第十二章 缺血-再灌注损伤

第十二章缺血-再灌注损伤第十二章缺血-再灌注损伤ischemia-reperfusioninjury

病例患者，男，58岁，因胸闷、大汗40min入急诊。患者于上午7时突然胸闷伴大汗。含服硝酸甘油不缓解。上午7时40分来诊。体检：意识清楚，血压80/55mmHg，心率55次/min，律齐。既往有原发高血压病史10年。心电图示：急性前壁心肌梗死。给予扩冠，降脂，心肌营养治疗。联系急诊PTCA。术中冠脉造影显示左前降支连续性中断，90%狭窄。球囊扩冠后，患者立即出现室颤，给予300J除颤一次，恢复窦性心率。术中反复发作室颤及室性心动过速，给予除颤及利多卡因后转变为窦性心率，生命体征逐渐平稳。概述一、概念在缺血的基础上恢复血流后组织损伤反而加重，甚至发生不可逆性损伤的现象称为缺血-再灌注损伤

（

ischemiareperfusioninjury，IRI）。

IRI研究概况

1955年Sewell报道，结扎狗冠脉后，如突然解除结扎恢复血流，部分动物立即发生室颤而死亡。1960年Jennings第一次提出了MIR概念1968年Ames脑IRI1972年Flore肾IRI1978年Modry肺IRI1981年Greenberg肠IRI

目前，IRI成为溶栓疗法、搭桥术、断肢再植、器官移植等医疗措施成败的关键因素之一。氧反常：预先用低氧溶液灌注组织器官或在缺氧条件下培养细胞一段时间后，再恢复正常氧供应，组织及细胞的损伤不仅未能恢复，反而更趋严重，称为氧反常

（oxygenparadox）。钙反常：以无钙溶液灌流离体大鼠心脏2min后再以含钙溶液灌注时，出现了心肌电信号异常、心肌功能、代谢及形态结构发生异常变化，这种现象称为钙反常（calciumparadox）。pH反常：缺血引起的代谢性酸中毒是细胞功能及代谢紊乱的重要原因，再灌注时迅速纠正缺血组织的酸中毒，反而加重细胞的损伤，称为pH反常（

pHparadox）。第一节

缺血-再灌注损伤的原因及影响因素一、IRI常见原因(etiology)

——在组织器官缺血基础上的血液再灌注。1.组织器官缺血后恢复血液供应2．一些新的医疗技术的应用如动脉搭桥术、溶栓疗法、经皮腔内冠脉血管成形术等3.体外循环下心脏手术4.断肢再植和器官移植等二、IRI影响因素(factors）

1.缺血时间是影响缺血-再灌注损伤的首要因素。2.组织器官对氧的需求程度越高越容易发生缺血-再灌注损伤,如心、脑等。3.缺血组织器官侧支循环形成越早、越丰富损伤越轻。4.灌注液的压力、温度、pH值和电解质是影响缺血-再灌注的重要因素。第二节缺血再灌注损伤的发生机制

(pathogenesis)Theincreasefreeradicals,calciumoverload,neutrophilsactivation,dysfunctionofmicocirculation

playtheprincipalrolesinischemia-reperfusioninjury.自由基损伤作用钙超载白细胞损伤作用微循环作用一、自由基的损伤作用（一）概述1.概念与分类自由基（freeradical）

——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）。

（Freeradicalareahighlyreactivegroupofatoms,moleculesorradicals,whichcarryunpairedelectroninouterorbital.）■自由基分类（classificationoffreeradical

）氧自由基、脂性自由基、氮自由基（Oxygenfreeradical,Lipidradicals,Reactivenitrogenspecies）

▲氧自由基（oxygenfreeradical，OFR）由氧诱发的自由基称为氧自由基，oxygen-derivedfreeradical）超氧阴离子自由基（superoxideanion）羟自由基（hydroxylradical）OH•氧自由基

ROS分类（classoficationofROS）

Reactiveoxygenspecies(ROS)arecomposedbyoxygen-derivedfreeradicals(OFR)andnonfreeradicalsubstances,suchassuperoxideanionradical(),hydroxylradical(OH·),hydrogenperoxide(H2O2)andsingletoxygen(1O2).O2ˉ·氧自由基脂性自由基ROS非自由基活性氧自由基活性氧

【活性氧】（reactiveoxygenspecies,ROS）单线态氧(˙02)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)。H2O2,1O2,ONOO-

O·-2形成：⑴自然氧化如CytC、Hb、CA等在自然氧化过程中可生成O2·-HbFe2+HbFe3++O2·⑵酶氧化XO、NADPH氧化酶、醛氧化酶⑶线粒体O2·生成的主要场所之一正常:O2+4e+4H+→H2O+ATP

病理:O2+e→+e+2H+→H202+e+H+→OH·+e+H+→H20⑷毒物作用CCL4、百草枯（除草剂）H20O2·-的生成是其他自由基或活性氧生成的基础OH·的生成

O2·-+O2·-+2H+H2O2+O2单纯性Haber-Weiss反应：反应很慢，很难产生

O2·-+H2O2OH-+OH·+O2Fenton反应：

O2·-

H2O2OH·

+OH-

OH·是活性氧中毒性最强的一种SODSODFe2+Fe3+

▲脂性自由基（lipidradicals）氧自由基与多聚不饱和脂肪酸发生脂质过氧化的链式反应后生成的中间代谢产物。烷自由基（L•）烷氧自由（LO•）烷过氧自由基（LOO•）脂性自由基●NO和ONOO-产生一氧化氮（NO）过氧亚硝基阴离子（ONOO-）RNS●分类

▲氮中心自由基（reactivenitrogenspecies,RNS）

由氮形成，并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。

3.自由基的清除（scavengethefreeradicals）2.自由基的特性（propertyoffreeradical）■存在时间短；■高度化学活泼性；■氧化性强。（二）自由基增多机制

（mechanismoffreeradicalincrease）1.

黄嘌呤氧化途径（increasexanthineoxidase(XO)inVEC）2.吞噬细胞呼吸爆发过程产生大量自由基缺血时:补体激活或细胞释放炎症介质如LTB4，白细胞在缺血区浸润。再灌时：浸润的白细胞耗氧量显著增加↑：

NADPH+2O22O2·-

+NADP++H+

NADH+O2+2H+H2O2+NAD+NADPH氧化酶NADH氧化酶

3.线粒体电子传递链受损是自由基的主要来源之一

95%O2细胞色素C氧化酶O2H2O【正常】4e-O2

OFR【缺血】2%O2

电子受体和传递电子↓4e-95%O2呼吸链酶活性↓O2H2O↓【再灌注】e-OFR↑Ca2+超载╳缺血-再灌注时自由基产生途径黄嘌呤氧化酶途径活性氧使脂质、蛋白质、核酸氧化

（三）自由基损伤作用（mechanismsoffreeradicalinjury）

----------【氧化应激】（oxidativestress）■膜脂质过氧化增强（lipidperoxidation）生物膜是自由基攻击主要部位。脂肪酸、芳香环的不饱和键

OFR（ROS）脂质过氧化细胞膜结构损伤和破坏

■细胞内Ca2+超载（Ca2+overload）【细胞膜损伤形式】▲膜结构破坏膜脂质过氧化膜不饱和性异常膜流动性↓、通透性↑▲膜蛋白功能抑制受体失活、泵失灵信号传递障碍▲线粒体功能受损

ATP生成减少■DNA损伤和染色体畸变胸腺嘧啶5，6-双键

胸腺嘧啶自由基OH•（占80%活性氧）加成反应碱基发生修饰、断裂、交联染色体畸变、断裂■蛋白质变性和酶活性降低【蛋白失活机制】▲破坏酶的活性中心－巯基▲破坏酶活性所必需的脂质微环境▲酶之间形成多聚物▲攻击酶活性中心部位的氨基酸▲激活磷脂酶A2PG、LT生成↑炎症反应加剧

二、钙超载（calciumoverload）

各种原因引起的细胞内Ca2+含量异常增多并导致细胞结构损伤和功能代谢障碍，严重者可造成细胞死亡的现象，称为钙超载(calciumoverload)。

2．Ca2+离开胞液的途径Ca2+泵、Na+-Ca2+交换、Ca2+-H+交换。

（一）细胞内Ca2+稳态调节

1．Ca2+进入胞液途径质膜钙通道电压依赖性Ca2+通道受体操纵性Ca2+通道细胞内钙库释放通道（二）钙超载机制（calciumoverloadmechanism)1.细胞膜通透性增加（membranepermeabilityincrease）

■缺血胞膜外板与糖被分离胞膜通透性↑膜磷脂降解↑激活PLA2

胞内[Ca2+]↑

微管和微丝收缩细胞膜通透性↑心肌间紧密连接破坏■再灌注Ca2+大量进入细胞内

OFR↑

细胞膜脂质过氧化↑细胞膜通透性↑Ca2+超载

2.Na+-Ca2+交换异常（disorderofNa+/Ca2+exchange）■缺血胞内pH↓■再灌注Na+-H+交换↑胞内Na+↑Na+-Ca2+交换细胞外Ca2+内流↑钙超载

3．线粒体损伤（mitochondrialinjury）胞内游离钙↑

ROS↑

线粒体膜损伤ATP生成↓钙泵活性细胞内钙超载机制4．儿茶酚胺增多（CAincrease）

G蛋白-磷脂酶C↑IP3↑肌浆网Ca2通道开放↑■CA↑α受体DG↑激活PKCNa+-H+交换、Na+-Ca2+交换↑钙超载胞浆[Ca2+]↑β受体■CA↑L型钙通道开放5．心律失常4．肌原纤维挛缩和细胞骨架破坏2．激活钙依赖性降解酶胞内[Ca2+]↑PLA2激活膜磷脂水解和受损蛋白酶、核酸内切酶激活心肌纤维损伤3．促进氧自由基生成

XD损害组织细胞激活Ca2+依赖性蛋白酶

钙超载环加氧酶、脂加氧酶XOOFR↑PLA2激活花生四烯酸↑H2O2和OH•↑（三）钙超载引起细胞损伤的机制1．线粒体功能障碍心肌收缩性↓线粒体内[Ca2+]

↑线粒体内磷酸钙沉积ATP↓缺血-再灌注损伤导致细胞死亡机制三、白细胞的损伤作用（roleofneutrophils）1．细胞粘附分子（celladhesionmolecules）生成增多缺血-再灌注PMN表达P-选择素↑与VEC受体呈间歇性结合不稳定黏附再灌注WBC表达2-整合素↑与VEC(ICAM-1)牢固黏附2．趋化因子生成增多PMN与VEC黏附PMN激活释放趋化因子(LTB4)↑再灌注LT、PGE2、PAF、补体↑

WBC聚集↑■无复流现象（no-reflowphenomenon）解除缺血原因并没使缺血区得到充分血流灌注的反常现象。Theischemiaregioncouldnotbereperfusedsufficientlyafterrelievingtheocclusiontorecoverthebloodflow.Basicvasculartonicityisacontinualbalancebetweentheinfluencesofvasoconstrictorsandvasodilatators.Endotheliumandthesmoothmusculatureplayavitalpartinitscontrol.Theconservationofaqualifiedvasomotricityimprovespostischaemicrecoveryofanorgan.四、微循环障碍1.增多、激活的中性粒细胞与血管内皮细胞之间的相互作用改变了微血管内血液流变学。2.激活的中性粒细胞与血管内皮细胞之间的相互作用是造成微血管结构损伤的决定因素。3.内皮细胞功能障碍导致的微血管收缩-舒张失调是微血管功能障碍的维持因素。目前认为缺血-再灌注损伤基本机制主要是自由基、细胞内钙超载、白细胞及微循环障碍的共同作用。自由基是各种损伤机制学说中重要的启动因素。细胞内钙超载是细胞不可逆性损伤的共同通路。白细胞与微循环障碍是缺血-再灌注损伤引起各脏器功能障碍的关键原因。第三节主要器官缺血-再灌注损伤(一)心功能变化

心肌顿抑myocardialstunning

，又称迟呆心肌指心肌短时间缺血后恢复再灌一段时间内心肌出现的可逆性收缩功能降低的现象。自由基的作用和钙超载是心肌顿抑的主要机制MIR除心功能低下外，还可发生微血管迟呆（microvascularstuning)一、心脏缺血-再灌注损伤

（ischemia-reperfusioninjuryinheart）（二）心律失常是缺血-再灌注损伤导致死亡的主要原因

患者主要以室性心动过速和心室颤动为主。■发生机制（pathogenesis）▲ROS、钙超载Em负值变小、电位震荡、早期后除极等▲再灌注GA流失心肌细胞自律性↑▲心肌损伤、ATP↓KATP钾通道激活心律失常■心电图变化（changeofECG）▲缺血：ST段抬高，R波振幅增加。▲再灌注损伤：R波振幅迅速降低，ST段高度恢复到原水平，

Q波很快出现，由窦性心律转变为心室颤动。

比较心肌缺血损伤和再灌注损伤

心肌再灌注损伤的始动环节是能量代谢障碍，而直接损伤因素是ROS，其结果导致细胞内钙超载，并形成恶性循环。二、脑缺血-再灌注损伤

（ischemia-reperfusioninjurytobrain）■