皮瓣移植術后缺血再灌注損傷病理生理機制的研究現狀

馮康虎，方鵬飛，侯召權

（1.甘肅省中醫院，甘肅蘭州730050；2.甘肅省中醫院白銀分院，甘肅白銀730900；

3.甘肅中醫藥大學，甘肅蘭州730000）

皮瓣移植術后缺血再灌注損傷病理生理機制的研究現狀

馮康虎1，方鵬飛2，侯召權3

（1.甘肅省中醫院，甘肅蘭州730050；2.甘肅省中醫院白銀分院，甘肅白銀730900；

3.甘肅中醫藥大學，甘肅蘭州730000）

缺血再灌注損傷發生在組織血循環建立之后，血循環阻斷后自由基在組織內快速聚集，造成內皮細胞損傷，內皮腫脹，血流再次灌注時毛細血管通透性增強，產生大量氧化物。其發病過程包括繼發性缺血，活性氧類的產生，中性粒細胞大量聚集，一氧化氮的消耗，細胞凋亡等。近年來，在整形外科、創傷顯微外科領域，缺血再灌注損傷問題逐漸成為研究熱點。本文對皮瓣移植術后缺血再灌注損傷病理生理機制進行綜述。

缺血再灌注；活性氧；一氧化氮；超氧化物歧化酶；細胞凋亡

皮瓣成活率與微血管開放數、口徑及血流速度呈正比。而微循環狀態與激光多普勒血流量測定、病理組織學變化，以及活體皮瓣成活率呈正相關［1］。缺血再灌注（Ischaemi-reperfusion，I-R）損傷發生在皮瓣血循環建立之后，皮瓣血循環阻斷后自由基在皮瓣內快速聚集，造成內皮細胞損傷，內皮腫脹，血流再次灌注時毛細血管通透性增強。皮膚和皮下組織相對來說較耐受缺血再灌注損傷，一般可以耐受≥6小時的暖缺血或時間更長的冷缺血。肌肉組織不耐受缺血性損傷，3個小時暖缺血后便會發生不可逆的轉變。

動脈缺血是組織區域血流量不足的一個特定因素［2］，組織缺血周期超過耐受極限，炎癥會向壞死結果發展。此外，再灌注后，一系列的病理生理變化也會導致組織損傷發生［3］。大量臨床病例面臨因缺血再灌注導致不同器官系統損傷，也會使并發癥發生率升高、住院時間延長、醫療費用增加。另外，I-R損傷也是移植組織或器官功能障礙的重要原因，使得移植器官功能衰竭和急、慢性排斥反應發生率較高［4］。游離皮瓣轉移重建手術是一種特定的移植類型，是自體移植的一種形式，將組織轉移到病人身體的另一部位，移植成功率為90%～95%［5］。但是，即使手術成功的病人，也有一小部分出現術后I-R損傷的跡象。有時甚至引起創傷病人部分或完全皮瓣損失。自體移植不同于其他類型移植，不發生免疫學排斥反應。因此，皮瓣移植術后是研究I-R損傷的理想模式。

1　繼發性缺血

皮瓣移植術后，I-R總是發生于從一個區域移植到另一個區域的游離皮瓣，且不能預防，該機制被稱為原發性缺血。任何循環損害導致的I-R均可視為繼發性缺血。繼發性缺血通常是由手術操作不熟練造成的。繼發性缺血應與兩個不同類型的缺血區別：第一個是遠端缺血，常由于損傷太大喪失血液供應［6］。第二個是由血管吻合故障引起的缺血。因吻合故障導致手術后皮瓣壞死的發病率為1%～5%［7］，最常見的原因是血栓形成。其他可能的原因是受區血管質量差，受區預先存在疾病、供體血管動脈粥樣硬化或全身性問題，如低血壓或血液高凝狀態［8］。吻合故障還可能造成的后果是血管外部機械壓縮，例如扭曲的血管、血腫、過高張力的傷口縫合或壓縮。以前的淋巴結清掃術、輻射治療和術后血腫已被證明是吻合失敗的危險因素［7］。

動脈和靜脈閉塞可導致皮瓣損傷，其中以靜脈閉塞更為常見。應當注意的是，靜脈閉塞引起更多的組織損傷，進而導致動脈閉塞［6］。皮瓣缺血一般可通過動、靜脈血流信號或皮膚顏色來識別，但這些變化并不明顯。缺血性損傷會導致部分皮瓣壞死，有時甚至造成整個皮瓣損失［9］。繼發性缺血對皮瓣造成的危害更甚于原發性缺血。動物研究已證實，比起原發性缺血，皮瓣對繼發性缺血的耐受性更差。然而，繼發性缺血并不能預防。因此，在減少組織損傷的同時，還應努力提高顯微外科醫生的操作水平，減少繼發性I-R損傷。

2　活性氧類的產生

組織缺血，特別是再灌注后，活性氧類（ROS）產生［10］。ROS包括超氧陰離子、自由基和過氧化物，能夠啟動I-R損傷［11］。ROS有兩個不同的來源：黃嘌呤氧化酶系統的內皮細胞和煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）氧化酶系統中的嗜中性粒細胞［6～9］。活性氧形成于再灌注過程，能夠引起一系列變化，影響微循環，例如，內皮細胞腫脹、血管收縮、毛細血管通透性增加。這些機制已被動物實驗所證實。皮瓣缺血由顯著的黃嘌呤氧化酶系統監管，該系統可能是ROS產生的主要來源，通常發生在缺血期間［12］。這些發生在大多數隨意皮瓣移植術中的正向調節在皮膚免疫反應期間尤為重要［13］。別嘌呤醇的系統性調控抑制黃嘌呤氧化酶系統，減少活性氧形成，顯著提高大鼠皮瓣的存活率。抗氧化劑是具有該能力的化合物，它可以中和活性氧，防止組織損傷。一部分抗氧化劑為內源性的，由體內產生（例如谷胱甘肽、泛醇、尿酸），而其他的則通過飲食提供，即外源性抗氧化劑（例如維生素C和E、脂肪酸、核黃素、類胡蘿卜素）。抗氧化劑可以防止組織損傷，中和或減少ROS產生。眾所周知，氧化應激正向調節內源性抗氧化劑在體內產生［14］。然而，再灌注期間，許多ROS在較短時間內生成，從而促進抗氧化系統生成［15］。抗氧化劑濃度在體內快速衰退。在I-R中的抗氧化劑水平表明，出現這種情況可能受益于抗氧化劑治療［16］。從文獻中已知，I-R發生之前或發生期間一直存在抗氧化劑的調控保護作用，并改善身體器官功能［17］。

動物研究顯示，不同的抗氧化劑調控皮膚功能，提高皮瓣生存率。例如，谷胱甘肽（GSH）是最重要的一個抗氧化劑，可以避免身體出現氧化應激反應。在大鼠皮瓣的研究中，GSH水平在I-R后顯著低于對照組，而抑制內源性谷胱甘肽產生，則會加重I-R引起的組織損傷。此外，I-R前GSH心臟給藥可減輕心肌損害。其他抗氧化劑，如超氧化物歧化酶（SOD）、二甲基亞砜（DMSO）、維生素C（抗壞血酸）和E已被用來防止組織損傷。大鼠研究表明，在缺血預治療中利用DMSO的抗氧化作用能將初級缺血時間顯著縮短，維生素C也顯示出較強的抗氧化作用［18］。在大鼠腹部皮瓣模型中，維生素C灌注能顯著提升皮瓣存活率。Aydogan等［11］發現，外科皮瓣缺血誘導（Ischaemia-induced）壞死的風險是維生素C減少。Sumer等［18］連續10天把DMSO溶液噴灑在皮瓣手術區，皮瓣壞死面積治療組比對照組顯著減少。許多抗氧化劑，如維生素C和E、超氧化物歧化酶、DMSO、GSH、CAPE，已被證實能夠有效減少I-R損傷。但該機制對I-R損傷并不具備特異性，因此，應用抗氧化劑可能僅在人類中有效。

3　中性粒細胞大量聚集

I-R損傷還有一個重要表現是大量聚集的中性粒細胞［19］。白細胞外滲是一個多步驟的過程，ROS的形成有助于趨化和激活黏附分子，導致中性粒細胞浸潤［20］。白細胞外滲的過程被分成3個步驟：滾動、黏附和遷移。刺激白細胞與內皮滾動接觸。接下來，白細胞牢牢黏附于內皮，最后遷移進入組織。缺血皮瓣內被證實有大量中性粒細胞浸潤。髓過氧化物酶（MPO）是具有特定活性的嗜中性粒細胞，被廣泛用作酶標記中性粒細胞浸潤程度。在大鼠研究中，壞死的皮瓣組織內表現出比存活皮瓣組織更高的髓過氧化物酶活性。嗜中性粒細胞參與炎癥反應，其通過NADPH氧化酶產生的自由基在呼吸系統中破裂［21］。抑制嗜中性粒細胞活性能夠減少自由基產生的數量，并減輕I-R損傷程度。預處理中使用免疫藥物能顯著減少中性粒細胞浸潤，提高皮瓣成活率。因此，這也可能是預防缺血再灌注損傷的關鍵。

4　一氧化氮（NO）的消耗

I-R的第四個重要機制是耗盡NO。L-精氨酸（L-arginine）是一種氨基酸，具有免疫刺激效應和分解代謝作用，能提高病人的傷口愈合和免疫功能。L-精氨酸是前體（以前稱為內皮源性舒張因素），內皮細胞和神經元中的L-精氨酸通過NO合酶（NOS）轉化成NO。NO被認為在I-R損傷中起保護作用，其通過調節血管張力抑制血小板聚集和黏附，抑制白細胞黏附于內皮，清除自由基，維持正常血管通透性，抑制平滑肌細胞增殖，增強免疫系統功能，降低對內皮細胞的刺激，防止I-R對組織的損傷。然而，NO也可能加重I-R損傷，這也許是NOS生成原生型NOS和誘導型一氧化氮合酶（iNOS）不同亞型的結果［22］。iNOS的出現有助于I-R損傷的進一步發展。它可與氧自由基進行化學反應，形成過氧亞硝酸鹽（Oxygen nitrite），產生過氧化脂肪，從而導致額外的再灌注通過增加自由基產生損傷。缺血時iNOS的產生促進組織損傷和壞死，而原生型NOS的產生，會抑制血小板聚集、黏附，抑制中性粒細胞浸潤，從而發揮保護作用［23］。然而，在初始缺血期，原生型NOS產生高濃度NO，導致其前體局部耗竭［24］。因此，NO不再由內皮和游離氧生成，而由自由基產生，而其產物也不再是NO［25］。這也是再灌注期間產生70%的氧自由基的原因。由于血管收縮，NO濃度降低，毛細血管中性粒細胞和血栓形成堵塞微循環。L-精氨酸可能有助于提高原生型NOS水平，從而支持微循環并提高皮瓣活力［26］。Mittermayr等［24］使用NO供體嘗試改善皮瓣活力，并獲得了成功。在I-R損傷中L-精氨酸/NO代謝的確切作用目前還不清楚，但有更多的證據證明L-精氨酸和NO具有保護作用。

5　細胞凋亡

I-R的最后一個重要特點是細胞凋亡（Cell Apoptosis）。細胞凋亡是一個積極調控細胞死亡的機制，其特點是跨核小體DNA碎片，發生在凋亡過程相對較晚期。細胞凋亡的功能是去除多余細胞，并清理開發組織碎片或受損細胞。細胞凋亡的過程是可逆的。壞死實際上是細胞在非調節的炎癥特征中的一個死亡過程［27］。凋亡和壞死最初被認為是完全不同的兩個實體。然而，它們的演化機制卻十分相似。再灌注的標志是炎癥和細胞內容物釋放，同時有細胞壞死過程。然而，細胞凋亡顯示出I-R損傷顯著促進細胞死亡。再灌注ROS損傷細胞DNA和線粒體，而后兩者又是強大的細胞凋亡誘導劑，半胱氨酸蛋白酶級聯被激活，導致了與細胞凋亡有關的變化，例如，形態變化、細胞收縮。值得注意的是，細胞凋亡時不會發生膜溶解或炎癥。大鼠研究證實了細胞凋亡的作用，在皮瓣移植術后用蛋白酶抑制劑進行預處理，缺血時間顯著延長。缺血持續時間越長或在其后發生再灌注，則細胞凋亡的表現越明顯。目前還不清楚組織壞死或細胞凋亡是否是I-R損傷后細胞死亡的主要類型，也有可能是凋亡過程不能完成由此轉變為不完全性壞死。已明確的是，延遲或抑制去除凋亡細胞的吞噬細胞，會產生二次數小時內的壞死，這一發現支持肝I-R損傷的研究，表明第一小時再灌注的凋亡細胞數目顯著增加。然而，細胞凋亡的總量可能＜5%。另外，壞死部分在再灌注期間逐漸增大，并且似乎是細胞的主要死亡模式。

總之，組織缺血性再灌注損傷是多種疾病共有的病理生理機制，目前對其研究較多，但缺乏對創傷外科、皮瓣移植術后的針對性研究。缺血再灌注損傷的病理生理機制較為復雜，目前缺乏較權威的實驗研究結果，需要進行深入及詳細探討，為臨床降低皮瓣壞死率提供理論依據。

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1671-1246（2015）23-0151-03

注：本文系甘肅省自然科技基金計劃（1212RJZA086）