外科缺血再灌注过程中的线粒体损伤

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1、外科缺血再灌注过程中的线粒体损伤作者：骆助林，权毅，潘显明，屈波【关键词】外科；缺血再灌注损伤；线粒体损伤　　缺血再灌注损伤是一种外科的基本病理变化，见于许多外科疾病的过程，如冠状动脉的再通，器官移植，断指断肢再植，手术过程中人为的阻断血供等情况。再灌注损伤过程中，一系列的级联反应介导了细胞结构严重损伤，包括能量代谢的衰竭，Ca2+离子稳态改变，活性氧簇的产生。外科过程中的缺血再灌注损伤影响到患者的近期和远期生存率［１］，线粒体在细胞能量代谢中处于中枢地位，参与细胞内钙的调节，形成氧自由基并产生活性氧，控制细胞死

2、亡，促进在机体中的缺血再灌注损伤。　　1线粒体的结构和生理9　　线粒体有内膜和外膜两层膜结构，两层膜中间为膜间腔，内膜内侧为基质。线粒体外膜通透性较高，内膜对各种物质的通过性有严格的选择性，几乎所有的离子和不带电荷的小分子化合物都不能自由的通过。由于线粒体内膜对离子通透性的严格限制，结果是基质内充满了高选择性的分子。电化学梯度的存在是维持线粒体产生ATP的基础，氧化剂和抗氧化剂形成的稳定平衡是一些生物过程所必须的，比如维持Ca2＋循环、酶的活性、信号转导途径和基因转录的调节［2］。　　在生理条件下，每分子O2在复

3、合体Ⅳ的水平被4个电子还原（四价还原），但仍然有约2%-4%的氧只能得到单个的从电子传递链上复合体漏出的电子（单价还原），形成活性氧簇（ROS）。这种少量产生ROS是保持氧化还原状态所必须的，对基因的活性，Ca2+循环以及维持许多酶的功能非常重要。　　２缺血期的损伤　　2.1相关蛋白质的损伤长时间的缺血能改变电子传递链上复合体，60分钟的缺血后，所有的复合体亚基结构损伤，活性下降，复合体Ⅰ和复合体Ⅲ表现的对缺血损伤更敏感。随着脂酰辅酶A的累积，腺苷酸载体减少。Tsunekawa等在大鼠冷缺血中发现复合体Ⅴ分子损伤

4、，损伤的复合体变得更加易于电子逸出，这些可能导致再灌注期的一系列损伤［3］。　　2.2ATP下降9缺血期组织或器官的血流阻断使细胞供氧明显减少，从而导致细胞低氧和氧化磷酸化抑制，细胞内ＡＴＰ浓度快速下降。为了保持线粒体完整性，线粒体内的ATP合酶水解ATP以保持线粒体跨膜电位［4］。ATP水解导致游离的磷酸盐升高，促使内膜通透性增加，缺血时间延长导致位于复合体Ⅰ和复合体Ⅱ中的铁硫蛋白的退化，引起二价铁离子Fe2+的释放，在再灌注期参与ROS的形成［5］。　　2.3抗氧化剂的减少缺血也导致线粒体抗氧化系统的降低，并

5、且使细胞对氧化作用更加敏感。在缺血期线粒体的谷胱甘肽酶类，例如谷胱甘肽过氧化物酶的活性还比较稳定，然而Arduini等证明线粒体超氧化物歧化酶在缺血期活性明显下降，另一些人的研究也发现大鼠线粒体的GSH水平在冷缺血和冷保存期间明显下降［6］。　　2.4内膜通透性升高在缺血期，Na＋/K＋泵被抑制，导致细胞内Na＋水平升高，引起细胞内Ca2+升高，进而内膜通透性升高［2］。　　３再灌注期损伤　　3.1氧化剂的增加在缺血期，线粒体产生活性氧起着重要的作用。当细胞再次有氧输入时，线粒体电子传递链大量产生O2。－。随着再

6、灌注时氧的再次输入，电子传递链上复合体被损伤，电子逸出，产生大量O2。－，被称为“氧爆发”［7］。Gonzalez9Flecha等在缺血再灌注试验证明线粒体在活性氧产生中扮演了一个重要角色，在肝缺血再灌注模型中，用电子传递链特异性抑制体证明线粒体是产生过氧化氢的主要部位［8］。线粒体孤立的暴露于缺氧和氧再合时，随着对线粒体蛋白质的氧化损伤，呼吸功能明显下降，并检测出脂质过氧化反应的标记丙二醛。缺氧/再氧合后将线粒体与与抗氧化剂一起孵化，能明显改善线粒体呼吸功能。　　3.2抗氧化系统的失活　在长时间缺血的条件下，

7、抗氧化剂系统没有能力应对ROS的增加。由于MnSOD缺乏活性大量过氧化物的产生时能产生有效的氧化因子，如过氧化亚硝酸盐，是由过氧化物与线粒体NO反应产生,而NO通过影响cGMP信号系统，阻滞Ca2+通道，维持线粒体内膜通透性［9］，NO消耗促进内膜通透性增加。GSH的缺乏导致H2O2累积，在铁的催化下促进羟基生成。在大鼠肝移植中，冷保存后的大鼠肝脏再灌注30分钟后检测到GSH下降，线粒体羟基过氧化物酶升高，GSH的耗竭影响到ATP的产生，内膜的稳定性和细胞存活［10］。　　3.3电子传递链复合体的氧化损伤急性氧化

8、应激抑制线粒体呼吸功能，随之产生的ROS（特别是羟基和过氧化亚硝酸盐）损伤蛋白质，脂质，DNA等线粒体内外结构。线粒体电子传递链复合体的损伤进一步抑制ATP的产生，使之形成蛋白－蛋白胶联，促使电子逸出［11］。ROS和脂类的反应产物更进一步损害线粒体内膜稳定性，更增加了电子传递链的损伤和过氧化物的产生。再灌注时过度的Ca2+进入内膜也抑制了氧化磷酸化，增加了内膜通透性。9