即使有可能活过来,也极可能处于持续的植物状态或者深昏迷状态。
脑缺血以后恢复血氧供应,可以预料会发生再灌注损伤以及自身免疫反应。
如果没有 “再灌注损伤”的概念, 那就难以理解为什么,或者解释来解释去都驴唇不对马嘴,说不清楚。
万一苏醒以后, 预后其实也不容乐观,最大的可能还是嗝屁。
给刚死的人换上好的器官,可以活过来吗?为啥不能?
如果时机不对, 试验对象就会变成死肉, 细胞自溶。
1955年Sewell首次报道再灌注损伤现象------结扎狗冠状动脉后,如果突然解除结扎恢复血流,部分动物立即发生心室纤维颤动而死亡;
1960年Jennings第一次提出心肌再灌注损伤的概念,证实再灌注会引起心肌超微结构不可逆坏死,包括爆发性水肿、组织结构崩解、收缩带形成和线粒体内磷酸钙颗粒形成。
1968年,Ames率先报道脑缺血再灌注损伤;
1972年,Flore率先报道肾缺血再灌注损伤;
1978年,Modry率先报道肺缺血再灌注损伤;
1981年,Greenberg率先报道肠缺血再灌注损伤。。。。。。
在缺血性疾病抢救和治疗过程中,对组织造成损伤的主要因素,不是缺血本身,而是恢复血液供应后,过量的自由基攻击这部分重新获得血液供应的组织内的细胞造成的,这种损伤,
叫做“组织缺血再灌注损伤”。
关于再灌注损伤的发生机制问题,到目前为止,学说虽多而且有的学说也颇为有力, 便尚未得到彻底阐明。兹介绍如下: 一、无复流现象 无复流现象(no-reflow phenomenon)是在犬的实验中发现的。 结扎犬的冠状动脉造成局部心肌缺血后,再打开结扎的动脉,使血流重新开放, 缺血区并不能得到充分的灌注,故称此现象为无复流或无再灌。 这种无复流现象不仅见于心肌,而且也见于脑、肾骼肌缺血后再灌注时。 即再灌注损伤实际上是缺血的延续和叠加,缺血细胞并未能得到血液灌注, 而是继续缺血,因而损伤加重。所以发生无复流现象,可能与下列因素有关(以心肌为例): (一)心肌细胞肿胀 由于缺血引起细胞膜Na+-K+泵功能障碍,从而使钠、水在细胞内潴留,因而再灌注时缺血区心肌细胞发生肿胀,压迫微血管。 (二)血管内皮细胞肿胀 缺血及再灌注时也发生内皮细胞肿胀,内皮细胞向管腔伸出突起造成管腔狭窄,阻碍血液灌流。内皮细胞的肿胀与氧自由基的增多有关,因为氧自由基可以使血管内皮细胞膜受损,水钠乃进入内皮细胞而引起细胞水肿。 (三)心肌细胞的收缩缺血所致的心肌细胞收缩形成严重收缩带,压迫微血管,使缺血区某部分得不到血液重新灌注。心肌细胞的肿胀与收缩带可同时存在。 (四)微血管堵塞 Feinburg及其同事曾证明,缺血一定时间后血管内血小板的沉积增加2倍。又证明心肌及肠管缺血后的无复流区内白细胞(主要是中性粒细胞)的聚集明显增加,从组织学上可见白细胞嵌顿、阻塞毛细血管。正常灌注情况下,每2433μm到3261μm长的毛细血管可发现一个白细胞,而在缺血时增加10倍,平均292μm长的毛细血管即有一个白细胞。缺血时红细胞作叠连状聚集,但这不是血管阻塞的主要原因。因为叠连状红细胞的解聚较白细胞与内皮细胞粘着的分离要容易得多。此外也有人解释无复流现象是由于纤维蛋白塞和微血栓形成所致。但有人在再灌前用链激酶进行纤溶并未减轻无复流现象。 微血管的堵塞还与花生四烯酸的代谢产物前列环毒(PGI2)和血栓素A2(TXA2)之间的失衡密切相关。PCI2主要由血管内皮生成,除了有很强的扩血管作用以外,还能抑制血小板的聚集。TXA2主要由血小板生成,不仅是很强的缩血管物质,而且也是一种引起血小板聚集的因子,因此是一个很强的致血栓形成的物质。缺血缺氧时,一方面因为血管内皮细胞受损而致PCI2生成减少,另方面缺氧又可使血小板释放TXA2增多,因而发生强烈的血管收缩和血小板的聚集并进一步释放TXA2,从而促使血栓形成和血管堵塞。动物实验也证明,应用TXA2合成酶抑制药可以使缺血/再灌注以后的冠脉血流改善。 二、钙超载 如前所述,钙反常(无钙灌流后用含钙溶液再灌注)时细胞内钙超载,引起严重的功能及结构障碍。 钙反常的原因不甚明了,但主要的损伤是在无钙灌流期出现的细胞膜外板(external lamina) 与糖被膜(glycocalyx)表面的分离(两者由Ca2+连结在一起)。 细胞膜的这种损伤为再灌注时钙的大量内流提供了条件。 在长期缺血缺氧后再给氧或再灌注时也可引起细胞内钙超载。 缺血后再灌注时细胞内钙超载的机制尚无定论 (一)钠的平衡障碍 有人证明,再灌注时钙超载是由于钠平衡障碍所致。因为在缺血缺氧时发生了细胞酸中毒,细胞内pH值降低,所以在再灌注时细胞内外形成pH梯度差,由于Na+-H+交换,致细胞内钠增加,然后又依Na+-Ca2+交换机制使细胞外钙大量内流造成细胞钙超载。 (二)细胞膜通透性增高缺血缺氧引起的细胞酸中毒在再灌注时通过细胞内外Na+-H+交换和Na+-Ca2+交换而使细胞内钙增加,而细胞内钙增加可激活磷脂酶,使膜磷脂降解,细胞膜通透性增高,故在灌注时细胞外钙顺着浓度梯度而大量内流,细胞膜通透性增高的更重要的原因可能是再灌注时氧自由基的大量产生。氧自由基可引发细胞膜的脂质过氧化,使膜受损,通透性增高。 (三)线粒体受损 有些学者认为原发性损伤在于线粒体。如所周知,缺血时线粒体结构的功能障碍出现最早,表现为线粒体肿胀、嵴断裂。线粒体膜流动性降低,氧化磷酸化功能受损ATP生成障碍。因此,使上述损伤更为严重。 ATP减少使肌膜及肌浆网膜钙泵功能障碍,由于钙泵功能障碍不能排出和摄取细胞浆中过多的钙,致使细胞浆中游离钙浓度增加而造成钙超载。细胞浆中过多的钙最终形成磷酸盐沉积于线粒体,使线粒体结构及功能更加破坏。 细胞钙超载是再灌注损伤的一个重要特征,但目前,仍未能搞清它究竟是再灌注损伤的原因抑制或结果。 三、白细胞的作用 白细胞(主要是中性粒细胞)出现于梗塞的心肌中已为尸检所证实。1984年Mullane及其同事证明,冠状动脉堵塞60分钟时心肌组织就有白细胞出现,5小时后在缺血区有大量的白细胞聚集。根据Engler及其同事的研究,再灌注时白细胞数非但不减少反而增加。以犬心肌缺血为模型,再灌注仅5分钟,心内膜中性粒细胞就增加25%,缺血轻的组织白细胞聚集也少。 组织缺血和再灌注时白细胞浸润增加的机制还不十分清楚。可能是由于组织受损时,细胞膜磷脂降解,花生四烯酸代谢产物增多,其中有些物质具有很强的趋化作用,因而就能吸引大量白细胞进入组织或粘附于血管内皮,而白细胞本身又能释放很多具有趋化作用的炎性介质,如白三烯之一的LTB4,从而使微循环中白细胞进一步增加。 白细胞积聚对组织的损伤作用在于: (一)嵌顿、堵塞毛细血管有助于形成无复流现象。微动脉及微静脉亦有大量白细胞粘附于内皮细胞,虽不一定堵塞血流,但粘附的白细胞仍可损伤组织并释放趋化因子从而吸引更多的细胞。 (二)白细胞可以增加血管通透性,水肿组织的含水量与白细胞密度呈正相关,说明白细胞可能引发水肿。白细胞增加血管通透性、引发水肿的机制与白细胞释放的某些炎症介质有关。 (三)激活的中性粒细胞释放溶酶体酶,可使组织发生蛋白水解性破坏和液化。 (四)中性粒细胞可通过产生氧自由基而损伤组织。 白细胞在缺血再灌注损伤的作用,可被以下实验结果证明: 1.用除去白细胞的血液进行再灌注,可以防止水肿产生并减轻再灌性损伤。 2.抗炎药减轻组织白细胞浸泣,可缩小梗塞面积。实验证明布洛芬(ibuprofen)对心肌具有保护作用,主要是由于抑制白细胞浸润的作用所致。 3.用补体抑制药降低补体,从而减少白细胞浸润,可能减轻组织损伤。丝氨酸蛋白酶抑制药,可以缩小心肌梗塞,而这种酶恰是一种在心肌缺血时能激活补体的酶。因此这种酶的抑制药,可通过抑制补体的激活而抑制白细胞浸润,从而减轻心肌损伤。 四、高能磷酸化合物的缺乏 心肌正常情况下以有氧代谢形式生成三磷酸腺苷(ATP)供作功需要。心肌缺血时则转为无氧代谢为主,ATP合成减少,以致心舒缩功能障碍。在犬的实验中证明,心肌严重缺血15分钟(结扎冠状动脉左旋支),心肌发生可逆性损伤。此时如果得到血液再灌注,则细胞并不死亡。但有很多报告指出,短时间缺血后,收缩功能长时间不能恢复。究其原因,多认为与ATP水平的低下有关。研究证明缺血15分钟时不仅ATP减少60%。总腺苷酸池也减少50%。ADP也轻度减少(可能转为ATP或AMP),AMP明显升高,但其升高程度小于ATP减少辐度。再灌注20分钟ATP明显回升,但只接近正常的一半,再灌注24小时仍然维持在低水平上,只有在再灌注4天后ATP及总腺苷池才近于恢复,但仍低于非缺血区 以大鼠离体作功心脏为模型(Neely氏模型),先在20℃低温下给心脏停跳液,再短时间全心缺血(夹住主动脉)后,再灌注生理溶液。结果是给停跳液30分钟再缺血30分钟后,ATP几乎完全丧失,ADP明显减少,AMP明显增加,总腺苷酸量显著降低。再灌注60分钟可使ATP明显回升,但不及正常对照的一半,而总腺苷酸量则明显低于给停跳液后,比正常对照减少50%。上述研究提示缺血及再灌注损伤的心肌有氧代谢性发生严重损伤,影响能量代谢及心肌功能的恢复。 再灌注时高能磷酸化合物之所以恢复慢且总腺苷酸水平明显下降,可能与下列因素有关。 (一)缺血心肌的代谢障碍主要表现为对氧的利用能力受限,有氧代谢严重受损。在缺血进入不可逆阶段再灌注时,氧的利用并不增加,心肌只能利用运至心肌的氧的17%。氧的利用能力受限与缺血及再灌注所致线粒体受损有关。 (二)ATP合成的前身物质(腺苷、肌苷、次黄嘌呤等)在再灌时被冲洗出去,使心肌失去再合成高能磷酸化合物的物质基础。实验证明在再灌注液中补充肌苷或谷氨酸能促进ATP的合成及心功能的恢复。 3.线粒体膜发生氧自由基诱发的脂质过氧化反应使线体受损。线粒体膜富有磷脂,线粒体在缺氧时又是产生自由基的场所,因此极易引起膜脂过氧化使线粒体功能障碍。 五、自由基的作用 自由基(free radical)是具有一个不配对电子的原子和原子团的总称。由氧诱发的自由基称为氧自由基或活性氧,如超氧阴离子(O2)、羟自由基(OH·)及单线态氧(1O2,激发态放出一个光子)等非脂性自由基。H2O2非自身基,但也是一种氧化作用很强的活性氧。氧自由基与多聚不饱和脂肪酸作用后生成的中间代谢产物烷自由基(L·)、烷氧基(LO·)、烷过氧基(LOO·)等属于脂性自由基。氧自由基和脂性自由基的性质极为活泼,易于失去电子(氧化)或夺取电子(还原),特别是其氧化作用强,故具有强烈的引发脂质过氧化的作用。在生理情况下,氧通常是通过细胞色素氧化酶系统接受4个电子还原成水,同时释放能量,但也有1~2%的氧接受一个电子生成O2,或再接受一个电子生成H2O2。但由于细胞内存有超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)和谷胱甘肽过氧化物酶(glrtathione peroxidase, GSH-PX)等抗氧化酶类可以及时清除它们,所以对机体并无有害影响。在病理条件下,由于活性氧产生的过多或抗氧化酶类活性下降,则可引发链式脂质过氧化反应损伤细胞膜系并进而使细胞死亡。 缺血/再灌注损伤机制中的各种学说,无一不与自由基的作用有关。 1.缺血/再灌注时脂质过氧化增强(自由基引发),组织及血浆中脂质过氧化物显著增高,超微结构严重受损。给予抗氧化剂如:维生素E、硒(谷胱甘肽过氧化物酶辅基所含金属)及SOD能显著减轻缺血/再灌注损伤。 2.细胞膜脂质过氧化改变膜酶、离子通道的脂质微环境,从而使膜通透性增高,细胞外钙离子内流。膜上Na+-K+-ATP酶失活,可使细胞内Na+升高,Na+-Ca2+交换增强。而使细胞内钙超载。 3.线粒体膜富有磷脂,缺血/再灌注时自由基引发的线粒体膜脂质过氧化或细胞内形成脂质过氧化物作用于线粒体膜,使膜的液态及流动性改变,从而导致线粒体功能障碍,高能磷酸化物产生减少,自由基产生增多。细胞丧失能量贮备。依靠能量的质膜及肌浆网膜钙泵,由于能量不足不能将肌浆中过多的Ca2+泵出或吸收入肌浆网,致使肌细胞内Ca2+浓度增加,加上由细胞外来的Ca2+终于造成细胞内Ca2+超载,成为细胞致死原因。 4.自由基引发的脂质过氧化造成细胞成分间的交联(脂质-脂质交联、蛋白-蛋白交联、脂质-蛋白交联、蛋白-胶原交联),使整个细胞丧失功能。 5.缺血/再灌注时,微粒体及质膜上的脂加氧酶(lipoxygenase)及环加氧酶(cyclooxygenase)激活,催化花生四烯酸代谢,在加强自由基产生及脂质过氧化的同时形成具有高度生物活性的物质,如前列腺素、血栓素等。很多实验证明,缺血特别是再灌注时血栓素形成增加,前列环素形成减少,因而造成微循环障碍,出现无复流现象。 总之,自由基即使不是缺血/再灌注损伤的唯一发病学因素,至少也是甚为重要的环节。
神经元的第三种细胞死亡方式 约翰霍普金斯大学细胞工程研究所的Valina Dawson博士(神经科学教授): 一般认为,生命体内细胞死亡有两种完全不同的形式,当细胞遭受急性和严重损害时, 细胞肿胀破裂,胞液外溢导致周围组织发生炎症,即坏死。 凋亡则是Kerr等于1972年首先提出的一种不同于细胞坏死的细胞死亡方式, 它具有特征性形态和生化改变,是细胞自身主动死亡的过程,又称为 程序性细胞死亡(programmed cell death, PCD)。 “所有的细胞死亡都是‘程序性’的,因为细胞死亡都是由一系列特殊事件引起的。” Dawson解释说。“但就事件发展到某一点而言,细胞死亡并非不可避免, 干扰这一系列事件发生的过程可以阻止或至少延迟细胞的死亡。 了解机遇的大门何时敞开、何时关闭十分关键。” 细胞凋亡诱导因子(apoptosis-inducing factor, AIF)就是这个最后的“一锤定音”者。 AIF是神经细胞应答DNA过度损伤和PARP活化时在线粒体中产生的, 之后AIF被送至细胞核,立即引起细胞遗传材料的瓦解。PARP控制的细胞死亡是神经元 主要的死亡方式,尤其是在应答诸如外伤性大脑损伤、帕金森氏症和中风等时,Dawson解释说。 Dawson说。“神经系统中的细胞死亡也使用细胞凋亡和细胞坏死的一些通路,但顺序上稍有不同。” 凋亡诱导因子(Apoptosis-inducing factor,AIF) 是一类进化保守的黄素蛋白。凋亡诱导因子涉及到非胱天蛋白酶依赖型细胞凋亡途径的引发, 可以使得细胞的染色体凝聚及DNA的片段化。同时它又扮演还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸 氧化酶的角色。凋亡诱导因子的另一个功能是在细胞凋亡时调节线粒体膜的通透性。 它通常位于线粒体外膜从而与细胞核隔绝开来。然而,当线粒体受损时, 凋亡诱导因子就会移动到胞质溶胶与细胞核中。 来源:约翰·霍普金斯大学医学研究院
https://www.annualreviews.org/doi/abs/10.1146/annurev-pharmtox-010716-105001 https://www.ahajournals.org/doi/full/10.1161/strokeaha.107.511857 https://www.jneurosci.org/content/25/6/1324
////////////////////////////////////////////
老乡说:“为了涨姿势,一个村妇误入了一个物理博士群,见到有人问:一滴水从很高的地方落下来,会不会弄死人? 群里一下就热闹起来,各种公式,各种假设,各种阻力,重力,加速度的讨论。一小时后村妇怯怯地问了一句:你们没有淋过雨吗?群里刹那间死一般的静了下来……然后,她就被踢出群了……”
俺乖巧地接茬说:
“村妇真是没见识, 她被踢出群肯定是因为她没见过冰雹。”
“老麦, 大家都说你是笑话、论坛孤儿和神棍。”
“没错。 只有万分之0.5的读者赞同俺的观点。”
从前有段时期,人类死亡的认定标准是心脏停止跳动,那时候没有技术能替换心脏。随着医学科技的发展,心跳、呼吸、血压等生命体征早就可以使用药物和先进设备来从停止状态恢复。现在世界上主要的人类死亡认定标准是脑死亡,指包括脑干在内的全脑部功能丧失的不可逆转的状态——其定义就阻止你逆转。在临床实践上,救活了被判定为脑死亡的病人,说明之前的判定过程不严谨、将深度昏迷当成了脑死亡。常用的脑死亡判定标准如下:
人类现有的技术并不能给脑死亡的人换上“好的脑子”,没有现存技术能替换大面积坏死的脑细胞并保持这个人的连续性,在这种情况下替换心脏之类零件并无意义。
人类可以修理机械,一方面是因为人造的机械的构造容易修理,另一方面是因为机械关机相当于生物休眠而不是死亡。
生物死亡之后尸体不但被细胞自己释放的酶之类部分分解,在自然环境下还会被腐生微生物等分解者、空气、水、阳光等进一步破坏分解,相当于机械被炸药、酸液、火焰等拆成了一堆破烂,对专业的修理工来说那也是非常难修的,一般都会建议你买个新的。生物的繁殖就是“提前买个新的”之过程。“刚死的人”体内不同部分的细胞的坏死和自溶过程是不一致的,对脑死亡来说其大量脑神经细胞已经破损,你又没能力去换这种零件,当然不好修。
非人生物的情况就不能一概而论了。地球上有些生物的自我修复能力超过了人类现在拥有的几乎所有机械,可以从碎片再生成完整的生物体,可以是多个。那相当于一部机器散架之后零件爬起来收集原料把自己重建了,数量还能变多。
摩尔根在19世纪末一直研究涡虫,有一篇文献记录他研究涡虫的再生。一只涡虫全重约279.5毫克,他发现把这只涡虫切到只剩1.1毫克的时候,也就是本体的1/279大小,都能再生出一条完整的涡虫。
人类已经知道水螅纲的多个物种的触手以外的部分被粉碎成小块后可以各自再生成完整的身体,碎块只要有100个程度的上皮细胞就可以发展为独立个体。触手通常不含有足够多的上皮细胞和干细胞,不能用来再生出身体。
刺胞动物里还有能在身体严重受损(看起来死亡)时用少量的干细胞再生出整个身体(甚至数量还能增加)的海月水母之流,不用总是谈“从成年逆转到幼体”地循环的灯塔水母。
一些人在错误地传播“灯塔水母只能循环一次”的模因——在日本的实验室里灯塔水母已经循环过9~10次,世界纪录为14次,没有发现任何能力减弱,其死因主要是事故。
人类已经知道海绵可以被更细地粉碎并扔进海水中之后再生,即使被打碎成数百块极小的碎片,每一块都能在自然界里独立生活并继续长大。
一般而言,动物的身体结构越复杂,再生越困难。但也有特例。棘皮动物在无脊椎动物里的进化地位很高,而仍然有一些再生力强的海星物种,不但能再生出缺失的肢体,还能从断裂的肢体再生出其余身体,有些种类的海星干脆改用分裂繁殖。一些蝾螈能够再生四肢、尾巴、脊髓、眼睛,有些蝾螈物种甚至能够再生晶状体和一半的大脑(这对绝大部分有这两件构造的生物来说都是不可能的),斑马鱼和多鳍鱼可以再生鱼鳍,一些蜥蜴可以再生尾巴。
在人工环境里,许多植物的少量细胞可以再生成完整的植物体,但在自然界这样做并不容易。
之所以不是“所有”而是“几乎所有”,是因为也有机械具备这样的再生能力:城市就是一种非常复杂的机械,洛阳、开封、西安之类被火灾·战争·洪水等天灾人祸摧毁了多少次,广岛还吃了原子弹,现在不还是屹立在那里么——对城市来说,人是一种零件。只要这种零件还能运转,城市就可以复活。
人类的科学技术还在继续发展。将来有一天也许可以将脑死亡的人救活,例如将其身体用人工心肺之类先维持着,放纳米机械或干细胞进去修理/替换死亡的细胞,或是将非人生物的再生能力整合进人类细胞。