再灌注損傷

再灌注損傷

遭受一定時間缺血的組織細胞恢復血流(再灌注)后,組織損傷程度迅速增劇的情況。又稱缺血/再灌注損傷。由此引起的臨床疾病稱為再灌注綜合征。再灌注後有大量Ca內流,並生成大量氧自由基,是廣泛組織細胞損傷的主要發病機制。臨床上多種疾病如遲發性神經元壞死、不可逆性休克、心肌梗死、急性臟器功能衰竭及器官移植排斥反應等的發生、發展都與缺血、再灌注有關。多種Ca阻滯劑(如異搏定)、氧自由基清除劑(如超氧化物歧化酶、輔酶Q10等)以及中藥(如丹參、茜草等)都對防治缺血、再灌注損害有一定作用。

發生機制


再灌注損傷與以下機制有關。
①能量耗竭-Ca離子內流-氧自由基形成。正常時,細胞內、外液中的Ca濃度,在多種能量-依賴泵的作用下,保持1:10000的梯度差。大部分細胞內的Ca與線粒體、內質網等結合。缺血、缺氧后,組織ATP迅速耗竭,導致Ca從線粒體和內質網中釋出。恢復循環(即再灌注)后,由於能量-依賴泵的功能尚未恢復,造成大量細胞外液Ca內流。結果細胞內液中的Ca濃度迅速升高,達正常的200倍。這種情況稱為鈣超載,一方面直接引起心、腦、腎、肝和肺等重要器官的血管收縮,另一方面激活磷脂酶A2,使花生四烯酸從細胞膜釋出,後者在脂加氧酶和環加氧酶作用下生成多種自由基中間體、血栓素及白細胞三烯等。
上述物質具有極深的生物活性;前列腺素G(PGG2)和前列腺素H2屬內過氧化物,具有自由基的性質和作用;血栓素A2(TxA2)可使平滑肌收縮,血小板聚集;白細胞三烯(LT)可使冠狀動脈收縮,心肌收縮力降低;LTB4是強力的白細胞趨化和聚集因子,可使炎症反應加重;過氧化氫花生四烯酸可轉化為LT。前列環素雖具有拮抗TxA2的效能,但缺血、缺氧時,其生成常因血管內皮細胞損害而減少。組織細胞缺血、缺氧時細胞內黃嘌呤脫氫酶在Ca 和鈣結合蛋白作用下迅速轉變為黃嘌呤氧化酶。同時三磷酸腺苷 (ATP)降解為次黃嘌呤。當恢復血流(再灌注)后,進入機體的分子氧和次黃嘌呤作為黃嘌呤氧化酶的底物,反應生成尿酸及超氧化物陰離子。
②線粒體結構及功能受損:正常時,進入機體的絕大部分氧分子,在線粒體內,在細胞色素氧化酶複合物作用下,接受4個電子,還原為水(即四價還原)。只有約1~2%的O2經單價還原,接受1個電子生成O懠$。這稱為呼吸鏈泄漏。缺血及再灌注后線粒體功能及結構明顯受損,四價還原部分減少,泄漏增多,結果O懠$生成增加。
此外,缺血再灌注時,某些酶類的變化亦可增加O懠$。如缺血時還原型輔酶Ⅱ(NADPH)增加,在NADPH氧化酶作用下,使O2變為O懠$。
任何條件下的O懠$增高,若超過機體清除能力,都將在鐵催化下產生羥自由基(·OH)。·OH除可使蛋白質及其他有機分子變性外,並可與細胞脂質膜的疏水部分(特別在雙鍵部)起反應生成脂質自由基(L):
L可與氧反應生成脂質過氧基(烷過氧基、LOO),LOO可與其他脂質反應再生成L及LOOH(氫脂質過氧化物)。
上述反應稱為一級引發作用,可以鏈式反應循環地進行下去。
LOOH形成后可自發地或在過渡金屬離子催化下發生均裂,再次形成LOO和LO(脂質氧基)。LOO和LO又可再引起脂質過氧反應,使反應循環地進行下去。這一過程稱為二級引發作用。
多價不飽和脂肪酸是生物膜的主要構成組分。因此,過氧化脂質形成過程就是對細胞的破壞,可造成膜的液體性、流動性、交聯性和通透性改變;線粒體氧化磷酸化障礙;溶酶體破裂,細胞自溶。·OH和脂質自由基可以抽取核酸和蛋白質上的H,或起加成反應,形成核酸自由基和蛋白質自由基。蛋白質自由基又可與另一蛋白質起加成反應,形成二聚體、三聚體或多聚體,使蛋白質變性,酶蛋白質失去活性;此外,氧自由基還可作用於DNA,使DNA斷裂;作用於糖分子,導致糖代謝紊亂和細胞受體功能紊亂。脂質過氧化物可分解為醛(如丙二醛),它是雙功能基化合物,能與蛋白質、核酸、腦磷脂等含氨基化合物起反應,使之發生交聯、喪失功能;亦可使某些含疏基的酶失活,最終導致細胞功能衰竭或死亡。

有關疾病


早已證實許多與缺血有關的疾病,其臨床症征往往於血管再通、恢復血循環后惡化或發生不可逆性細胞死亡。如心肺復甦后的腦無再流現象及繼而發生的腦死亡;急性心肌梗死溶栓后的嚴重心律紊亂等,經研究均與再灌注損傷有關。臨床及實驗研究證實再灌注損傷與下列疾病的發病機制有關:腦梗塞、急性心肌梗死、心肺復甦術後腦無再流現象、應激性潰瘍、胰腺炎、燒傷、離體器官的保存和移植、腸缺血、壞死性小腸結腸炎、間歇性跛行、急性腎小管壞死、休克后肝功能衰竭及多系統器官功能衰竭等。

防治原則


任何防止自由基形成和清除自由基的方法和藥物都可起到防治效用。
①防止再灌注或組織器官血流的明顯減少:缺血期應盡量減少組織氧耗(如降低溫度);再灌注前使用Ca阻斷劑,再灌注開始時應用清除氧自由基的藥物。此外,應特別注意防止組織器官嚴重缺血造成的“再灌注”損傷:組織嚴重缺血時,細胞缺氧,但Ca的濃度不低,結果仍會發生能量-依賴泵的功能降低及Ca內流,並導致氧自由基形成。研究已證明心肺復甦時,若按壓效果不理想,心輸出量過低,則中樞神經系統損害的程度較血流完全停止者更為嚴重。因此,應盡量縮短及減輕組織缺血時間及程度。
②應用清除氧自由基的酶類:清除氧自由基的酶包括過氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)和谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-PX)。其中 CAT和GSH-PX不直接清除氧自由基,而是清除氧自由基的前體或脂質過氧化物。此外,在谷胱甘肽還原酶作用下,還原型輔酶Ⅱ可使氧化型谷胱甘肽變成還原型谷胱甘肽,而重新發揮作用。目前僅有少量SOD應用的報道。
③維生素C和維生素E:維生素E又稱α 生育酚,主要存在於細胞膜、線粒體膜和內質網膜中。具有酚性羥基,可將其活潑的氫原子給予自由基,使之變為穩定分子。本身最終變為α-生育醌。在此過程中一個α-生育酚分子可清除2個自由基。維生素C除可直接清除自由基外,還可使α-生育醌恢復維生素E原型,繼續發揮其清除自由基的作用。故只要有足夠量的維生素C 就可以使濃度的維生素E持續發揮作用。
④輔酶Q10:一種抗氧化劑和膜穩定劑,是線粒體呼吸鏈中的電子轉移過程中的電子攜帶物。具有清除脂質過氧化產生的自由基、防止缺血期線粒體損傷及維持心肌鈣離子通道完整等多種作用。目前已用於心絞痛、冠狀動脈溶栓治療時的心肌保護及心律紊亂等多種與缺血、再灌注性損害有關的疾病。
⑤去鐵胺:Fe在·OH形成中是必不可少的催化劑,而·OH 又是與膜脂質反應生成酯質過氧化物導致細胞損傷的氧自由基。因此,減少Fe即可防止或減輕細胞損害。去鐵胺可與鐵離子螯合,生成絡合物,降低Fe離子濃度,從而減少·OH的生成。
⑥甘露醇、別嘌呤醇、葡萄糖、硫酸鎂以及中藥茜草、燈盞花等均具有清除自由基的作用。