自1977 年Hearse 首次提出缺血再灌注损伤(ischemia2reperfusion injury ,I2RI) 概念以来,已逐渐引起医学界的高度重视。动物实验显示,氧自由基、钙超载、心肌纤维能量代谢障碍、血管内皮细胞、一氧化氮、中性粒细胞、细胞黏附分子和细胞凋亡等均可能参与再灌注损伤的发病过程,现就心肌缺血再损伤机制研究进展综述如下。
1、能量代谢障碍与心肌缺血再灌注损伤
心脏是一个高度需氧和耗能的器官,一旦缺血, 心肌细胞迅速从有氧代谢转为无氧糖酵解,而后者产生A TP 的能力只有前者的1/ 18 。研究表明[1,2] , A TP 的明显下降可进一步引起一系列代谢的异常和紊乱: (1) 依赖A TP 的细胞膜泵活性降低,膜电位改变及心电图ST 段改变; (2) 心脏周期不同阶段依赖能量的Ca2 + 隔室化机制活性降低,使Ca2 + 内流增加,并激活膜磷酶,使膜磷脂降解为溶血磷脂,导致缺血性肌挛缩,并在此过程中产生氧自由基,进一步产生损害作用; (3) 缺血涉及的心肌纤维收缩性降低,部分是由于酸中毒和肌钙蛋白C 亲和力降低的缘故,此外,酸中毒又可直接损害细胞的超微结构; (4) 阻碍A TP 的降解并进一步阻断A TP 的合成; (5) 缺血区同非缺血区形成代谢梯度,成为引发恶性心律失常的主要因素之一等等, 甚至最近有观点认为,能量代谢障碍可造成心肌细胞基因结构及表达的异常,细胞内的A TP 水平是决定细胞发生凋亡或坏死的主要因素。
2 、氧自由基与心肌缺血再灌注损伤
氧自由基是机体内氧分子的不全代谢产物,在正常情况下,氧自由基可以被内源性自由基清除系统所清除,细胞免遭其毒性损伤。当组织细胞缺血、缺氧时,氧自由基清除系统功能降低或丧失,生成系统潜在活性增大,一旦恢复血供与氧供,氧自由基便爆发性产生与急剧”堆积”,以不同方式造成细胞慢性和急性损伤。正是这些氧自由基(主要是羟自由基,OH) ,通过攻击夺获生物膜脂质多聚不饱和脂肪酸侧链上的氢原子等过程,造成膜流动性与钙离子通透性增加,破坏膜结构完整性,钙跨膜内流与超负荷,最终导致细胞损伤或死亡。
3 、钙超载与心肌缺血再灌注损伤
研究表明,细胞内Ca2 + 超载在心肌缺血再灌注损伤发病机制中起中心作用[3] ,细胞内Ca2 + 平衡状态紊乱后引起的Ca2 + 内流和Ca2 + 分隔机制的失调,导致缺血再灌注心肌细胞内Ca2 + 超载。缺血再灌注期, Ca2 + 确切的细胞内机制至今仍未完全明了。高水平的细胞内Ca2 + 很容易激活一些细胞内酶,其中磷脂酶A2 和蛋白激酶C 的活化可致脂肪酸(重要的花生四烯酸) 形成。花生四烯酸不仅通过其清洁剂样性能干扰细胞膜,而且作为电离剂吸引更多的Ca2 + 。另外,花生四烯酸还是环氧化酶的底物,花生四烯酸的活化可导致前列腺素和血栓素的形成,前者是氧自由基产生的底物。另一方面,磷脂酶C 催化的磷酸肌醇的水解能产生1 ,4 ,52三磷酸肌醇( IP3) 和二酰甘油(DAG) , 前者可动员细胞Ca2+ ,后者能激活蛋白激酶C, 间接地通过Ca2 + 和Na +/ H + 交换,加剧Ca2 + 超载。有假说认为,这种蛋白酶可导致黄嘌呤脱氢酶转化为黄嘌呤氧化酶, 然后催化形成次黄嘌呤和黄嘌呤。这两种嘌呤都是心肌缺血再灌注期氧自由基形成的必需底物。因此Ca2 + 可能有助于氧自由基的形成,导致再灌注损伤。
人们通过对钙超载和氧自由基作用致心肌缺血再灌注损伤两大发病机制的研究, 有些学者[4] 提出,心肌缺血再灌注损伤的始动环节是能量代谢障碍,而直接损伤原因则是自由基,其结果导致细胞内钙超载,并形成恶性循环。
4、血管内皮细胞( EC) 、一氧化氮( NO) 、中性粒细胞( PMN) 与心肌缺血再灌注损伤
正常的血管内皮细胞功能是对血管舒、缩功能进行调节和具有选择性渗透屏障作用,而且在抗血小板聚集、抗血栓形成等方面起重要作用[5] 。缺血再灌注中引起冠脉大血管及微血管内皮细胞的损伤,使内皮细胞的形态和功能发生异常。主要表现为冠脉血管阻力增加、血管扩张的储血能力减弱、毛细血管堵塞,通常称为“无复流”现象。
411 内皮依赖性的舒张作用减弱,血管收缩作用增强 内皮细胞合成与释放的舒张血管活性物质,包括内皮来源的血管舒张因子( EDRF) 及前列腺环素( P GI2) 。现已证明,由乙酰胆碱(Ach) 作用于内皮细胞产生的EDRF 应是NO 。NO 是内皮细胞产生的强大舒血管物质,可通过弥散或载体转运至血管平滑肌,活化细胞内鸟苷酸环化酶,使环磷鸟苷(c2 GMP) 升高而扩张血管[6] 。内皮细胞还可合成与释放的收缩血管活性物质,包括内皮素( ET) 、内皮依赖性收缩因子( EDCBF) 等。当内皮素与平滑肌膜上的特异性受体结合时,引起血管平滑肌的收缩反应,而内皮细胞产生的NO 扩散进入血管平滑肌细胞,使平滑肌松弛,从而对抗内皮素的缩血管作用。缺血、再灌注不仅引起冠脉大血管内皮依赖性舒张反应减弱,且冠脉微血管内皮依赖性舒张反应也降低[7] ,导致血管收缩作用增强。
412 内皮细胞2中性粒细胞黏附引起毛细血管堵塞
“无复流” 在活化的中性粒细胞引起I2RI 损伤机制中, 中性粒细胞与血管内皮黏附是中心环节。PMN 黏附与血管内皮是炎症反应的最初步骤,其黏附机制非常复杂。缺血、再灌注引起PMN 与EC 的黏附增加。PMN 与血管内皮接触时即被激活,继之释放氧自由基等毒性产物及破坏性蛋白酶,改变血管的通透性。有人报道[8] ,缺血再灌注导致内皮功能障碍,内源性NO 生成减少,抑制PMN 的作用减弱。NO 减少是PMN 聚集及黏附力增加的重要前提条件。激活的PMN 变形能力差,细胞表面黏附分子增多,PMN 聚集并且黏连于EC , 导致其破损、水肿和功能障碍,毛细血管腔被堵塞,引起虽有大血管的再灌注但局部缺血区仍无复流的现象,大量的无复流引起整个灌注区的无复流[9] 。
5 、心肌缺血再灌注损伤与细胞凋亡
目前虽然对缺血或缺血再灌注损伤的确切机制
还不十分清楚,但巳经知道损伤的临床结局主要就是细胞死亡。细胞死亡有两种形式:一种是坏死,另一种是凋亡。凋亡(apoptosis) 是细胞在基因调控下的主动性死亡,不引起炎症反应。持续缺血和缺血再灌注时心肌组织都可发生细胞凋亡。已经证实, 人类心肌梗死除细胞坏死外,细胞凋亡也参与了梗死的病理过程,细胞凋亡不仅影响梗死面积,而且促成心脏结构的重构,心肌梗死的早期和晚期均存在凋亡现象[ 10 ] 。再灌注损伤引起的细胞凋亡多分布于短暂缺血后血管再通的相关部位和梗死灶的收缩带区域。有资料显示,心肌梗死急性期的存活心肌其Bcl22 表达增加,而慢性期Bax 表达增加,说明刺激因子由Bcl22 和Bax 基因产物来抑制或诱导存活的心肌细胞凋亡[ 11 ] 。细胞凋亡的基因调控是一个十分复杂的问题,尤其是相关基因的相互关系尚不十分清楚。
