病理生理學(xué):第三節(jié)　缺血/再灌注損傷的機(jī)制

關(guān)于再灌注損m.quanxiangyun.cn/yishi/傷的發(fā)生機(jī)制問(wèn)題，到目前為止，學(xué)說(shuō)雖多而且有的學(xué)說(shuō)也頗為有力，便尚未得到徹底闡明。茲介紹如下：

一、無(wú)復(fù)流現(xiàn)象

無(wú)復(fù)流現(xiàn)象（no-reflow phenomenon)是在犬的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的。結(jié)扎犬的冠狀動(dòng)脈造成局部心肌缺血后，再打開(kāi)結(jié)扎的動(dòng)脈，使血流重新開(kāi)放，缺血區(qū)并不能得到充分的灌注，故稱此現(xiàn)象為無(wú)復(fù)流或無(wú)再灌。這種無(wú)復(fù)流現(xiàn)象不僅見(jiàn)于心肌，而且也見(jiàn)于腦、腎骼肌缺血后再灌注時(shí)。即再灌注損傷實(shí)際上是缺血的延續(xù)和疊加，缺血細(xì)胞并未能得到血液灌注，而是繼續(xù)缺血，因而損傷加重。所以發(fā)生無(wú)復(fù)流現(xiàn)象，可能與下列因素有關(guān)（以心肌為例)：

（一)心肌細(xì)胞腫脹 由于缺血引起細(xì)胞膜Na⁺-K⁺泵功能障礙，從而使鈉、水在細(xì)胞內(nèi)潴留，因而再灌注時(shí)缺血區(qū)心肌細(xì)胞發(fā)生腫脹，壓迫微血管。

（二)血管內(nèi)皮細(xì)胞腫脹 缺血及再灌注時(shí)也發(fā)生內(nèi)皮細(xì)胞腫脹，內(nèi)皮細(xì)胞向管腔伸出突起造成管腔狹窄，阻礙血液灌流。內(nèi)皮細(xì)胞的腫脹與氧自由基的增多有關(guān)，因?yàn)檠踝杂苫�可以使血管�?nèi)皮細(xì)胞膜受損，水鈉乃進(jìn)入內(nèi)皮細(xì)胞而引起細(xì)胞水腫。

（三)心肌細(xì)胞的收縮缺血所致的心肌細(xì)胞收縮形成嚴(yán)重收縮帶，壓迫微血管，使缺血區(qū)某部分得不到血液重新灌注。心肌細(xì)胞的腫脹與收縮帶可同時(shí)存在。

（四)微血管堵塞　Feinburg及其同事曾證明，缺血一定時(shí)間后血管內(nèi)血小板的沉積增加2倍。又證明心肌及腸管缺血后的無(wú)復(fù)流區(qū)內(nèi)白細(xì)胞（主要是中性粒細(xì)胞)的聚集明顯增加，從組織學(xué)上可見(jiàn)白細(xì)胞嵌頓、阻塞毛細(xì)血管。正常灌注情況下，每2433μm到3261μm長(zhǎng)的毛細(xì)血管可發(fā)現(xiàn)一個(gè)白細(xì)胞，而在缺血時(shí)增加10倍，平均292μm長(zhǎng)的毛細(xì)血管即有一個(gè)白細(xì)胞。缺血時(shí)紅細(xì)胞作疊連狀聚集，但這不是血管阻塞的主要原因。因?yàn)榀B連狀紅細(xì)胞的解聚較白細(xì)胞與內(nèi)皮細(xì)胞粘著的分離要容易得多。此外也有人解釋無(wú)復(fù)流現(xiàn)象是由于纖維蛋白塞和微血栓形成所致。但有人在再灌前用鏈激酶進(jìn)行纖溶并未減輕無(wú)復(fù)流現(xiàn)象。

微血管的堵塞還與花生四烯酸的代謝產(chǎn)物前列環(huán)毒（PGI₂)和血栓素A₂（TXA₂)之間的失衡密切相關(guān)。PCI₂主要由血管內(nèi)皮生成，除了有很強(qiáng)的擴(kuò)血管作用以外，還能抑制血小板的聚集。TXA₂主要由血小板生成，不僅是很強(qiáng)的縮血管物質(zhì)，而且也是一種引起血小板聚集的因子，因此是一個(gè)很強(qiáng)的致血栓形成的物質(zhì)。缺血缺氧時(shí)，一方面因?yàn)檠�管�?nèi)皮細(xì)胞受損而致PCI₂生成減少，另方面缺氧又可使血小板釋放TXA₂增多，因而發(fā)生強(qiáng)烈的血管收縮和血小板的聚集并進(jìn)一步釋放TXA₂，從而促使血栓形成和血管堵塞。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)也證明，應(yīng)用TXA₂合成酶抑制藥可以使缺血/再灌注以后的冠脈血流改善。

二、鈣超載

如前所述，鈣反常（無(wú)鈣灌流后用含鈣溶液再灌注)時(shí)細(xì)胞內(nèi)鈣超載，引起嚴(yán)重的功能及結(jié)構(gòu)障礙。鈣反常的原因不甚明了，但主要的損傷是在無(wú)鈣灌流期出現(xiàn)的細(xì)胞膜外板（external lamina)與糖被膜（glycocalyx)表面的分離（兩者由Ca²⁺連結(jié)在一起)。細(xì)胞膜的這種損傷為再灌注時(shí)鈣的大量?jī)?nèi)流提供了條件。在長(zhǎng)期缺血缺氧后再給氧或再灌注時(shí)也可引起細(xì)胞內(nèi)鈣超載。

缺血后再灌注時(shí)細(xì)胞內(nèi)鈣超載的機(jī)制尚無(wú)定論，但可能與下列因素有關(guān)，如圖11－1哺乳類(lèi)鈣代謝模式圖所示：

圖11－1 哺乳類(lèi)細(xì)胞鈣代謝模式圖

①電壓依賴性鈣通道；②質(zhì)膜鈣泵ATP酶；③Na⁺-Ca²⁺交換；④線粒體；⑤肌漿網(wǎng)；⑥細(xì)胞內(nèi)蛋白或陰離子結(jié)合的鈣；⑦膜磷脂的極性頭部；⑧結(jié)合于質(zhì)膜糖被的鈣

（一)鈉的平衡障礙　有人證明，再灌注時(shí)鈣超載是由于鈉平衡障礙所致。因?yàn)樵谌毖�缺氧時(shí)發(fā)生了細(xì)胞酸中毒，細(xì)胞內(nèi)pH值降低，所以在再灌注時(shí)細(xì)胞內(nèi)外形成pH梯度差，由于Na⁺-H⁺交換，致細(xì)胞內(nèi)鈉增加，然后又依Na⁺-Ca²⁺交換機(jī)制使細(xì)胞外鈣大量?jī)?nèi)流造成細(xì)胞鈣超載。

（二)細(xì)胞膜通透性增高缺血缺氧引起的細(xì)胞酸中毒在再灌注時(shí)通過(guò)細(xì)胞內(nèi)外Na⁺-H⁺交換和Na⁺-Ca²⁺交換而使細(xì)胞內(nèi)鈣增加，而細(xì)胞內(nèi)鈣增加可激活磷脂酶，使膜磷脂降解，細(xì)胞膜通透性增高，故在灌注時(shí)細(xì)胞外鈣順著濃度梯度而大量?jī)?nèi)流，細(xì)胞膜通透性增高的更重要的原因可能是再灌注時(shí)氧自由基的大量產(chǎn)生。氧自由基可引發(fā)細(xì)胞膜的脂質(zhì)過(guò)氧化，使膜受損，通透性增高。

（三)線粒體受損 有些學(xué)者認(rèn)為原發(fā)性損傷在于線粒體。如所周知，缺血時(shí)線粒體結(jié)構(gòu)的功能障礙出現(xiàn)最早，表現(xiàn)為線粒體腫脹、嵴斷裂。線粒體膜流動(dòng)性降低，氧化磷酸化功能受損ATP生成障礙。因此，使上述損傷更為嚴(yán)重。

ATP減少使肌膜及肌漿網(wǎng)膜鈣泵功能障礙，由于鈣泵功能障礙不能排出和攝取細(xì)胞漿中過(guò)多的鈣，致使細(xì)胞漿中游離鈣濃度增加而造成鈣超載。細(xì)胞漿中過(guò)多的鈣最終形成磷酸鹽沉積于線粒體，使線粒體結(jié)構(gòu)及功能更加破壞。

細(xì)胞鈣超載是再灌注損傷的一個(gè)重要特征，但目前，仍未能搞清它究竟是再灌注損傷的原因抑制或結(jié)果。

三、白細(xì)胞的作用

白細(xì)胞（主要是中性粒細(xì)胞)出現(xiàn)于梗塞的心肌中已為尸檢所證實(shí)。1984年Mullane及其同事證明，冠狀動(dòng)脈堵塞60分鐘時(shí)心肌組織就有白細(xì)胞出現(xiàn)，5小時(shí)后在缺血區(qū)有大量的白細(xì)胞聚集。根據(jù)Engler及其同事的研究，再灌注時(shí)白細(xì)胞數(shù)非但不減少反而增加。以犬心肌缺血為模型，再灌注僅5分鐘，心內(nèi)膜中性粒細(xì)胞就增加25％，缺血輕的組織白細(xì)胞聚集也少。

組織缺血和再灌注時(shí)白細(xì)胞浸潤(rùn)增加的機(jī)制還不十分清楚。可能是由于組織受損時(shí)，細(xì)胞膜磷脂降解，花生四烯酸代謝產(chǎn)物增多，其中有些物質(zhì)具有很強(qiáng)的趨化作用，因而就能吸引大量白細(xì)胞進(jìn)入組織或粘附于血管內(nèi)皮，而白細(xì)胞本身又能釋放很多具有趨化作用的炎性介質(zhì)，如白三烯之一的LTB₄,從而使微循環(huán)中白細(xì)胞進(jìn)一步增加。

白細(xì)胞積聚對(duì)組織的損傷作用在于：

（一)嵌頓、堵塞毛細(xì)血管有助于形成無(wú)復(fù)流現(xiàn)象。微動(dòng)脈及微靜脈亦有大量白細(xì)胞粘附于內(nèi)皮細(xì)胞，雖不一定堵塞血流，但粘附的白細(xì)胞仍可損傷組織并釋放趨化因子從而吸引更多的細(xì)胞。

（二)白細(xì)胞可以增加血管通透性，水腫組織的含水量與白細(xì)胞密度呈正相關(guān)，說(shuō)明白細(xì)胞可能引發(fā)水腫。白細(xì)胞增加血管通透性、引發(fā)水腫的機(jī)制與白細(xì)胞釋放的某些炎癥介質(zhì)有關(guān)。

（三)激活的中性粒細(xì)胞釋放溶酶體酶，可使組織發(fā)生蛋白水解性破壞和液化。

（四)中性粒細(xì)胞可通過(guò)產(chǎn)生氧自由基而損傷組織。

白細(xì)胞在缺血再灌注損傷的作用，可被以下實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明：

1．用除去白細(xì)胞的血液進(jìn)行再灌注，可以防止水腫產(chǎn)生并減輕再灌性損傷。

2．抗炎藥減輕組織白細(xì)胞浸泣，可縮小梗塞面積。實(shí)驗(yàn)證明布洛芬（ibuprofen)對(duì)心肌具有保護(hù)作用，主要是由于抑制白細(xì)胞浸潤(rùn)的作用所致。

3．用補(bǔ)體抑制藥降低補(bǔ)體，從而減少白細(xì)胞浸潤(rùn)，可能減輕組織損傷。絲氨酸蛋白酶抑制藥，可以縮小心肌梗塞，而這種酶恰是一種在心肌缺血時(shí)能激活補(bǔ)體的酶。因此這種酶的抑制藥，可通過(guò)抑制補(bǔ)體的激活而抑制白細(xì)胞浸潤(rùn)，從而減輕心肌損傷。

四、高能磷酸化合物的缺乏

心肌正常情況下以有氧代謝形式生成三磷酸腺苷（ATP)供作功需要。心肌缺血時(shí)則轉(zhuǎn)為無(wú)氧代謝為主，ATP合成減少，以致心舒縮功能障礙。在犬的實(shí)驗(yàn)中證明，心肌嚴(yán)重缺血15分鐘（結(jié)扎冠狀動(dòng)脈左旋支)，心肌發(fā)生可逆性損傷。此時(shí)如果得到血液再灌注，則細(xì)胞并不死亡。但有很多報(bào)告指出，短時(shí)間缺血后，收縮功能長(zhǎng)時(shí)間不能恢復(fù)。究其原因，多認(rèn)為與ATP水平的低下有關(guān)。研究證明缺血15分鐘時(shí)不僅ATP減少60％�？傁佘账岢匾矞p少50％。ADP也輕度減少（可能轉(zhuǎn)為ATP或AMP)，AMP明顯升高，但其升高程度小于ATP減少輻度。再灌注20分鐘ATP明顯回升，但只接近正常的一半，再灌注24小時(shí)仍然維持在低水平上，只有在再灌注4天后ATP及總腺苷池才近于恢復(fù)，但仍低于非缺血區(qū)（圖11－2)。

圖11－2 心肌缺血/再灌注時(shí)ATP、Ca²⁺、K⁺的變化

以大鼠離體作功心臟為模型（Neely氏模型)，先在20℃低溫下給心臟停跳液，再短時(shí)間全心缺血（夾住主動(dòng)脈)后，再灌注生理溶液。結(jié)果是給停跳液30分鐘再缺血30分鐘后，ATP幾乎完全喪失，ADP明顯減少，AMP明顯增加，總腺苷酸量顯著降低。再灌注60分鐘可使ATP明顯回升，但不及正常對(duì)照的一半，而總腺苷酸量則明顯低于給停跳液后，比正常對(duì)照減少50％。上述研究提示缺血及再灌注損傷的心肌有氧代謝性發(fā)生嚴(yán)重?fù)p傷，影響能量代謝及心肌功能的恢復(fù)。

再灌注時(shí)高能磷酸化合物之所以恢復(fù)慢且總腺苷酸水平明顯下降，可能與下列因素有關(guān)。

（一)缺血心肌的代謝障礙主要表現(xiàn)為對(duì)氧的利用能力受限，有氧代謝嚴(yán)重受損。在缺血進(jìn)入不可逆階段再灌注時(shí)，氧的利用并不增加，心肌只能利用運(yùn)至心肌的氧的17％。氧的利用能力受限與缺血及再灌注所致線粒體受損有關(guān)。

（二)ATP合成的前身物質(zhì)（腺苷、肌苷、次黃嘌呤等)在再灌時(shí)被沖洗出去，使心肌失去再合成高能磷酸化合物的物質(zhì)基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)證明在再灌注液中補(bǔ)充肌苷或谷氨酸能促進(jìn)ATP的合成及心功能的恢復(fù)。

3.線粒體膜發(fā)生氧自由基誘發(fā)的脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)使線體受損。線粒體膜富有磷脂，線粒體在缺氧時(shí)又是產(chǎn)生自由基的場(chǎng)所，因此極易引起膜脂過(guò)氧化使線粒體功能障礙。

五、自由基的作用

自由基（free radical)是具有一個(gè)不配對(duì)電子的原子和原子團(tuán)的總稱。由氧誘發(fā)的自由基稱為氧自由基或活性氧，如超氧陰離子（O₂)、羥自由基（OH·)及單線態(tài)氧（¹O₂，激發(fā)態(tài)放出一個(gè)光子)等非脂性自由基。H₂O₂非自身基，但也是一種氧化作用很強(qiáng)的活性氧。氧自由基與多聚不飽和脂肪酸作用后生成的中間代謝產(chǎn)物烷自由基（L·)、烷氧基（LO·)、烷過(guò)氧基（LOO·)等屬于脂性自由基。氧自由基和脂性自由基的性質(zhì)極為活潑，易于失去電子（氧化)或奪取電子（還原)，特別是其氧化作用強(qiáng)，故具有強(qiáng)烈的引發(fā)脂質(zhì)過(guò)氧化的作用。在生理情況下，氧通常是通過(guò)細(xì)胞色素氧化酶系統(tǒng)接受4個(gè)電子還原成水，同時(shí)釋放能量，但也有1～2％的氧接受一個(gè)電子生成O_2，或再接受一個(gè)電子生成H₂O₂。但由于細(xì)胞內(nèi)存有超氧化物歧化酶（superoxidedismutase, SOD)和谷胱甘肽過(guò)氧化物酶（glrtathione peroxidase,GSH-PX)等抗氧化酶類(lèi)可以及時(shí)清除它們，所以對(duì)機(jī)體并無(wú)有害影響。在病理?xiàng)l件下，由于活性氧產(chǎn)生的過(guò)多或抗氧化酶類(lèi)活性下降，則可引發(fā)鏈?zhǔn)街�質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)損傷細(xì)胞膜系并進(jìn)而使細(xì)胞死亡。

（一)細(xì)胞內(nèi)氧自由基的生成

分子氧在線粒體細(xì)胞色素氧化酶系統(tǒng)中接受一個(gè)電子而被還原生成O₂。

O₂^e-→O₂^-

這是其他活性氧產(chǎn)生的基礎(chǔ)。過(guò)氧化氫（H₂O₂)及羥自由基（OH·)續(xù)發(fā)于此。即氧在獲得一個(gè)電子時(shí)還原生成O₂^-，獲得2個(gè)電子生成H₂O₂，獲得3個(gè)電子生成OH·,獲得四個(gè)電子生成H₂O。

H₂O₂既可由O₂^-自發(fā)歧化產(chǎn)生，也可經(jīng)酶促歧化而生成。

H₂O₂本身并非自由基而是一種活性氧，它與氧自由基的產(chǎn)生有密切關(guān)系（詳下文)。

OH·自由基的產(chǎn)生不僅需要O₂^-或H₂O₂，而且要有過(guò)渡金屬，如鐵的螯合物的存在。由鐵催化的Fenton型Haber-Weiss反應(yīng)可迅速形成OH·，而單純的Haber－W-eiss反應(yīng)速度很慢，很難由此形成OH·。

O₂^-+H₂O₂→O₂＋OH^-＋OH·

(Haber－Weiss反應(yīng))

Fe（Ⅲ)＋O₂^-→fe(Ⅱ)＋O₂（2)

Fe(Ⅱ)H₂O₂→Fe(Ⅲ)+OH^-+OH·　（3)

也就是說(shuō)，O₂^-使鐵還原，還原的鐵再使H₂O₂還原生成OH·，OH·是最活躍最強(qiáng)力的氧自由基。缺血與再灌注時(shí)氧自由基生成過(guò)多，其機(jī)制可能是：

1.黃嘌呤氧化酶的形成增多黃嘌呤氧化酶（xanthine ocidase, XO)的前身是黃嘌呤脫氫酶（xanthine dehydrogenase, XD)。這兩種酶主要存在于毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)。正常時(shí)只有10％以XO的形式存在，90％為XD。缺血時(shí)由于ATP減少，膜泵功能失靈，Ca²⁺進(jìn)入細(xì)胞激活Ca²⁺依賴性蛋白水解酶，使XD大量轉(zhuǎn)變?yōu)閄O。缺血時(shí)ATP不能用來(lái)釋放能量，而且還依次降解為ADP、AMP和次黃嘌呤，故在缺血組織內(nèi)次黃嘌呤大量堆積。再灌注時(shí)，大量分子氧隨血液進(jìn)入缺血組織，黃嘌呤氧化酶在催化次黃嘌呤轉(zhuǎn)變?yōu)辄S嘌呤并進(jìn)而催化黃嘌吟轉(zhuǎn)變?yōu)槟蛩岬膬刹椒磻?yīng)中，都同時(shí)以分子氧為電子接受體，從而產(chǎn)生大量的O₂^-和H₂O₂，后者再在金屬離子參與下形成OH·。因此，再灌注時(shí)組織內(nèi)O₂^-、OH·等氧自由基大量增加。

2.中性粒細(xì)胞 中性粒細(xì)胞在吞噬活動(dòng)時(shí)耗氧量顯著增加，所攝取的O₂絕大部分經(jīng)細(xì)胞內(nèi)的NADPH氧化酶和NADH氧化酶的作用而形成氧自由基，并用以殺滅病原微生物。如氧自由基產(chǎn)生過(guò)多或機(jī)體清除氧自由基的酶系統(tǒng)活性不足或抗氧化劑不夠時(shí)，中性粒細(xì)胞形成的氧自由基就可損害組織。

在再灌注時(shí)，由黃嘌呤氧化酶的作用所產(chǎn)生的氧自由基起原發(fā)的、主要的作用；這些自由基作用于細(xì)胞膜后產(chǎn)生的具有趨化活性的物質(zhì)如LTB₄等可吸引大量中性粒細(xì)胞到局部釋放氧自由基等物質(zhì)而進(jìn)一步損害組織。

3.線粒體 可能是由于缺氧使ATP減少，Ca²⁺進(jìn)入線粒體增多而使線粒體功能受損，細(xì)胞色素氧化酶系統(tǒng)功能失調(diào)，以致進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)的氧，經(jīng)單電子還原而形成的氧自由基增多而經(jīng)4價(jià)還原而形成的水減少。細(xì)胞色素氧化酶的功能失調(diào)，也可能是缺氧時(shí)細(xì)胞內(nèi)氧分壓降低的結(jié)果。

4.兒茶酚胺的增加 交感-腎上腺髓質(zhì)系統(tǒng)是機(jī)體在應(yīng)激時(shí)的重要調(diào)節(jié)系統(tǒng)。在各種應(yīng)激包括缺氧的條件下，此系統(tǒng)分泌大量的兒茶酚胺，兒茶酚胺一方面具有重要的代償調(diào)節(jié)作用，但過(guò)多的兒茶酚胺特別是它的氧化產(chǎn)物，往往又成為對(duì)機(jī)體的有害因素。實(shí)驗(yàn)證明，大量的異丙腎上腺素、去甲腎上腺素、腎上腺素均能引起細(xì)胞損傷。造成心肌損害的是兒茶酚胺的氧化產(chǎn)物，而非兒茶酚胺本身。兒茶酚胺氧化能產(chǎn)生具有細(xì)胞毒性的氧自由基。腎上腺素代謝產(chǎn)生緊上腺素紅的過(guò)程中有O₂^-產(chǎn)生。

（二)自由基反應(yīng)與再灌注損傷

機(jī)體在生命過(guò)程中所能遇到的自由基種類(lèi)很多。因此很難概括其生物學(xué)反應(yīng)。自由基參與一個(gè)反應(yīng)系統(tǒng)后能形成新的自由基。因此自由基一旦形成，就成為自由基反應(yīng)擴(kuò)展程序的一部分，例如：

R·＋XH→RH＋H·

R·＋CCl₄→RCl＋Cl₃C·

另一個(gè)自由基反應(yīng)則是自由基加入到不飽和鍵中去。如脂肪酸及芳香族環(huán)的不飽和鍵。

自由基反應(yīng)既可經(jīng)自由基中間代謝產(chǎn)物不斷向前發(fā)展，又可由細(xì)胞損傷而終止。自由基反應(yīng)的擴(kuò)展可以是無(wú)限的，但又可為各種自由基清除劑（free radical scavenger)所終止。

由于自由基有極為活潑的反應(yīng)性，所以它們能和各種細(xì)胞成分（膜磷脂、蛋白、核酸)發(fā)生反應(yīng)。

（1)膜脂：是構(gòu)成膜脂質(zhì)雙層的重要結(jié)構(gòu)及功能成分，富含不飽和脂肪酸，自由基與不飽和脂肪酸作用引發(fā)脂質(zhì)過(guò)氧化（lipid peroxidation)反應(yīng)。脂質(zhì)過(guò)氧化物的形成使膜受體、膜蛋白酶和離子通道的脂質(zhì)微環(huán)境改變，從而改變它們功能，由于脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)的增強(qiáng)，細(xì)胞膜內(nèi)多價(jià)不飽和脂肪酸減少，生物膜不飽和脂肪酸/蛋白質(zhì)比例失常，膜的液態(tài)性、流動(dòng)性改變，通透性增強(qiáng)。含雙鍵脂肪酸過(guò)氧化可生成丙二醛，它的產(chǎn)生與脂質(zhì)過(guò)氧化相平行，因而測(cè)定丙二醛含量可代表脂質(zhì)過(guò)氧化物的濃度。丙二醛能使膜成分之間形成交聯(lián)和聚合（polymerization)，使膜的基本特性如變構(gòu)、離子傳遞、酶活性等發(fā)生改變（圖11－3)。

圖11－3 自由基對(duì)膜的損傷

自由基可通過(guò)誘致過(guò)氧化而影響脂質(zhì)，從而產(chǎn)生短鏈脂酰衍化物和副產(chǎn)物丙二醛。丙二醛反應(yīng)可介導(dǎo)各種交聯(lián)反應(yīng)。自由基也能催化氨基酸氧化、蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)交聯(lián)和蛋白質(zhì)鏈的斷裂

（2)蛋白質(zhì)：在自由基的作用下，胞漿及膜蛋白及某些酶可交聯(lián)成二聚體或更大的聚合物。這種交聯(lián)既可借助于蛋白質(zhì)之間的二硫鍵形成也可由于自由基損傷的氨基酸殘基間的反應(yīng)形成。蛋白質(zhì)的交聯(lián)將使其失去活性，結(jié)構(gòu)改變。

（3)核酸：自由基對(duì)細(xì)胞的毒性作用主要表現(xiàn)為染色體畸變，核酸堿基改變或DNA斷裂。80％是OH·的作用。OH·易與脫氧核糖及鹼基反應(yīng)并使其改變。

（三)細(xì)胞對(duì)自由基損傷的防護(hù)

自由基的產(chǎn)生既然是有機(jī)體在正常或病理?xiàng)l件下的常見(jiàn)現(xiàn)象，因此在進(jìn)化過(guò)程中也就形成了一系列對(duì)抗自由基，防止其損傷的系統(tǒng)。這種生化學(xué)防護(hù)系統(tǒng)主要有兩大類(lèi)：低分子自由基清除劑及復(fù)合酶系統(tǒng)。

1.低分子清除劑 存在于細(xì)胞脂質(zhì)部分的自由基清除劑有維生素E（α-生育酚)和維生素A（β-胡蘿卜素)；存在于細(xì)胞內(nèi)外水相中的自由基清除劑有半胱氨酸、抗壞血酸和谷胱甘肽等，它們能提供電子使自由基還原，故有重要的防護(hù)作用。www.med126.com例如維生素E（生育酚)能還原O₂^-、單線態(tài)氧（¹O₂)、過(guò)氧化脂質(zhì)自由基等；抗壞血酸具有相同作用而且能協(xié)助生育酚維持其具有活性的還原狀態(tài)。β-胡蘿卜素是單線態(tài)氧（¹O₂)的有效清除劑并能抑制脂質(zhì)過(guò)氧化。

胞漿中的還原型谷胱甘肽（GSH)與還原型輔酶Ⅱ（NADPH)在某些酶如過(guò)氧化氫酶、谷胱甘肽過(guò)氧化物酶等的協(xié)同作用下，能還原H₂O₂、過(guò)氧化脂質(zhì)、二硫化物及某些自由基。

2.酶性清除劑 細(xì)胞內(nèi)有二種酶可以清除H₂O₂，即過(guò)氧化氫酶和過(guò)氧化物酶。如所周知H₂O₂是OH·自由基的前身，上述兩酶可使H₂O₂濃度降低，從而避免高毒性O(shè)H·的產(chǎn)生。這兩個(gè)酶的細(xì)胞內(nèi)分布，尚不清楚。

細(xì)胞內(nèi)具有清除劑作用的另一個(gè)重要酶是超氧化物歧化酶（SOD)。它是一種金屬蛋白，可以歧化O₂^-生成H₂O₂。哺乳類(lèi)細(xì)胞含有兩種SOD。其一是位于胞漿中的CuZn 超氧化物歧化酶，另一是位于線粒體中的Mn超氧化物歧化酶。SOD作用的重要意義，在于清除H₂O₂及OH·的前身O₂^-，從而保護(hù)細(xì)胞不受強(qiáng)毒性氧自由基的損傷。

清除劑的濃度及活性下降必將引起自由基所致之細(xì)胞損傷。

（四)自由基在缺血再灌注損傷機(jī)制中的地位

缺血/再灌注損傷機(jī)制中的各種學(xué)說(shuō)，無(wú)一不與自由基的作用有關(guān)。

1.缺血/再灌注時(shí)脂質(zhì)過(guò)氧化增強(qiáng)（自由基引發(fā))，組織及血漿中脂質(zhì)過(guò)氧化物顯著增高，超威結(jié)構(gòu)嚴(yán)重受損。給予抗氧化劑如：維生素E、硒（谷胱甘肽過(guò)氧化物酶輔基所含金屬)及SOD能顯著減輕缺血/再灌注損傷。

2.細(xì)胞膜脂質(zhì)過(guò)氧化改變膜酶、離子通道的脂質(zhì)微環(huán)境，從而使膜通透性增高，細(xì)胞外鈣離子內(nèi)流。膜上Na⁺-K⁺-ATP酶失活，可使細(xì)胞內(nèi)Na⁺升高，Na⁺-Ca²⁺交換增強(qiáng)。而使細(xì)胞內(nèi)鈣超載。

3.線粒體膜富有磷脂，缺血/再灌注時(shí)自由基引發(fā)的線粒體膜脂質(zhì)過(guò)氧化或細(xì)胞內(nèi)形成脂質(zhì)過(guò)氧化物作用于線粒體膜，使膜的液態(tài)及流動(dòng)性改變，從而導(dǎo)致線粒體功能障礙，高能磷酸化物產(chǎn)生減少，自由基產(chǎn)生增多。細(xì)胞喪失能量貯備。依靠能量的質(zhì)膜及肌漿網(wǎng)膜鈣泵，由于能量不足不能將肌漿中過(guò)多的Ca²⁺泵出或吸收入肌漿網(wǎng)，致使肌細(xì)胞內(nèi)Ca²⁺濃度增加，加上由細(xì)胞外來(lái)的Ca²⁺終于造成細(xì)胞內(nèi)Ca²⁺超載，成為細(xì)胞致死原因。

4.自由基引發(fā)的脂質(zhì)過(guò)氧化造成細(xì)胞成分間的交聯(lián)（脂質(zhì)-脂質(zhì)交聯(lián)、蛋白-蛋白交聯(lián)、脂質(zhì)-蛋白交聯(lián)、蛋白-膠原交聯(lián))，使整個(gè)細(xì)胞喪失功能。

5.缺血/再灌注時(shí)，微粒體及質(zhì)膜上的脂加氧酶（lipoxygenase)及環(huán)加氧酶（cyclooxygenase)激活，催化花生四烯酸代謝，在加強(qiáng)自由基產(chǎn)生及脂質(zhì)過(guò)氧化的同時(shí)形成具有高度生物活性的物質(zhì)，如前列腺素、血栓素等。很多實(shí)驗(yàn)證明，缺血特別是再灌注時(shí)血栓素形成增加，前列環(huán)素形成減少，因而造成微循環(huán)障礙，出現(xiàn)無(wú)復(fù)流現(xiàn)象。

總之，自由基即使不是缺血/再灌注損傷的唯一發(fā)病學(xué)因素，至少也是甚為重要的環(huán)節(jié)。