缺血预适应及其在肾脏手术中的应用进展

高 帅， 郭义峰

上海交通大学附属第一人民医院泌尿外科，上海 200080

综 述

缺血预适应及其在肾脏手术中的应用进展

高 帅， 郭义峰*

上海交通大学附属第一人民医院泌尿外科，上海 200080

缺血预适应(ischemic preconditioning, IPC)是指通过1次或反复多次短暂、低强度的缺血预处理能减轻和抵抗随后长时间的缺血、缺氧造成的组织损伤。前期研究集中于血流丰富、易受缺血损伤的器官,如心、脑、肾。近年来对模型构建、机制研究、临床应用都作了进一步的深入研究。本研究对缺血预适应研究进展及其在肾脏中的应用前景作一综述。

缺血预适应；肾脏；肾脏损伤；临床应用

Murry等[1]在1986年在犬模型研究中发现，通过缺血预处理能减小犬心肌缺血损伤造成的心肌梗死面积，从而提出缺血预适应(ischemic preconditioning, IPC)的概念。它是指通过1次或反复多次短暂、低强度的缺血预处理能减轻和抵抗随后长时间的缺血缺氧造成的组织损伤。心脏、脑、肾脏各有独特的生理及功能特性，其耗氧量及血流量均较大，易受缺血、缺氧及再灌注损伤，是缺血预适应的研究热点。多种因素可导致肾脏损伤，如：多器官功能障碍、手术创伤、肾损伤药物应用等，导致患者病死率上升、慢性肾脏病及心血管事件风险增加。进展至肾衰竭的患者需要肾脏替代治疗。在多种干预手段中，通过IPC改善肾脏损伤成为一种具有应用性的研究。随着研究的进展，学者对IPC的认识有了进一步扩展，深入了解了其作用机制，并在临床中逐步得到验证与应用。本文对IPC研究进展及其在肾脏中的应用前景做一综述。

1 缺血预适应相关概念及延伸

1.1 IPC IPC分为早期预适应与延迟预适应。早期预适应又称经典预适应，发生在预适应缺血期，持续时间短，数秒至2 h。延迟预适应发生于预处理刺激后24 h，持续时间长，为24～72 h。为与远程缺血预适应(remote ischemic postconditioning, RIPC)区分，IPC又可称局部缺血预适应(local ischemic preconditioning, LIPC)。

1.2 缺血后适应(ischemic postconditioning, IPostC) 在IPC研究基础上，Zhao等[2]2003年在犬模型中，于再灌注早期重复给予冠脉闭塞与再通处理，发现这种方法同样减轻了缺血再灌注损伤，提出了IPostC的概念，即再灌注早期重复给予几次短暂的非致死性缺血再灌注。IPostc可明显减轻再灌注损伤。与IPC相比，IPostC将预处理放在首次再灌注损伤之后。Iliodromitis等[3]研究表明，后适应的时间处理极为重要，延迟1 min进行的后适应处理将会使其保护作用消失。

1.3 药物预适应(drug preconditioning, DPC) 与IPC的外处理不同，研究[4-6]发现，很多药物可改善器官的缺血耐受。Yang等[4]在大鼠缺血再灌注损伤前24 h给予皮下注射促细胞生成素(EPO)，减轻了再灌注损伤造成的肌酐升高、肾小管坏死。Patel等[5]的实验也证实，提前注入EPO对经历缺血再灌注损伤小鼠肾脏的保护作用。Gottmann[6]在大鼠移植肾的缺血再灌注损伤模型中，发现缺血前24 h予多巴胺或多巴酚丁胺均可减轻肾脏损伤引起的血肌酐升高。

1.4 RIPC Murry提出IPC的概念后，Przyklenk等[7]进一步研究表明，缺血预处理的保护作用不仅作用于局部组织，还可以保护远隔组织，这种现象被称为RIPC。RIPC随后在脑、肾等器官中得到证实。由于肾脏血管密布、血流丰富及其血液滤过功能，使之更容易受到远隔器官的影响。

2 IPC的动物模型研究

1986年，Murry等[1]对犬冠状动脉左旋支予5 min夹毕后予5 min开放血流，在随后的40 min缺血后，心肌损伤减轻，表现为心肌梗死面积减小、心肌能量代谢障碍改善。

1993年，Przyklenk等[7]在犬的心脏模型中，用4次5 min缺血和5 min再灌注的预适应使得心脏对随后的持续缺血脏灌注损伤有明显的抵抗作用。

1999年，Takaoka等[8]对兔肾动脉进行10 min缺血20 min再灌注预处理，再对冠状动脉进行40 min缺血120 min再灌注处理，结果表明，与单纯缺血与冠脉预处理相比，对肾动脉的预适应改善了心肌能量代谢，减小了心肌梗死面积，分析其原因，可能与IPC促进了三磷酸腺苷的恢复有关，证实了远隔器官预适应的保护作用。

2003年，Zhao等[2]对犬左前降支冠状动脉予60 min阻断缺血后，随后予30 s再灌注，30 s缺血，重复3次，再行3 h再灌注。发现这种方法较5 min缺血同样减轻了缺血再灌注损伤，随后提出了IPostC的概念。其与IPC主要差异就是再灌注时间，前者在器官缺血之前，后者则在器官缺血之后。

2006年，Joo等[10]对小鼠肾脏IR损伤模型进行研究：(1)早期IPC，小鼠予右侧肾切除，通过钳夹左侧肾蒂的方法，予连续4次5 min缺血和5 min灌注的预处理，15 min后，再予30 min缺血及24 h再灌注。(2)晚期IPC，小鼠予右侧肾切除，通过钳夹左侧肾蒂的方法，予连续4次5 min缺血和5 min灌注的预处理，24 h后，再予30 min缺血及24 h再灌注。发现较早期IPC，晚期IPC后血肌酐更低，提示晚期IPC可能具有更强大的肾脏保护作用；晚期IPC小鼠的肾脏髓质血流较早期IPC增加，认为血流动力学的改善可能是晚期IPC保护作用更强的原因。

2007年，Song等[11]利用大鼠模型验证了短暂的小肠缺血减弱了肾缺血和随后的再灌注损伤，表现为血肌酐、血尿素氮、丙二醛表达下降，肾脏形态学改变减轻，超氧化物歧化酶和过氧化氢酶的活性增加。

不同动物、动物的不同器官模型建立方法各不同，如缺血及灌注时间控制、不同血管夹闭的力度。随着研究进展，延迟预适应的保护效果得到肯定，远程预适应具有无创、经济、实用性的优点，远期延迟预适应的研究可能更具发展性。

3 IPC的临床研究

3.1 心脏手术 Zimmerman等[12]对接受择期心脏手术的120例患者进行了随机单盲的控制研究，在术前对RIPC组患者予大腿自动化止血带3次5 min缺血与5 min再灌注处理，显著降低了其术后急性肾损伤风险。

Thielmann等[13]对即将接受体外循环冠状动脉搭桥术的患者，在麻醉诱导后应用左上肢血压袖带加压至200 mmHg(1 mmHg=0.133 kPa)导致缺血的方式，予3次5 min缺血与5 min再灌注处理，发现术后患者血肌酐峰值降低。

Er等[14]在接受冠脉介入手术患者中发现，以上肢血压袖带加压的方式，予4次5 min缺血与5 min再灌注处理，结果显示RIPC可降低造影剂诱导的急性肾损伤发生率。

Zarbock等[15]主持的一项多中心双盲随机对照研究显示，对预接受心脏手术的高风险患者，在术前给予 RIPC 治疗后，急性肾损伤的发生率显著降低，且术后需要接受肾脏替代治疗(RRT)的患者数量较对照组减少。这项研究纳入了心脏手术、冠脉介入治疗、腹腔镜下肾切、肾移植等17项临床项目，在接受RIPC的处理后，8 项研究结果显示 RIPC 可降低急性肾损伤的发生率或改善肾功能，2项研究显示生物标志物的改变，而7项研究得到了阴性结果。阴性结果的原因可能是患者个体情况、并发症、手术操作、RIPC方案的设定不同。

然而，Choi等[16]研究显示，对于经历复杂心血管手术的患者，RIPC没有减少急性肾损伤的发生或减轻急性肾损伤程度，虽然心肌损伤减轻并缩短了重症监护室监护时间。Young等[17]研究表明，RIPC并没有降低高风险心脏患者术后高灵敏度肌钙蛋白T水平、急性肾损伤发生率。 原因可能是这些研究未将患者进行危险度分层，而纳入了更多的低危患者。

3.2 非心脏手术 在非心脏领域手术中，肾脏的血流高灌注特点也成为关注热点。Ali等[18]研究显示，RIPC措施可使择期开腹行腹主动脉瘤修补术患者急性肾损伤发生率明显降低，并减少了术后心肌损伤、心肌梗死的发生。

Huang等[19]对腹腔镜下部分肾切除患者实施 RIPC，结果显示，术后1个月内肾小球滤过率下降的患者较对照组更少，但术后6个月没有显著差异，考虑需要更大样本的临床研究。

Wu等[20]对接受肾移植术的受者，在术中对髂外动脉予3次5 min缺血与5 min再灌注处理，发现早期血肌酐、肾小球滤过率的恢复增强，开放血流30 min后的肾组织病理形态学并无差异。提示对肾移植术受者术前RIPC可能有助于肾功能的改善。但Chen等[21]设计了活体肾移植的RIPC，在单侧大腿上利用血压袖带加压至300 mmHg，3次5 min缺血与5 min再灌注处理，分为对照组、供者组(对供者RIPC)、受者组(对受者RIPC)3组。结果显示，该措施并未改善受者术后早期肾功能，作者认为可能是单肢RIPC效力不够或试验只对供者或受者行RIPC，对供受者同时行RIPC可能有不同的结果。

4 IPC的保护机制研究进展

以往对IPC保护作用的研究阐述了很多可能的机制，如预处理缺血、缺氧刺激引起内源性介质如腺苷、阿片类物质、NO缓激肽、前列环素等的释放；预适应作用晚期，内源性介质激活相应的G蛋白偶联受体、细胞膜受体等，继而激活细胞不同的信号通路；多种效应蛋白得以表达，从而发挥保护作用。

随着对IPC保护作用研究的不断深入，发现没有单独的机制或机制可以完整解释机体的保护作用，现在倾向于认为神经、体液、免疫等综合因素参与其中。

Kharbanda等[22]对青年志愿者的IPC研究发现，IPC后血管内皮损伤减轻、血液中血小板-中性粒细胞复合体聚集减少、嗜中性粒细胞CD11b表达下调，说明IPC可能通过减轻内皮细胞的炎症反应起到保护作用。

Ma等[23]对大鼠心脏缺血的研究发现，细胞缺血时，因供能不足导致大量钙离子内流、线粒体功能障碍，而IPC能激活多种分子，包括磷酸肌醇3-激酶、Akt、一氧化氮合成酶(NOS)、环鸟苷酸(PKG)、蛋白激酶C(PKC)，并使线粒体ATP敏感钾离子通道(mKATP)开放，抑制线粒体通透性转换通道，进而抑制细胞凋亡，促进细胞存活。

Hu等[24]对大鼠采用右下肢袖带3次5 min加压5 min放松的预处理，1 h后对大脑右侧中动脉进行2 h缺血24 h再灌注，发现预适应(RIPC)组与应用腺苷受体A1激动剂(CCPA)组神经功能缺损评分与脑梗面积较应用腺苷受体A1抑制剂(DPCPX)对照组减小。RIPC组与CCPA组显著提高了锰超氧化物歧化酶(MnSOD)与NO的代谢，利用DPCPX处理后，MnSOD与NO的改变消失。RIPC组与CCPA组使谷胱甘肽(GSH)和丙二醛(MDA)+4-羟基烯醛(4-HDA)聚积增多、氧化性谷胱甘肽(GSSG)聚积减少，这在血清与组织中都有表现。因此他们认为，肢体RIPC神经保护作用可能依赖于腺苷A1受体，与氧化应激的下调、炎症反应与内源性抗氧化作用有关。

肾脏血管丰富、血流量大，缺血、缺氧可激活补体系统，产生具有趋化活性的物质，吸引中性粒细胞的黏附，使促炎症基因表达上调，释放多种炎症介质，加剧炎性反应，而炎性反应与缺血、缺氧恶性循环，进一步加剧肾脏损伤。Garab等[25]对大鼠采用后肢止血带缠绕+小止血夹闭塞股动脉的方法，进行缺血2次10 min再灌注预处理，随后通过夹闭肝动脉和门静脉侧支60 min缺血与180 min再灌注处理构建RIPC模型。研究发现，RIPC显著降低了缺血再灌注损伤引起的肝脏NADPH氧化酶2(NOX2)表达，但NOX4表达保持不变。他们认为，RIPC提供了显著但不完全的保护，防止了白细胞-内皮细胞相互作用及损伤的加重。在RIPC限制缺血再灌注诱导的微循环功能障碍中，保护作用不影响所有的NOX同源物，残余损伤和炎症活化可能与NOX4活性未改变有关。

[1] MURRY C E, JENNINGS R B, REIMER K A.Preconditioning with ischemia: a delay of lethal cell injury in ischemic myocardium[J].Circulation, 1986, 74(5):1124-1136.

[2] ZHAO Z Q, CORVERA J S, HALKOS M E, et al.Inhibition of myocardial injury by ischemic postconditioning during reperfusion: comparison with ischemic preconditioning[J].Am J Physiol Heart Circ Physiol, 2003, 285(2):H579-H588.

[3] ILIODROMITIS E K, ANDREADOU I, ILIODROMITIS K, et al.Ischemic and postischemic conditioning of the myocardium in clinical practice: challenges, expectations and obstacles[J].Cardiology, 2014, 129(2):117-125.

[4] YANG C W, LI C, JUNG J Y, et al.Preconditioning with erythropoietin protects against subsequent ischemia-reperfusion injury in rat kidney[J].FASEB J, 2003, 17(12):1754-1755.

[5] PATEL N S, SHARPLES E J, CUZZOCREA S, et al.Pretreatment with EPO reduces the injury and dysfunction caused by ischemia/reperfusion in the mouse kidney in vivo[J].Kidney Int, 2004, 66(3):983-989.

[6] GOTTMANN U, BRINKKOETTER P T, BECHTLER M, et al.Effect of pre-treatment with catecholamines on cold preservation and ischemia/reperfusion-injury in rats[J].Kidney International, 2006, 70(2):321-8.

[7] PRZYKLENK K, BAUER B, OVIZE M, et al.Regional ischemic 'preconditioning' protects remote virgin myocardium from subsequent sustained coronary occlusion[J].Circulation, 1993, 87(3):893-899.

[8] TAKAOKA A, NAKAE I, MITSUNAMI K, et al.Renal ischemia/reperfusion remotely improves myocardial energy metabolism during myocardial ischemia via adenosine receptors in rabbits: effects of "remote preconditioning"[J].J Am Coll Cardiol, 1999, 33(2):556-564.

[9] ATES E, GENç E, ERKASAP N, et al.Renal protection by brief liver ischemia in rats[J].Transplantation, 2002, 74(9):1247-1251.

[10] JOO J D, KIM M, D′AGATI V D, et al.Ischemic preconditioning provides both acute and delayed protection against renal ischemia and reperfusion injury in mice[J].J Am Soc Nephrol, 2006, 17(11):3115-3123.

[11] SONG T, PENG Y F, GUO S Y, et al.Brief small intestinal ischemia lessens renal ischemia-reperfusion injury in rats[J].Comp Med，2007,57(2):200-205.

[12] ZIMMERMAN R F, EZEANUNA P U, KANE J C, et al.Ischemic preconditioning at a remote site prevents acute kidney injury in patients following cardiac surgery[J].Kidney Int, 2011, 80(8):861-867.

[13] THIELMANN M, KOTTENBERG E, BOENGLER K, et al.Remote ischemic preconditioning reduces myocardial injury after coronary artery bypass surgery with crystalloid cardioplegic arrest[J].Basic Res Cardiol, 2010, 105(5):657-664.

[14] ER F, NIA A M, DOPP H, et al.Ischemic preconditioning for prevention of contrast medium-induced nephropathy: randomized pilot RenPro Trial (Renal Protection Trial)[J].Circulation, 2012, 126(3):296-303.

[15] ZARBOCK A, SCHMIDT C, VAN AKEN H, et al.Effect of remote ischemic preconditioning on kidney injury among high-risk patients undergoing cardiac surgery: a randomized clinical trial[J].JAMA, 2015, 313(21):2133-2141.

[16] CHOI Y S, SHIM J K, KIM J C, et al.Effect of remote ischemic preconditioning on renal dysfunction after complex valvular heart surgery: a randomized controlled trial[J].J Thorac Cardiovasc Surg, 2011, 142(1): 148-154.

[17] YOUNG P J, DALLEY P, GARDEN A, et al.A pilot study investigating the effects of remote ischemic preconditioning in high-risk cardiac surgery using a randomised controlled double-blind protocol[J].Basic Res Cardiol, 2012, 107(3):256.

[18] ALI Z A, CALLAGHAN C J, LIM E, et al.Remote ischemic preconditioning reduces myocardial and renal Injury after elective abdominal aortic aneurysm repair a randomized controlled trial[J].Circulation, 2007, 116(11 Suppl):L98-L105.

[19] HUANG J, CHEN Y, DONG B, et al.Effect of remote ischaemic preconditioning on renal protection in patients undergoing laparoscopic partial nephrectomy: a 'blinded' randomised controlled trial[J].BJU Int, 2013, 112(1):74-80.

[20] WU J, FENG X, HUANG H, et al.Remote ischemic conditioning enhanced the early recovery of renal function in recipients after kidney transplantation: a randomized controlled trial[J].J Surg Res, 2014, 188(1): 303-308.

[21] CHEN Y, ZHENG H, WANG X, et al.Remote ischemic preconditioning fails to improve early renal function of patients undergoing living-donor renal transplantation: a randomized controlled trial[J].Transplantation, 2013, 95(2):e4-e6.

[22] KHARBANDA R K, NIELSEN T T, REDINGTON A N.Translation of remote ischaemic preconditioning into clinical practice[J].Lancet, 2009, 374(9700):1557-1565.

[23] MA H, HUANG X, LI Q, et al.ATP-dependent potassium channels and mitochondrial permeability transition pores play roles in the cardioprotection of theaflavin in young rat[J].J Physiol Sci, 2011, 61(4):337-342.

[24] HU S, DONG H, ZHANG H, et al.Noninvasive limb remote ischemic preconditioning contributes neuroprotective effects via activation of adenosine A1 receptor and redox status after transient focal cerebral ischemia in rats[J].Brain Res, 2012, 1459:81-90.

[25] GARAB D, FET N, SZABA, et al.Remote ischemic preconditioning differentially affects NADPH oxidase isoforms during hepatic ischemia-reperfusion[J].Life Sci, 2014, 105(1-2):14-21.

[本文编辑] 叶 婷， 晓 璐

Research progress of ischemic preconditioning and application in kidney

GAO Shuai, GUO Yi-feng*

Department of Urology, Shanghai General Hospital, Shanghai Jiao Tong University School of Medcine, Shanghai 200080, China

Ischemic preconditioning (IPC) is a process where by once or repeated short and low intensity of IPC in reducing and protecting the subsequent long-term tissue damage caused by ischemia and anoxia.The previous researches were focused on organs with rich of blood supply and vulnerable to ischemic damage such as the heart, brain and kidney.The further understanding of the model construction, mechanism, clinical applications were made in recent years.This study is the review of the research progress of ischemic preconditioning and its clinial application prospect in kidney.

ischemic preconditioning; kidney; kidney injury; clinical application

2016-06-25[接受日期]2016-11-14

国家自然科学基金(81370842).Supported by the National Natural Science Foundation of China (81370842).

高 帅，硕士生.E-mail: gaoshuai@sjtu.edu.cn

*通信作者(Corresponding author).Tel: 021-63240090, E-mail: gyfnd@sina.com

10.12025/j.issn.1008-6358.2016.20160700

R 692

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