缺血再灌流与氧化应激

8．6．1　缺血再灌流与氧化应激

缺血再灌流的发生机制有：自由基的作用，钙超载的作用，白细胞的作用，高能磷酸化合物缺乏，内皮素的作用，血管紧张素Ⅱ（angiotensinⅡ）的作用。下面主要介绍氧自由基的作用。

8．6．1．1　缺血再灌流时氧自由基增多的机制

缺血再灌流时引起氧自由基增多的原因很多，包括：①黄嘌呤氧化酶（XO）形成；②中性粒细胞呼吸爆发；③线粒体的损伤；④儿茶酚胺的自身氧化。

图8－6　缺血再灌流时的产生

（引自文献：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）中性粒细胞的呼吸爆发。中性粒细胞被激活时耗氧量显著增加，其摄入O₂的70%～90%在还原型辅酶Ⅱ氧化酶（NADPH oxidase）和还原型辅酶Ⅰ氧化酶（NADH oxidase）的催化下，接受电子形成氧自由基，以杀灭病原微生物。另外组织缺血可激活补体系统，或经细胞膜分解产生多种具有趋化活性的物质，如C3片段、白三烯等，吸引、激活中性粒细胞。再灌流期间组织重新获得氧供应，激活的中性粒细胞耗氧显著增加，产生大量氧自由基，称为呼吸爆发（respiratory burst）或氧爆发（oxygen burst），可损伤组织细胞。

（3）线粒体功能受损。因缺血、缺氧使ATP减少，钙进入线粒体增多，使线粒体功能受损，细胞色素氧化酶系统功能失调，进入细胞的氧经4电子还原成水减少，而经单电子还原生成氧自由基增多。而钙离子进入线粒体可使Mn－SOD减少，对自由基的清除能力降低，使氧自由基生成进一步增加。

（4）儿茶酚胺自身氧化增加。各种应激性刺激，包括缺血、缺氧，均可使交感肾上腺髓质系统兴奋产生大量的儿茶酚胺。儿茶酚胺一方面具有重要的代偿调节作用，另一方面在单胺氧化酶的作用下，通过自氧化可产生大量的自由基。

8．6．1．2　自由基对细胞的损伤作用

（1）对膜磷脂的损伤作用。自由基对膜磷脂的损伤作用涉及多个方面，包括：①破坏膜的组分，使膜磷脂减少，膜胆固醇和胆固醇/磷酸比值增加；②由于膜组分改变使膜的流动性降低；③使与膜结合的酶的巯基氧化，导致酶活性下降；④形成新的离子通道，当细胞膜两层磷脂中的磷脂过氧化氢沿膜长轴以相互吸引的方向作用时，同一层的磷脂过氧化氢聚集，并进一步形成跨膜过氧化物，从而形成新的离子通道；⑤使膜脂质和蛋白质之间、蛋白质和蛋白质之间交联或聚合，促进膜损伤；⑥促进“脂质三联体”（lipid triad）形成。膜脂质过氧化、磷脂酶活化及过量的有利脂肪酸和溶血磷脂的“去污剂”作用（即具有破坏膜结构和功能的作用）合称“脂质三联体”的作用。膜脂质过氧化能促进“脂质三联体”的形成，因为膜脂质过氧化能使细胞内Ca^2＋含量增加，促进磷脂酶活化。磷脂酶活化水解膜磷脂导致了溶血磷脂及游离脂肪酸的聚集，进而引起细胞膜的损伤。此外自由基还可减少ATP生成，导致线粒体的功能抑制，使细胞的能量代谢障碍加重。

（2）对蛋白质的损伤作用。自由基可引起蛋白质的交联、聚合和肽链的断裂，也可使蛋白质与脂质结合形成聚合物，从而使蛋白质功能丧失。

（3）对核酸的破坏作用。自由基可作用于DNA，与碱基发生加成反应而造成对碱基的修饰，从而引起基因突变；并可从核酸戊糖中夺取氢原子而引起DNA链的断裂。自由基还可引起染色体的畸变和断裂。

（4）对细胞外基质的破坏。自由基可使细胞外基质中的胶原纤维的胶原蛋白发生交联，使透明质酸降解，从而引起基质变得疏松，弹性下降（见图8－7）。

图8－7　自由基对膜的损伤

缺血再灌流是多种机制共同作用的结果，其中，ONOO－诱导的细胞损伤机制仍是一个供研究的主题。缺血再灌流初期，P选择素由于受到某种刺激，如H₂O₂、组织胺等，而被释放到细胞表面，使得粒细胞从内皮细胞上脱落。在内皮细胞表面表达的细胞间黏附分子－1（ICAM－1）参与了中性粒细胞的黏附。含氧量低的内皮细胞合成促炎症因子，这些炎症因子会上调ICAM－1的表达。P选择素和ICAM－1的表达会诱导中性粒细胞的聚集。在缺血再灌流的第一个小时内中性粒细胞的含量达到最高，以后以一个较低的含量存在。由于大量中性粒细胞浸润会产生ROS，因而推测ROS与缺血再灌流时发生的氧化损伤和亚硝酸化损伤有关。