皮瓣移植術(shù)后缺血再灌注損傷病理生理機制的研究現(xiàn)狀

馮康虎，方鵬飛，侯召權(quán)

（1.甘肅省中醫(yī)院，甘肅蘭州730050；2.甘肅省中醫(yī)院白銀分院，甘肅白銀730900；

3.甘肅中醫(yī)藥大學(xué)，甘肅蘭州730000）

皮瓣移植術(shù)后缺血再灌注損傷病理生理機制的研究現(xiàn)狀

馮康虎1，方鵬飛2，侯召權(quán)3

（1.甘肅省中醫(yī)院，甘肅蘭州730050；2.甘肅省中醫(yī)院白銀分院，甘肅白銀730900；

3.甘肅中醫(yī)藥大學(xué)，甘肅蘭州730000）

缺血再灌注損傷發(fā)生在組織血循環(huán)建立之后，血循環(huán)阻斷后自由基在組織內(nèi)快速聚集，造成內(nèi)皮細(xì)胞損傷，內(nèi)皮腫脹，血流再次灌注時毛細(xì)血管通透性增強，產(chǎn)生大量氧化物。其發(fā)病過程包括繼發(fā)性缺血，活性氧類的產(chǎn)生，中性粒細(xì)胞大量聚集，一氧化氮的消耗，細(xì)胞凋亡等。近年來，在整形外科、創(chuàng)傷顯微外科領(lǐng)域，缺血再灌注損傷問題逐漸成為研究熱點。本文對皮瓣移植術(shù)后缺血再灌注損傷病理生理機制進(jìn)行綜述。

缺血再灌注；活性氧；一氧化氮；超氧化物歧化酶；細(xì)胞凋亡

皮瓣成活率與微血管開放數(shù)、口徑及血流速度呈正比。而微循環(huán)狀態(tài)與激光多普勒血流量測定、病理組織學(xué)變化，以及活體皮瓣成活率呈正相關(guān)［1］。缺血再灌注（Ischaemi-reperfusion，I-R）損傷發(fā)生在皮瓣血循環(huán)建立之后，皮瓣血循環(huán)阻斷后自由基在皮瓣內(nèi)快速聚集，造成內(nèi)皮細(xì)胞損傷，內(nèi)皮腫脹，血流再次灌注時毛細(xì)血管通透性增強。皮膚和皮下組織相對來說較耐受缺血再灌注損傷，一般可以耐受≥6小時的暖缺血或時間更長的冷缺血。肌肉組織不耐受缺血性損傷，3個小時暖缺血后便會發(fā)生不可逆的轉(zhuǎn)變。

動脈缺血是組織區(qū)域血流量不足的一個特定因素［2］，組織缺血周期超過耐受極限，炎癥會向壞死結(jié)果發(fā)展。此外，再灌注后，一系列的病理生理變化也會導(dǎo)致組織損傷發(fā)生［3］。大量臨床病例面臨因缺血再灌注導(dǎo)致不同器官系統(tǒng)損傷，也會使并發(fā)癥發(fā)生率升高、住院時間延長、醫(yī)療費用增加。另外，I-R損傷也是移植組織或器官功能障礙的重要原因，使得移植器官功能衰竭和急、慢性排斥反應(yīng)發(fā)生率較高［4］。游離皮瓣轉(zhuǎn)移重建手術(shù)是一種特定的移植類型，是自體移植的一種形式，將組織轉(zhuǎn)移到病人身體的另一部位，移植成功率為90%～95%［5］。但是，即使手術(shù)成功的病人，也有一小部分出現(xiàn)術(shù)后I-R損傷的跡象。有時甚至引起創(chuàng)傷病人部分或完全皮瓣損失。自體移植不同于其他類型移植，不發(fā)生免疫學(xué)排斥反應(yīng)。因此，皮瓣移植術(shù)后是研究I-R損傷的理想模式。

1　繼發(fā)性缺血

皮瓣移植術(shù)后，I-R總是發(fā)生于從一個區(qū)域移植到另一個區(qū)域的游離皮瓣，且不能預(yù)防，該機制被稱為原發(fā)性缺血。任何循環(huán)損害導(dǎo)致的I-R均可視為繼發(fā)性缺血。繼發(fā)性缺血通常是由手術(shù)操作不熟練造成的。繼發(fā)性缺血應(yīng)與兩個不同類型的缺血區(qū)別：第一個是遠(yuǎn)端缺血，常由于損傷太大喪失血液供應(yīng)［6］。第二個是由血管吻合故障引起的缺血。因吻合故障導(dǎo)致手術(shù)后皮瓣壞死的發(fā)病率為1%～5%［7］，最常見的原因是血栓形成。其他可能的原因是受區(qū)血管質(zhì)量差，受區(qū)預(yù)先存在疾病、供體血管動脈粥樣硬化或全身性問題，如低血壓或血液高凝狀態(tài)［8］。吻合故障還可能造成的后果是血管外部機械壓縮，例如扭曲的血管、血腫、過高張力的傷口縫合或壓縮。以前的淋巴結(jié)清掃術(shù)、輻射治療和術(shù)后血腫已被證明是吻合失敗的危險因素［7］。

動脈和靜脈閉塞可導(dǎo)致皮瓣損傷，其中以靜脈閉塞更為常見。應(yīng)當(dāng)注意的是，靜脈閉塞引起更多的組織損傷，進(jìn)而導(dǎo)致動脈閉塞［6］。皮瓣缺血一般可通過動、靜脈血流信號或皮膚顏色來識別，但這些變化并不明顯。缺血性損傷會導(dǎo)致部分皮瓣壞死，有時甚至造成整個皮瓣損失［9］。繼發(fā)性缺血對皮瓣造成的危害更甚于原發(fā)性缺血。動物研究已證實，比起原發(fā)性缺血，皮瓣對繼發(fā)性缺血的耐受性更差。然而，繼發(fā)性缺血并不能預(yù)防。因此，在減少組織損傷的同時，還應(yīng)努力提高顯微外科醫(yī)生的操作水平，減少繼發(fā)性I-R損傷。

2　活性氧類的產(chǎn)生

組織缺血，特別是再灌注后，活性氧類（ROS）產(chǎn)生［10］。ROS包括超氧陰離子、自由基和過氧化物，能夠啟動I-R損傷［11］。ROS有兩個不同的來源：黃嘌呤氧化酶系統(tǒng)的內(nèi)皮細(xì)胞和煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）氧化酶系統(tǒng)中的嗜中性粒細(xì)胞［6～9］。活性氧形成于再灌注過程，能夠引起一系列變化，影響微循環(huán)，例如，內(nèi)皮細(xì)胞腫脹、血管收縮、毛細(xì)血管通透性增加。這些機制已被動物實驗所證實。皮瓣缺血由顯著的黃嘌呤氧化酶系統(tǒng)監(jiān)管，該系統(tǒng)可能是ROS產(chǎn)生的主要來源，通常發(fā)生在缺血期間［12］。這些發(fā)生在大多數(shù)隨意皮瓣移植術(shù)中的正向調(diào)節(jié)在皮膚免疫反應(yīng)期間尤為重要［13］。別嘌呤醇的系統(tǒng)性調(diào)控抑制黃嘌呤氧化酶系統(tǒng)，減少活性氧形成，顯著提高大鼠皮瓣的存活率?？寡趸瘎┦蔷哂性撃芰Φ幕衔?，它可以中和活性氧，防止組織損傷。一部分抗氧化劑為內(nèi)源性的，由體內(nèi)產(chǎn)生（例如谷胱甘肽、泛醇、尿酸），而其他的則通過飲食提供，即外源性抗氧化劑（例如維生素C和E、脂肪酸、核黃素、類胡蘿卜素）?？寡趸瘎┛梢苑乐菇M織損傷，中和或減少ROS產(chǎn)生。眾所周知，氧化應(yīng)激正向調(diào)節(jié)內(nèi)源性抗氧化劑在體內(nèi)產(chǎn)生［14］。然而，再灌注期間，許多ROS在較短時間內(nèi)生成，從而促進(jìn)抗氧化系統(tǒng)生成［15］?？寡趸瘎舛仍隗w內(nèi)快速衰退。在I-R中的抗氧化劑水平表明，出現(xiàn)這種情況可能受益于抗氧化劑治療［16］。從文獻(xiàn)中已知，I-R發(fā)生之前或發(fā)生期間一直存在抗氧化劑的調(diào)控保護(hù)作用，并改善身體器官功能［17］。

動物研究顯示，不同的抗氧化劑調(diào)控皮膚功能，提高皮瓣生存率。例如，谷胱甘肽（GSH）是最重要的一個抗氧化劑，可以避免身體出現(xiàn)氧化應(yīng)激反應(yīng)。在大鼠皮瓣的研究中，GSH水平在I-R后顯著低于對照組，而抑制內(nèi)源性谷胱甘肽產(chǎn)生，則會加重I-R引起的組織損傷。此外，I-R前GSH心臟給藥可減輕心肌損害。其他抗氧化劑，如超氧化物歧化酶（SOD）、二甲基亞砜（DMSO）、維生素C（抗壞血酸）和E已被用來防止組織損傷。大鼠研究表明，在缺血預(yù)治療中利用DMSO的抗氧化作用能將初級缺血時間顯著縮短，維生素C也顯示出較強的抗氧化作用［18］。在大鼠腹部皮瓣模型中，維生素C灌注能顯著提升皮瓣存活率。Aydogan等［11］發(fā)現(xiàn)，外科皮瓣缺血誘導(dǎo)（Ischaemia-induced）壞死的風(fēng)險是維生素C減少。Sumer等［18］連續(xù)10天把DMSO溶液噴灑在皮瓣手術(shù)區(qū)，皮瓣壞死面積治療組比對照組顯著減少。許多抗氧化劑，如維生素C和E、超氧化物歧化酶、DMSO、GSH、CAPE，已被證實能夠有效減少I-R損傷。但該機制對I-R損傷并不具備特異性，因此，應(yīng)用抗氧化劑可能僅在人類中有效。

3　中性粒細(xì)胞大量聚集

I-R損傷還有一個重要表現(xiàn)是大量聚集的中性粒細(xì)胞［19］。白細(xì)胞外滲是一個多步驟的過程，ROS的形成有助于趨化和激活黏附分子，導(dǎo)致中性粒細(xì)胞浸潤［20］。白細(xì)胞外滲的過程被分成3個步驟：滾動、黏附和遷移。刺激白細(xì)胞與內(nèi)皮滾動接觸。接下來，白細(xì)胞牢牢黏附于內(nèi)皮，最后遷移進(jìn)入組織。缺血皮瓣內(nèi)被證實有大量中性粒細(xì)胞浸潤。髓過氧化物酶（MPO）是具有特定活性的嗜中性粒細(xì)胞，被廣泛用作酶標(biāo)記中性粒細(xì)胞浸潤程度。在大鼠研究中，壞死的皮瓣組織內(nèi)表現(xiàn)出比存活皮瓣組織更高的髓過氧化物酶活性。嗜中性粒細(xì)胞參與炎癥反應(yīng)，其通過NADPH氧化酶產(chǎn)生的自由基在呼吸系統(tǒng)中破裂［21］。抑制嗜中性粒細(xì)胞活性能夠減少自由基產(chǎn)生的數(shù)量，并減輕I-R損傷程度。預(yù)處理中使用免疫藥物能顯著減少中性粒細(xì)胞浸潤，提高皮瓣成活率。因此，這也可能是預(yù)防缺血再灌注損傷的關(guān)鍵。

4　一氧化氮（NO）的消耗

I-R的第四個重要機制是耗盡NO。L-精氨酸（L-arginine）是一種氨基酸，具有免疫刺激效應(yīng)和分解代謝作用，能提高病人的傷口愈合和免疫功能。L-精氨酸是前體（以前稱為內(nèi)皮源性舒張因素），內(nèi)皮細(xì)胞和神經(jīng)元中的L-精氨酸通過NO合酶（NOS）轉(zhuǎn)化成NO。NO被認(rèn)為在I-R損傷中起保護(hù)作用，其通過調(diào)節(jié)血管張力抑制血小板聚集和黏附，抑制白細(xì)胞黏附于內(nèi)皮，清除自由基，維持正常血管通透性，抑制平滑肌細(xì)胞增殖，增強免疫系統(tǒng)功能，降低對內(nèi)皮細(xì)胞的刺激，防止I-R對組織的損傷。然而，NO也可能加重I-R損傷，這也許是NOS生成原生型NOS和誘導(dǎo)型一氧化氮合酶（iNOS）不同亞型的結(jié)果［22］。iNOS的出現(xiàn)有助于I-R損傷的進(jìn)一步發(fā)展。它可與氧自由基進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，形成過氧亞硝酸鹽（Oxygen nitrite），產(chǎn)生過氧化脂肪，從而導(dǎo)致額外的再灌注通過增加自由基產(chǎn)生損傷。缺血時iNOS的產(chǎn)生促進(jìn)組織損傷和壞死，而原生型NOS的產(chǎn)生，會抑制血小板聚集、黏附，抑制中性粒細(xì)胞浸潤，從而發(fā)揮保護(hù)作用［23］。然而，在初始缺血期，原生型NOS產(chǎn)生高濃度NO，導(dǎo)致其前體局部耗竭［24］。因此，NO不再由內(nèi)皮和游離氧生成，而由自由基產(chǎn)生，而其產(chǎn)物也不再是NO［25］。這也是再灌注期間產(chǎn)生70%的氧自由基的原因。由于血管收縮，NO濃度降低，毛細(xì)血管中性粒細(xì)胞和血栓形成堵塞微循環(huán)。L-精氨酸可能有助于提高原生型NOS水平，從而支持微循環(huán)并提高皮瓣活力［26］。Mittermayr等［24］使用NO供體嘗試改善皮瓣活力，并獲得了成功。在I-R損傷中L-精氨酸/NO代謝的確切作用目前還不清楚，但有更多的證據(jù)證明L-精氨酸和NO具有保護(hù)作用。

5　細(xì)胞凋亡

I-R的最后一個重要特點是細(xì)胞凋亡（Cell Apoptosis）。細(xì)胞凋亡是一個積極調(diào)控細(xì)胞死亡的機制，其特點是跨核小體DNA碎片，發(fā)生在凋亡過程相對較晚期。細(xì)胞凋亡的功能是去除多余細(xì)胞，并清理開發(fā)組織碎片或受損細(xì)胞。細(xì)胞凋亡的過程是可逆的。壞死實際上是細(xì)胞在非調(diào)節(jié)的炎癥特征中的一個死亡過程［27］。凋亡和壞死最初被認(rèn)為是完全不同的兩個實體。然而，它們的演化機制卻十分相似。再灌注的標(biāo)志是炎癥和細(xì)胞內(nèi)容物釋放，同時有細(xì)胞壞死過程。然而，細(xì)胞凋亡顯示出I-R損傷顯著促進(jìn)細(xì)胞死亡。再灌注ROS損傷細(xì)胞DNA和線粒體，而后兩者又是強大的細(xì)胞凋亡誘導(dǎo)劑，半胱氨酸蛋白酶級聯(lián)被激活，導(dǎo)致了與細(xì)胞凋亡有關(guān)的變化，例如，形態(tài)變化、細(xì)胞收縮。值得注意的是，細(xì)胞凋亡時不會發(fā)生膜溶解或炎癥。大鼠研究證實了細(xì)胞凋亡的作用，在皮瓣移植術(shù)后用蛋白酶抑制劑進(jìn)行預(yù)處理，缺血時間顯著延長。缺血持續(xù)時間越長或在其后發(fā)生再灌注，則細(xì)胞凋亡的表現(xiàn)越明顯。目前還不清楚組織壞死或細(xì)胞凋亡是否是I-R損傷后細(xì)胞死亡的主要類型，也有可能是凋亡過程不能完成由此轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌耆詨乃?。已明確的是，延遲或抑制去除凋亡細(xì)胞的吞噬細(xì)胞，會產(chǎn)生二次數(shù)小時內(nèi)的壞死，這一發(fā)現(xiàn)支持肝I-R損傷的研究，表明第一小時再灌注的凋亡細(xì)胞數(shù)目顯著增加。然而，細(xì)胞凋亡的總量可能＜5%。另外，壞死部分在再灌注期間逐漸增大，并且似乎是細(xì)胞的主要死亡模式。

總之，組織缺血性再灌注損傷是多種疾病共有的病理生理機制，目前對其研究較多，但缺乏對創(chuàng)傷外科、皮瓣移植術(shù)后的針對性研究。缺血再灌注損傷的病理生理機制較為復(fù)雜，目前缺乏較權(quán)威的實驗研究結(jié)果，需要進(jìn)行深入及詳細(xì)探討，為臨床降低皮瓣壞死率提供理論依據(jù)。

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1671-1246（2015）23-0151-03

注：本文系甘肅省自然科技基金計劃（1212RJZA086）