缺血-再灌注損傷與原發性移植肺衰竭

洪志鵬 尹小川

組織血流灌注的減少或中斷將導致缺血性損傷，在缺血性損傷搶救、治療和血流恢復的過程中，對組織造成損傷除缺血本身外，恢復血液供應后自由基作用于重新獲得血液供應的細胞和組織結構所造成的損傷，稱為“缺血-再灌注損傷(ischemia-reperfusion injury，IRI)”［1］。1983年以來，肺移植已經成為治療終末期肺病唯一的支柱手段。盡管已有許多改進措施，肺移植術后缺血-再灌注損傷仍然是導致手術后早期并發癥和死亡的主要原因之一，致死率達16% ～25%，是原發性移植肺衰竭的重要原因，也是移植后發生慢性排斥反應的重要危險因素，影響長期生存率［2-5］。因此，研究移植肺缺血-再灌注損傷的特點、規律、發生機制及保護措施顯得尤為重要。

一、移植肺缺血-再灌注損傷

從腦死亡或無心跳供體到手術后恢復移植肺循環的時間中，供肺受到一系列的傷害，最終的結果可能是肺衰竭。整個過程均與IRI密不可分，盡量縮短缺血期，提高保護肺的手段，以改善肺保存的質量，有利益肺移植的成功。移植肺缺血-再灌注損傷的原因包括幾方面。

1.自由基:在肺實質的細胞內諸如內皮細胞、Ⅱ型肺泡上皮細胞、Clara細胞、纖毛氣道上皮細胞及肺泡巨噬細胞等均有細胞內氧自由基產生。引起一系列細胞內毒素鏈式反應，氧自由基使脂質過氧化，蛋白質的功能受到抑制，引起細胞器損傷及細胞死亡;還可引起核酸損害，導致細胞內酶的失活;引發肺組織損傷，導致肺功能下降。

2.鈣超載及鈣振蕩:缺血10～15 min即可使細胞內Ca2+濃度明顯增高，再灌注后細胞內Ca2+濃度進一步增加，增加的量與缺血的嚴重程度相平行，缺血后再灌注所引起的細胞內Ca2+的蓄積是一個非常迅速的過程，大約在再灌注后10 min內即可接近最高值，缺血、再灌注細胞內Ca2+濃度增加，形成鈣超載。此外，由于再灌注后迅速激活了細胞內的兩個陽離子泵:肌漿網上的鈣泵(Ca2+-ATP酶)和肌纖維膜上的鈉泵(Na+-K+ATP酶)，鈣泵激活后使胞漿中的Ca2+被泵入肌漿網池中，如泵入的Ca2+數量超過肌漿網的容量，則Ca2+又從肌漿網中釋放到細胞漿，造成細胞漿Ca2+濃度時高時低，如此反復形成自發的鈣振蕩。

鈣超載及鈣振蕩的過程中消耗大量的ATP，而進入線粒體的Ca2+又與含磷酸根的化合物結合形成磷酸鈣，干擾線粒體的氧化磷酸化，使能量代謝障礙，ATP生成減少。鈣超載促進黃嘌呤脫氫酶轉變為黃嘌呤氧化酶，自由基生成增多，損傷肺組織。

3.血管內皮細胞和中性粒細胞:IRI的血管內皮細胞釋放多種細胞黏附分子，促進中性粒細胞黏附和聚集，血小板沉積，造成微血管堵塞。中性粒細胞可釋放大量的縮血管物質，造成微血管舒縮功能的改變，血液灌流進一步受阻，加重細胞的損傷和壞死。

4.供體肺采辦過程中其它損傷對肺缺血再灌注損傷的放大作用:在供肺采辦前所發生的損傷包括腦死亡、低血壓、創傷、機械通氣、肺部感染和誤吸，可加重缺血再灌注損傷。

5.細胞凋亡:細胞凋亡可能與肺缺血再灌注損傷有關，研究顯示在急性肺損傷的消散期有大量的肺Ⅱ型上皮細胞凋亡。再灌注恢復后，對移植肺進行病理活檢，細胞凋亡數明顯增加，且與再灌注時間相關。單純缺血引起肺細胞凋亡輕度增加，再灌注后2 h肺細胞凋亡數達到峰值。

二、原發性移植肺衰竭(primary graft failure，PGF)

PGF是肺移植后重篤急性肺損傷綜合征，與缺血-再灌注損傷有著密不可分的關系，簡言之PGF是嚴重移植肺缺血-再灌注損傷的結果。移植肺缺血-再灌注損傷以非特異性肺泡損傷、肺水腫和低氧血癥為特點，發生于肺移植術后72 h內。根據動脈氧分壓與吸入氧分數之比(PaO2/FiO2，P/F)，臨床嚴重度可以分為4級:0級表現輕度的低氧血癥(P/F＞300)，肺部無浸潤;1級肺部出現滲出性病變(P/F＞300);2級可以是危重的急性呼吸窘迫綜合征(P/F200～300)，3級的表現為最嚴重，PGF(P/F＜200)。胸部X線檢查呈現移植肺間質和肺泡彌漫性滲出性病灶，提示移植肺微血管滲出增加以及廣泛的肺泡損傷。肺泡氧-動脈氧梯度(A-a梯度，正常值20～65 mm Hg)升高，說明機體顯著缺氧，A-a梯度差值越大，呼吸窘迫的程度越嚴重。此外，手術結束時采用血乳酸水平反映PGF的嚴重程度，在臨床上需要排外肺炎、肺靜脈流出道梗阻、左心壓力升高以及超急排斥反應等情況。PGF是移植后死亡的重要原因，30 d病死率為沒有發生PGF者的8倍以上，肺移植術后死亡的患者，77%左右源于PGF。存活者康復滯后如6 min步行實驗(6MWT)PGF患者低于無PGF患者，受損的生理功能修復時間可長達1年。

PGF的發生率為10.7%左右，多因素分析表明供體與PGF相關的獨立因素有:年齡＞45歲和頭顱損傷;與受體相關的因素包括:①體質指數(body mass index，BMI)＞25 kg/m2;②女性;③Eurocollins保存液;④單肺移植;⑤缺血時間;⑥移植時肺動脈收縮壓高;與受體疾病相關的因素為原發或繼發性肺動脈高壓以及原發或繼發性肺纖維化。

PGF為多種病理機制作用的最終結果，肺缺血-再灌注期間活性氧(reactive oxygen species，ROS)的產生有至關重要的作用。ROS直接損傷肺的內皮細胞和上皮細胞，啟動炎癥連鎖反應、上調黏附分子和凝血前因子增加導致肺損傷。隔絕肺抗原膠原蛋白V型、供體HLA-Ⅱ表達上調及補體激活等參與PGF的發生與發展。

改善肺保存技術，包括肺保存液的容量、溫度、壓力、成分以及肺膨脹狀態、通氣參數等均有益于PGF的防范，治療措施必須給予正壓通氣、藥物支持、甚至體外膜對肺進行氧療。

三、保護移植肺的優化

1.自由基清除劑:自由基清除劑(free radical scavenger，FRS)分為兩類:一是低分子FRS如還原性谷胱甘肽，通過提供電子，使自由基還原，降低自由基反應。二是酶性FRS，如超氧化物歧化酶。它們可單獨應用，也可以聯合應用。通過清除IRI過程中形成的自由基，以對抗自由基對機體的損傷，起到對肺的保護作用。

2.鈣拮抗劑:阻斷鈣內流對防止IRI有良好的作用，具有阻滯鈣通道作用的血管擴張藥物如異博定等對再灌注后肺損傷具有更好的效果。目前鈣拮抗劑減輕IRI的研究報道很多，但在肺移植保護方面非常少，值得關注。

3.與炎癥介質、細胞因子等血管活性物質有關的藥物

(1)一氧化氮(nitric oxide，NO):NO通過環磷酸鳥苷(cyclic guanosine monophosphate，cGMP)途徑發揮作用，在肺臟NO可以調節肺血管張力，改善通氣/血流比值。在Perfadex液中加入硝酸甘油能明顯改善供肺的氧合，降低肺血管阻力及吸氣峰壓;而且對延長供肺保存時間的作用明顯。其可使供肺的熱缺血損傷明顯減輕，還能抑制炎癥反應，減輕肺水腫。在大鼠肺移植模型中，注射腺病毒編碼的內皮結構型一氧化氮合酶(constitutive nitric oxide synthase，cNOS)基因做實驗，發現通過腺病毒介導的cNOS基因轉移可提高體內的NO濃度，使NO發揮作用，減輕肺IRI，改善移植后的肺功能。

(2)內皮素21(endothelin 21，ET21)受體拮抗劑:IRI可引起肺動脈內皮受損，導致ET21升高，并以自分泌和旁分泌的形式作用于肺血管平滑肌上的ET2A受體，導致肺微小動脈收縮。ET21直接抑制血管內皮細胞NOS可導致NO產生減少，增加肺血管阻力，引起肺間質水腫，影響肺換氣功能。因此，通過ET21受體拮

抗劑阻斷ET21，可減輕肺IRI。在犬左肺移植實驗中證實，非選擇性ETA/ETB受體拮抗劑可以減少誘導型NOS的表達，并降低細胞凋亡的程度，從而減輕肺的IRI，改善肺功能。

(3)前列環素類物質:這類物質的減少是促發再灌注損傷，加重再灌注損傷的重要因素，通過外源性前列環素類物質阻斷IRI的發生日益得到重視，取得了一定的效果。

(4)血小板激活因子(platelet-activating factor，PAF)拮抗劑:PAF在肺IRI中可刺激白細胞趨化、黏附和顆粒釋放，造成肺組織損傷;增加糖蛋白表達和激活，促進白細胞與內皮細胞黏附;引起血管壁通透性增加，導致肺水腫等變化，故通過PAF拮抗劑如BN52021，阻斷PAF以減輕肺IRI不失為可取的保護方法之一。

(5)核因子κB(nuclear factor κB)抑制劑:肺IRI期間再灌注時間的延長逐漸出現肺功能降低，核因子κB mRNA和蛋白表達明顯增加。基因轉導的核因子κB抑制劑對移植肺IRI具有保護作用，可使移植術后2 h凋亡細胞的死亡減少，改善肺功能。

(6)其它:抑肽酶、TNF2α抑制劑、己酮可可堿等也在實驗中證實對肺IRI有一定的保護作用。

(7)供肺選評:肺保存的成功尚取決于選擇器官自身的好壞。

四、結語

迄今為止，對于移植肺IRI的研究，絕大部分是在實驗動物身上進行的，然而這些實驗資料卻已經為缺血再灌注損傷的臨床防治提供了重要的啟示和借鑒，為臨床研究奠定了重要的基礎。但真正應用于臨床尚需進一步的努力，隨著醫學科學的發展肺移植相關技術將會逐漸完善并廣泛開展，并為人類帶來福音。

1 孫相華，洪志鵬.肺移植供肺保存的現狀與進展［J］.中華肺部疾病雜志:電子版，2012，5(2):56-59.

2 Willem A den Hengst，Jan F Gielis，Judy Y Lin，et al.Lung ischemia-reperfusion injury:a molecular and clinical view on a complex pathophysiological process［J］.Am J Physiol Heart Circ Physiol，2010，299(5):H1283-H1299.

3 de Perrot M，Liu M，Waddell TK，et al.Ischemia-reperfusion-induced lung injury［J］.Am J Respir Crit Care Med，2003，167(4):490-511.

4 Lehmann S，Barten MJ，Topf C，et al.Donor type impact on ischemia-reperfusion injury after lung transplantation［J］.Ann Thorac Surg，2012，93(3):913-919.

5 Rong J，Ye S，Wu ZK，et al.Controlled oxygen reperfusion protects the lung against early ischemia-reperfusion injury in cardiopulmonary bypasses by downregulating high mobility group box 1［J］.Exp Lung Res，2011，38(4):183-191.