病理生理学-缺血-再灌注损伤

缺血-再灌注损伤Ischemia-reperfusioninjury目的要求1、掌握缺血-再灌注损伤的发病机制和缺血-再灌注损伤时机体的功能代谢变化。2、熟悉缺血-再灌注损伤的原因和条件。3、了解防治缺血-再灌注损伤的病理生理基础。缺血-再灌注损伤Ischemia-reperfusioninjury

第一节概述一、概念

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率先报道了脑IRI1972年Flore肾IRI1978年Modry

肺IRI1981年Greenberg肠IRI心脏介入手术经皮冠状动脉腔内成形术（PTCA）放置支架PTCA结合支架治疗冠心病患者，成功率较高，长期生存率较高

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。

氧反常：用低氧溶液灌注组织器官或在缺氧条件下培养细胞一定时间后，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，这种现象称为氧反常oxygenparadox。钙反常：预先用无钙溶液灌流大鼠离体心脏2分钟，再用含钙溶液进行灌流，心肌细胞酶释放增加，肌纤维过度收缩及心肌电信号异常，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，但在再灌注时迅速纠正缺血组织的酸中毒，反而会加重缺血/再灌注损伤，称为pH反常pHparadox。二缺血-再灌注损伤的原因和条件

（一）原因

—在组织器官缺血基础上的血液再灌注。1、组织器官缺血后血流恢复如休克微血管痉挛解除后2、一些新的医疗技术的应用冠脉搭桥术，PTCA，溶栓疗法等,3、体外循环下心脏手术4、心脏骤停后心脑肺复苏5、其他断肢再植，器官移植（二）影响因素

1缺血时间

2侧支循环

3需氧程度

4再灌注条件第二节缺血再灌注损伤的发生机制一、自由基的作用（一）概念与分类

自由基（freeradical）

——外层轨道上具有单个不配对电子的原子、原子团和分子的总称。氧自由基概念：由氧诱发的自由基。

（1）非脂质氧自由基(oxygenfreeradicalOFR)

种类：超氧阴离子（O·-2）羟自由基（OH·）生成：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O·-2

HbFe2+HbFe3++O·-2⑵酶氧化XO、NADPH氧化酶、醛氧化酶⑶线粒体O·-2生成的主要场所之一正常:O2+4e+4H+→H2O+ATP

病理:O2+e→O·-2

+e+2H+→H202+e+H+→OH·+e+H+→H20⑷毒物作用CCL4、百草枯（除草剂）

O·-2的生成是其他自由基或活性氧生成的基础H20OH·的生成

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

O·-2+H2O2OH-+OH·+O2Fenton反应：

O·-2H2O2OH·

+OH-

OH·是活性氧中毒性最强的一种SODSODFe2+Fe3+

活性氧（reactiveoxygenspecies,ROS）：氧化还原过程中产生的具有高活性的一系列中间产物。（OFR、1O2和H2O2）单线态氧1O2：是一种激发态氧（在光敏剂存在下作用于O2激发而产生），反应活性较强，参与许多化学反应.（2）脂性自由基

概念：OFR与不饱和脂肪酸作用后生成的中间产物。

种类：脂氧自由基（LO·）脂过氧自由基（LOO·）

生理情况下，自由基的生成与清除处于动态平衡

如果ROS生成过多或机体抗氧化能力不足，均可造成组织细胞损伤。（二）缺血—再灌注时OFR增多的机制1黄嘌呤氧化酶形成↑2中性粒细胞聚集及激活

3线粒体的损伤

1黄嘌呤氧化酶（XO）的形成增多XO的作用：次黄嘌呤+O2

XO

黄嘌呤+O·-2

+H2O2

↓XO

尿酸+O·-2

+H2O2氧自由基的生成需要三个条件：

XO

次黄嘌呤

O2OH·正常时：VEC内黄嘌呤氧化酶(xanthine

oxidase,XO)10%

黄嘌呤脱氢酶(xanthine

dehydrogenase,XD)90%

缺血时：ATP↓→Ca2+入胞↑→↓

ATP→ADP→AMP→腺苷、肌苷→次黄嘌呤再灌注时：带来O2

次黄嘌呤+O2→黄嘌呤+O·-2

+H2O2

↓XO

尿酸+O·-2+H2O2XDXOXOO22中性粒细胞的作用缺血时: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↑：

NADPH+2O2

2O·-2

+NADP++H+

NADH+O2+2H+H2O2+NAD+NADPH氧化酶NADH氧化酶3

线粒体功能障碍缺血后ATP的产生→Ca2+进入线粒体→细胞色素氧化酶的功能失调→O2+4e→H2O+ATP↓O2+e→O·-2

+e→H202+e→OH·+e→H20+O2+e→O·-2

↑Ca2+进入线粒体使Mn-SOD减少清除OFR的能力↓4

儿茶酚胺增加和氧化

（三）OFR的损伤作用1、膜脂质过氧化（lipidperoxidation)增强（1）破坏膜的正常结构及功能液态性、流动性、通透性（2）间接抑制膜蛋白功能离子泵功能障碍细胞信号转导功能障碍（3）促进OFR及其它生物活性物生成激活磷脂酶C、D（4）减少ATP生成2、蛋白质功能抑制（1）自由基使蛋白质和酶分子聚合、交联、肽链断裂蛋白质变性、酶的活性丧失受体、离子通道功能障碍（2）自由基可使酶的巯基氧化，AA残基氧化3、破坏核酸及染色体自由基可使碱基羟化或DNA断裂，从而引起染色体畸变或细胞死亡，这种作用80%为OH.

所致，因OH.易与脱氧核酸及碱基反应并使其结构改变。

二、钙超载（calciumoverload）

各种原因引起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。正常:细胞外[Ca2+]10-3mol/L

细胞内[Ca2+]10-7mol/L细胞外[Ca2+]是细胞内[Ca2+]10000倍

依赖ATP的钙泵钠钾泵

Na+-Ca2+交换系统

肌浆网（SR）

钙结合蛋白（CaBP)

线粒体摄取细胞膜细胞内维持因素钙超载发生的机制1Na+-Ca2+交换异常（钙超载时进入细胞的主要途径）正常：3个Na+

1个Ca2+

可进行双相转运影响因素：（1）跨膜钠浓度梯度（2）细胞内的氢浓度此外还有Ca2+,ATPMg2+Ca2+3Na+K+Na+机制:（1）细胞内高Na+直接激活Na+-Ca2+交换蛋白

缺血→ATP↓→Na+泵↓→细胞内Na+↑→

激活Na+-Ca2+交换蛋白→Ca2+进入细胞K+Na+3Na+Ca2+ATP↓Na+↑Ca2+↑(2)细胞内高H+间接激活Na+-Ca2+交换蛋白质膜Na+/H+交换蛋白主要受细胞内[H+]的变化调节[Na+]o[H+]o[Na+]i[H+]i缺血时：无氧代谢↑→产生H+增多再灌时：组织间液H+迅速减少→细胞内外较高的

H+浓度差→激活Na+/H+交换蛋白→细胞内

[Na+]↑激活钠泵激活Na+-Ca2+交换蛋白

＞Na+H+3Na+Ca2+Na+K+H+Na+再灌时H+↓H+↑Na+↑Ca2+↑缺血时H+↑（3）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2.生物膜损伤（1）细胞膜损伤→钙内流↑

膜屏障作用↓Ca2+激活磷脂酶，使膜磷脂分解

FR使细胞膜脂质过氧化（2）线粒体受损→ATP↓（3）肌浆网膜受损→摄取钙↓通透性增加钙超载引起缺血-再灌注损伤的机制

1.促进氧自由基生成XO2.加重酸中毒3.破坏细胞（器）膜分解膜磷脂细胞膜和细胞器膜的损伤钙超载引起组织细胞损伤的机制4.

线粒体功能障碍

胞浆[Ca2+]↑线粒体摄钙↑

早期：代偿晚期：磷酸钙形成ATP消耗↑、生成↓5.激活多种酶蛋白酶核酶钙超载引起再灌注损伤的机制线粒体肌浆网损伤刺激肌浆Ca2+↑ATP酶ATP↓磷脂酶磷脂分解蛋白酶膜和骨架蛋白破坏核酶染色体损伤三、白细胞的作用缺血-再灌注时VEC与白细胞激活表现为:释放多种细胞粘附分子和趋化分子

粘附分子（adhesionmolecule）

是指由细胞合成的、可促进细胞与细胞之间、细胞与细胞外基质之间粘附的一大类分子的总称，如整合素、选择素、细胞间粘附分子、血管细胞粘附分子及血小板内皮细胞粘附分子等。在维持细胞结构完整和细胞信号转导中起重要作用。1.微血管损伤表现：无复流现象（no-reflowphenomenon）：在再灌注时放开结扎动脉，重新恢复血流，部分缺血区并不能得到充分的血液灌流的现象。机制：

（1）微血管血液流变学改变：白细胞粘附（2）微血管口径改变：内皮肿胀；缩血管物质的释放（3）微血管通透性增高2.组织细胞损伤激活的VEC和N可释放大量生物活性物质

如FR、蛋白酶、细胞因子IRI的主要发病机制再灌注中性粒细胞无复流致炎因子↑氧自由基↑钙超载细胞损伤缺血O2Ca2+细胞坏死缺血损伤恢复第三节IRI时机体的功能及代谢变化一、IRI对心功能的影响

再灌注性心律失常心肌动作电位时程不均一心肌动作电位后延迟后除极的形成心肌电生理特性改变纤颤阈降低NO减少

心功能变化

心肌舒缩功能降低心肌顿抑钙超载自由基爆发性生成

心肌代谢变化

ATP含量降低ATP合成的前体物质不足缺血心肌对氧利用障碍细胞膜破坏肌原纤维结构破坏线粒体损伤心肌超微结构变化IRI对心功能的影响1968年由Ames率先报道脑缺血-再灌注损伤。有人提出细胞质内钙聚积及氧自由基导致的脂质过氧化在迟发性神经元死亡中起重要作用。二、脑IRI损伤的变化脑组织富含磷脂，脂质过氧化是脑损伤的主要特征脑IRI损伤的变化脑能量代谢变化脑IRI损伤的变化脑氨基酸代谢变化脑组织学变化兴奋性氨基酸降低（谷氨酸、天门冬氨酸）抑制性氨基酸增多（丙氨酸、γ-氨基丁酸）脑水肿脑细胞坏