缺血再灌注损伤时微循环障碍的发生机制

罗增媛综述 孔小燕审校

局部组织器官可因血液灌注量减少发生缺血性损伤，尽早恢复血液再灌注有利于减轻缺血性损伤，但近年来发现，恢复血液再灌注后，某些情况下会进一步导致组织结构破坏和功能障碍，这种现象称为缺血再灌注损伤（Ischemia－Reperfusion Injury，IRI），又称再灌注损伤（Reperfusion Injury，RI）［1］。IRI是创伤、扩血管药物治疗、溶栓治疗、介入治疗、器官移植和休克复苏治疗后再损伤的重要病理基础，其发生机制甚为复杂，一直是研究的热点。目前认为IRI基本机制主要是自由基、细胞内钙超载、炎症反应、细胞凋亡及白细胞介导的微循环障碍等多因素、多途径共同作用的结果。而微循环障碍是IRI引起组织脏器功能障碍的关键原因，在IRI过程中具有重要作用［2］。已有大量文献报道在脑、心、肠系膜等的IRI过程中均可出现微循环障碍，并对IRI的发展和该脏器的预后具有重要影响，现就微循环障碍与IRI研究的相关进展综述如下。

1 IRI与微循环障碍

微循环（Microcirculation）是指微动脉与微静脉之间的微血管血液循环，是直接参与组织、细胞的物质、信息、能量的传递系统。健全的微循环功能是保证体内重要脏器执行正常功能的首要前提。当微血管与微血流水平发生功能或器质性紊乱后，组织、器官会出现微循环障碍。离体和在体实验表明，多种脏器发生IRI时出现微循环障碍，在此过程中不仅局部组织器官发生微循环紊乱，而且还可累及远隔组织器官。马铁柱等［3］研究发现，急性脑IRI后脑皮质微血管发生结构改变，微血管完全断裂时产生“烛泪”状血管铸型断端，形成皮层无血管区，最终导致脑微循环障碍。李建学等［4］的实验表明，心脏IRI会导致心肌细胞的超微结构变化，缺血缺氧后，毛细血管内皮细胞损伤严重，遂发生明显血管外间质水肿。水肿液将毛细血管和心肌纤维分离，使缺血缺氧心肌进一步损害，直至不可逆性坏死。孔小燕等［5］研究发现大鼠肢体IRI后肠系膜微循环发生异常变化及血液流变性改变，主要表现为肠系膜微动、静脉管径扩张，血流速度减慢，微血管中大量白细胞贴壁、黏附，白微栓形成增多，部分毛细血管闭塞、血流停滞，并伴有管周出血现象。

2 IRI时微循环障碍发生的机制

IRI的微循环障碍机制甚为复杂，目前尚未完全阐明，可能与以下因素有关。

2.1 氧自由基作用

自由基（Free Radical）是外层电子轨道含有一个或多个不配对电子的原子、原子团和分子的总称，由氧衍生的自由基称为氧自由基（OFR），包括超氧阴离子自由基（O－2）和羟自由基（OH·）。IRI时机体可通过多种途径生成一系列活性氧如O－2、H2O2、OH·等［6］，对组织细胞造成严重损害。自由基活泼的化学特性使其极易与各种细胞结构成分如膜磷脂、蛋白质、核酸等发生反应，造成细胞结构损伤和功能代谢障碍。氧自由基的大量生成和（或）脂质过氧化反应可引起微循环中微血管内皮细胞膜的稳定性和通透性平衡失调、内皮细胞内分泌和旁分泌受损、黏附分子表达增加，继而发生血管舒缩功能和抗血栓功能损害及血管重构等级联反应。细胞内环境失衡后，内皮层胶原和基膜中的核酸发生不可逆性降解，随之激活细胞趋化性，使血小板和颗粒细胞黏附在毛细血管末端，堵塞微循环，并引起毛细血管内压明显升高，同时，自由基损伤血管内皮细胞后，可能增加血管壁的通透性，使血浆外渗到组织间隙中，引起血液浓缩，黏度增加，加上组织水肿液压迫毛细血管静脉端，使毛细血管管径狭窄，当管径小于5μm时，红细胞难以通过，导致红细胞和血小板聚集，形成红色及白色血栓堵塞微循环。氧自由基还可通过激活氨基端激酶JNK／c－jun途径上调Fas表达，诱导内皮细胞内的线粒体DNA损伤［7］，破坏其增殖与凋亡平衡，导致血管生成或内皮细胞缺失。对此，若能提高超氧化物歧化酶（SOD）水平，则可减少、清除自由基，改善微循环，保护细胞及组织。

2.2 白细胞的作用

当机体发生IRI时，循环血液内白细胞（主要是中性粒细胞）明显增加，并释放大量炎性介质和细胞因子，吸引更多的中性粒细胞聚集、黏附于血管内皮，主要分布于毛细血管前括约肌和后微静脉内皮而阻塞毛细血管，减少组织灌注量；白细胞黏附血管内皮除直接造成内皮细胞损伤，还可迁延至缺血组织细胞，释放大量氧自由基和蛋白水解酶，进一步加重内皮损伤，引起毛细血管痉挛、血小板聚集、血栓形成、血管通透性增加、组织水肿等一系列病理变化，造成微循环障碍。

2.3 核转录因子－κB的调控

核转录因子－κB（Nuclear Factor，NF－κB）是一类能与许多种基因启动子部位的κB位点发生特异结合，并促进转录的蛋白质的总称。NF－κB家族由5种蛋白组成：NF－κB l（P50）、NF－κB 2（P52）、P65（RelA）、c－Rel、RelB。其中 P65和P50或c－Rel形成的异源二聚体是诱导基因表达的最常见形式。NF－κB是处于信息调控下游中心地位的一种核转录因子，是一系列前炎症基因激活的共同途径。NF－κB的失活与激活通过其在胞核和胞浆穿梭的动态平衡来实现［8］。IRI时，细胞浆内处于失活状态的NF－κB被激活，并迅速移位至细胞核，使NF－κB表达量显著增加，并与靶基因启动子或增强子的κB位点特异性结合，从而启动靶基因转录，参与多种生物学反应。NF－κB可能通过调节黏附分子如细胞间粘附分子－1（Intercellular Adhesion Molecule，ICAM－1）、血管细胞粘附分子－1（Vascular Cell Adhesion Molecule，VCAM－1）、单核细胞趋化蛋白－1（Monocyte Chemoattractant Protein，MCP－1）和前炎性细胞因子如肿瘤坏死因子－α（Tumor Necrosis Factor，TNF－α）、白介素－2（Interleukin－2）、白介素－6（Interleukin－6）、白介素－8（Interleukin－8）、免疫反应性纤维结合素－β（Immunoreactive Fibronectin，IFN－β）以及趋化因子如环氧化酶2（Cyclooxygenase 2，COX－2）、磷脂酶 A2（Phospholipase A2，PLA2）、酶、受体等的表达在微循环损伤中发挥重要作用［9］。NF－κB作为炎症发生发展的最早始动环节［10］，其影响微循环的作用机制可能为：（1）白细胞损伤作用。白细胞受趋化因子的诱导，从血液轴流逐渐移向边流，并在内皮细胞表面附着，在E－选择素、P－选择素和L－选择素的参与下，白细胞与内皮细胞形成黏附力，与此同时，白细胞在炎性介质作用下被激活，其表面整合素（CD11a／CD18和CD11b／CD18）［11］与 内 皮 细 胞 上 的 黏 附 分 子 （ICAM－1、ICAM－2）紧密结合，使白细胞和内皮细胞牢固地黏附在一起，进而堵塞微血管，导致血管内皮细胞肿胀、微血管口径变窄、微血管通透性增加、组织间质水肿等，局部组织炎症和微血管损伤、微循环障碍。（2）微血栓形成。NF－κB的活化，可促进血管性假血友病因子（von Willebrand Factor，vWF）表达，介导血小板、白细胞黏附于血管内皮细胞，形成广泛微血栓。（3）NF－κB活化还能促进内皮细胞合成组织因子（Tissue Factor，TF），激活外源性凝血途径，从而影响凝血的动态平衡和微循环灌流。因此，适度干预NF－κB活化有重要临床价值［12］。目前已有多种抑制NF－κB活性药物，如蛋白酶体抑制剂、促红细胞生成素、肝素、α硫辛酸、抗氧化剂、噻唑酮类药物、磷酸酶抑制剂、免疫抑制剂等已应用于临床。陈茂松等［13］研究表明使用NF－κB激活抑制剂脯氨酸二硫代氨基酸酯（ProPDTC）可下调TNF－α、单核细胞炎性蛋白－2（Monocyte Inflammatory Protein，MIP－2）、ICAM－1，使移植胰腺内 NF－κB活性明显降低，减少白细胞黏附和浸润，改善微循环障碍。

2.4 无复流现象

实验与临床观察发现，在缺血原因去除后，缺血区并不能得到充分的血流灌注，微循环仍然阻塞，Kloner等将此现象描述为无复流现象（No－Reflow Phenomenon）。这种无复流现象不仅存在于心肌，也见于脑、肝、肾、骨骼肌等组织器官缺血后的再灌注过程。无复流现象是IRI时微循环障碍的主要表现。

2.4.1 微血管内血液流变性改变：生理情况下，血管内皮细胞与血液中流动的中性粒细胞的相互排斥作用是保证微血管血流灌流的重要条件。IRI后内皮细胞被激活，ICAM－1表达上调，为中性粒细胞的黏附、浸润、激活提供了物质基础［14］。激活的中性粒细胞与内皮细胞相互作用，释放多种炎症介质如弹力蛋白酶、氧自由基等，尤其是中性粒细胞释放的酰胺酶能引起血管通透性显著增加，导致中性粒细胞从血管床迁移至组织间隙，既引发组织血流减少，又与血管内皮细胞相互黏附，堵塞微血管。另外，在细胞因子与黏附分子作用下，大量血小板在缺血组织中聚集，形成血小板微血栓等，加重无复流现象和微循环障碍。

2.4.2 微血管结构损伤：激活的中性粒细胞及血管内皮细胞可释放大量致炎物质，如活性氧、蛋白酶、溶酶体酶等，引发自身膜结构、骨架蛋白降解，甚至细胞死亡，导致微血管结构损伤。直接引起：⑴微血管管径狭窄。IRI早期，细胞内Na＋、H＋、Ca2＋增加引起细胞内渗透压升高与细胞膜结构损伤、膜离子泵、离子通道蛋白功能障碍，共同造成血管内皮细胞肿胀、微血管管径变窄。⑵微血管通透性增高。微血管结构损伤，内皮细胞完整性破坏，血管通透性增加，引发组织水肿、血液浓缩、组织无复流、微循环障碍。

2.4.3 微血管舒缩功能失调：微血管的收缩与舒张平衡是维持正常微循环灌注的基础，这种平衡依赖于微血管的血管收缩和扩张物质的调控，血管内皮细胞和平滑肌细胞在调节这种平衡中发挥着重要作用。在IRI时，激活的中性粒细胞和血管内皮细胞可释放大量缩血管物质如内皮素、血管紧张素Ⅱ、血栓烷A2等，而扩血管物质如一氧化氮、前列环素释放减少，也导致无复流现象的发生及微循环障碍。

2.5 血小板活化

研究证实，血小板活化及其释放的颗粒在促进血栓形成、激活补体以及诱导器官移植再灌注的炎症反应中起着重要作用。机体IRI后，活化的血小板能释放致密颗粒、α－颗粒、溶酶体等，使血管内皮发生改变，主要诱导中性粒细胞趋化、渗出，并形成血小板－中性粒细胞复合物（Platelet－Neutrophil Complexes，PNCs），促进微血栓形成，加重组织炎症反应，影响微循环［15］。

3 小 结

总之，IRI与微循环障碍是一系列复杂的病理生理过程。近年来，随着认识的不断深入和大量体内外研究论证，表明积极改善微循环障碍可明显减轻IRI，如Wang等［16］研究发现总丹酚酸可改善IRI大鼠肠系膜微循环障碍，Sccholz等［17］的实验表明高渗盐水和右旋糖酐能改善再灌注微循环障碍，从而提高整体游离皮瓣的生存能力，利用远程缺血预处理［18］IRI这一新型保护方法，可减轻血管创伤及对靶器官的压力，对器官移植、器官切除、休克等的临床干预是一种理想方法，期望更多的研究成果应用于临床。

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