第八章缺血与再灌注损伤

第八章缺血-再灌注损伤

（Ischemia-reperfusioninjury)新疆医科大学病理生理学教研室一、缺血-再灌注损伤的原因及条件二、缺血-再灌注损伤的发生机制三、缺血-再灌注损伤时机体的功能、代谢变化四、缺血-再灌注损伤防治的病理生理学基础本章教学内容本章教学要求1．掌握缺血与再灌注损伤的概念。2．了解缺血与再灌注损伤的临床常见原因，熟悉影响缺血与再灌注损伤的因素。3．熟悉缺血-再灌注损伤的发生机制。4．了解缺血-再灌注损伤时机体的功能代谢变化。5．了解缺血-再灌注损伤的防治原则。【案例10-1】患者男，48岁。因胸痛约1小时入院。经心电图诊断为急性心肌梗死(前间壁)。查体：血压100/75mmHg，心率37次/分钟，律齐，意识淡漠。既往有高血压病史10年。给予吸氧、心电监护，同时急查心肌酶、凝血因子、电解质、血常规等。入院后约1小时给予尿激酶150万静脉溶栓(30分钟滴完)。用药完毕患者胸痛即消失，但约10分钟时心电监护显示出现室性早搏、室上性心动过速及室颤，血压90/65mmHg。治疗：立即给予除颤，同时给予利多卡因、小剂量异丙肾上腺素，监护显示渐为窦性心律、血压达正常范围。复查心电图为广泛前壁心肌梗死。【思考题】

为什么患者在溶栓治疗胸疼症状消失后又出现严重的心律失常、血压下降?1９５５年，Sewell结扎狗冠状动脉后，如突然解除结扎，恢复血流，部分动物室颤而死亡，临床类同简史认识就从这简单现象开始１９６０年，Jennings第一次提出心肌再灌注损伤的概念

在心肌缺血恢复血流后，缺血心肌的损伤反而加重

1975年Schaffer对234例急性心肌梗死病人插入心导管到冠状动脉，注入溶栓剂治疗，并对缓解后的病人追踪观察了5个月，发现其中89例病人因复发室颤而死亡。尸检未发现新的血栓与栓塞情况。作者认为再灌注所致。１９6７年，Bulkley

和Hutchins发现冠脉搭桥血管再通后的病人发生心肌细胞反常性坏死1968年由Ames率先报道脑缺血-再灌注损伤。1978年Modry报道了肺再灌注综合征１９８１年，Greenberg等证实猫小肠缺血3小时后再灌注时，粘膜损伤更严重1972年Flore研究肾缺血-再灌注损伤

缺血-再灌注损伤概念：在缺血的基础上恢复血流后，组织器官的损伤反而加重的现象

(ischemia-reperfusioninjury)从实践到理论地总结临床：

休克、DIC微循环再通冠脉解痉、各种动脉搭桥术心脑血管栓塞再通（溶栓治疗、自然再通）心肺手术体外循环后心肺复苏断肢再植、器官移植血供恢复等缺血-再灌注损伤特点：

1.可逆损伤不可逆损伤

2.具有器官普遍性钙反常（calciumparadox)

无钙溶液灌流心脏后再用含钙液体灌流，心肌细胞损伤加重氧反常（oxygenparadox)

组织细胞缺氧后再恢复氧供，组织细胞损伤反而加重。pH反常（pHparadox)

缺血时发生代谢性酸中毒，但再灌注时迅速纠正酸中毒，反而加重细胞损伤。第一节原因和影响因素

一原因

先缺血，后复灌二影响因素

1.缺血时间

2.缺血程度3.再灌注条件一、自由基的作用第二节发生机制

自由基(freeradical)是在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。主要包括：1．氧自由基2．脂性自由基3．其它

自由基的生成与降解处于动态平衡，对机体并无有害影响。氧自由基：由氧诱发的自由基。活性氧：化学性质较基态氧活泼的含氧物质活性氧的生成：活性氧氧自由基非自由基的含氧产物单线态氧(1O2)O2.-

OH-

·H2O2O2O2.-H2O2OH·H2O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，烷自由基(L·)烷氧自由基(LO·)烷过氧自由基(L00·)如氯自由基(Cl·)、甲基自由基(CH·)和NO·等。（一）自由基的概念与类型主要活性氧的生成和代谢O2O2.-H2O2OH·H2OSODFe2+HOClOH·N02·NO精氨酸MPOCATO2.-ONOO-NOSNADPH氧化酶黄嘌呤氧化酶P450H2OH20MPO:髓过氧化物酶HOCl:次氯酸ONOO-：亚硝基阴离子体内两大抗氧化防御系统

低分子清除剂

胞浆：还原性辅酶Ⅱ细胞内外水相：半胱氨酸、VitC、谷胱甘肽细胞脂质：VitE、VitA酶性清除剂

过氧化氢酶(CAT)过氧化物酶（H2O2）超氧化物歧化酶MnSODCuZnSOD（二）缺血-再灌注时氧自由基生成增多的机制

1黄嘌呤氧化酶增多（血管内皮源性）

黄嘌呤氧化酶(XO)10%

黄嘌呤脱氢酶(XD)90%XO

——

xanthine

oxidaseXD

——

xanthine

dehydrogenase

Ca+2敏蛋白酶

黄嘌呤氧化酶的形成增多O2OH·黄嘌呤氧化酶黄嘌呤+O2.-+H2O2缺血期再灌注期尿酸+O2.-+H2O2

ATPADP

AMP腺嘌呤核苷次黄嘌呤核苷黄嘌呤脱氢酶黄嘌呤氧化酶次黄嘌呤+O2NADH(I)NADPH(II)NADPH氧化酶H++O·-2+H2O2NADH氧化酶2.中性粒细胞激活（白细胞源性）细胞缺血补体激活C3膜磷脂分解白三烯激活再灌注时O2NADPH、NADH

活性氧大量白细胞呼吸爆发(respiratoryburst)氧自由基缺血缺氧ATPCa2+进入线粒体线粒体功能受损细胞色素氧化酶系统功能失调4价还原H2O单电子还原线粒体3.线粒体功能障碍O2Adr甲基转移酶单胺氧化酶香草扁桃酸（正常代谢）肾排出应激时80%O2肾上腺素红O-2·4.儿茶酚胺自由基的损伤作用1．膜脂质过氧化(1ipidperoxidation)增强磷脂膜膜内多价不饱和脂肪酸①破坏膜的正常结构。②改变血管的正常功能。③促进自由基及其它生物活性物质生成。④减少ATP生成。2．蛋白质功能抑制3．破坏核酸及染色体线粒体膜脂质过氧化不饱和脂肪酸／蛋白质的比例失调，膜的液态性、流动性降低，通透性增加，细胞外Ca2＋内流增加；膜脂质过氧化可激活磷脂酶C、磷脂酶D→花生四烯酸代谢反应→增加自由基生成和脂质过氧化→前列腺素、血栓素、白三烯酶的巯基氧化，形成二硫键；使氨基酸残基氧化胞浆及膜蛋白和某些酶交联形成二聚体或更大的聚合物。巯基氧化使肌纤维蛋白对Ca2+反应性降低，抑制心肌收缩力。肌浆网钙转运蛋白受损，钙调节异常。碱基羟化或DNA断裂80％为OH·所致，因OH·易与脱氧核糖核酸及碱基反应并使其结构改变。脂质过氧化使膜脂质之间形成交联和聚合离子泵：钠钙内流信号传递蛋白：（三）OFR的损伤机制图10-2自由基对生物膜的损伤作用-S-S-CH3-S-OOHHOOHHO蛋白质-蛋白质交联脂质-蛋白质交联二硫交联蛋白质断裂氨基酸氧化脂肪酸氧化脂质-脂质交联从氧化的脂肪酸释出的丙二醛MDA二、钙超载（calciumoverload）Na+-Ca2+载体Ca2+BPrMtSRCa2+

Ca2+

——细胞内钙积聚Ca2+泵Ca2+Ca2+各种原因引起的细胞内钙含量异常增多并导致细胞结构损伤和功能代谢障碍的现象称为钙超载，严重者可造成细胞死亡。钙超载(calciumoverload)(一)钙超载的机制

1.

Na+-Ca2+交换异常

2.生物膜损伤1.Na+/Ca2+交换异常Ca2+内流●细胞内高钠对Na+/Ca2+交换蛋白的直接激活●细胞内高H+对Na+/Ca2+交换蛋白的间接激活●蛋白激酶C

活化对Na+/Ca2+交换蛋白的间接激活细胞内酸中毒，再灌注时细胞外酸中毒被缓解，H+外流增加→钠内流增加→细胞内钠增加→进而激活钠钙交换→钙内流增加。PKC间接激活Na+-Ca2+交换蛋白

如α1肾上腺素能受体激活G蛋白-PLC→H+/Na+交换激活ß肾上腺素能受体促进Ca2+内流

ACcAMPPKACa2+ATPβ儿茶酚胺2.生物膜损伤细胞膜损伤膜通透性Ca2+内流原因：缺氧、自由基、钙激活磷脂酶肌浆网膜损伤钙泵功能障碍Ca2+摄取原因：自由基、磷脂酶线粒体膜损伤ATP钙泵功能障碍原因：自由基、磷脂酶（二）钙超载引起损伤的机制1．细胞膜损伤2．线粒体膜损伤3．蛋白酶激活4．加重酸中毒Ca2+与钙调蛋白结合增多

蛋白水解酶核酸内切酶磷脂酶促进膜磷脂分；膜磷脂降解产物花生四烯酸、溶血磷脂等增多Ca2+向线粒体转移：早期代偿意义。线粒体过多摄人Ca2+增加ATP消耗磷酸钙沉积干扰氧化磷酸化XD→XO磷脂酶A2→AA→环加氧酶、脂加氧酶→H2O2、OH·Ca2+升高可激活某些ATP酶，高能磷酸盐水解，释放出大量的H+三、白细胞的作用无复流现象(no-reflowphenomenon)

结扎狗冠状动脉造成心肌局部缺血一段时间后，再开放节扎动脉恢复血流，部分缺血区并不能得到充分的血液灌流。病生基础：中性粒细胞激活及其致炎细胞因子的释放。（一）再灌注时血管内皮细胞与白细胞激活粘附分子花生四烯酸趋化物质VECWBCWBC通过毛细血管（一）再灌注时白细胞的激活白细胞激活和聚集的主要机制：再灌注期细胞膜磷脂降解趋化因子（LT、PAF、补体、激肽）吸引中性粒细胞于缺血区组织。再灌注期，中性粒细胞激活炎症介质（如IL)促进更多的白细胞聚集和浸润。再灌注期，中性粒细胞和内皮细胞表达粘附分子增加加剧白细胞粘附与集聚。(一）再灌注时血管内皮细胞与白细胞激活缺血-再灌注损伤血管内皮细胞白细胞激活膜磷脂降解花生四烯酸代谢产物（白三烯，强趋化作）细胞粘附分子白细胞与血管内皮细胞粘附、浸润促进激活炎症介质白介素-8粘附分子（adhesion

molecules,AM）

是指介导细胞与细胞间或细胞与基质间相互接触和结合的一类分子，大都为糖蛋白，分布于细胞表面或细胞外基质（extracellular

matrix,ECM）中。

目前按粘附分子的结构特点，可将其分为粘合素超家族的粘附分子、免疫球蛋白超家族的粘附分子、选择凝集素家族粘分子、钙离子依赖的细胞粘附素家族粘附分子及其它未归类的粘附分子

①通过表达于白细胞粘附分子CD11a/CD18、CD11b/CD18、

CD11c/CD18、VLA-4、L-selectin、CD15、CD15s、和P-selectin相互粘附，参与炎症的发生；②通过表达于淋巴细胞上的归巢(Iymphocyte

homing

receptor,LHR)、L-selectin、CLA、LFA-1、VLA-4、CD44、LPAM-2分别与表达于血管内皮细胞上的定居素（addressin）PNAd、E-selectin、ICAM-1、ICAM-2、VCAM-1、MAd、CAM相互粘附使淋巴细胞向外周淋巴器官，皮肤炎症部位或粘膜相关淋巴组织的回归；粘附分子参与机体许多重要的生理和病理过程③通过CD/MHCⅡ类分子非多态部分、CD8/MHC1类分子非多态部分LFA-1/ICAM-1、LFA-2/LFA-3、CD28/B7的相互作用参与免疫应答中APC呈提抗原、抗原识别、免疫细胞相互协作以及CTL杀伤靶细胞等多个环节；

④通过Cadherin、N-CAM、CD31等分子的自身粘附，以及某些粘附分子与细胞外基质的粘附，参与细胞的发育、分化、附着及移动；⑤E-Cadherin、家庭些成员以及CD44分子等与肿瘤的浸润、转移有关；⑥通过血小板表达的粘附分子参与动脉、静脉中血栓形成以及其它形式的凝血过程。、

（二）血管内皮细胞与中性粒的损伤作用

1．微血管损伤激活的中性粒细胞与血管内皮细胞相互作用所致。

在心肌缺血和再灌注早期，中性粒细胞粘附在血管内皮细胞上，随后，有血小板沉积和红细胞缗钱状聚集，造成毛细血管阻塞。再灌注活性氧内皮细胞表面表达P-选择素，与中性粒细胞表面受体结合白细胞在微血管内流速减慢并与内皮细胞发生间歇性结合，造成“滚动”现象。损伤的加重，整合素、E-选择素等粘附分子的表达增加，中性粒细胞与内皮细胞发生固定粘附，导致微血管机械性堵塞。（1）微血管血液流变学改变（1）微血管血液流变学改变

缺血-再灌注白细胞沿血管内皮细胞表面滚动白细胞粘附内皮细胞血管腔变窄阻塞化学趋化介质血小板和红细胞的聚集（+）（2）微血管口径的改变损伤的血管内皮肿胀缩血管物质扩血管物质微血管受压再灌注时血管口径变窄（3）微血管通透性增高

缺血-再灌注损伤自由基损伤和中性白细胞粘附

微血管通透性增高2．细胞损伤中性粒细胞与血管内皮细胞被激活

大量生物活性物质（自由基、蛋白酶）

损害组织细胞缺血-再灌注时缺血-再灌注损伤的主要发病机制缺血细胞坏死再灌注O2氧自由基中性粒细胞Ca2+钙超载细胞损伤无复流致炎因子缺血损伤恢复第三节缺血-再灌注损伤时机体的功能、代谢变化

(Functionalandmetabolicchangesduringischemia-reperfusioninjury)

一、心肌缺血-再灌注损伤的变化（一）心功能变化1.心肌收缩功能降低●左室舒张末压力（LVEDP）↑●心室内压最大变化速率（±dp/dtmax

）↓●心肌顿抑（myocardialstunning）

是指缺血心肌在恢复血液灌注后一段时间内出现可逆性收缩功能降低的现象。

特点：心肌并没有发生坏死；一定时间后收缩性可以完全恢复正常。胞浆Na+超载Na+/Ca2+交换↑可逆性缺血—再灌注损伤O2－.H2O2OH·脂质过氧化蛋白质及酶失活肌浆网钙转运蛋白↓质膜通透性↑离子泵活性↓线粒体损伤收缩蛋白损伤Ca+敏感性↓钙超载心肌收缩功能↓ATP生成↓

2.再灌注性心律失常(reperfusionarrhythmia)

多为室性心动过速和心室颤动。发生条件：再灌区存在功能上可恢复的心肌细胞；缺血时间长短；实验证明，犬冠状动脉阻断后15～45min再灌注，心律失常的发生率最高，缺血时间过长或过短，其发生率都低。

缺血心肌的数量、缺血的程度、及再灌注回复的速度。心律失常（室性心动过速和室颤多见）心肌缺血-再灌注纤颤阈降低电解质紊乱儿茶酚胺刺激ɑ受体心肌自律性↑折返形成ATP减少心肌损伤自由基钙超载

缺血-再灌注性心律失常的发生机制

（二）心肌能量代谢变化能量合成障碍→

ATP↓原因：线粒体损伤合成ATP的底物不足

缺血-再灌注心肌出血坏死肌原纤维断裂溶解、出现收缩带线粒体损害细胞膜破裂（三）心肌超微结构变化某些心肌纤维横纹消失，而代之以粗的嗜酸性横带，称之为收缩带，是因心肌纤维强烈收缩使数个肌节滑动凝集在一起所致，是导致心室纤颤和猝死的形态学基础。严重者横带更不整齐，横带之间肌浆凝集成颗粒状、团块状，甚至肌浆溶解，消失。

二、脑缺血-再灌注损伤的变化（一）脑缺血-再灌注损伤时细胞代谢的变化脑缺血脑内ATP、葡萄糖cGMP乳酸、cAMP

再灌注cAMP

激活磷脂磷脂酶游离脂肪酸+自由基兴奋性氨基酸↓抑制性氨基酸↑脂质过氧化（二）脑缺血-再灌注损伤时组织学变化

膜脂质过氧化→膜结构破坏、钠泵功能障碍→脑水肿、脑细胞坏死其它器官缺血-再灌注损伤的变化肠缺血-再灌注有害物质进入机体吸收障碍粘膜屏障通透性肠粘膜损伤肾缺血-再灌注急性肾功能衰竭急性肾小管坏死线粒体损害第四节缺血-再灌注损伤防治原则四、减轻钙超载：钙拮抗剂、钙通道阻断剂一、减轻缺血性损伤，控制再灌注条件二、改善缺血组织的代谢三、清除自由基减轻缺血性损伤，控制再灌注条件改善缺血组织的代