急性肝損傷的病理生理學(xué)機(jī)制

1、急性肝損害的病理生理學(xué)機(jī)制,青島大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院I C U 孫運(yùn)波,ICU病人有50%存在肝功能異常, 急性肝功能衰竭作為急性肝損害最嚴(yán)重的結(jié)局,盡管綜合治療手段明顯改善,但死亡率仍持續(xù)在40%-80%,伴有ARDS時(shí)死亡率達(dá)100%.有關(guān)肝硬化,肝炎,肝中毒及先天性異常等肝臟內(nèi)在疾病所致的肝衰竭和肝昏迷已進(jìn)行了廣泛的研究,但對(duì)于外傷或手術(shù)引起的本身無肝疾病而發(fā)生肝功能異常的研究較少,缺血再灌注損傷是外科疾病中常見的病理生理過程（

2、休克復(fù)蘇、嚴(yán)重肝外傷，肝手術(shù)及肝移植）。肝臟在這些疾病的過程中的重要作用是由其血液供應(yīng)、解剖結(jié)構(gòu)、多種細(xì)胞相互作用決定。如何減輕肝臟缺血再灌注損傷是目前肝臟外科特別是移植外科的研究熱點(diǎn)。,肝臟缺血再灌注損傷發(fā)生機(jī) 制的研究 目前肝臟缺血再灌注損傷確切的發(fā)生機(jī)制仍不十分清楚，多數(shù)研究認(rèn)為與以下機(jī)制有關(guān)。,1.1 鈣超載：肝細(xì)胞內(nèi)自由鈣濃度[Cai2+]在調(diào)節(jié)許多細(xì)胞機(jī)能和激素的活性方面有重要作用。肝細(xì)胞依靠膜對(duì)C

3、a2+的低通透性、膜鈣泵主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)、Na+/Ca2+交換系統(tǒng)和H+/ Ca2+交換系統(tǒng)，維持胞內(nèi)外鈣的動(dòng)態(tài)平衡。在肝臟缺血再灌注時(shí)，細(xì)胞內(nèi)Ca2+超載的機(jī)制比較復(fù)雜。目前多數(shù)學(xué)者認(rèn)為有以下幾個(gè)方面,（1）鈣超載①ATP缺乏，激活細(xì)胞膜上的Na+/ Ca2+交換蛋白， Ca2+大量進(jìn)入細(xì)胞②細(xì)胞膜通透性增加，Ca2+被動(dòng)擴(kuò)散入細(xì)胞增多③線粒體ATP生成減少，Ca2+泵排Ca2+能力減弱④線粒體保護(hù)性攝取攝鈣功能失常⑤細(xì)胞膜內(nèi)鈣

4、敏磷酸酶可引起脂質(zhì)過氧化的連鎖反應(yīng)，使質(zhì)膜上打開一些通道，Ca2+經(jīng)這些通道順高濃度差進(jìn)入細(xì)胞內(nèi),鈣超載是肝細(xì)胞損傷關(guān)鍵機(jī)制之一：① 激活Ca2+依賴蛋白酶，破壞細(xì)胞骨架與 胞膜聯(lián)接的完整性② 激活Ca2+依賴磷脂酶C和磷脂酶A2, 使 雙分子層結(jié)構(gòu)紊亂破壞膜性結(jié)構(gòu)③ 線粒體鈣超載使其膜電位喪失，氧化磷 酸化脫偶聯(lián)，引起嚴(yán)重能量代謝障礙， 并促進(jìn)了氧自由基的產(chǎn)生，這些終致細(xì) 胞不可逆損傷,（2）

5、氧自由基生成 正常情況下1%-5%分子氧通過多種途徑產(chǎn)生自由基。但量小且隨時(shí)被氧化、分解，其形成與清除處于動(dòng)態(tài)平衡，故不引起細(xì)胞毒性作用。生物體內(nèi)有自由基清除系統(tǒng)，（如超氧化物岐化酶SOD），在生理狀態(tài)下生物體內(nèi)通過自由基清除系統(tǒng)將生成的自由基維持在一種有利無害的低水平狀態(tài),維生素E等小分子量清除劑還原單線態(tài)氧、自由基、超氧自由基及脂質(zhì)過氧化物自由基； 酶類清除劑SOD將超氧自由基岐化為過氧化氫，過氧化氫酶清除過

6、氧化氫生成水，從而阻斷羥基自由基的生成 過氧化物酶及谷胱甘肽過氧化物酶都是體內(nèi)有效的自由基清除劑，通過各種途徑消除和減低氧自由基對(duì)細(xì)胞的毒性作用,氧自由基在殺滅細(xì)菌、調(diào)節(jié)免疫等方面具有重要作用，但其生成量過多或清除系統(tǒng)某環(huán)節(jié)發(fā)生障礙，就對(duì)組織細(xì)胞產(chǎn)生毒性作用。 氧自由基損傷：對(duì)蛋白質(zhì)的損傷；對(duì)核酸和DNA的損傷；對(duì)線立體損害主要發(fā)生在缺血缺氧時(shí)，線粒體內(nèi)的細(xì)胞色素氧化酶系電子減少或停止，造成自由基生成增多，最后線粒體內(nèi)膜

7、的脂質(zhì)受到破壞,肝臟缺血再灌注損傷（肝臟血流減少，甚至無血流灌注時(shí)，肝臟的供氧、供糖障礙首先影響到肝臟的能量合成，肝臟缺血再灌注過程中氧自由基的產(chǎn)生主要與以下因素有關(guān),① 肝細(xì)胞缺血缺氧，ATP分解代謝增加，分解產(chǎn)物次黃嘌呤在缺血組織中大量堆積，同時(shí)內(nèi)源性抗氧化劑如SOD失活 缺血的刺激激活Ca2+依賴蛋白酶促進(jìn)胞內(nèi)無害的黃嘌呤脫氫酶（XDH）向有害的黃嘌呤氧化酶（XOD）轉(zhuǎn)化，后者利用胞內(nèi)分子氧產(chǎn)生大量的氧自由基,② 激活K

8、upffer細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、吞噬 細(xì)胞和單核細(xì)胞通過細(xì)胞膜上NADPH氧 化酶，釋放大量氧自由基③ 缺血、缺氧可使細(xì)胞色素氧化酶功能失 調(diào)，使細(xì)胞內(nèi)線粒體膜電勢喪失，呼吸 鏈功能障礙電子傳遞鏈電子漏率增加， 從而促進(jìn)氧自由基的產(chǎn)生,氧自由基對(duì)肝細(xì)胞損傷機(jī)制主要有：①氧自由基對(duì)細(xì)胞膜雙分子層磷脂結(jié)構(gòu)中的重要脂類進(jìn)行氧化作用，生成多種脂質(zhì)過氧化物，超氧化物和過氧化物促進(jìn)鐵蛋白釋放鐵，使其與過氧化氫反應(yīng)形成羥

9、自由基，從而直接損傷細(xì)胞,② 引起血小板、粒細(xì)胞在微血管中粘 附、聚集，造成微循環(huán)障礙③ 直接氧化肝實(shí)質(zhì)細(xì)胞核內(nèi)DNA雙鏈 結(jié)構(gòu)，引起DNA突變而造成肝臟結(jié) 構(gòu)和功能的損傷,（3） 細(xì)胞因子 激活的Kupffer細(xì)胞及粘附于肝竇內(nèi)的白細(xì)胞釋放多種細(xì)胞因子。這些細(xì)胞因子在肝內(nèi)既可單個(gè)形式也可通過彼此間網(wǎng)絡(luò)狀協(xié)同作用而發(fā)揮對(duì)肝臟的損傷作用。TNF-α及IL-1目前研究最活躍。TNF-α不僅可直接導(dǎo)致肝竇內(nèi)皮細(xì)胞腫

10、脹，而且還可通過中性粒細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞間的相互作用而導(dǎo)致肝臟微循環(huán)障礙,TNF尚可激活粘附于肝竇內(nèi)中性粒白細(xì)胞釋放氧自由基造成肝損傷。 IL-1不僅促使Kupffer細(xì)胞產(chǎn)生TNF，而且與TNF-α協(xié)同作用內(nèi)皮細(xì)胞，誘導(dǎo)合成凝血酶及纖維蛋白酶，從而破壞內(nèi)皮細(xì)胞的細(xì)胞骨架作用。 其他細(xì)胞因子如IL-6能誘導(dǎo)肝細(xì)胞釋放C反應(yīng)蛋白、α-抗胰蛋白酶及纖維蛋白原等物質(zhì)從而發(fā)揮對(duì)肝臟損傷作用 IL-2與TNF協(xié)同改變蛋白酶與抗蛋白

11、酶間的平衡，引起內(nèi)皮細(xì)胞基底膜蛋白降低,IL-10能抑制TNF-α的mRNA表達(dá)及激活細(xì)胞間粘附的分子，從而減輕肝臟的缺血再灌注損傷（Yoshidome） 血小板激活因子（PAF）來源于肝竇內(nèi)皮細(xì)胞及激活Kupffer細(xì)胞、在肝臟缺血再灌注過程中，PAF既可激活粘附于肝竇內(nèi)的中性粒細(xì)胞產(chǎn)生大量的氧自由基，同時(shí)也能誘導(dǎo)Kupffer細(xì)胞釋放TNF及IL-8等毒性介質(zhì)而間接地造成肝臟損傷,（4） Kupffer細(xì)胞激活及中性粒細(xì)胞聚

12、集 肝實(shí)質(zhì)60%為肝細(xì)胞,及枯否、肝竇狀內(nèi)皮細(xì)胞、中性粒細(xì)胞和單核細(xì)胞.人體80%的巨噬細(xì)胞位于肝臟—枯否細(xì)胞,不僅清除細(xì)菌,內(nèi)毒素和炎癥介質(zhì),而且分泌細(xì)胞因子,白三烯,溶酶體酶和氧自由基 一方面感染等休克誘發(fā)因素改變料肝臟的血供,氧供及細(xì)胞水平的炎癥反應(yīng),而導(dǎo)致肝損害 另一方面在肝臟損傷中有清除產(chǎn)生炎癥介質(zhì),吞噬細(xì)菌及合成急性期蛋白作用,肝缺血再灌注時(shí)肝組織出現(xiàn)雙相損傷，Ⅰ相損傷 - 與肝竇內(nèi)KC的激活有關(guān)Ⅱ

13、相損傷 - 由聚集、活化的PMN介導(dǎo)所致 Jaeschke等在小鼠肝臟再灌注模型（阻斷45min）中發(fā)現(xiàn)肝臟Ⅰ相損傷與肝細(xì)胞周圍白細(xì)胞浸潤成度呈正相關(guān)，而Ⅱ相損傷期間未見到PMN進(jìn)一步浸潤,Kupffer細(xì)胞激活后釋放水溶性酶、炎癥介質(zhì)和細(xì)胞因子，如TNF-α、氧自由基、IL-1和IL-6、前列腺素和NO，促發(fā)白細(xì)胞和血小板與肝血竇內(nèi)皮細(xì)胞的黏附，加重內(nèi)皮細(xì)胞損傷并導(dǎo)致肝內(nèi)微循環(huán)紊亂，最后引起肝臟持續(xù)性的缺血 激活的K

14、upffer細(xì)胞降低線粒體質(zhì)子ATP酶活性，減少肝細(xì)胞ATP合成。由KC誘導(dǎo)的氧應(yīng)激和I相損傷可導(dǎo)致PMN激活，而啟動(dòng)了PMN依賴性的II相損傷,PMN依賴性的II相損傷 主要通過脫顆粒釋放蛋白酶，如彈性蛋白酶、組織蛋白酶等破壞肝組織，并可直接嵌塞在微血管，增加微血管通透性、出血和組織損傷，引起肝臟嚴(yán)重微循環(huán)障礙“無血流現(xiàn)象”；同時(shí)還可產(chǎn)生氧自由基而損傷肝組織,有研究證明在肝臟缺血再灌注時(shí)PMN聚集、黏附于肝臟內(nèi)皮細(xì)胞并活化、釋放

15、活性氧和蛋白酶等毒性物質(zhì)攻擊肝細(xì)胞。 Suzuki在缺血后恢復(fù)血供小鼠注射FK506或環(huán)孢素時(shí)發(fā)現(xiàn)PMN浸潤明顯減少，肝臟損傷程度減輕，動(dòng)物成活率升高。這與藥物抑制PMN合成細(xì)胞因子和表達(dá)粘附分子，阻斷PMN粘附、浸潤及活化有關(guān),（5） 內(nèi)皮素（Endothelins,ET）以及ET與一氧化氮（NO）濃度的失衡 ET來源于內(nèi)皮細(xì)胞是具有廣泛生物學(xué)活性的多肽類物質(zhì)，作用于動(dòng)靜脈血管平滑肌而收縮血管。目前生物體內(nèi)的ET主

16、要有ET-1、ET-2、ET-3及血管活性腸肽異構(gòu)體。ET-1是目前已知的作用最強(qiáng)、作用時(shí)間最持久的內(nèi)源性縮血管活性肽,Stansby觀察12例人類供肝在冷保存期間及灌注后，短期供肝內(nèi)的ET-1濃度均顯著的高于正常水平，Textor臨床研究結(jié)果類似上述結(jié)果提示，在肝臟缺血再灌注過程中，肝竇內(nèi)皮細(xì)胞合成及分泌ET的能力明顯增強(qiáng)。這可能是因?yàn)橐环矫嫒毖跫鞍麧{內(nèi)Ca2+濃度升高可促使內(nèi)皮細(xì)胞產(chǎn)生ET，另一方面在再灌注短期內(nèi)由門靜脈進(jìn)入肝臟的腸

17、源性內(nèi)毒性也可刺激內(nèi)皮細(xì)胞產(chǎn)生ET,為了明確ET與肝臟缺血再灌注損傷的關(guān)系，Nakamura等在常溫下阻斷鼠肝臟血流120min后再恢復(fù)血流，發(fā)現(xiàn)在阻斷血流前預(yù)先給予適量抗ET-1單克隆抗體，復(fù)流后其肝內(nèi)微循環(huán)血流量顯著增加，肝功能明顯改善，且鼠術(shù)后成活率也顯著增高,ET和NO濃度的失衡是肝臟缺血再灌注損傷另一個(gè)重要原因，肝臟缺血再灌注時(shí)期，ET濃度明顯增高而NO濃度明顯降低。 ET濃度增高一方面是因?yàn)槿毖跫鞍麧{內(nèi)Ca2+

18、濃度升高促使內(nèi)皮細(xì)胞產(chǎn)生ET，另一方面在再灌注時(shí)期內(nèi)由門靜脈進(jìn)入肝臟的腸源性內(nèi)毒素刺激內(nèi)皮細(xì)胞產(chǎn)生ET，另外，在肝臟缺血缺氧情況下NO合成所必需的L-精氨酸酶、NADPH和氧均減少，以致體內(nèi)NO濃度降低,ET濃度增高將導(dǎo)致微血管收縮，肝臟血流減少而引起肝臟微循環(huán)功能障礙，繼而導(dǎo)致肝細(xì)胞損傷 NO濃度降低可反饋性促進(jìn)ET產(chǎn)生而加重了其收縮血管的效應(yīng)，同時(shí)NO抑制黏附分子的表達(dá)及抑制血小板聚集的功能減弱而導(dǎo)致肝細(xì)胞損傷。 動(dòng)

19、物試驗(yàn)中增大NO濃度及運(yùn)用ET單克隆抗體能明顯減輕肝臟的缺血再灌注損傷,（6） 內(nèi)毒素（Endotoxin）的作用 肝臟缺血再灌注時(shí)，腸源性內(nèi)毒素可因腸道粘膜屏障損傷而隨門靜脈血流進(jìn)入肝臟。目前的研究表明，內(nèi)毒素在肝內(nèi)可激活Kupffer細(xì)胞釋放多種毒性介質(zhì)而造成肝臟損傷。Smadly等在給予鼠注射少量的內(nèi)毒素后發(fā)現(xiàn)Kupffer細(xì)胞即可產(chǎn)生大量的TNF。Shirratori的實(shí)驗(yàn)也證實(shí)，內(nèi)毒素血癥可誘發(fā)Kupffer細(xì)胞產(chǎn)生

20、氧自由基,Lemasters在鼠原位肝移植時(shí)，預(yù)先給予供體小劑量的內(nèi)毒素后能顯著地激活供肝內(nèi)的Kupffer細(xì)胞，降低移植術(shù)后成活率。Yokoyama曾動(dòng)態(tài)地觀察了90例人類原位肝移植患者在術(shù)前、術(shù)中無肝期及術(shù)后1~7天內(nèi)血清中內(nèi)毒素含量變化，發(fā)現(xiàn)術(shù)前及術(shù)中無肝期血清中內(nèi)毒素濃度與移植術(shù)后患者生存率呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,（7） 微循環(huán)功能障礙 肝臟缺血再灌注后早期即可發(fā)生微循環(huán)紊亂，其原因主要有：① 肝竇內(nèi)皮細(xì)胞腫脹、壞死及脫落而阻塞

21、血竇② ET大量生成，而NO減少，引起肝血竇內(nèi)皮細(xì) 胞收縮，循環(huán)阻力增加③ 血小板激活因子大量生成，血小板粘附、聚 集而引起血管內(nèi)凝血，形成血栓④ 再灌注后粒細(xì)胞的粘附、聚集及毒性作用,微循環(huán)功能障礙使肝血竇血流減少或消失加重了肝臟缺血缺氧，同時(shí)激活了KC細(xì)胞及中性粒細(xì)胞并產(chǎn)生了大量炎癥介質(zhì)、細(xì)胞因子及氧自由基，而更加加重了肝細(xì)胞的損傷 動(dòng)物試驗(yàn)運(yùn)用改善微循環(huán)藥物如E5880（PAF拮抗劑）、OKL-O46（血栓

22、素B2拮抗劑）等顯著減輕肝臟缺血再灌注損傷,總之，肝臟缺血再灌注損傷時(shí)有各種機(jī)制相互影響、綜合作用的結(jié)果， 進(jìn)一步了解和明確其作用機(jī)理，將對(duì)臨床防治肝臟缺血再灌注損傷有著重要的意義,臨床表現(xiàn) 基于血流動(dòng)力、細(xì)胞、免疫和分子學(xué)機(jī)制及危重病人實(shí)驗(yàn)室檢查所見，休克、失血、復(fù)蘇、低排高阻型感染性休克、手術(shù)等使肝臟血液灌注減少，進(jìn)而發(fā)生損傷 表現(xiàn)為血清乳酸清除、肝糖原合成、糖原分解、蛋白合成下降，血清肝酶水平顯著升高，

23、數(shù)天后可恢復(fù)正常。遲發(fā)性肝損傷常繼發(fā)于膿毒癥,Kupffer細(xì)胞觸發(fā)的炎癥反應(yīng)導(dǎo)致局部組織炎癥，表現(xiàn)為輕度的肝酶或膽紅素升高。這種肝缺血性損害常被臨床忽視，而機(jī)械通氣、全靜脈營養(yǎng)、兒茶酚胺等藥物的使用更加重休克肝損傷。肝損傷影響危重病患者的死亡率，因此對(duì)肝損傷的早期發(fā)現(xiàn)在臨床上至關(guān)重要,治療 急性肝損害肝繼發(fā)于失血、大手術(shù)、呼吸衰竭、二重感染、或休克，持續(xù)的微循環(huán)衰竭、全身炎癥反應(yīng)過度激活及ICU治療策略的副作用均促進(jìn)其發(fā)病。對(duì)