8．6．1　缺血再灌流與氧化應激

缺血再灌流的發(fā)生機制有：自由基的作用，鈣超載的作用，白細胞的作用，高能磷酸化合物缺乏，內皮素的作用，血管緊張素Ⅱ（angiotensinⅡ）的作用。下面主要介紹氧自由基的作用。

8．6．1．1　缺血再灌流時氧自由基增多的機制

缺血再灌流時引起氧自由基增多的原因很多，包括：①黃嘌呤氧化酶（XO）形成；②中性粒細胞呼吸爆發(fā)；③線粒體的損傷；④兒茶酚胺的自身氧化。

圖8－6　缺血再灌流時的產生

（引自文獻：Webster N R，Nunn J F．Molecular structure of free radicals and their importance in biological reactions．Br J．Anaesth，1998，60：98－108）

（2）中性粒細胞的呼吸爆發(fā)。中性粒細胞被激活時耗氧量顯著增加，其攝入O₂的70%～90%在還原型輔酶Ⅱ氧化酶（NADPH oxidase）和還原型輔酶Ⅰ氧化酶（NADH oxidase）的催化下，接受電子形成氧自由基，以殺滅病原微生物。另外組織缺血可激活補體系統(tǒng)，或經細胞膜分解產生多種具有趨化活性的物質，如C3片段、白三烯等，吸引、激活中性粒細胞。再灌流期間組織重新獲得氧供應，激活的中性粒細胞耗氧顯著增加，產生大量氧自由基，稱為呼吸爆發(fā)（respiratory burst）或氧爆發(fā)（oxygen burst），可損傷組織細胞。

（3）線粒體功能受損。因缺血、缺氧使ATP減少，鈣進入線粒體增多，使線粒體功能受損，細胞色素氧化酶系統(tǒng)功能失調，進入細胞的氧經4電子還原成水減少，而經單電子還原生成氧自由基增多。而鈣離子進入線粒體可使Mn－SOD減少，對自由基的清除能力降低，使氧自由基生成進一步增加。

（4）兒茶酚胺自身氧化增加。各種應激性刺激，包括缺血、缺氧，均可使交感腎上腺髓質系統(tǒng)興奮產生大量的兒茶酚胺。兒茶酚胺一方面具有重要的代償調節(jié)作用，另一方面在單胺氧化酶的作用下，通過自氧化可產生大量的自由基。

8．6．1．2　自由基對細胞的損傷作用

（1）對膜磷脂的損傷作用。自由基對膜磷脂的損傷作用涉及多個方面，包括：①破壞膜的組分，使膜磷脂減少，膜膽固醇和膽固醇/磷酸比值增加；②由于膜組分改變使膜的流動性降低；③使與膜結合的酶的巰基氧化，導致酶活性下降；④形成新的離子通道，當細胞膜兩層磷脂中的磷脂過氧化氫沿膜長軸以相互吸引的方向作用時，同一層的磷脂過氧化氫聚集，并進一步形成跨膜過氧化物，從而形成新的離子通道；⑤使膜脂質和蛋白質之間、蛋白質和蛋白質之間交聯(lián)或聚合，促進膜損傷；⑥促進“脂質三聯(lián)體”（lipid triad）形成。膜脂質過氧化、磷脂酶活化及過量的有利脂肪酸和溶血磷脂的“去污劑”作用（即具有破壞膜結構和功能的作用）合稱“脂質三聯(lián)體”的作用。膜脂質過氧化能促進“脂質三聯(lián)體”的形成，因為膜脂質過氧化能使細胞內Ca^2＋含量增加，促進磷脂酶活化。磷脂酶活化水解膜磷脂導致了溶血磷脂及游離脂肪酸的聚集，進而引起細胞膜的損傷。此外自由基還可減少ATP生成，導致線粒體的功能抑制，使細胞的能量代謝障礙加重。

（2）對蛋白質的損傷作用。自由基可引起蛋白質的交聯(lián)、聚合和肽鏈的斷裂，也可使蛋白質與脂質結合形成聚合物，從而使蛋白質功能喪失。

（3）對核酸的破壞作用。自由基可作用于DNA，與堿基發(fā)生加成反應而造成對堿基的修飾，從而引起基因突變；并可從核酸戊糖中奪取氫原子而引起DNA鏈的斷裂。自由基還可引起染色體的畸變和斷裂。

（4）對細胞外基質的破壞。自由基可使細胞外基質中的膠原纖維的膠原蛋白發(fā)生交聯(lián)，使透明質酸降解，從而引起基質變得疏松，彈性下降（見圖8－7）。

圖8－7　自由基對膜的損傷

缺血再灌流是多種機制共同作用的結果，其中，ONOO－誘導的細胞損傷機制仍是一個供研究的主題。缺血再灌流初期，P選擇素由于受到某種刺激，如H₂O₂、組織胺等，而被釋放到細胞表面，使得粒細胞從內皮細胞上脫落。在內皮細胞表面表達的細胞間黏附分子－1（ICAM－1）參與了中性粒細胞的黏附。含氧量低的內皮細胞合成促炎癥因子，這些炎癥因子會上調ICAM－1的表達。P選擇素和ICAM－1的表達會誘導中性粒細胞的聚集。在缺血再灌流的第一個小時內中性粒細胞的含量達到最高，以后以一個較低的含量存在。由于大量中性粒細胞浸潤會產生ROS，因而推測ROS與缺血再灌流時發(fā)生的氧化損傷和亞硝酸化損傷有關。