脑缺血一定时间恢复血液供应后，其功能不但未能恢复，却出现了更加严重的脑机能障碍，称之为脑缺血再灌注损伤（ cerebral ischemia reperfusion injury,CIR ）。

脑缺血再灌注损伤与自由基的生成、细胞内钙超载、兴奋性氨基酸毒性、白细胞高度聚集和高能磷酸化合物的缺乏等有关。 急性局灶性脑缺血引起的缺血中心区死亡以细胞坏死为主，目前认识的比较清楚，即脑缺血后 5-7 分钟内，细胞能量耗竭， K + 通道受阻，膜电位降低，神经末梢释放谷氨酸，通过兴奋谷氨酸受体（包括 NMDA 、 AMPA 和 KA 受体）致使细胞膜上的 Ca 2+ 通道开放，引起 Ca 2+ 超载，高 Ca 2+ 可激活 NOS ，使 NO 和氧自由基的形成增加，引发脂质过氧化，引起膜结构和 DNA 的损伤； Ca 2+ 还可活化各种酶类，加剧细胞损伤和能量障碍，引发缺血级联反应，结果细胞水肿、细胞膜破裂，细胞内酶和炎性介质释放，引起细胞坏死。

近年来认识到半暗带区域于再灌注数天后出现了 迟发性神经元死亡 (DND) ， DND 常出现在缺血再灌注后 2-4 日，主要发生在海马、纹状体及皮质区域， DND 需要数日时间、有新蛋白质合成的、需要消耗能量的、为无水肿的细胞自杀过程，称之为细胞凋亡 (PCD) 。脑缺血再灌注损伤既包括急性细胞坏死也包括细胞凋亡，对于 DND 的 确切机制目前仍不清楚，尚需进一步深入研究。

现对 脑缺血 再灌注损伤机制的研究进展及保护措施简述如下：

1 ．基因活化

脑缺血 再灌注损伤 后可出现大量基因表达，大约有 374 种基因出现变化 ， 绝大多数基因与凋亡有关，其中 57 种基因的蛋白表达是缺血前的 1.7 倍，而 34 种基因的表达量出现下降，均发生在 4 小时到 72 小时 , 包括蛋白质合成，基因突变，促凋亡基因，抑凋亡基因和损伤反应基因变化等，这些基因的相互作用最终决定了 DND 的发生。

2 ．兴奋性氨基酸毒性

兴奋性氨基酸毒性是指 EAA 受体活化而引起的神经元死亡，是脑缺血性损伤的重要触发物和介导物。 EAA 可活化胞内信号转导通路，触发缺血后致炎基因表达。 CA1 区神经细胞分布着大量的 EAA 受体，而抑制性氨基酸受体分布很小，这就为缺血后的兴奋性毒性提供了基础。另外， CA1 区较 CA3 区对缺血损伤敏感是由于其兴奋性氨基酸受体的类型不同， CA1 区以 NMDA 受体为主， CA3 区以 KA 受体为主，而 KA 受体对缺血敏感性较差，可能是造成 DND 发生的重要原因。

3 ．自由基及脂质过氧化

脑缺血再灌注期间产生大量自由基。其有害作用可概括为：① 作用于多价不饱和脂肪酸，发生 脂质过氧化 。② 诱导 DNA 、 RNA 、多糖和氨基酸等大分子物质交联，交联后的大分子则失去原来的活性或功能降低。③ 促使多糖分子聚合和降解。自由基可广泛攻击富含不饱和脂肪酸的神经膜与血管，引发 脂质过氧化瀑布效应 (oxygen burst) ，蛋白质变性，多核苷酸链断裂，碱基重新修饰，细胞结构的完整性破坏，膜的通透性、离子转运、膜屏障功能均受到严重影响，从而导致细胞死亡。自由基还能导致 EAA 释放增加，促使脑缺血后 DND 发生。

4 ．热休克蛋白表达紊乱

热休克蛋白是在多种应激原的作用下生成的分子量为 7-200KD 的蛋白大家族 ，但研究的较多的是 HSP70 ，有报道称 CA1 区神经细胞能表达大量的 Hsp70mRNA ，而脑缺血再灌注后 CA1 神经细胞 Hsp70 表达受到严重抑制。此外， Hsp70 基因表达发生变化并不只出现在预处理之后，许多其它基因的表达水平也相继发生变化。

目前相继有证据发现脑缺血后 HSP60 、 HSP10 、 HSP40 、 HSC70 、 hsc70, hsp90, hsp105 和 trkB 均 可被诱导产生。

5 ．线粒体功能障碍

脑缺血再灌注后线粒体 mRNA 的表达紊乱可造成细胞能量产生进行性降低， ATP 合成障碍，导致神经细胞死亡。再灌注早期免疫反应性减弱，其中在海马 CA1 区最明显。线粒体 DNA 编码 13 条氧化磷酸化所必需的多肽链及细胞色素氧化酶的 3 个亚基，因此线粒体 DNA 的表达紊乱可引起能量产生进行性衰竭，导致细胞死亡。

6 ． NO 与 脑缺血 再灌注损伤

NO 是一氧化氮合酶 (NOS) 催化下生成的起维持和调节血管张力的一种自由基，其广泛分布于神经组织。

NO 脑保护方面的机制有：①作用于血管平滑肌，活化鸟氨酸环化酶产生 GMP ，钙依赖性钾通道开放，产生舒张血管作用，抑制粘附分子发挥抗血小板凝聚和白细胞粘附功能，使脑血流得以维持和改善。②通过巯基亚硝酸化及 NMDA 受体变构作用，限制 EAA 的细胞毒性作用。③在一定条件下消除 OH ，中断自由基的链式反应。

NO 毒性方面的机制有：①与超氧阴离子形成过氧化亚硝酸 (ONOO - ) ，灭活线粒体 MnSOD ，促进大量自由基生成，介导氧化损伤。②抑制甘油酰 -3- 磷酸脱氢酶、肌酸激酶、顺乌头酸酶、 NADPH- 辅酶 Q 和琥珀酸氧化还原酶等，减弱氧化磷酸化过程从而阻止能量合成。还可抑制核糖核酸还原酶，引发碱基脱氨导致 DNA 损伤，继之活化 PARS ，使细胞能量耗竭而死亡。③介导细胞凋亡。

7 ． Ca 2+ 超载

脑缺血再灌注中 Ca 2+ 超载是各种因素综合作用的结果，也是造成脑缺血损伤过程中各种因素作用的共同通路。 Ca 2+ 在脑缺血再灌注损伤的作用主要有几个方面：①线粒体功能障碍；大量 Ca 2+ 涌入细胞，触发线粒体摄取 Ca 2+ ，使 Ca 2+ 聚集在线粒体内。 Ca 2+ 可抑制 ATP 合成，使能量生成障碍。 Ca 2+ 活化线粒体上的磷脂酶，引起线粒体膜损伤，并在线粒体内形成磷酸钙沉淀，改变了线粒体膜的通透性， Ca 2+ 外流，又使细胞造成不可逆损伤。除 ATP 合成外，线粒体对细胞氧化还原反应、渗透压、 PH 值、胞质内信号的维持都有重要作用，线粒体是细胞受损的重要靶目标。②酶的活化， Ca 2+ 活化 Ca 2+ 依赖性磷脂酶 ( 主要是磷脂酶 C 和磷脂酶 A2) ，促进膜磷脂分解；在膜磷脂分解过程中产生的游离脂防酸，前列腺素，白三烯，溶血磷脂等，均对细胞产生毒害； Ca 2+ 还活化钙依赖蛋白酶，使胞内无害的黄嘌呤脱氢酶转变黄嘌呤氧化酶，生成大量氧自由基； Ca 2+ 可活化一氧化氮合酶 (NOS) 。

8 ． Caspase-3 与脑缺血神经细胞损伤

Caspase-3 属于 IL-1 β转化酶家族。正常情况下，胞质中的 Caspase-3 以无活性的酶原形式存在，细胞凋亡信号的出现可导致 Caspase-3 的活化。 Caspse-3 的活化可能是由多个胞质蛋白酶所介导的， Cyto C 、 Apaf-1 和 Bc1-2 对其活化起重要调节作用。 Caspase-3 的底物包括聚二磷酸腺苷 - 核糖多聚酶 (PARP) 、 DNA 依赖性蛋白激酶催化亚基 DNA-PKCS 、类固醇调节元件结合蛋白等。这些底物多数为细胞的功能蛋白质，参与 DNA 修复、 mRNA 裂解、固醇合成和细胞骨架重建等， Caspase-3 的活化能使上述生理机能破坏，可能导致 DND 的发生。

9 ．核因子к B 与脑缺血再灌注损伤

核因子к B (Nuclear Factor к B, NF- к B) 是指能与某些基因的增强子上к B 位点结合、启动相应基因转录、具有多向性调节的蛋白质分子。 NF- к B 的活化过程主要通过其抑制物— I к B 的降解来实现。 NF- к B 调节的基因数量众多，它既能做为促凋亡又能做为抑凋亡的调节因子。目前，对于 NF- к B 在脑缺血再灌注损伤中的作用仍然不是很清楚。

10 ．神经胶质细胞与 脑缺血 再灌注损伤

神经胶质细胞（ gliacyte ）对神经元起支持、营养和保护等作用。目前认识到大脑在受到缺血、高热、放射照射等应激原刺激下，胶质细胞可出现 iNOS 、细胞因子、神经营养因子、内皮素以及其它多种因子的表达，这种表达受到内毒素和其它细胞因子的调节，其中 iNOS 和一些其它毒性细胞因子的表达可促进细胞凋亡，

11 ．预处理的概念和方法

缺血预处理： 指 给予动物亚致死性脑缺血可减轻下一次致死性脑缺血的损伤，对于前一次脑缺血称做缺血预处理。 其 机制与 腺苷的产生、热休克蛋白的诱导和表达、 预处理促进线粒体氧化功能的维持、凋亡相关基因的表达

、自由基清除系统的活化有关。 在缺血预处理的基础上，目前发展为多种预处理。

药物预处理：采用的药物有： ① 腺苷 A1 受体激动剂： CPA ； ② ATP 敏感性钾通道开放剂（ KCO ）： levcromakalin ； ③ 神经生长因子类： NGF 、 BDGF 、 BFGF 等；④ 抗氧化剂： PEG-SOD 、 PEG-CAT 、 LYD8002 等；⑤ 细胞间粘附因子单克隆抗体；⑥ 降钙素基因相关肽；⑦ 重组肿瘤坏死因子 a(rhTNFa) ； ⑧ 另外有钙离子拮抗剂、 NMDA 受体拮抗剂、蛋白合成抑制剂、 IL 和血红素氧化酶拮抗剂等。

热预处理：可能机制之一是启动 HSP 基因，使 HSP 表达增加，从而起到保护作用。 研究发现经短暂缺血预处理和未经预处理的动物相比，前者 HSP 70 在 CA1 区的表达明显增强， CA1 区神经细胞存活的数目亦明显增多。

12 ．脑缺血神经保护药

（ 1 ）钙拮抗剂：

二氢吡啶类，如尼莫地平，为特异性阻滞 L 型钙通道。

（ 2 ） NMDA 受体阻滞剂

竞争性 NMDA 受体拮抗剂：磷酸盐或塞福太。

非竞争性 NMDA 受体拮抗剂：苯环利定、氯胺酮等。

（ 3 ） AMPA 受体拮抗剂

阻断 AMPA/ 红藻氨酸受体可防止钠流入细胞并防止细胞去极化及引发的钙超载。

（ 4 ）γ - 氨基丁酸（γ -GABA ）受体激动剂

可使细胞膜超极化和膜静息电位稳定，且可抑制梗死周围去极化，从而抑制半暗带区的细胞凋亡。药物有：氯美塞唑和氨甲基羟异恶唑。

（ 5 ）钠通道阻滞剂

药物为罗比唑。原理：可使 NOS 产生减少。

（ 6 ）自由基清除剂

药物： MnSOD 、梯利拉扎和依布硒林等。作用原理是自由基生成减少，打断级联反应。

（ 7 ）抗细胞粘附分子抗体：

防止白细胞活化、趋向和聚集作用，改善微循环。

（ 8 ）抑制细胞因子

对 IL-1 β和 TNF-a ， TNF-a ， IL-1 、 IL-6 、血小板活化因子和 TGF-1 β的抑制有利于脑缺血损伤。

（ 9 ）他仃类药物： 3- 羟基 3- 甲基戊二酰辅酶还原酶抑制剂，可上调 NOS ，改善脑血流。

（ 10 ）麻醉药物：

异丙酚、利多卡因等许多药物都有保护作用。

（ 11 ）生长因子类：

碱性成纤维细胞生长因子、脑源性细胞生长因子、胰岛素样生长因子和成骨蛋白 1 。

（ 12 ）抑酶肽 :

牛胰腺或其它组织提取的单链多肽，含 58 个氨基酸，分子量 6500 ， 为广谱的蛋白酶抑制剂 ( 激肽原酶、胰蛋白酶、糜蛋白酶、纤维蛋白溶酶、胃蛋白酶等 ) 。 目前发现 抑酶肽可 抑制激肽释放酶及补体系统而抑制组织损伤所致的炎症反应；抑制 NO 合成酶等从而抑制自由基的产生，保护组织器官免受自由基所致的过氧化反应，从而发挥器官保护作用。

（ 13 ）益智药：

γ - 氨基丁酸衍生物，通过恢复细胞膜的流动性和维持与膜有关

的细胞功能起神经保护作用。

（ 14 ）乌司他丁：

是从人新鲜尿液中分离纯化的分子量为 67000 的糖蛋白，它不仅能抑制胰蛋白酶，对脂肪酶、透明质酸酶等脂质分解和多糖分解酶也有抑制作用。它具有保护溶酶体膜，防止蛋白水解酶外溢有重要作用。研究发现它对脑缺血再灌注损伤具有保护作用。

（ 15 ）参附注射液：

静脉注射参附注射液，可以使血中丙二醛（ MDA ）水平明显降低，超氧化物歧化酶（ SOD ）水平明显升高。

（ 16 ）低温：

对脑缺血性损伤有确切保护作用。

机制：①降低脑代谢率 ； ②抑制自由基产生，抑制脂质过氧化；③减少兴奋性氨基酸的分泌。临床应用：深低温（ < 20 ℃ ） 保护效果佳，但要求条件高，并发症多；中低温（ 30 -33 ℃ ）可抑制 H 2 O 2 升高，安全有效，有一定的不良反应；浅低温（ 33 -35 ℃ ）简单易行不良反应少，可在临床大力推广。

13 ．我们的初步研究

我们在国家自然科学基金课题资助的基础上，成功建立了海马转 Bcl-2 基因大鼠模型，观察了全脑缺血再灌注后 fas 、 TNFR1 、 p53 、 c-myc 、 P-ERK 、 P-p38 等在海马区的表达及 Bcl-2 过度表达对其的影响，结果发现，大鼠全脑缺血再灌注后， fas 、 TNFR1 、 p53 、 c-myc 、 P-p38 蛋白在海马 CA1 区及 CA3 区均有表达，但 CA1 区强于 CA3 区； P-ERK 在 CA1 区及 CA3 区亦均有表达，但 CA1 区弱于 CA3 区； Bcl-2 基因过度表达可明显减弱 fas 、 TNFR1 、 p53 、 c-myc 、 P-p38 蛋白的表达，增强 P-ERK 蛋白的表达，说明 Bcl-2 除主要通过线粒体内在途径发挥其抑凋亡作用外，还通过其他途径如死亡受体外在途径（ TNFR1 、 fas ）及 DNA 损伤机制等抑制凋亡。

从目前的研究结果看，所存在的问题是参与脑缺血再灌注损伤的机制较多且相互关联，相互影响，形成“网状”结构，发病机制的“主线条”尚不明确。因此，对脑缺血再灌注损伤发病主因的探寻仍是该领域研究的重点，以便为其防治提供理论基础。