病理生理学：12缺血-再灌注损伤

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

简史认识就从这简单现象开始1９５５年，Sewell结扎狗冠状动脉后一段时间，解除结扎，恢复血流，动物室颤而死亡.

在心肌缺血恢复血流后，缺血心肌的损伤反而加重１９６０年，Jennings第一次提出心肌缺血-再灌注损伤的概念

心脏介入手术经皮冠状动脉腔内成形术（PTCA）放置支架

冠脉支架置入前后1967年，Bulkley和Hutchins发现冠脉血管再通后的病人发生心肌细胞反常性坏死。

概念缺血-再灌注损伤（ischemia-reperfusioninjury,IRI）：在缺血基础上恢复血流后，组织损伤反而加重，甚至发生不可逆性损伤的现象。

第一节IRI原因和条件常见的原因缺血基础上血液再灌注:1.组织器官缺血后恢复血液供应：休克时微循环的疏通，断肢再植和器官移植2.新的医疗技术的应用：动脉搭桥术，溶栓疗法，PTCA3.体外循环下心脏手术以及心肺脑复苏

常见的条件：1.缺血时间缺血时间短——恢复血供后再灌注损伤不明显缺血时间长——恢复血供后再灌注损伤明显2.缺血程度

侧支循环易形成者不易发生再灌注损伤尽早实施再灌注者需氧程度高易发生再灌注损伤（如心、脑）

3.再灌注的条件再灌注压力愈高，损伤愈严重适当降低灌注液的温度、pH值，可减轻损伤减少灌注液的Ca2+、Na+含量，可减轻损伤再灌注时的压力大小再灌注液的温度高低再灌注液的pH水平再灌注液的电解质浓度

自由基的作用细胞内钙超载白细胞的激活第二节缺血-再灌注损伤的发生机制

指外层轨道上含有单个不配对电子的原子、原子团和分子的总称。

非脂性自由基：氧自由基脂性自由基其他化学性质非常活泼，极易与其生成部位的其它物质发生连锁反应。[自由基]一.自由基的作用

非脂性自由基：氧自由基由氧诱发的自由基称为氧自由基。超氧阴离子(O2·)

羟自由基(OH·)单线态氧(1O2)过氧化氢（H2O2)氧自由基活性氧

氧自由基的代谢O298~99%1~2%NADPH氧化酶黄嘌呤氧化酶P450细胞色素单加氧酶O2·

H2O24e-+4H+细胞色素氧化酶系统H2OATPOH·e-e-+2H+e-+H+e-+H+H2OFenton反应O2

+H2O2O2+OH-+OHFe2+或Cu2+H20

多价不饱和脂肪酸氧自由基烷自由基L·烷氧自由基LO·烷过氧自由基LOO·脂性自由基其他：Cl·

，CH3·，NO·

（三）缺血再灌注时自由基生成增多的机制1.黄嘌呤氧化酶形成增多2.中性粒细胞聚集及激活3.线粒体膜受损4.儿茶酚胺自氧化增加

1.黄嘌呤氧化酶形成增多2

2.中性粒细胞聚集及激活再灌注期(+)补体系统C3细胞膜分解缺血损伤及黄嘌呤氧化酶的作用产生的自由基白三烯(+)(+)O2O2O2O2O2NADH氧化酶NADPH氧化酶O2_.呼吸爆发

3.线粒体膜损伤缺血缺氧使ATP减少，Ca2+进入线粒体增多，氧化磷酸化功能障碍，电子传递链受损，经4价还原形成的水减少，而经单电子还原生成氧自由基增加。O298~99%↓1~2%↑NADPH氧化酶黄嘌呤氧化酶P450细胞色素单加氧酶O2·

H2O24e-+4H+细胞色素氧化酶系统H2OATPOH·e-e-+2H+e-+H+e-+H+H2OH20

4.儿茶酚胺自氧化增加缺氧交感-肾上腺髓质系统兴奋儿茶酚胺分泌增多代偿调节作用氧化产生氧自由基

（四）自由基引起缺血再灌注损伤的机制1.膜脂质过氧化增强2.蛋白质功能抑制3.核酸及染色体破坏

（四）自由基引起缺血再灌注损伤的机制1.膜脂质过氧化增强自由基可与生物膜上多价不饱和脂肪酸作用使之发生过氧化，造成多种损害：（1）破坏膜的正常结构：不饱和脂肪酸与蛋白质比例失调，膜通透性增加。（2）促进自由基及其他生物活性物质生成:脂质过氧化可激活磷脂酶，分解膜磷脂，并催化花生四烯酸代谢反应，生成前列腺素、血栓素、白三烯等。（3）改变血管的正常功能：（4）减少ATP生成：线粒体膜脂质过氧化

自由基对生物膜的损伤

2.蛋白质功能抑制自由基可使酶的巯基氧化形成二硫键；氨基酸的残基氧化，胞浆蛋白、膜蛋白和酶之间交联，形成二聚体、多聚体，直接损伤蛋白质功能。如：膜通道蛋白受损，导致膜内外离子分布异常。肌纤维蛋白的损伤引起心肌收缩力减弱。肌浆网上的钙转运蛋白受损，使钙调节功能异常。（1）直接抑制：（2）间接抑制：膜脂质发生交联、聚合，间接抑制钙泵、钠泵及Na+/Ca2+交换系统的功能，导致胞质内钠、钙浓度升高。抑制膜受体、G蛋白与效应器的偶联，引起信号转导障碍。

3.核酸及染色体破坏OH·易与DNA和碱基反应使其结构改变。表现为染色体畸变，核酸碱基改变或DNA断裂

Na+-Ca2+交换蛋白Ca2+

结合蛋白线粒体肌浆网Ca2+

Ca2+泵Ca2+Ca2+[Ca2+]e：10-3M[Ca2+]i:10-7M细胞内Ca2+的稳态调节Ca2+泵Ca2+Na+Ca2+Ca2+泵二.细胞内钙超载

钙超载（calciumoverload）：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，严重时可造成细胞死亡。

（一）IRI时钙超载的发生机制1.Na+/Ca2+交换异常胞内Na+明显升高或膜正电位反向转运Na+Ca2+正向转运Ca2+Na+生理情况下Na+/Ca2+交换蛋白反向转运增强是缺血再灌注损伤时Ca2+进入细胞的主要途径。

(1)细胞内高Na+对Na+/Ca2+

交换蛋白的直接激活缺血缺氧使ATP生成减少，钠泵失灵，细胞内Na+含量升高。再灌注时，细胞重新恢复了氧供，细胞内高Na+，激活了钠泵，同时激活了Na+/Ca2+交换蛋白，加速Na+向细胞外转运，同时大量Ca2+内流。Ca2+Na+Na+

(2)细胞内高H+对Na+/Ca2+交换蛋白的间接激活缺血时，无氧代谢增强使组织间液和细胞内H+增加;再灌注时，组织间液H+浓度迅速下降，而细胞内H+浓度仍高。膜两侧H+浓度差激活H+-Na+交换蛋白，促使细胞内H+排出，细胞外Na+内流，细胞内Na+升高，胞内高Na+继发性激活

Na+/Ca2+交换蛋白反向转运，使Ca2+大量内流。Ca2+Na+Na+H+

PIP2PKCGqIP3DGPLC儿茶酚胺α1受体

Ca2＋Ca2＋H+Na+3Na+Ca2+肌浆网2.蛋白激酶C(PKC)激活

儿茶酚胺ATPL型Ca2+通道Ca2+β-R腺苷酸环化酶cAMP

3生物膜损伤（1）细胞膜损伤

（细胞膜对Ca2+的通透性增加）（3）线粒体膜损伤

抑制氧化磷酸化，使ATP生成减少，细胞膜、肌浆网钙泵功能障碍，促进钙超载的产生。（4）肌浆网膜损伤

肌浆网钙泵功能障碍，对Ca2+的摄取减少。

自由基的损伤作用及膜磷脂的降解（3）溶酶体膜损伤

Na+-Ca2+交换蛋白Ca2+

结合蛋白线粒体肌浆网Ca2+

Ca2+泵Ca2+Ca2+[Ca2+]e：10-3M[Ca2+]i:10-7M细胞内Ca2+的稳态调节Ca2+泵Ca2+Na+Ca2+Ca2+泵

1.细胞膜损伤：

激活磷脂酶，使膜磷脂降解，造成细胞膜结构受损。膜磷脂降解产物加重细胞功能紊乱。2.线粒体膜损伤：

Ca2+与含磷酸根的化合物结合，形成不溶性磷酸钙，能量代谢障碍。3.蛋白酶激活：增强钙依赖性蛋白酶活性，促使XD转变为XO，使氧自由基生成增多。4.加重酸中毒:激活ATP酶，高能磷酸盐水解，释出H+（二）钙超载引起缺血-再灌注损伤的机制

（一）缺血-再灌注时白细胞增多的机制1.黏附分子生成增多2.趋化因子生成增多三、白细胞的作用缺血和再灌注时中性粒细胞和血管内皮细胞的多种黏附分子表达增强，引起中性粒细胞与受损血管内皮细胞之间的广泛黏附、聚集。细胞膜磷脂降解，花生四烯酸代谢产物白三烯、血小板活化因子、补体及激肽增多，其具有很强的趋化作用。趋化白细胞进入组织或黏附于血管内皮。

三、白细胞的作用

选择素整合素趋化因子粘附分子（adhesionmolecule)

（二）白细胞介导缺血-再灌注损伤的机制1.微血管损伤（1）微血管内血液流变学改变：无复流现象（2）微血管口径改变：管腔狭窄缩血管物质（内皮素、血管紧张素Ⅱ）↑,扩血管物质（NO）↓微血栓形成（3）微血管通透性增加：白细胞释放的某些炎症介质的作用。白细胞黏附于血管内皮细胞上，嵌顿、阻塞微循环血管；内皮细胞受损、血小板黏附、微血栓形成和组织水肿，形成无复流现象。组织水肿血液浓缩

2.细胞损伤激活的N和EC释放的致炎物质，如自由基、蛋白酶、溶酶体酶等

自由基钙超载白细胞作用缺血-再灌注损伤的发生机制XO增多

中性粒细胞激活

线粒体损伤儿茶酚胺自身氧化Na+/Ca2+交换异常生物膜损伤黏附分子↑趋化因子↑膜脂质过氧化增强蛋白质功能受抑制核酸及染色体破坏细胞膜损伤线粒体膜损伤蛋白酶激活加重酸中毒微血管损伤细胞损伤蛋白激酶C激活

第三节IRI时机体的功能及代谢变化

心功能变化心肌舒缩功能降低心肌缺血-再灌注损伤的变化心肌能量代谢变化心肌结构变化再灌注性心律失常

1.心肌舒缩功能降低心肌顿抑(myocardialstunning)：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。静止张力发展张力（一）心功能变化

2.再灌注性心律失常室性心律失常机制：再灌注心肌之间动作电位时程的不均一钙超载自由基增多纤颤阈降低

（二）心肌能量代谢变化缺血时ATP、磷酸肌酸含量降低ATP合成的前体物质不足细胞膜破坏肌原纤维结构破坏线粒体损伤（三）心肌超微结构变化