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| 摘要 缺血再灌注损伤是许多因子参与的复杂的病理生理过程。它与许多临床病理过程相关，例如外伤、烧伤、休克、外科血管重建、肝移植及肝脏外科手术等。而防治肝脏缺血再灌注损伤是当今肝脏外科需要解决的难题。本文主要探讨了肝缺血损伤、再灌注损伤以及防治肝缺血再灌注损伤的几种措施。 关键词 缺血再灌注损伤 肝脏 Ischemia-reperfusion injury of liver JIN Shan,HAN Xichun (Department of General Sugery,The Second Hospital of Jilin University Changchun 130041 China) Abstract Ischemia-reperfusion injury is a complex course in pathophysiology with many factors.It has been implicated in the pathogenesis of a variety of clinical conditions including trauma,thermal injury,shock,reconstructive vascular surgery,liver transplantation,and liver resectional surgery.And the prevention and cure ischemia-reperfusion injury is the difficult problem on the liver-surgery.This study mostly investigate the ischemic injury,the reperfusion injury,and a few prevention and cure ways for ischemia-reperfusion injury. Key words Ischemia-reperfusion injury;Liver 良好的血液循环是组织细胞获得充足的氧和营养物质供应并排除代谢产物的基本保证。各种原因造成组织器官血液灌流量减少时发生缺血性损伤，而恢复血液灌流后，细胞功能代谢及结构破坏反而加重，出现缺血—再灌注损伤（ischemi-a-reperfusion injury）。肝移植或复杂的肝脏外科手术时不可避免的发生肝缺血再灌注损伤。肝缺血损伤和再灌注损伤是密切相联的病理生理过程，一般不把两者明确分开，本文为了叙述方便，分别描述各自的病理生理变化。 1 缺血损伤 1.1 缺氧引起的损伤 1.1.1 无氧代谢 缺氧时，线粒体内的氧化磷酸化受到抑制，ATP主要来源于糖酵解。Thrump等认为约缺血1min ATP生成减少，15min内糖原耗竭[1]。由于无氧代谢细胞内乳酸堆积以及线粒体氧化磷酸化低下，导致pH值降低，减少磷脂酶、蛋白酶等对细胞的损伤。再灌注后，pH值迅速恢复正常，增强了pH依赖性酶类活性，进而加重了细胞缺血再灌注损伤,这种pH变化相伴的细胞损伤称为pH反常(pH paradox)［2］。当糖酵解产生的ATP不足时，依赖ATP的各种细胞活动将停止。 1.1.2 线粒体受损 缺氧时,首先线粒体功能受到影响，线粒体电子传递链的终末阶段，接受电子的氧的供应停止。组织缺血 30min线粒体形态发生改变，基质颗粒消失［1］。2～4h内细胞明显肿胀，线粒体膜通透性突然增大，粗面内质网破裂。随着缺氧时间延长，线粒体出现不可逆的损伤。线粒体内Ca2+的聚集、氧自由基的生成、线粒体外膜的窗孔变大，引起线粒体肿胀，外膜破裂，胞浆内释出细胞色素C等诱导凋亡的物质[3][4]，导致细胞的程序性死亡或坏死[6]。 1.1.3 细胞内离子平衡发生改变 缺氧引起ATP含量减少，依赖ATP的细胞膜上Na+-K+泵活性降低，细胞内Na+上升，水分进入细胞内出现细胞肿胀。细胞内高Na+迅速激活Na+/Ca2+交换蛋白，加速Na+向细胞外转运。同时将大量Ca2+运入胞内，出现钙超载。正常肝细胞内Ca2+浓度仅为胞外Ca2+浓度的千分之一。缺氧引起的细胞内Ca2+含量增高，促进氧化磷酸化必需的NADH+H+、FADH2的生成，消耗O2量。而且线粒体内ATP生成进一步减少，氧自由基生成增加。 1.1.4 水解酶（hydrolase）引起的细胞损伤 缺氧引起的细胞受损与细胞内蛋白酶和磷脂酶活性密切相关。蛋白酶分为溶酶体（lysosomal）类和非溶酶体(non-lysosomal）类两种。缺氧时，溶酶体蛋白酶活性受到抑制，非溶酶体蛋白酶受到活化。其中Ca2+依赖性非溶酶体蛋白酶——钙激活蛋白酶的活化较引人注目。Calmus等研究移植肝保存液中氨基酸浓度的变化，监测到保存液中肝组织的蛋白分解持续存在，而且蛋白分解程度与移植肝功能不全有联系［6］。Aguilar等比较移植后肝功能不良的肝脏与移植后肝功能良好的肝脏，发现再灌注后前者肝组织内Ca2+激活蛋白酶活性明显高于后者［7］。这些结果表明，缺血期活化的蛋白酶消耗了维持细胞功能必需的酶类及细胞骨架，加重了细胞受损。 1.2 肝内各种细胞对缺血的敏感性 肝实质细胞是指肝细胞,非实质细胞有肝窦内内皮细胞、kupffer细胞、胆管上皮细胞、贮脂细胞等。 各种细胞对缺血受损敏感性因缺血时相温度不同而异。热缺血时，肝细胞最易受损［8］，而kupffer细胞、肝窦内内皮细胞依次对缺氧有耐受性［9］。肝实质细胞在热缺血时对缺氧非常敏感的原因很可能是肝细胞内蛋白酶分解蛋白亢进有关。 1.3 冷保存损伤 肝冷保存时，肝窦内内皮细胞、kupffer细胞最早出现受损。Mckeown等对长时间冷保存引起的无功能大鼠肝脏进行形态学检查，未发现肝细胞有明显变化，但肝窦内内皮细胞出现核变性，细胞肿胀、脱落并游离到肝窦腔内，最终肝窦壁正常结构遭到破坏［10］。在临床上UW液保存过并且移植后保持良好功能的肝脏，移植前行组织学检查发现，无明显细胞死亡，但均有肝窦内内皮细胞和kupffer细胞的变性、活化，而且形态变化再灌后仍然存在，相反肝细胞几乎无明显组织形态学改变［11］。在小鼠原位肝移植模型中，随着移植肝UW液保存时间的延长，移植后动物长期生存率逐渐降低。当保存时间16h时，长期生存率为0%［12］。 2 再灌注损伤 2.1 kupffer细胞的活化 kupffer细胞占全体定居巨噬细胞的80%～90%、肝脏非实质细胞的35%,主要位于肝窦内，受到活化后，除释放氧自由基外还能释放多种活性因子，如TNF、PAF、LT、IL等。这些炎性因子趋化聚集中性粒细胞，损伤肝组织，应用kupffer细胞活化抑制剂可明显减轻肝缺血再灌注损伤［13］。此外kupffer细胞还能释放蛋白酶破坏Disse隙内托附肝窦内内皮细胞的糖蛋白，使肝窦内内皮细胞失去托附而流入肝窦内，造成肝窦腔阻塞及微循环障碍。同时增强黄嘌呤氧化酶的催化作用，促进肝细胞内氧自由基生成。 2.2 氧自由基的损伤 缺血期组织细胞含氧量减少，作为电子受体的氧含量不足，再灌注后恢复组织氧供应，使氧自由基在短时间内爆发性增多。再灌注时主要通过黄嘌呤氧化酶、中性粒细胞、线粒体、儿茶酚胺的自身氧化来产生氧自由基。在大鼠热缺血再灌注模型中,应用自由剂清除剂谷胱甘肽（GSH）后，明显减轻了肝脏缺血再灌注损伤［14］。 而多种途径产生的氧自由基主要损伤肝窦内内皮细胞来实现对肝脏的损伤作用。损伤机制有直接作用于肝窦内内皮细胞膜，增加血小板及中性粒细胞的黏附位点，和激活磷脂酶A2催化膜表面的磷脂成分产生血小板激活因子及白三烯两个方面［15］。 2.3 内皮细胞的受损及中性粒细胞的活化 内皮细胞的受损在再灌注后有逆转现象,但是缺血期内皮细胞的受损会引起表面受体的暴露,再灌注后使中性粒细胞、血小板黏附,并使它们释放毒性介质［26］。再灌注后线粒体呼吸爆发产生氧自由基，最终内皮细胞因线粒体功能衰竭而亡。由于内皮细胞缺乏基底膜，再灌注时血液冲击使死亡的内皮细胞脱落阻塞肝窦，使微循环出现障碍。同时，再灌注时进入肝内的中性粒细胞。 渗出到组织后在NADPH氧化酶和髓过氧化物酶作用下产生大量氧自由基，释放多种蛋白水解酶，损伤细胞及细胞外基质。一般情况下中性粒细胞从血管内渗出首先需要滚动（rolling）。但肝窦内无中性粒细胞的滚动和接触，而肝窦后小静脉内皮细胞韦—帕小体（weibel-palade bodies）中含有中性粒细胞、血小板与内皮细胞相接触的P—选择素和von willebrand 因子(von willebrand factor，vwf)[16],并且韦—帕小体可释放CD63、IL-8、内皮素等,最终渗出到组织中的中性粒细胞释放氧自由基及蛋白水解酶损伤肝组织。 2.4 内皮素和一氧化氮 内皮素（ET）和一氧化氮（NO）能够收缩、舒张血管，对于肝缺血再灌注引起的微循环障碍有调节作用。ET是血管内皮细胞分泌的肽类物质，有着强有力的血管收缩作用。肝窦内内皮细胞分泌的ET不仅能收缩肝窦，同时收缩Ito细胞，减小肝窦直径。ET的分泌可引起NO的分泌，导致Ito细胞的舒张。应用ET受体拮抗剂TAK-044在狗部分肝热缺血模型中有明显的肝脏保护作用［17］。NO是由血管内皮细胞、巨噬细胞、中性粒细胞等多种细胞分泌的介质,它舒张血管、抑制血小板聚集、抑制白细胞与内皮细胞黏附。Li等在大鼠肝缺血再灌注实验中应用合成NO的前体物质L—精氨酸,有效减轻了缺血再灌注损伤，认为可能L—精氨酸促进NO的合成，抑制了天冬半胱酶-3（caspase-3）诱导的肝细胞凋亡,减轻了缺血再灌注损伤［18］。在肝缺血预处理中，NO对肝脏缺血再灌注损伤有保护作用,应用抑制内源性NO合成抑制剂N-硝基-L-精氨酸甲酯后减弱了缺血预处理的保护作用［21］。这些表明NO对肝缺血再灌注损伤有调节作用。 3 防治肝缺血再灌注损伤的措施 随着肝缺血再灌注损伤机制的逐渐成熟，各种预防及治疗措施日益增多，但大部分都在实验阶段。(1)缺血预处理（ischemic preconditioning,IPC）：Murry等发现缺血预处理能够增加狗心脏对缺血的耐受性以来，IPC的保护作用在很多器官中都得到了证实。 IPC能够启动细胞内源性保护机制来实现减少缺血再灌注损伤。国内外很多实验中都证实了IPC在肝脏缺血再灌注方面的保护作用［19］［20］。(2)保存液：如UW液。(3)减轻肝脏缺血再灌注损伤的药物［21］:①减轻缺血期损伤的药物：左旋糖、甘氨酸等；②抗氧化剂：N-乙酰半胱氨酸，超氧化物歧化酶（SOD）等；③黏附分子拮抗剂:ICAM-1的单克隆抗体等；④细胞因子活性抑制剂：IL-1受体拮抗剂,pentoxifylline；⑤血小板激活因子（PAF）拮抗剂；⑥蛋白酶体抑制剂等；⑦FK506、Cyclosporine等等。 肝缺血再灌注损伤是复杂的病理生理过程。缺氧引起的线粒体受损，离子平衡的紊乱，再灌注后出现的kupffer细胞的活化,中性粒细胞的聚集、黏附、渗出是整个病理生理过程的基础。其中，一些细胞因子、黏附分子、脂类介质发挥着重要的作用，形成缺血再灌注损伤的多细胞参与、多种介质发挥作用的网络体系。在治疗上，单一的防治措施不可能达到完全治疗的目的。我们期待着细胞分子生物学的进步，带来肝缺血再灌注损伤机制的深入研究和临床防治的快速发展。 参考文献 1 有井滋树.肝臟，2003,44(1):7-12 2 Lemasters JJ,Thurman RG.Gastroenterology,1995,108（4）:1317-1320 3 Lemasters JJ,Qian T,He L,et al.Antioxid Redox Signal,2002，4(5):769-781 4 Hatano E,Bradham CA,Stark A,et al.J Biol Chem,2000,275(16):11814-11823 5 Kim J S,Qian T,Lemasters J J.Gastroenterology,2003,124(2):494-503 6 Calmus Y,Cynober L,Dousset B,et al.Gastroenterology,1995,108(5):1510-1516 7 Aguilar HI,Steers JL,Wiesner RH,et al.Transplantation,1997;63(4):612-614 8 Noack K,Bronk SF,Kato A,et al.Transplantation,1993,56(3):495-500 9 Samarasinghe DA,Farrell GC.Hepatology,1996,24(5):1230- 1237 10 Mckeown CM,Edwards V,Phillips MJ,et al.Transplantation,1998,46(2):178-191 11 Carles J,Fawaz R,Hamoudi NE,et al.Liver,1994,14(1):50-56 12 Que X,Debonera F,Xie J,et al.J Surg 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