病生-第13章 缺血-再灌注损伤

缺血－再灌注损伤

IschemiaReperfusionInjury

案例版潍坊医学院病理生理学教研室blshl@第十三章

患者，男性，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）。体检：BP100/75mmHg，HR37次/分，率齐，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150万单位静脉溶栓（30min滴完）。用药完毕患者胸痛即消失，但用药后约10min时心电监护显示，出现室性早搏、室上性心动过速及室颤，BP90/60mmHg。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。复查心电图为广泛前壁心肌梗死。案例

概述1发病机制3机体的功能及代谢变化4本章主要内容防治的病理生理学基础5原因及影响因素2

大纲要点12熟悉氧反常、钙反常、pH反常、无复流现象、呼吸爆发的概念掌握缺血-再灌注损伤、钙超载概念、发病机制

3熟悉缺血-再灌注损伤的原因和条件心、脑缺血-再灌注损伤变化特点4了解防治的病理生理基础

1９５５年，Sewell结扎狗冠状动脉后，如突然解除结扎，恢复血流，动物室颤而死亡，临床类同。认识就从这简单现象开始简史

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

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。１９８１年，Greenber等证实猫小肠缺血3小时后再灌注时，粘膜损伤更严重。

缺血-再灌注损伤概念缺血-再灌注损伤（ischemia-reperfusioninjury，IRI，I/R）组织缺血一段时间，当血流重新恢复后，组织的损伤程度较缺血时进一步加重，器官功能进一步恶化的综合症。从实践到理论的总结1.可逆损伤;不可逆损伤2.具有器官普遍性:如心、脑、肠、肾等

第一节IRI原因及影响因素原因引起血流重新恢复的因素全身性因素——休克；心脏骤停后心、脑复苏；体外循环的建立与撤除等。局部性因素——某一器官缺血后血流恢复或某一血管再通后：器官移植、断肢再植、、冠状动脉痉挛的缓解、动脉搭桥术、PTCA、溶栓疗法等。

PTCAPercutaneoustransluminalcoronaryangioplastyPTCAPercutaneoustransluminalcoronaryangioplastyPTCAPercutaneoustransluminalcoronaryangioplasty

Langendorff心脏灌流装置

实验与临床资料证明冠脉重新恢复血流后，有可能造成更严重的心肌损伤

影响因素

缺血时间：

缺血时间过短或过长都不易发生

缺血部位：氧需求量高的器官易发生；缺血后侧支循环不易形成者易发生再灌注条件：一定程度低压、低温、低PH、低钠、低钙液缺血前状态：基础疾病；缺血预适应

缺血时间再灌注时间心律不齐室速室颤死亡率（min)（min)(%)(%)(%)(%)21000005108047.647.625.810106030.040.010.0151099.000大鼠在体心再灌注时缺血时间对IRI的影响

缺血预适应：是指组织器官经反复短暂缺血后，会明显增强对随后较长时间缺血及再灌注损伤的抵抗力的现象。有研究，心脏经过4次短暂的5分钟缺血，之后长时间缺血40分钟，心梗的面积较对照组减少了75%。

钙反常（calciumparadox）：以无钙溶液灌流离体大鼠心脏2分钟后再以正常含钙溶液灌注时，心肌电信号异常、心脏功能、代谢及形态结构发生异常变化，这种现象称为钙反常。氧反常（oxygenparadox）：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，称为氧反常。pH反常（pHparadox）：再灌注时迅速纠正缺血组织的酸中毒，反而加重细胞损伤，称为pH反常。第二节IRI的发生机制

缺血期：ATP合成减少嘌呤碱、细胞内酸性分解代谢产物增多再灌期：恢复供氧产生活性氧细胞内Ca2+超载白细胞的激活——炎症反应IRI的发生机制

活性氧生成异常增多钙超载白细胞的激活

活性氧（ReactiveOxygenSpecies,ROS)由氧组成的化学性质较基态氧活泼的含氧代谢物质，包括氧自由基和非自由基的物质。超氧阴离子（O2-）羟自由基（OH·）单线态氧(1O2)过氧化氢(H2O2)

(一)活性氧的概念与类型

[自由基]指外层电子轨道上含有单个未配对电子的原子、原子团或分子的总称。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。

自由基分类：氧自由基(O2·)脂质自由基(L·)其他（Cl·，CH3·)

超氧阴离子（O2·

-

）羟自由基（OH·）氧自由基--由氧诱发的自由基

（OxygenFreeRadicals，OFR）

氧自由基与不饱和脂肪酸作用后生成的中间代谢产物。脂自由基（L·）脂氧自由基（LO·）脂过氧自由基（LOO·）脂质自由基

NO·

过氧亚硝基阴离子(ONOO-)NO2·OH·其他-氯自由基(Cl·)甲基自由基(CH3·)一氧化氮自由基（NO·）O2-

e-+H+H2Oe-_•O2e-+2H+H2O2e-+H+H2OOH•O21~2％98％4e+4H+

细胞色素氧化酶系统SOD氧单电子还原（二）活性氧的代谢

O2－+H2O2O2+OH-+OH

SLOWHaber-Weiss反应(withoutFe2

)

Fenton型Haber-Weiss反应

Fe2

O2－+H2O2O2+OH-+OH

OH是活性氧中毒性最强的一种FAST

呼吸爆发（respiratoryburst）或氧爆发：中性粒细胞在吞噬活动时耗氧量增加，其摄入氧的70%-90%在NADPH和NADH氧化酶的催化下，接受电子产生大量氧自由基的现象。

NADH(I)NADPH(II)+O2NADPH氧化酶H++O-2+NADH氧化酶

杀灭病原微生物NAD+NADP+

活性氧的清除

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（1）低分子清除剂—非酶性抗氧化剂

（2）酶性清除剂

过氧化氢酶(CAT)谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-PX）超氧化物歧化酶MnSODCuZnSOD铜蓝蛋白

SOD

2O.2+2H+H2O2+O2

CAT

2H2O2O2+2H2OGSH-PX

2GSH+H2O2GSSG+2H2O

Fe2+Fe3+

氧自由基的酶性清除超氧化物歧化酶过氧化氢酶谷胱甘肽过氧化物酶铜蓝蛋白

霍金与Cu,Zn-SOD突变所致的脊髓侧索硬化症

ROS:

O2－、H2O2OH

Enzymes:

SOD、CAT、GSH-pxNon-enzymeantioxidantsVit(E、A、C）、GSH

线粒体血管内皮细胞中性粒细胞（三）缺血-再灌注时活性氧生成增多的机制

1.线粒体功能受损Ca2+进入线粒体

氧经单电子还原↑O-2↑缺氧

MnSOD

·细胞色素氧化酶系统功能失调

线粒体血管内皮细胞中性粒细胞

2.黄嘌呤氧化酶途径

黄嘌呤氧化酶(XO)10%

黄嘌呤脱氢酶(XD)90%XO——xanthine

oxidaseXD——xanthine

dehydrogenaseCa+2依赖性蛋白酶

缺血期再灌注期ATPAMP腺嘌呤核苷次黄嘌呤核苷次黄嘌呤黄嘌呤脱氢酶（XD)

黄嘌呤氧化酶（XO)

Ca2+依赖性蛋白水解酶

黄嘌呤+H2O+O2-

尿酸+H2O2+O2-

OH

O2O2XO在OFR形成中作用

线粒体血管内皮细胞中性粒细胞

缺血

补体被激活C3片段细胞膜分解产物（白三烯）（趋化物）再灌注NADPHNADHNADP+NAD+氧化酶O2O2造成组织细胞损伤OH++O-2·3.中性粒细胞聚集激活

（四）活性氧的损伤作用膜脂质过氧化增强（1）破坏细胞膜的结构液态性、流动性↓,通透性↑，Ca2+内流增加； 激活PLC、PLD→膜磷脂分解→花生四烯酸代谢→生物活性物质（PG、TXA2、LTB4）

（2）间接抑制细胞膜蛋白功能离子泵功能障碍细胞信号转导功能障碍（3）破坏细胞器膜线粒体、溶酶体、肌质网膜脂质过氧化指氧自由基与膜内多价不饱和脂肪酸作用，生成中间代谢产物，如脂氧自由基、脂过氧自由基等和过氧化物增多丙二醛（MDA）

-S-S-CH3-S-脂质-脂质交联O脂质-蛋白质交联OHHO脂肪酸氧化OHHO从氧化的脂肪酸释出的丙二醛MDA

自由基的损伤作用抑制蛋白质的功能（1）自由基可使酶的巯基氧化，AA残基氧化（2）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

蛋白质断裂蛋白质-蛋白质交联-S-S-CH3-S-脂质-脂质交联O二硫交联脂质-蛋白质交联氨基酸氧化OHHO脂肪酸氧化OHHO从氧化的脂肪酸释出的丙二醛MDA

破坏核酸及染色体碱基羟化、DNA断裂→染色体畸变或细胞死亡，80%由OH·毒性作用，易与脱氧核苷酸及碱基反应并使其结构改变。改变细胞功能引起组织损伤：灭活NO，影响血管舒缩；OH促进白细胞附壁，生成趋化因子和白细胞激活因子

IRI的发生机制活性氧生成异常增多钙超载白细胞的激活

二、钙超载-细胞内钙积聚

[钙超载]是指各种原因引起的细胞内游离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。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[

Calciumoverload]

Na+-Ca2+载体Ca2+BPr钙结合蛋白线粒体肌浆网Ca2+

Ca2+

Ca2+泵Ca2+电压依赖性Ca2+细胞内Ca2+的稳态调节

细胞膜依赖ATP的钙泵钙通道Na+-Ca2+交换

细胞内肌浆网钙结合蛋白

线粒体摄取钠泵3Na+2K+双向转运

Na+/Ca2+交换异常细胞膜损伤（一）钙超载的机制

钙超载的机制Na+/Ca2+交换异常生理条件下3Na+/Ca2+交换正向转运3Na+/Ca2+Na+↑胞内Na+↑时Na+/Ca2+交换逆向转运3Na+/Ca2+Na+低浓度钠泵3Na+2K+

（1）细胞内高Na+对Na+-Ca2+交换蛋白的直接激活

缺血→

ATP↓→Na+泵↓→细胞内Na+↑→激活Na+-Ca2+交换蛋白→Ca2+进入

再灌注K+Na+3Na+Ca2+ATP↓Na+↑Ca2+↑Na+/Ca2+交换异常

(2)细胞内高H+对Na+-Ca2+交换蛋白的间接激活

膜Na+/H+交换蛋白主受细胞内[H+]变化调节

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Na+-Ca2+交换蛋白

Na+H+H+↑Na+/Ca2+交换异常

（3）蛋白激酶C（PKC）活化对Na+/Ca2+交换蛋白的间接激活PIP2PKCGqIP3DGPLCNEα1受体

Ca2＋Ca2＋H+Na+3Na+Ca2+三磷酸肌醇

甘油二酯G-蛋白磷脂酶C磷脂酰肌醇Na+/Ca2+交换异常

α1肾上腺素能受体β肾上腺素能受体G蛋白-PLC信号系统IP3DG胞内Ca2+释放↑H+/Na+交换PKC增加L型钙通道Ca2+内流胞浆内Ca2+↑Na+-Ca2+交换α1肾上腺素能受体β肾上腺素能受体

Na+/Ca2+交换异常细胞膜损伤

（一）钙超载的机制

细胞膜损伤糖被膜受损→细胞膜通透性↑缺血或无Ca2+

灌流液使Ca2+

流失，细胞膜外板和外层的糖被膜分离磷脂酶的激活→细胞膜通透性↑

Ca2+↑→激活磷脂酶→膜磷脂降解自由基的作用→膜对Ca2+的通透性↑钙超载的机制

导致细胞能量代谢紊乱 酶的激活，肌原纤维过度收缩→ATP消耗↑ 线粒体摄钙↑→磷酸钙形成→干扰氧化磷酸化→ATP生成↓促进氧自由基生成

Ca2+依赖性蛋白酶XD转化为XOROS

再灌注心律失常Na+/Ca2+不等电荷交换一过性内向电流

钙超载引起再灌注损伤的机制

（二）钙超载引起再灌注损伤的机制促进细胞膜和结构蛋白的分解(Ca2+依赖性酶的激活)

Ca2+↑激活磷脂酶膜磷脂降解↑破坏细胞（器）膜

肌原纤维过度收缩

Ca2+↑再灌注酸中毒缓解H+，Ca2+竞争↓

钙超载是细胞不可逆死亡的共同通路

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

自由基的作用钙超载白细胞的作用IRI的发生机制

三、白细胞的作用白细胞激活介导微血管损伤——无复流(no-reflowphenomenon)现象。概念:是在犬的实验中发现的。结扎犬的冠状动脉造成局部心肌缺血后，在打开结扎的动脉，使血流重新开放，缺血区并不能得到充分的血流灌注，此现象称为无复流。

（一）再灌注时白细胞增多的机制黏附分子生成增多:

如选择素、整合素