肢体缺血/再灌注损伤的研究进展

李琛琪(综述)，周明武(审校)

(1.新乡医学院，河南 新乡 453003； 2.解放军第一五三中心医院全军创伤骨科中心，郑州450042)

随着现代工业的进步，外科创伤愈发常见。临床上缺血/再灌注(ischemia reperfusion,I/R)损伤所致的伤残率、致死率不断攀高，给患者造成了极大的生活及经济负担。肢体缺血/再灌注(limb ischemia reperfusion,LIR)损伤是指处于离断或缺血状态的肢体在血运恢复之后引起机体生理、生化及病理性的一系列破坏性改变。这一现象是Sewell等[1]在进行犬冠状动脉结扎实验时首次发现的。随后Jennings[2]通过犬的冠状动脉阻塞实验观察到并提出了I/R损伤的概念。但是一直到20世纪80年代后，这一现象才引起国内外学者的广泛关注和研究[3]，现将国内外对LIR损伤的研究进展综述如下。

1 I/R损伤机制

1.1目前公认的损伤机制

1.1.1氧自由基假说 自由基是自由基化学发展史上出现的名词，指带有一个不成对电子的原子、分子或离子的总称[4]。1900年Gomberg对三苯甲基自由基的发现揭开了自由基化学的首篇章，1931年Mechaelis首次提出某些酶促氧化还原反应的中间产物为自由基，表明生物体内可能存在自由基[5]。自由基包括氧自由基、脂性自由基、Cl-、一氧化氮(ONOO-)等[4]。生理情况下，自由基的生成与清除处于动态平衡状态；病理情况下，如果自由基生成过多或机体抗氧化能力不足，可引发氧化应激，导致细胞损伤[6]。

I/R可通过增加黄嘌呤氧化酶、增强线粒体内氧单电子还原及儿茶酚胺氧化能力、激活中性粒细胞等途径使氧自由基的生成增多[7]。氧自由基增多又可导致膜脂质过氧化能力增强、线粒体功能抑制、ATP合成减少；另一方面又可抑制蛋白质功能，破坏核酸及染色体进而使组织细胞损伤、死亡。

1.1.2钙超载假说 钙超载是指缺血组织恢复血流后，细胞内钙含量显著增高并导致细胞损伤的现象。细胞内Ca2+主要储存在线粒体和肌质网内，静息状态下，借助电压依赖性钙通道、受体操纵性钙通道、钙库操纵性钙通道作用，细胞外Ca2+数量维持为细胞内Ca2+数量的104倍[8]。

I/R可致Na+/Ca2+交换异常、生物膜损伤，结果使细胞内Ca2+增加[9]。细胞内钙增加的损伤机制为：抑制线粒体功能，减少ATP合成；激活磷脂酶，造成生物膜的损伤；产生一过性内向离子流，形成心肌的迟后除极，引起心律失常；加速形成黄嘌呤氧化酶，促氧自由基生成，破坏细胞；促使肌原纤维发生挛缩、断裂，破坏细胞[8]。

1.1.3中性粒细胞的黏附聚集及其介导的损伤 I/R时中性粒细胞的激活及其致炎因子的释放造成微血管损伤有关，其机制为：I/R后数分钟，血管内皮细胞和白细胞表达大量黏附分子，如P选择素，使白细胞和内皮细胞形成不稳定黏附；I/R后4 h，整合素增多，使不稳定黏附变为牢固黏附；同时，内皮细胞和白细胞释放炎性介质，诱导白细胞在细胞间隙黏附聚集。聚集的白细胞可改变血液流变学、微血管口径、微血管通透性，引起微血管损伤；释放的大量致炎物质也使细胞发生损伤、凋亡[10]。

1.2I/R损伤机制新发现

1.2.1一氧化氮作用 一氧化氮的损伤机制[11]:与超氧阴离子结合生成过氧亚硝酸根阴离子(ONOO-)及羟自由基(OH-)，损伤细胞；结合亚铁原卟啉基团抑制相关酶活性，破坏线粒体和DNA复制功能；引起核酸亚酰基化,破坏DNA。研究认为[12],生理浓度的一氧化氮可作为内皮细胞衍生舒张因子扩张血管,阻止血小板的聚集；浓度降低时对机体有一定保护作用；浓度过高时可致细胞和组织损伤。

1.2.2无复流现象 当心肌、脑、肾和骨骼肌等全身器官组织局部缺血一段时间再恢复血流后部分缺血区未能充分复流，此现象称为无复流现象[13]。其发生原因未被公认,主要认为I/R时血管收缩、白细胞黏附等因素使微血管处于缺氧状态，此刻微血管突然扩张会使血液流速减慢,血流减慢又导致缺氧状态加重，这种恶性循环最终使I/R损伤不断加重。

1.2.3细胞凋亡 Bcl-2是一种重要的抗凋亡基因，有研究表明Bcl-2可通过抑制内质网释放Ca2+,并阻止促凋亡基因的信号传递以共同抑制细胞凋亡[14]。因此认为，Bcl-2与I/R损伤密切相关。此外，还发现即刻早期基因(如c-fos基因、c-jun基因)也在I/R损伤中发挥重要作用[15]。

2 LIR损伤对骨骼肌的影响

LIR可引起骨骼肌严重损伤。LIR损伤期间，由机体生理、生化和免疫学方面变化诱导的急性炎症反应可引起骨骼肌损伤，严重时可引起全身性反应[16]。病理学检测发现LIR损伤后肌细胞水肿，形态改变，随后肌细胞核变大、数量增多、向中心位移，间质细胞增生，间质有纤维化倾向，肌细胞功能丧失或下降，器官或肢体功能减弱、甚或坏死[17]。

近年研究认为，骨骼肌I/R损伤机制包括氧自由基作用、钙超载、中性粒细胞作用、一氧化氮作用、细胞凋亡与I/R、无复流现象[18]。然而，活性氧类增多和中性粒细胞激活才是引起损伤的主要因素，因此预防LIR对骨骼肌的损伤主要应从控制性再灌注、缺血预适应、清除自由基三个方面入手。

目前在LIR损伤方面的研究成果主要有：确立了LIR损伤模型的制备方法[19]；发现线粒体功能在LIR损伤中的重要作用[20]；发现LIR损伤对全身多器官均有影响[21]。Wilhelm等[22]利用自制体外循环机将复合灌注液与血液按比例混合灌入取栓后的患者体内，发现可有效减轻I/R所致的骨骼肌损伤。Mansour等[23]通过大鼠的实验证实，远距离和局部缺血预适应均可改善骨骼肌的线粒体功能，降低白细胞黏附、促进微循环复流，最终减轻骨骼肌I/R损伤。Erdem等[24]发现褪黑激素可以有效减轻LIR所致的骨骼肌损伤。

3 I/R损伤对全身各系统的影响

I/R损伤是临床常见病，其除最常见的LIR损伤外同时可累及身体其他远隔器官[25]。

3.1中枢神经系统 杜冠华等[26]通过小鼠实验发现丹酚酸可借助其抗氧化能力改善脑I/R损伤。卢旭霞等[27]发现远程缺血后适应对大鼠脑缺血有保护作用，该作用可能与脑组织中增强子结合蛋白(CCAAT/enhaneer binding protein，C/EBP)同源性蛋白水平变化有关。

此外，研究证实与脑I/R损伤保护作用机制有关因素还有Bcl-2蛋白、Bax蛋白、热激蛋白70、热激蛋白A12B、丙戊酸钠等。

3.2心血管系统 崔新明等[28]发现心肌缺血时间过短或过长,恢复血供后都不会形成再灌注损伤,缺血30 min再灌注120 min可形成典型心肌I/R损伤。Gedik等[29]发现肝素可显著减轻心肌I/R损伤。

3.3呼吸系统 孙晓峰等[30]发现姜黄素预处理能有效减轻LIR所致的大鼠肺内炎性反应，其机制可能与抑制核因子κB激活，从而减少肿瘤坏死因子α和白细胞介素6介导的中性粒细胞聚集有关。Gedik等[29]发现肝素也可显著减轻肺部I/R损伤。

3.4消化、泌尿系统 王保强等[31]发现缺血预适应可减轻一氧化氮/内皮素1系统失衡，保护LIR继发的肝组织损伤，且此时内皮源的一氧化氮产生增加,非内皮源的一氧化氮产生减少。Czigány等[32]再次研究证实了缺血预处理可减轻I/R对肝脏的损伤。

研究还发现I/R对视网膜、关节软骨及滑膜都有损伤影响[33]，最新报道指出补体系统激活可能对防治I/R损伤意义重大[34-36]。因此，I/R损伤是一个综合性的疾病，其损伤可影响全身多个器官，尤其在器官移植、断肢再植方面发生率最多。

4 展 望

LIR可通过氧自由基、钙超载、中性粒细胞聚集、一氧化氮生成、补体系统激活等方式介导细胞凋亡、坏死，最终损伤局部肌肉或全身器官。虽然当前研究已涉及基础免疫方面，但进展仍旧缓慢，建议在已有研究基础上进一步增加I/R损伤基础病理方面的研究。需要指出的是，前述实验仍多数处于动物实验阶段，但是随着研究的深入与完善,一定能够将研究成果早日应用于临床，指导解决LIR损伤防治难题。

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