脑缺血再灌注损伤发生机制及治疗进展

王红梅 贺永贵 伊红丽 李海波

(河北联合大学附属医院神经内一科 河北唐山 063000)

近年来，脑血管病的发病率逐年升高，在这一疾病及其相应的治疗过程中，脑缺血/再灌注损伤(ischemia－reperfusion injury)的病理生理过程起着重要的作用。脑缺血再灌注损伤是一个复杂的过程，包括许多环节，如:线粒体损伤、钙超载、氧自由基的累积、炎症反应及细胞凋亡等。通过对发病机制的深入研究有助于开发新的脑保护药物，并进一步明确各种脑保护药物的治疗靶点和疗效。本文就脑缺血再灌注损伤相关机制及治疗情况进行综述。

1 脑缺血再灌注损伤机制

脑缺血再灌注损伤机制十分复杂，研究发现线粒体是缺血/再灌注损伤的最关键环节，自由基连锁反应是脑缺血/再灌注损伤的核心环节，而细胞内钙超载则可能是导致神经元死亡的最后通路[1]。

1.1 线粒体损伤 缺血再灌注后产生大量自由基攻击线粒体，使其结构和功能破坏，酶活性丧失，同时膜屏障的破坏，导致大量离子内流，使线粒体肿胀、分解、消失、胞质密度增加。脑缺血/再灌注时引起呼吸链本身的酶复合体Ⅰ和Ⅱ活性明显下降。因此清除氧自由基保护线粒体功能结构完整是发挥抗脑缺血活性的关键环节[2]。脑缺血/再灌注线粒体功能障碍的机制涉及氧自由基损伤、钙超载、线粒体通透性转换孔(MPTP)的异常开放、线粒体结构损伤等。脑缺血/再灌注也可引起脑线粒体脂类分解，膜蜕变，同时导致呼吸链酶的活性受到影响，减少线粒体ATP生成，脑水肿加重。

1.2 自由基累积 自由基广泛存在于生物体内，人体内的自由基主要包括超氧阴离子(O2－)、羟自由基(－OH)、一氧化氮自由基、烷自由基、烷氧基和烷过氧基、脂质过氧化物自由基等。其中氧自由基是诱发自由基连锁反应的启动环节，其性质极不稳定，可以不断生成新的活性氧;－OH 则是危害最大的自由基。自由基对脑组织的损伤主要发生在缺血/再灌注期，在神经元的凋亡中也起重要作用，一般认为氧自由基与引起的脂质过氧化和细胞内钙超负荷导致的不可逆损伤有关。一氧化氮在脑缺血/再灌注具有双刃剑的作用，一方面扩张血管、改善缺血组织血供、抑制血小板聚集、减轻缺血/再灌注损伤，具有一定的神经保护作用;另一方面参与脑缺血急性脑损伤与迟发神经元死亡过程。

1.3 钙超载 研究表明，细胞内钙超载则可能是导致神经元死亡的最后通路。脑缺血缺氧时导致细胞ATP缺乏，pH值降低，抑制Na+/Ca2+交换蛋白的活性，进而使细胞内Na+、Ca2+增加，K+降低，这些离子的不平衡使脑细胞的防御系统受到破坏。Ca2+超载加重脑缺血/再灌注损伤可能通过以下途径[3]:①细胞内外钙平衡紊乱，细胞外Ca2+内流入细胞，引起线粒体膜损伤，Ca2+可抑制ATP合成，使能量生成障碍。除影响ATP合成外，对细胞氧化还原反应、渗透压、pH值、细胞内信号的维持都有重要的影响;②可激活磷脂酶A和C，使膜磷脂降解为游离脂肪酸，尤其是花生四烯酸(AA)大量释放，导致脂质膜流动性降低及通透性增高，细胞肿胀，AA在环氧酶及脂氧酶等作用下可生成前列腺素、白三烯和自由基等活性物质，使血管收缩，进一步造成缺血后低灌注;③Ca2+增高使活性钙调蛋白增加，Ca2+与钙调蛋白复合物导致5－HT及NE释放，引起脑血管痉挛，局部血流变状况恶化，加重脑缺血;④Ca2+增高可造成自由基和一氧化氮增加，活化NOS及钙依赖蛋白酶，使胞内无害的黄嘌呤脱氢酶转变为黄嘌呤氧化酶，氧自由基生成增多，损害血脑屏障，产生血管源性脑水肿。现已认为，细胞内Ca2+超载是缺血性神经元损伤的共同径路。

1.4 炎症反应 炎症反应导致的微血管功能紊乱也是脑缺血再灌注继发性损伤的重要原因之一[4]，许多炎性细胞及炎性介质均参与了炎性反应[5]，主要炎性细胞包括白细胞、小胶质细胞和星形胶质细胞，炎性介质包括细胞因子、趋化因子和黏附分子(选择凝集素家族、免疫球蛋白家族、整合素家族)等。白细胞介导再灌注损伤的机制包括阻塞微小血管，造成继发性低灌注，释放氧自由基、缩血管物质和蛋白水解酶，增加血管通透性引发水肿等;而神经胶质细胞和小胶质细胞的作用类似，可能有损伤和保护双重作用，在缺血性卒中急性期，小胶质细胞以毒性作用为主，在后期可促进神经再生[5]。多种炎性介质及白细胞通过与内皮细胞粘连，促使内皮细胞破裂坏死，使血脑屏障破坏，加重了缺血再灌注区的损伤。

2 缺血后脑保护作用的可能机制

脑组织在受到脑缺血再灌注损伤的同时，机体即使在无外源性干预时会调动一切可能的保护机制对抗损伤作用，其保护机制可能有:①再灌注损伤补救激酶通路包括两种激酶AKt和ERK。②抑制凋亡相关物质的产生:survivin是至今发现的最强凋亡抑制因子，是凋亡抑制蛋白家族中一个新成员，与细胞凋亡、增殖、血管再生有密切关系，具有独特的组织学分布和强大的抗细胞凋亡能力。Shi Y等[6]研究发现，survivin可能通过中间结合蛋白间接抑制Caspase－9活性，从而抑制细胞凋亡;诱导型NO在高氧性损伤、缺血－再灌注损伤、器官移植等方面对器官起保护作用[7，8];CBS/H2S体系具有抗损伤的作用，与 iNOS/NO体系参与了神经细胞的损伤相对抗，两体系间存在相互的调节。最近的研究发现H2S能有效减轻大鼠海马病理性的损伤[9];B细胞淋巴瘤基因 －2(B －cell lymphoma－2，Bcl－2)家族蛋白是在细胞凋亡过程中其关键作用的一类蛋白质，它通过与其它凋亡相关因子的协助作用调控着线粒体结构与功能的稳定性，是重要的抗细胞凋亡基因。Bcl－2并不是仅仅是对抗前凋亡蛋白BAX的作用，抑制凋亡，还可以稳定线粒体，对抗坏死的保护作用[10]。

3 缺血再灌注损伤治疗研究

3.1 药物治疗 发生脑缺血再灌注损伤后，临床上及时给予药物及对症治疗是目前应用最为广泛及成熟的治疗方法。临床上在改善脑缺血再灌住损伤后的药物主要为抗凝、抗血小板聚集、神经保护剂、抗氧化等方面。一些中药成分在缺血再灌注损伤治疗中取得较好的效果:川芎通过抑制血小板聚集及血栓形成，改善血液流变性，促进DNA合成，还能改善脑能量代谢，从而促进神经机能恢复;三七总皂甙具有减轻脑水肿等作用;丹酚酸A有抗氧化、抑制脑血栓形成等作用，对脑缺血起保护作用。此外，银杏叶、粉防己、山莨菪碱、绞股蓝、牛磺酸、当归、水蛭等中药，都已证明通过各种机制对脑缺血起到防治作用。黄芪甲苷、白藜芦醇具有脑保护作用，且其保护机制可能与抗氧化抗凋亡有关[11]。

一些合适剂量麻醉药物的应用在达到镇静作用的同时对组织起到保护作用，但具体机制尚未阐明。韩树海等[12]通过动物实验发现:利多卡因能显著促进脑缺血再灌注大鼠脑织中热休克蛋白(HSP70)的表达，使局灶性缺血脑组织中的神经元在形态上保持完整并且具有活力。

3.2 缺血预处理 Murry[13]等首次提出了缺血预处理，后来的研究也证实缺血预处理在不同种属[14]、不同组织器官[15]，对缺血－再灌注损伤均有显著的保护作用。1990年Kimgawa等[16]首次发现缺血预处理对大脑有保护作用，并提出脑缺血预处理的概念。随后Przyklenk等[17]首次提出远程缺血预处理概念。由于远距预处理同缺血预处理均必须施加在缺血发生之前，且不能预测缺血时间的发生，这显然限制了预处理保护器官作用在临床上的应用范围。

3.3 缺血后处理 各种缺血处理保护方式的出现及发展，它们大多起源于对心肌缺血再灌注损伤领域的研究。目前对缺血后处理的研究主要集中在远程缺血后处理、药物性缺血后处理及二者缺血后处理的联合应用。药物缺血后处理的脑保护作用研究和发展已十分成熟，钙通道阻滞剂、自由基清除剂、麻醉相关药物、抗炎、神经营养药、活血化瘀类中药等药物联合应用被广泛应用到临床及仍在不断深入研究。远程缺血后处理目前研究仍处于起步阶段，但其方法的简单性、微创性和安全性有巨大的发展空间和临床应用前景。已有大量的研究明确了远程缺血后处理和药物性缺血后处理对心肌器官的保护作用，并且与缺血预处理和缺血后处理相比，具有操作简单易行、无创安全的优点，临床应用前景广阔，然而在脑保护领域的相关研究报道尚少。远程缺血后处理和药物性缺血后处理联合应用是否具有联合增强脑保护的作用，以及其作用机制还有待进一步研究。

3.4 亚低温治疗 低温处理治疗目前是重症室对危重病人采取的治疗方式之一，在减轻身体耗能的同时，通过低温抑制脑细胞及神经元损伤、死亡起到脑保护作用，其机制可能与下列有关:①使神经元Bcl－2表达明显升高，Bax表达明显降低，细胞凋亡显著减少[18];②使caspase－3表达下降、凋亡阳性细胞数减少相关，抑制细胞色素C、自由基、一氧化氮等对caspase－3的激活，减少损伤后caspase－3表达，从而起到对脑神经细胞的保护作用[19，20];③促进 p－ERK1/2表达，而对 JNK 表达仅有较小的上调作用，从而促进缺血再灌注神经元存活[21];④促进p－Akt表达抑制细胞凋亡[22]，以上机制是相互联系、相互影响。

3.5 高压氧治疗 近几年高压氧能否改善缺血再灌注损伤成为人们关注的焦点，动物实验表明:高压氧预处理可能通过上调抗氧化酶活性减轻局灶性脑皮层缺血一再灌注缺血半暗带的自由基损伤和神经元凋亡可能通过下调皮层缺血半暗带神经元线粒体水平的凋亡反应减轻鼠脑缺血再灌注损伤。

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