自由基损伤作用
（一）自由基的化学特性和分类
自由基（freeradical）是外层电子轨道上含有单个不配对电子的原子、原子团和分子的总称，也称游离基。自由基的外层电子轨道的不配对电子状态使其极易发生氧化（失去电子）或还原反应（获得电子）。特别是其氧化作用很强，可引发强烈的氧化应激（oxidativestress）反应，损伤细胞，导致细胞死亡。自由基的种类很多，可分为以下几类。
1.氧自由基 由氧诱发的自由基称为氧自由基（oxygen free radical，OFR），如超氧阴离子（
）和羟自由基（OH·）。
2.脂性自由基 指氧自由基与多价不饱和脂肪酸作用后生成的中间代谢产物，如烷自由基（L·）、烷氧自由基（LO·）和烷过氧自由基（LOO·）等。
3.氮自由基 在分子组成上含有氮的一类化学性质非常活泼的物质，也称活性氮（reactive nitrogenspecies，RNS）。目前对氮自由基的研究主要集中在一氧化氮（NO）上。
4.其他 如氯自由基（Cl·）、甲基自由基（CH3· ）等。单线态氧（1O2）及过氧化氢（H2O2）虽不是自由基，但氧化作用很强，与氧自由基共同称为活性氧（reactiveoxygensPecies，ROS）。
（二）自由基的代谢
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1个电子生成超氧阴离子，超氧阴离子接受1个电子生成H2O2，或再接受1个电子生成OH·。
此外，在血红蛋白、肌红蛋白、儿茶酚胺及黄嘌呤氧化酶等氧化过程中也可生成超氧阴离子。生理情况下，体内两大抗氧化防御系统，酶性抗氧化剂和非酶性抗氧化剂可以及时清除它们，自由基的产生与清除维持一种动态平衡，所以对机体并无有害影响。在病理条件下，由于自由基产生过多或抗氧化防御功能下降，则可引发自由基损伤作用。
（三）缺血-再灌注时自由基产生增多的机制
1.黄嘌呤氧化过程产生大量自由基 生理情况下，黄嘌呤氧化酶（xanthine oxidase，XO）和黄嘌呤脱氢酶（xanthine dehydrogenase，XD）主要存在于毛细血管内皮细胞内，以10% XO和90% XD的形式存在，XD转化XO的过程是Ca2+依赖过程。缺血时，细胞内ATP代谢为次黄嘌呤，次黄嘌呤大量在缺血组织堆积；ATP减少，膜Ca2+泵功能障碍，细胞内Ca2+增多，促使XD大量转变为XO。再灌注时，大量氧分子随血液进入缺血组织，黄嘌呤氧化酶在催化次黄嘌呤转变为黄嘌呤并进而催化黄嘌呤转变为尿酸的两步反应中，都同时以分子氧为电子接受体，产生大量超氧阴离子和H2O2，通过Fenton反应生成更为活跃的OH·。因此，缺血导致的次黄嘌呤大量堆积、黄嘌呤氧化酶形成增多，再灌注时氧分子的大量涌入是自由基产生增多的主要途径。特别是再灌注开始的几分钟内，再灌注组织内ROS迅速增加，从而发生损伤作用。(https://www.daowen.com)
2.中性粒细胞激活 缺血、再灌注过程引发大量炎症介质释放、补体系统激活，使中性粒细胞、嗜酸性粒细胞、单核细胞和巨噬细胞等向缺血组织趋化、浸润，激活了细胞内NADPH/NADH氧化酶系统，催化氧分子，特别是再灌注时涌入的大量氧分子，产生氧自由基，即呼吸爆发（respiratory burst）或氧爆发（oxygen burst），造成组织细胞损伤。
3.线粒体电子传递链受损 线粒体电子传递链是ATP的主要来源，生理情况下，在能量传递
过程中，有1%～3%的电子过早泄漏O2，形成超氧阴离子，并立即被SOD催化成H2O2，H2O2被谷胱甘肽过氧化酶转化为O2和H2O。缺血时，细胞ATP减少，Ca2+进入线粒体增多，细胞色素氧化酶系统功能失调，电子传递链受损，以致进入细胞内的氧经单电子还原而形成的ROS增多，超出了抗氧化系统的清除能力，进而使ROS产生与清除失平衡，ROS增多。
4.儿茶酚胺增加和氧化 缺血-再灌注过程中，交感-肾上腺髓质系统兴奋，机体内儿茶酚胺增多，儿茶酚胺在发挥其重要代偿调节作用的同时，本身在单胺氧化酶催化下自氧化产生大量自由基，参与了缺血-再灌注损伤。
（四）自由基引起缺血-再灌注损伤的机制
自由基活泼的化学特性使其极易与各种细胞结构成分，如膜磷脂、蛋白质、核酸等发生反应，造
成细胞结构损伤和功能代谢障碍。
1.细胞膜损伤 膜脂质微环境的稳定是保证膜结构完整和膜蛋白功能正常的基本条件，自由基同膜脂质不饱和脂肪酸作用引发脂质过氧化反应（lipid peroxidation），使膜结构受损、功能障碍。①破坏膜的正常结构。②间接抑制膜蛋白功能：脂质过氧化使膜脂质发生交联、聚合，使存在于其间的膜蛋白（受体、酶、离子通道等）的活性下降，膜受体抑制等。同时ROS也可直接使膜蛋白变性失去活性。③促进自由基及其他生物活性物质生成：膜脂质过氧化可激活磷脂酶C、磷脂酶D，进一步分解膜磷脂，形成多种生物活性物质如前列腺素、血栓素和白三烯等，促进再灌注损伤发生。
2.破坏蛋白质结构与功能 自由基与蛋白质发生氧化反应，ROS与蛋白质多肽链上的巯基、氨基酸残基发生氧化反应，改变蛋白质结构，引起蛋白质变性、降解及功能丧失。
3.破坏核酸及染色体OH·易与脱氧核糖核酸及碱基发生加成反应，使核酸碱基改变或DNA断裂，染色体畸变。
自由基除直接造成细胞多种结构物质氧化外，还可通过改变细胞功能引起组织损伤。例如：ROS损伤组织释放的大量趋化因子和炎症介质等可使白细胞聚集、激活，加重缺血-再灌注损伤（后叙）；超氧阴离子可通过催化NO生成ONOO-，减少NO，影响缺血-再灌注组织血管舒缩反应；ROS可促进组织因子的生成和释放，加重DIC等。可见，自由基是缺血-再灌注损伤极为重要的发病学因素和环节。