缺血-再灌注损伤与原发性移植肺衰竭

洪志鹏 尹小川

组织血流灌注的减少或中断将导致缺血性损伤，在缺血性损伤抢救、治疗和血流恢复的过程中，对组织造成损伤除缺血本身外，恢复血液供应后自由基作用于重新获得血液供应的细胞和组织结构所造成的损伤，称为“缺血-再灌注损伤(ischemia-reperfusion injury，IRI)”［1］。1983年以来，肺移植已经成为治疗终末期肺病唯一的支柱手段。尽管已有许多改进措施，肺移植术后缺血-再灌注损伤仍然是导致手术后早期并发症和死亡的主要原因之一，致死率达16% ～25%，是原发性移植肺衰竭的重要原因，也是移植后发生慢性排斥反应的重要危险因素，影响长期生存率［2-5］。因此，研究移植肺缺血-再灌注损伤的特点、规律、发生机制及保护措施显得尤为重要。

一、移植肺缺血-再灌注损伤

从脑死亡或无心跳供体到手术后恢复移植肺循环的时间中，供肺受到一系列的伤害，最终的结果可能是肺衰竭。整个过程均与IRI密不可分，尽量缩短缺血期，提高保护肺的手段，以改善肺保存的质量，有利益肺移植的成功。移植肺缺血-再灌注损伤的原因包括几方面。

1.自由基:在肺实质的细胞内诸如内皮细胞、Ⅱ型肺泡上皮细胞、Clara细胞、纤毛气道上皮细胞及肺泡巨噬细胞等均有细胞内氧自由基产生。引起一系列细胞内毒素链式反应，氧自由基使脂质过氧化，蛋白质的功能受到抑制，引起细胞器损伤及细胞死亡;还可引起核酸损害，导致细胞内酶的失活;引发肺组织损伤，导致肺功能下降。

2.钙超载及钙振荡:缺血10～15 min即可使细胞内Ca2+浓度明显增高，再灌注后细胞内Ca2+浓度进一步增加，增加的量与缺血的严重程度相平行，缺血后再灌注所引起的细胞内Ca2+的蓄积是一个非常迅速的过程，大约在再灌注后10 min内即可接近最高值，缺血、再灌注细胞内Ca2+浓度增加，形成钙超载。此外，由于再灌注后迅速激活了细胞内的两个阳离子泵:肌浆网上的钙泵(Ca2+-ATP酶)和肌纤维膜上的钠泵(Na+-K+ATP酶)，钙泵激活后使胞浆中的Ca2+被泵入肌浆网池中，如泵入的Ca2+数量超过肌浆网的容量，则Ca2+又从肌浆网中释放到细胞浆，造成细胞浆Ca2+浓度时高时低，如此反复形成自发的钙振荡。

钙超载及钙振荡的过程中消耗大量的ATP，而进入线粒体的Ca2+又与含磷酸根的化合物结合形成磷酸钙，干扰线粒体的氧化磷酸化，使能量代谢障碍，ATP生成减少。钙超载促进黄嘌呤脱氢酶转变为黄嘌呤氧化酶，自由基生成增多，损伤肺组织。

3.血管内皮细胞和中性粒细胞:IRI的血管内皮细胞释放多种细胞黏附分子，促进中性粒细胞黏附和聚集，血小板沉积，造成微血管堵塞。中性粒细胞可释放大量的缩血管物质，造成微血管舒缩功能的改变，血液灌流进一步受阻，加重细胞的损伤和坏死。

4.供体肺采办过程中其它损伤对肺缺血再灌注损伤的放大作用:在供肺采办前所发生的损伤包括脑死亡、低血压、创伤、机械通气、肺部感染和误吸，可加重缺血再灌注损伤。

5.细胞凋亡:细胞凋亡可能与肺缺血再灌注损伤有关，研究显示在急性肺损伤的消散期有大量的肺Ⅱ型上皮细胞凋亡。再灌注恢复后，对移植肺进行病理活检，细胞凋亡数明显增加，且与再灌注时间相关。单纯缺血引起肺细胞凋亡轻度增加，再灌注后2 h肺细胞凋亡数达到峰值。

二、原发性移植肺衰竭(primary graft failure，PGF)

PGF是肺移植后重笃急性肺损伤综合征，与缺血-再灌注损伤有着密不可分的关系，简言之PGF是严重移植肺缺血-再灌注损伤的结果。移植肺缺血-再灌注损伤以非特异性肺泡损伤、肺水肿和低氧血症为特点，发生于肺移植术后72 h内。根据动脉氧分压与吸入氧分数之比(PaO2/FiO2，P/F)，临床严重度可以分为4级:0级表现轻度的低氧血症(P/F＞300)，肺部无浸润;1级肺部出现渗出性病变(P/F＞300);2级可以是危重的急性呼吸窘迫综合征(P/F200～300)，3级的表现为最严重，PGF(P/F＜200)。胸部X线检查呈现移植肺间质和肺泡弥漫性渗出性病灶，提示移植肺微血管渗出增加以及广泛的肺泡损伤。肺泡氧-动脉氧梯度(A-a梯度，正常值20～65 mm Hg)升高，说明机体显著缺氧，A-a梯度差值越大，呼吸窘迫的程度越严重。此外，手术结束时采用血乳酸水平反映PGF的严重程度，在临床上需要排外肺炎、肺静脉流出道梗阻、左心压力升高以及超急排斥反应等情况。PGF是移植后死亡的重要原因，30 d病死率为没有发生PGF者的8倍以上，肺移植术后死亡的患者，77%左右源于PGF。存活者康复滞后如6 min步行实验(6MWT)PGF患者低于无PGF患者，受损的生理功能修复时间可长达1年。

PGF的发生率为10.7%左右，多因素分析表明供体与PGF相关的独立因素有:年龄＞45岁和头颅损伤;与受体相关的因素包括:①体质指数(body mass index，BMI)＞25 kg/m2;②女性;③Eurocollins保存液;④单肺移植;⑤缺血时间;⑥移植时肺动脉收缩压高;与受体疾病相关的因素为原发或继发性肺动脉高压以及原发或继发性肺纤维化。

PGF为多种病理机制作用的最终结果，肺缺血-再灌注期间活性氧(reactive oxygen species，ROS)的产生有至关重要的作用。ROS直接损伤肺的内皮细胞和上皮细胞，启动炎症连锁反应、上调黏附分子和凝血前因子增加导致肺损伤。隔绝肺抗原胶原蛋白V型、供体HLA-Ⅱ表达上调及补体激活等参与PGF的发生与发展。

改善肺保存技术，包括肺保存液的容量、温度、压力、成分以及肺膨胀状态、通气参数等均有益于PGF的防范，治疗措施必须给予正压通气、药物支持、甚至体外膜对肺进行氧疗。

三、保护移植肺的优化

1.自由基清除剂:自由基清除剂(free radical scavenger，FRS)分为两类:一是低分子FRS如还原性谷胱甘肽，通过提供电子，使自由基还原，降低自由基反应。二是酶性FRS，如超氧化物歧化酶。它们可单独应用，也可以联合应用。通过清除IRI过程中形成的自由基，以对抗自由基对机体的损伤，起到对肺的保护作用。

2.钙拮抗剂:阻断钙内流对防止IRI有良好的作用，具有阻滞钙通道作用的血管扩张药物如异博定等对再灌注后肺损伤具有更好的效果。目前钙拮抗剂减轻IRI的研究报道很多，但在肺移植保护方面非常少，值得关注。

3.与炎症介质、细胞因子等血管活性物质有关的药物

(1)一氧化氮(nitric oxide，NO):NO通过环磷酸鸟苷(cyclic guanosine monophosphate，cGMP)途径发挥作用，在肺脏NO可以调节肺血管张力，改善通气/血流比值。在Perfadex液中加入硝酸甘油能明显改善供肺的氧合，降低肺血管阻力及吸气峰压;而且对延长供肺保存时间的作用明显。其可使供肺的热缺血损伤明显减轻，还能抑制炎症反应，减轻肺水肿。在大鼠肺移植模型中，注射腺病毒编码的内皮结构型一氧化氮合酶(constitutive nitric oxide synthase，cNOS)基因做实验，发现通过腺病毒介导的cNOS基因转移可提高体内的NO浓度，使NO发挥作用，减轻肺IRI，改善移植后的肺功能。

(2)内皮素21(endothelin 21，ET21)受体拮抗剂:IRI可引起肺动脉内皮受损，导致ET21升高，并以自分泌和旁分泌的形式作用于肺血管平滑肌上的ET2A受体，导致肺微小动脉收缩。ET21直接抑制血管内皮细胞NOS可导致NO产生减少，增加肺血管阻力，引起肺间质水肿，影响肺换气功能。因此，通过ET21受体拮

抗剂阻断ET21，可减轻肺IRI。在犬左肺移植实验中证实，非选择性ETA/ETB受体拮抗剂可以减少诱导型NOS的表达，并降低细胞凋亡的程度，从而减轻肺的IRI，改善肺功能。

(3)前列环素类物质:这类物质的减少是促发再灌注损伤，加重再灌注损伤的重要因素，通过外源性前列环素类物质阻断IRI的发生日益得到重视，取得了一定的效果。

(4)血小板激活因子(platelet-activating factor，PAF)拮抗剂:PAF在肺IRI中可刺激白细胞趋化、黏附和颗粒释放，造成肺组织损伤;增加糖蛋白表达和激活，促进白细胞与内皮细胞黏附;引起血管壁通透性增加，导致肺水肿等变化，故通过PAF拮抗剂如BN52021，阻断PAF以减轻肺IRI不失为可取的保护方法之一。

(5)核因子κB(nuclear factor κB)抑制剂:肺IRI期间再灌注时间的延长逐渐出现肺功能降低，核因子κB mRNA和蛋白表达明显增加。基因转导的核因子κB抑制剂对移植肺IRI具有保护作用，可使移植术后2 h凋亡细胞的死亡减少，改善肺功能。

(6)其它:抑肽酶、TNF2α抑制剂、己酮可可碱等也在实验中证实对肺IRI有一定的保护作用。

(7)供肺选评:肺保存的成功尚取决于选择器官自身的好坏。

四、结语

迄今为止，对于移植肺IRI的研究，绝大部分是在实验动物身上进行的，然而这些实验资料却已经为缺血再灌注损伤的临床防治提供了重要的启示和借鉴，为临床研究奠定了重要的基础。但真正应用于临床尚需进一步的努力，随着医学科学的发展肺移植相关技术将会逐渐完善并广泛开展，并为人类带来福音。

1 孙相华，洪志鹏.肺移植供肺保存的现状与进展［J］.中华肺部疾病杂志:电子版，2012，5(2):56-59.

2 Willem A den Hengst，Jan F Gielis，Judy Y Lin，et al.Lung ischemia-reperfusion injury:a molecular and clinical view on a complex pathophysiological process［J］.Am J Physiol Heart Circ Physiol，2010，299(5):H1283-H1299.

3 de Perrot M，Liu M，Waddell TK，et al.Ischemia-reperfusion-induced lung injury［J］.Am J Respir Crit Care Med，2003，167(4):490-511.

4 Lehmann S，Barten MJ，Topf C，et al.Donor type impact on ischemia-reperfusion injury after lung transplantation［J］.Ann Thorac Surg，2012，93(3):913-919.

5 Rong J，Ye S，Wu ZK，et al.Controlled oxygen reperfusion protects the lung against early ischemia-reperfusion injury in cardiopulmonary bypasses by downregulating high mobility group box 1［J］.Exp Lung Res，2011，38(4):183-191.