遠(yuǎn)隔器官缺血再灌注致腸損傷機(jī)制研究進(jìn)展

劉可可，王江

新疆醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院，烏魯木齊830000

缺血再灌注損傷是指當(dāng)組織或器官血供減少乃致中斷，造成自身?yè)p傷，當(dāng)缺血部位再次恢復(fù)血供，不僅原有部位損傷未緩解，反而加劇自身及遠(yuǎn)隔器官損傷的現(xiàn)象[1]。缺血再灌注損傷病理生理機(jī)制復(fù)雜，普遍存在于腦、肝臟、腎臟、心臟、肢體等體內(nèi)多種重要器官[2]。近年來，越來越多的研究證據(jù)表明，缺血再灌注所導(dǎo)致的器官損傷機(jī)制與體內(nèi)炎癥細(xì)胞激活、炎癥因子釋放、活性氧自由基生成、鈣超載等因素密切相關(guān)[3]。腸不僅是營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化、吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)的主要場(chǎng)所，也是缺血再灌注損傷的敏感器官;當(dāng)其受損時(shí)，可促進(jìn)炎癥反應(yīng)的進(jìn)展，引起炎癥反應(yīng)的“瀑布效應(yīng)”，最終導(dǎo)致多器官功能衰竭的發(fā)生[4]。因此，明確遠(yuǎn)隔器官缺血再灌注所致腸損傷的機(jī)制，對(duì)采取相應(yīng)的防治措施具有重要意義?，F(xiàn)就不同遠(yuǎn)隔器官缺血再灌注致腸損傷機(jī)制的相關(guān)研究進(jìn)行綜述，旨在為缺血再灌注致器官損傷的防治提供一定參考。

1 腦缺血再灌注致腸損傷的機(jī)制

腦血管疾病?？梢鹑矶鄠€(gè)組織器官功能受損，其中缺血性腦病是常見的原因之一。研究發(fā)現(xiàn)，在老齡大鼠的腦缺血再灌注損傷中，大鼠的胃腸組織也常伴有明顯的病理性損傷，甚至可有明顯的出血點(diǎn)存在[5]。多位學(xué)者研究表明，在腦缺血再灌注損傷中，胃腸平滑肌受到損害，表現(xiàn)為動(dòng)力功能障礙[6]。目前認(rèn)為其機(jī)制與神經(jīng)分泌功能異常、神經(jīng)肽調(diào)節(jié)失衡、自由基損傷、血栓素A2(TXA2)和前列環(huán)素I2(PGI2)比例失衡、腫瘤壞死因子α(TNF-α)作用等密切相關(guān)。除上述因素之外，鈣超載、細(xì)胞凋亡及免疫應(yīng)激等因素也參與了腦缺血再灌注致腸損傷過程，但具體機(jī)制尚未被徹底闡明。

1.1 神經(jīng)分泌功能異常 腦具有高代謝、高氧耗、低儲(chǔ)備的特點(diǎn)，當(dāng)出現(xiàn)缺血性疾病時(shí)極易受損，可導(dǎo)致病灶局部甚至全腦水腫，腦中線結(jié)構(gòu)改變，自主神經(jīng)分泌功能異常[7,8]。下丘腦視上核與垂體功能障礙，可產(chǎn)生并釋放多量抗利尿激素，作用于腎臟，腎小管重吸收增多，鈉水潴留，體內(nèi)水電解質(zhì)平衡紊亂，胃腸功能受損；下丘腦及交感腎上腺髓質(zhì)系統(tǒng)被激活，大量?jī)翰璺影贩置谌胙?，還可通過刺激血小板合成TXA2增多等使血管收縮，加重腸損傷；腦中線結(jié)構(gòu)改變，下丘腦結(jié)節(jié)區(qū)與延髓束功能受到影響，刺激迷走神經(jīng)，作用于胃部，促進(jìn)胃酸產(chǎn)生，導(dǎo)致胃腸黏膜糜爛[9]。

1.2 神經(jīng)肽調(diào)節(jié)失衡 神經(jīng)肽廣泛存在于腦內(nèi)，具有神經(jīng)遞質(zhì)的典型特征，其中內(nèi)皮素(ET)、降鈣素基因相關(guān)肽(CGRP)作為活性肽的重要成分，調(diào)節(jié)血管舒縮。CGRP主要擴(kuò)張血管，ET主要收縮血管，兩者共同維持血管的舒縮功能平衡[10]。有研究表明，腦缺血再灌注可使血漿中CGRP濃度下降而ET濃度增高，可導(dǎo)致腸黏膜血流障礙，加重缺血性損傷[11]。

1.3 自由基損傷 超氧化物歧化酶(SOD)是體內(nèi)酶性抗氧化劑中的主要活性物質(zhì)；丙二醛(MDA)作為體內(nèi)產(chǎn)生的一種過氧化物，可引起細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)受損和功能障礙[12]。當(dāng)腦組織中斷的血供恢復(fù)灌注后，胃腸黏膜中MDA濃度顯著升高，而SOD濃度顯著下降，自由基清除與產(chǎn)生失衡[8]。增多的自由基不僅可直接損傷腸內(nèi)皮細(xì)胞，還可通過引起細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)改變、線粒體功能障礙、細(xì)胞內(nèi)鈣超載等途徑，間接導(dǎo)致腸黏膜細(xì)胞受損[13]。

1.4 TXA2與PGI2比例失衡 TXA2是引起體內(nèi)血管收縮和血小板聚集的活性物質(zhì)；PGI2作為TXA2的抵抗因子，可舒張血管并使血小板功能受到抑制，進(jìn)而起到抗凝、抗栓的作用。當(dāng)腦缺血再灌注時(shí)，TXA2與PGI2比例平衡失調(diào)，導(dǎo)致胃腸血管收縮痙攣，微循環(huán)障礙逐漸加重，組織缺血缺氧。缺血缺氧還可減少體內(nèi)PGI2的生成，促進(jìn)TXA2合成增多，形成惡性循環(huán)，加劇腸損傷的進(jìn)展。

1.5 TNF-α的作用 TNF-α可作為始動(dòng)調(diào)節(jié)因子參與腦缺血再灌注損傷的進(jìn)展過程，同時(shí)也是腸受損后炎癥反應(yīng)的始動(dòng)調(diào)節(jié)者[14]。研究發(fā)現(xiàn)，缺血腦組織恢復(fù)血流后，腸內(nèi)TNF-α的含量顯著上升，其不僅可激活中性粒細(xì)胞，還可誘導(dǎo)腸黏膜細(xì)胞產(chǎn)生凝血活性并表達(dá)多種黏附因子，促進(jìn)兩者之間的黏附、聚集，加重血栓形成[15]；NO合酶(NOS)也可因TNF-α誘導(dǎo)而被激活，從而促進(jìn)NO合成[16]。過量的內(nèi)源性NO的產(chǎn)生，可引起細(xì)胞內(nèi)鈣超載及代謝酶功能紊亂，損傷腸組織細(xì)胞[17]。

2 肝臟缺血再灌注致腸損傷的機(jī)制

近年來，隨著肝移植手術(shù)的發(fā)展，人們逐漸意識(shí)到，因手術(shù)需要而進(jìn)行的肝門阻斷及開放，不僅會(huì)造成肝自身的再灌注損傷，還會(huì)引起腸在內(nèi)的遠(yuǎn)隔器官受損，進(jìn)而影響手術(shù)成功率及患者術(shù)后生存率。當(dāng)前，肝缺血再灌注引起腸損傷的原因尚不完全清楚，其機(jī)制可能與內(nèi)毒素刺激、氧自由基生成、炎癥反應(yīng)、線粒體損傷、鈣超載等因素有關(guān)；除此之外，也與中性粒細(xì)胞的活化、免疫功能障礙等有關(guān)，但具體環(huán)節(jié)仍未明確。

2.1 內(nèi)毒素刺激 內(nèi)毒素主要位于革蘭陰性菌細(xì)胞壁脂質(zhì)雙層的外膜上，作用于機(jī)體時(shí)能引起體溫升高、微循環(huán)受阻甚至造成感染性休克。當(dāng)肝門血流受到阻斷后，肝臟缺血的同時(shí)，也使門脈系統(tǒng)血流受阻，腸黏膜上皮細(xì)胞缺血缺氧，腸黏膜淤血水腫，腸蠕動(dòng)減慢，可導(dǎo)致消化吸收功能降低，腸內(nèi)細(xì)菌活躍[18]。腸內(nèi)菌群失調(diào)，釋放內(nèi)毒素，導(dǎo)致腺苷酸環(huán)化酶被活化，破壞線粒體及溶酶體內(nèi)膜，引起細(xì)胞功能紊亂與結(jié)構(gòu)破壞。血管活性物質(zhì)也會(huì)受到內(nèi)毒素的刺激而被激活，誘發(fā)腸微循環(huán)功能障礙，腸黏膜的防御功能減弱，腸受損進(jìn)一步加重[19]。

2.2 氧自由基生成 小腸組織含有豐富的黃嘌呤氧化酶(XO)和黃嘌呤脫氫酶(XD)。當(dāng)腸因缺血出現(xiàn)供氧不足、能量生成障礙時(shí)，一方面可導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞膜泵功能失常，Ca2+內(nèi)流增多并激活其依賴性蛋白水解酶使XD轉(zhuǎn)化為XO；另一方面可促使ATP分解并生成次黃嘌呤，導(dǎo)致缺血部位次黃嘌呤聚集。當(dāng)血流恢復(fù)后，氧的輸送和利用迅速增加，次黃嘌呤在XO的作用下被氧化分解，產(chǎn)生大量的活性氧自由基[20]。氧自由基不僅通過激活化學(xué)介質(zhì)引起組織損傷和炎癥反應(yīng)，還會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞結(jié)構(gòu)改變和功能失常，如蛋白質(zhì)失活、脂質(zhì)過氧化及DNA結(jié)構(gòu)與堿基發(fā)生變化，加快腸上皮細(xì)胞凋亡[21]。

2.3 炎癥反應(yīng) 在肝門阻斷再開放后的初始階段，腸內(nèi)菌群失調(diào)而產(chǎn)生大量?jī)?nèi)毒素隨循環(huán)到達(dá)肝臟，肝臟庫(kù)普弗細(xì)胞可受其激活，導(dǎo)致TNF-α等許多炎癥介質(zhì)釋放入血，在造成肝損傷的同時(shí)，還可隨循環(huán)到達(dá)全身，造成遠(yuǎn)隔器官損傷[22]。當(dāng)TNF-α等炎癥因子到達(dá)腸后不僅損傷腸上皮細(xì)胞，還加速活化白細(xì)胞與腸毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞的黏附與聚集，造成腸微循環(huán)障礙[15]，而微循環(huán)障礙又可促進(jìn)腸黏膜細(xì)胞炎癥因子釋放，產(chǎn)生炎癥反應(yīng)的級(jí)聯(lián)放大作用，加速腸損傷。

2.4 線粒體損傷 線粒體不僅是有氧代謝的主要場(chǎng)所，還是調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡的細(xì)胞器[23]。研究表明[24]，在缺血再灌注過程中產(chǎn)生的自由基、炎癥因子、內(nèi)毒素等多種有害因素均可作為凋亡因子破壞線粒體的完整性和功能性。凋亡誘導(dǎo)因子(AIF)存在于線粒體內(nèi)外膜的間隔內(nèi)，當(dāng)線粒體受到凋亡因子的刺激后，可將AIF釋放到胞質(zhì)中。因AIF含有核定位序列，可以從細(xì)胞質(zhì)到達(dá)細(xì)胞核內(nèi)，造成遺傳物質(zhì)破壞，引發(fā)細(xì)胞凋亡[25,26]。AIF還可改變線粒體的通透性，加速AIF的釋放，促進(jìn)細(xì)胞凋亡。

2.5 鈣超載 鈣超載指多種因素引發(fā)細(xì)胞內(nèi)的鈣濃度異常增高，致細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能受損的現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，鈣超載在肝缺血再灌注所致腸損害中發(fā)揮著重要作用[27]，其主要機(jī)制包括：①鈣超載可刺激線粒體對(duì)鈣離子過度吸收，而高濃度的鈣離子可形成鈣鹽沉積，造成能量生成障礙；②細(xì)胞中諸多鈣相關(guān)降解酶被激活，被活化后的酶可造成細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)、核酸等生物大分子結(jié)構(gòu)與功能受損，促使細(xì)胞凋亡；③被激活的酶如黃嘌呤氧化酶等能促進(jìn)腸內(nèi)自由基生成，誘發(fā)自由基的腸損傷機(jī)制。鈣超載既是缺血再灌注細(xì)胞受損的原因，也是缺血再灌注的結(jié)果。缺血再灌注產(chǎn)生的自由基及炎癥因子等均可造成腸上皮細(xì)胞的屏障作用障礙及線粒體損傷，細(xì)胞的結(jié)構(gòu)與功能受損，鈣離子內(nèi)流增多，從而引發(fā)鈣超載[28]。

3 肢體缺血再灌注致腸損傷的機(jī)制

肢體缺血是一種常見的臨床現(xiàn)象，可發(fā)生于斷肢再植、血管損傷修復(fù)術(shù)及外科手術(shù)過程中止血帶長(zhǎng)時(shí)間應(yīng)用后等，當(dāng)缺血肢體恢復(fù)血供后，在造成局部肢體損傷的同時(shí)，包括小腸在內(nèi)的多組織器官亦可受到損傷。目前認(rèn)為其機(jī)制主要與自由基生成、中性粒細(xì)胞活化、補(bǔ)體激活、細(xì)胞凋亡、NO作用減弱等有關(guān)。

3.1 自由基生成 當(dāng)肢體血供下降時(shí)，供氧不足，細(xì)胞無氧代謝增強(qiáng)，能量產(chǎn)生減少，ATP大量分解，導(dǎo)致次黃嘌呤聚集。當(dāng)血供恢復(fù)后，供氧增加的同時(shí)，氧氣可在自身包括黃嘌呤/黃嘌呤氧化酶等多個(gè)氧化通路的作用下，生成大量自由基，自由基隨血循環(huán)到達(dá)全身，使遠(yuǎn)隔器官受累[20]。研究表明，由于小腸含有的黃嘌呤氧化酶濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于大腸，所以氧自由基對(duì)小腸造成的傷害較大腸更嚴(yán)重[29]。同時(shí)，氧自由基還能造成生物膜損害，引起鈣超載進(jìn)而促進(jìn)自由基的生成，加重腸損傷。

3.2 中性粒細(xì)胞活化 缺血肢體恢復(fù)灌注后，局部因缺血缺氧而產(chǎn)生的炎癥因子如TNF-α、白細(xì)胞介素6(IL-6)等在激活血流中的白細(xì)胞(主要為中性粒細(xì)胞)的同時(shí)，亦使遠(yuǎn)隔部位的血管內(nèi)皮細(xì)胞受到激活、黏附分子表達(dá)增多[30]。當(dāng)大量具有活性的中性粒細(xì)胞隨血循環(huán)到達(dá)腸黏膜后，在黏附分子的作用下與內(nèi)皮細(xì)胞黏附并移行到間質(zhì)，在加劇微循環(huán)障礙的同時(shí)，釋放出大量氧自由基和多種蛋白水解酶，造成組織結(jié)構(gòu)受損。而損傷因素又可反過來加劇中性粒細(xì)胞的活化與聚集，形成惡性循環(huán)。

3.3 補(bǔ)體激活 補(bǔ)體作為經(jīng)活化后具有酶活性的一組球蛋白，廣泛存在于人和動(dòng)物的血清及組織液中。研究表明，肢體缺血可使補(bǔ)體系統(tǒng)激活，而活化的補(bǔ)體可廣泛沉積到毛細(xì)血管壁上[31,32]，且C3a、C4a、C5a和C5b-9炎癥效應(yīng)片段在肢體缺血再灌注所致腸損傷的過程中發(fā)揮著重大作用，其不僅是中性粒細(xì)胞的趨化因子，也可通過激活白細(xì)胞釋放組胺等多種炎癥介質(zhì)，介導(dǎo)腸內(nèi)皮細(xì)胞損傷。滅活補(bǔ)體可使包括小腸在內(nèi)的遠(yuǎn)隔器官在缺血再灌注過程中的損傷明顯減輕[31]。

3.4 細(xì)胞凋亡 當(dāng)肢體缺血再灌注后，一方面引起鈣離子/鎂離子介導(dǎo)的內(nèi)源性核酸內(nèi)切酶被激活并定位于核小體連接區(qū)，使其斷裂；另一方面由于氧化應(yīng)激及鈣穩(wěn)態(tài)失衡，使線粒體膜的跨膜電位明顯下降、膜轉(zhuǎn)換孔開放，引起膜通透性增高，促使凋亡啟動(dòng)因子(如Cyto-C、AIF和Apaf-1等)釋放至胞質(zhì)，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，引起腸黏膜的屏障作用受損及功能失調(diào)。

3.5 NO作用減弱 在肢體缺血再灌注過程中，NO作用減弱可能也參與了遠(yuǎn)隔部位的病理?yè)p傷過程。NO通過NO-cGMP通路，調(diào)節(jié)血管平滑肌細(xì)胞胞質(zhì)中鈣離子含量，產(chǎn)生舒張血管的效應(yīng)，進(jìn)而改善組織血流灌注；內(nèi)源性的NO還可通過抑制脂質(zhì)過氧化、清除體內(nèi)自由基、抑制中性細(xì)胞的黏附與聚集等多個(gè)途徑，減輕缺血再灌注損傷。有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)給予L-精氨酸促進(jìn)NO生成后，可減輕脂質(zhì)過氧化反應(yīng)[33]。當(dāng)給予NOS抑制劑左旋硝基精氨酸甲酯作預(yù)處理，則可使小腸組織過氧化程度升高。

4 腎臟缺血再灌注致腸損傷的機(jī)制

腎臟作為人體重要的排泄器官之一，還具有調(diào)節(jié)和內(nèi)分泌功能，參與維持人體的日常生理活動(dòng)[33]。腎臟血供豐富，其動(dòng)脈由腹主動(dòng)脈分出，血流量約占心輸出量的四分之一。由于腎血供的特殊性，腎段動(dòng)脈各分支之間沒有吻合支，故極易缺血受損。研究發(fā)現(xiàn)，腎缺血再灌注損傷時(shí)，遠(yuǎn)隔器官也可伴有明顯的病理性損傷的發(fā)生[34]，其機(jī)制與自由基增多、炎癥反應(yīng)爆發(fā)、鈣內(nèi)流增多、細(xì)胞凋亡等多種因素有關(guān)。當(dāng)腎小管細(xì)胞功能障礙及血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷時(shí)，自由基的富集可作為炎癥反應(yīng)的起始誘發(fā)因素[35]，而急性炎癥反應(yīng)主要涉及中性粒細(xì)胞的活化與浸潤(rùn)，炎癥因子的產(chǎn)生與激活，在損傷腸內(nèi)皮細(xì)胞的同時(shí)加重其微循環(huán)障礙，造成功能受損。此外，急性腎損傷的發(fā)生，也使機(jī)體對(duì)炎癥因子等有害物質(zhì)的清除能力因腎小球?yàn)V過率下降而降低，也促進(jìn)腸損傷反應(yīng)的進(jìn)展。上述諸多因素相互作用，但整體機(jī)制復(fù)雜，仍需進(jìn)一步研究。

綜上所述，腸作為體內(nèi)重要的消化器官，也是缺血再灌注損傷的敏感器官。腦、肝臟、肢體、腎臟等缺血再灌注后，可能通過自由基、炎癥因子、鈣超載等多種因素作用使腸結(jié)構(gòu)與功能受損。作為參與者，腸也可通過內(nèi)毒素的產(chǎn)生、細(xì)菌入血等方式促進(jìn)體內(nèi)炎癥反應(yīng)進(jìn)展，甚至出現(xiàn)多器官功能障礙。在臨床工作中，當(dāng)面對(duì)某一組織器官缺血再灌注損傷時(shí)，應(yīng)將機(jī)體作為一個(gè)整體，不僅要對(duì)受損器官進(jìn)行治療，更需加強(qiáng)對(duì)其他相關(guān)臟器的處理。