮細(xì)胞可釋放大量致炎物質(zhì)，如活性氧、蛋白酶、溶酶體酶等，引發(fā)自身膜結(jié)構(gòu)、骨架蛋白降解，甚至細(xì)胞死亡，導(dǎo)致微血管結(jié)構(gòu)損傷。直接引起：⑴微血管管徑狹窄。IRI早期，細(xì)胞內(nèi)Na＋、H＋、Ca2＋增加引起細(xì)胞內(nèi)滲透壓升高與細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)損傷、膜離子泵、離子通道蛋白功能障礙，共同造成血管內(nèi)皮細(xì)胞腫脹、微血管管徑變窄。⑵微血管通透性增高。微血管結(jié)構(gòu)損傷，內(nèi)皮細(xì)胞完整性破壞，血管通透性增加，引發(fā)組織水腫、血液濃縮、組織無復(fù)流、微循環(huán)障礙。

2.4.3 微血管舒縮功能失調(diào)：微血管的收縮與舒張平衡是維持正常微循環(huán)灌注的基礎(chǔ)，這種平衡依賴于微血管的血管收縮和擴(kuò)張物質(zhì)的調(diào)控，血管內(nèi)皮細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞在調(diào)節(jié)這種平衡中發(fā)揮著重要作用。在IRI時，激活的中性粒細(xì)胞和血管內(nèi)皮細(xì)胞可釋放大量縮血管物質(zhì)如內(nèi)皮素、血管緊張素Ⅱ、血栓烷A2等，而擴(kuò)血管物質(zhì)如一氧化氮、前列環(huán)素釋放減少，也導(dǎo)致無復(fù)流現(xiàn)象的發(fā)生及微循環(huán)障礙。

2.5 血小板活化

研究證實，血小板活化及其釋放的顆粒在促進(jìn)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。機(jī)體IRI后，活化的血小板能釋放致密顆粒、α－顆粒、溶酶體等，使血管內(nèi)皮發(fā)生改變，主要誘導(dǎo)中性粒細(xì)胞趨化、滲出，并形成血小板－中性粒細(xì)胞復(fù)合物（Platelet－Neutrophil Complexes，PNCs），促進(jìn)微血栓形成，加重組織炎癥反應(yīng)，影響微循環(huán)［15］。

3 小 結(jié)

總之，IRI與微循環(huán)障礙是一系列復(fù)雜的病理生理過程。近年來，隨著認(rèn)識的不斷深入和大量體內(nèi)外研究論證，表明積極改善微循環(huán)障礙可明顯減輕IRI，如Wang等［16］研究發(fā)現(xiàn)總丹酚酸可改善IRI大鼠腸系膜微循環(huán)障礙，Sccholz等［17］的實驗表明高滲鹽水和右旋糖酐能改善再灌注微循環(huán)障礙，從而提高整體游離皮瓣的生存能力，利用遠(yuǎn)程缺血預(yù)處理［18］IRI這一新型保護(hù)方法，可減輕血管創(chuàng)傷及對靶器官的壓力，對器官移植、器官切除、休克等的臨床干預(yù)是一種理想方法，期望更多的研究成果應(yīng)用于臨床。

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