止血带诱发缺血再灌注损伤的预防治疗研究进展

【摘要】 止血带是骨科手术常用的止血设备，应用于四肢手术，可以维持清晰、无血的手术视野，减少失血量，加速康复。同时，止血带的使用会给患者带来许多不良反应，包括炎症反应、缺血再灌注损伤（ischemia reperfusion injury，IRI）等，严重甚至危及生命。本文对止血带诱发IRI的机制、影响及预防治疗措施做了总结与探讨，旨在为预防治疗止血带诱发IRI提供新的理论依据。

【关键词】 止血带 缺血再灌注损伤 缺血预处理

Research Progress on Prevention and Treatment of Tourniquet Induced Ischemia Reperfusion Injury/YAO Huijie， ZHAO Tao， LI Ximing. //Medical Innovation of China， 2024， 21（29）： -188

[Abstract] Tourniquet is a hemostatic device commonly used in orthopedic surgery. It can maintain a clear and bloodless surgical field of view， reduce blood loss and accelerate recovery. At the same time， the use of tourniquet would cause a lot of adverse reactions to patients， including inflammation and ischemia reperfusion injury （IRI）， which is serious or even life-threatening. This paper summarizes and discusses the mechanism， influence and preventive treatment measures of tourniquet induced IRI， aiming to provide a new theoretical basis for the prevention and treatment of tourniquet induced IRI.

[Key words] Tourniquet Ischemia reperfusion injury Ischemic preconditioning

First-author's address： School of Anesthesiology， Shandong Second Medical University， Weifang 261053， China

doi：10.3969/j.issn.1674-4985.2024.29.041

骨科四肢手术中常应用止血带来减少患者术中失血量，但同时也会让患者出现组织器官缺血再灌注损伤（ischemia reperfusion injury，IRI），严重者甚至危及生命[1]。尽管肢体缺血后再灌注可以使组织器官功能得到恢复，但也可能会导致组织、器官功能障碍，甚至发生不可逆性的结构损伤，将这种在缺血基础上恢复血流后组织损伤反而加重的现象称为IRI[2]。止血带诱发IRI后，肢体原发部位和远隔器官均可受到损伤，当受损器官长期缺血时会引发多种疾病，如弥散性血管内凝血和多器官功能障碍综合征，严重威胁患者生命安全[3]。止血带诱发的IRI机制复杂，各机制间相互联系，相互影响。近年来，越来越多的方式和药物被用来预防治疗止血带诱发的IRI。本文针对预防及治疗止血带诱发的IRI的研究进行综述，为围手术期预防和治疗止血带诱发的IRI提供参考。

1 止血带诱发IRI的定义及影响

1.1 止血带诱发IRI的定义

止血带诱发IRI是由于止血带的应用，对患者肢体持续加压，在缺血缺氧环境下组织产生酸性物质，一方面可以造成原发部位组织器官缺血，引起一系列复杂反应使细胞因缺血而发生损伤，而血流再灌注后细胞功能并未得到恢复并出现代谢障碍、结构破坏持续加重的现象。另一方面远隔器官因长期缺血而受损，甚至导致弥散性血管内凝血和多器官功能障碍综合征等多种疾病，危害患者生命健康。因此，探讨止血带诱发的IRI对骨骼肌、远隔器官等组织器官的影响具有重要意义。

1.2 止血带诱发IRI对组织器官的影响

1.2.1 对骨骼肌的影响 在骨科手术过程中，止血带的使用不可避免地对患肢肌肉、神经、血管等造成损伤。研究发现，骨骼肌对缺血性损伤敏感，术中使用止血带可引起骨骼肌发生IRI，骨骼肌IRI后肌细胞形态改变，细胞核体积增大且数量增多，同时可见间质细胞增生，细胞发生水肿，肌细胞功能严重受损，肢体或其他器官功能减弱甚至坏死[4]。因此，止血带诱发IRI时骨骼肌损伤最严重。有研究发现，全膝关节置换术患者在应用止血带后的两周内肌肉以每天1%的速度发生萎缩，即术后2周内股四头肌体积可降低14%，术后6周内可降低18%[5]。在止血带应用期间，血流被限制在肢体上，以阻止创伤环境中的肢体过度出血，有氧呼吸停止，三磷酸腺苷（adenosine triphosphate， ATP）耗尽，在随后的再灌注期间，活性氧的产生和其他内源性物质增加，导致急性IRI，如组织坏死和骨骼肌微循环破坏引起功能障碍[6]。

1.2.2 对远隔器官的影响 在止血带诱发的IRI后，除了在上肢或者下肢出现损伤外，在远隔器官包括肺、心、脑、肾等均可发生病理改变。肺是这些器官中最易受损的部位，严重时可出现急性肺损伤，甚至发生急性呼吸窘迫综合征，主要原因可能是炎症反应、离子转运障碍、氧化应激、神经体液因子调节异常、免疫紊乱等多种机制共同作用，导致肺功能的急剧减退[7-8]。动物实验研究结果表明，大鼠在发生肢体IRI后，其心肌会发生损伤性变化，再灌注后心肌组织血清肌酸激酶、心肌肌钙蛋白I、丙二醛、白细胞介素-6（interleukin-6， IL-6）、高迁移率族蛋白B1表达等均升高，提示肢体缺血再灌注后常导致心肌损伤，可能通过氧化反应、炎症反应等导致心肌损伤[9]。同样，肢体恢复供血后也可能会发生脑组织损伤，如神经元细胞受损，脑组织水肿和出现裂隙[10]。此外肢体IRI常常会引发急性肾损伤，因为下肢缺血再灌注会通过减少线粒体生物发生来抑制线粒体功能，从而诱导远端急性肾损伤[11]。

止血带诱发的IRI不仅会发生在上下肢等原发部位，同时也可以发生在肺、心、脑、肾等远隔器官。因此，探究其机制对预防和治疗止血带诱发IRI具有重要意义。

2 止血带诱发IRI的机制

2.1 氧自由基的脂质氧化作用机制

在肢体缺血再灌注早期，可有大量氧自由基产生，与磷脂膜内不饱和脂肪酸相互作用，形成脂质自由基和过氧化物，损伤组织器官。自由基可攻击软骨细胞使其结构严重受损，导致软骨基质蛋白多糖合成减少、降解增多，同时也促进了胶原降解。超氧化物歧化酶是重要的内源性自由基清除酶，可及时清除体内自由基[12]。在肢体IRI发生过程中，自由基可通过蛋白质、DNA和脂质的氧化损伤导致细胞死亡[13]。氧化应激是IRI的重要机制，线粒体活性氧的大量产生导致了IRI加重，导致严重的细胞损伤[14]。

2.2 中性粒细胞的激活机制

在肢体止血带诱发缺血再灌注时，中性粒细胞的聚集及激活，细胞因子、趋化因子及激活的补体释放，包括肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor， TNF-α）、IL-6及单核细胞趋化性蛋白的表达升高，导致IRI[15]。中性粒细胞在再灌注期时，产生大量的氧自由基及过氧化脂质，导致远隔器官的损伤。

2.3 钙超载机制

止血带应用后导致肢体局部缺血，细胞内ATP耗尽，ATP酶失活，减少活性钙离子流出，内质网对钙的再摄取受到限制，导致细胞内钙超载。肢体再灌注后，线粒体内钙离子大量增加，同时活性氧大量释放，触发线粒体通透性转变过程。缺血再灌注诱导的钙离子升高，使钙离子/钙调素依赖的蛋白激酶病理性激活，导致组织细胞结构破坏和器官功能障碍。钙离子浓度升高同时会激活半胱氨酸蛋白酶家族，异常活化凋亡过程使细胞骨架、内质网和线粒体等遭到破坏和降解，导致组织损伤[16]。此外，细胞内高钙离子也会导致焦磷酸钙复合物和尿酸异常升高。

2.4 细胞凋亡机制

止血带诱发的IRI导致内源性蛋白酶的激活，导致细胞凋亡，这些蛋白酶的激活会异常分解细胞骨架，导致细胞结构破坏。与细胞坏死不同，缺血期间细胞凋亡或程序性细胞死亡不会发生，而再灌注期间该过程达到峰值。细胞凋亡的诱导主要通过内在途径和外在途径两种方式发生，内在途径主要由被活性氧等刺激因子激活的线粒体所主导，而外在途径依赖于细胞外死亡配体如TNF-α与受体结合所启动。p53是细胞凋亡的重要调节因子，诱导凋亡蛋白Bax和Bak产生，进而影响线粒体释放细胞色素C，导致细胞凋亡的级联反应[17]。

3 预防治疗措施

止血带诱发IRI的机制复杂，尚有许多未发现机制，针对以上机制，在临床过程中采取多种预防和治疗措施来降低止血带诱发的IRI。

3.1 止血带压力和时间设定

在手术过程中，尽可能地降低止血带压力、缩短止血带使用时间是预防IRI的根本措施。止血带的充气压力应保持在能产生无血手术视野的最小压力，设定止血带压力值的方法主要有2种：第一，基于收缩压设定，上肢充气压力为收缩压+

50 mmHg，下肢充气压力为收缩压+100 mmHg。第二，基于肢体闭塞压设定，当肢体闭塞压≤130 mmHg时，止血带充气压力为肢体闭塞力+40 mmHg；当131 mmHglt;肢体闭塞压≤190 mmHg时，充气压力为肢体闭塞压（limb occlusion pressure，LOP）+

60 mmHg；当肢体闭塞压gt;190 mmHg时，充气压力为LOP+80 mmHg；儿童均为LOP+50mmHg。研究表明，在全膝关节置换术中，止血带压力越大，患者术后疼痛感越强烈、肿胀程度越高且IRI越严重，由此可见止血带造成的高压力会在短时间内损伤肌肉组织[18]。

3.2 缺血预处理

缺血预处理（ischemic preconditioning， IPC）是指预先一次或多次的短暂缺血后再灌注，可建立组织应对随后持续性缺血的较高耐受性。缺血预处理最早应用于心肌保护，可有效降低对缺血心肌的再灌注损伤[19]。IPC不仅应用于心肌保护，同时应用于四肢手术的止血带诱发的IRI。IPC通过增强骨骼肌中的线粒体融合蛋白，保持术后股四头肌的强度并防止止血带引起的IRI。IPC通过骨骼肌增加血管内皮生长因子的表达，减少骨骼肌缺血再灌注后的氧化DNA损伤，减轻炎症反应，抑制长时间使用止血带发生的不可逆的骨骼肌损伤[20]。

3.3 神经阻滞

神经阻滞在临床麻醉、临床治疗及围手术期镇痛等方面均起到积极作用，在止血带诱发IRI的保护中也起到重要作用。研究发现，股神经和股外侧皮神经阻滞联合全身麻醉在下肢手术中比单纯全身麻醉可有效减少止血带反应的发生，减轻缺血再灌注的损伤，术后镇痛效果较好，不良反应少[21]。股神经阻滞复合右美托咪定可以减轻全麻下下肢手术患者的止血带反应，维持患者血流动力学的稳定，减轻止血带释放后造成的肢体IRI[22]。

3.4 麻醉药物的应用

3.4.1 右美托咪定 右美托咪定是一种对α2肾上腺素能受体具有较高选择性的激动剂，具有镇静、抗焦虑、抗交感、抗应激、抗炎、神经保护等作用。右美托咪定的应用可减弱机体促炎因子的释放，在止血带诱导的IRI中发挥保护性作用[23]。研究发现，右美托咪定通过降低机体黄嘌呤氧化酶水平来降低氧化应激，降低去甲肾上腺素水平来减弱交感神经激活，降低膝关节置换术的老年患者止血带诱导的IRI[24]。止血带诱发缺血再灌注可导致患者认知功能障碍，右美托咪定可通过减少兴奋性递质谷氨酸的释放及抑制谷氨酸的受体表达，对止血带诱发缺血再灌注导致的认知功能障碍产生保护效应[25]。

3.4.2 丙泊酚 丙泊酚具有抗氧化、抗炎、抑制钙超载、抑制血小板的聚集、维持一氧化氮与内皮素的稳态、稳定线粒体、抑制细胞凋亡等特性，可有效改善因缺血再灌注引起的组织器官损伤[26]。研究发现，亚睡眠剂量丙泊酚应用于硬膜外麻醉下骨科下肢止血带手术患者中，有效减轻患者氧化应激反应，改善IRI[27]。

3.4.3 氯胺酮 研究发现，预先给予氯胺酮能够有效降低止血带诱发缺血再灌注后血清TNF-α、IL-8等炎症因子，保持超氧化物歧化酶活性，抑制止血带诱发的全身炎性反应，减少氧自由基的产生，减轻机体IRI的程度[28]。小剂量丙泊酚和氯胺酮联合应用，可减轻椎管内麻醉下膝关节镜手术患者止血带引起的IRI导致的氧化应激[29]。

3.4.4 阿片类药物 舒芬太尼的镇痛机制是作用于μ阿片受体，其镇痛效果显著、持续时间长，普遍应用于临床麻醉中。研究发现，止血带充气前给予舒芬太尼可以有效维持止血带诱发IRI发生时一氧化氮及内皮素水平的平衡[30]。

布托啡诺主要通过抑制氧化应激与炎症反应发挥药理作用，可减轻心肌、脑和肺等部位发生IRI。研究表明，布托啡诺预处理和后处理均可明显减轻止血带所致IRI，这可能与减轻炎症反应和抑制脂质过氧化有关，且不良反应较少[31]。布托啡诺联合氟比洛芬酯可减轻止血带后IRI所致炎症反应、氧化应激，预防肢体IRI，缓解小腿肿胀程度，减轻患者疼痛[32]。

3.5 其他有效措施

止血带诱发下肢IRI可通过利多卡因联合肺保护性通气进行处理[33]。研究发现，七氟醚可减少氧自由基的生成，从而减轻肢体IRI带来的危害，如七氟醚预处理可有效保护心、脑、肺等重要脏器，减轻缺血再灌注导致的组织损伤[34]。此外，研究结果显示，经皮穴位电刺激通过降低患者血清TNF-α、IL-6浓度，减轻止血带诱发的肢体IRI[35]。抗氧化剂辅酶Q10对止血带带来的氧化应激和IRI有积极作用[15]。

综上所述，止血带虽作为阻断患肢血供的有效方式之一，但同时也具有引起患者肢体组织缺血的风险，当再次恢复血供时，易发生IRI。临床工作中，要积极应对止血带所致IRI，同时也需要进一步探索IRI的机制及防治措施，增加患者安全和满意度。

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（收稿日期：2024-03-25） （本文编辑：马娇）