病理生理學(xué)：12 缺血-再灌注損傷

1、第十二章 缺血-再灌注損傷ischemia-reperfusion injury中國醫(yī)科大學(xué)病理生理教研室概述概念 在缺血的基礎(chǔ)上恢復(fù)血流后組織損傷反而加重，甚至發(fā)生不可逆性損傷的現(xiàn)象稱為缺血-再灌注損傷 （ ischemia reperfusion injury，IRI）。 “缺血預(yù)適應(yīng)” “缺血后適應(yīng)”第一節(jié) 缺血-再灌注損傷的原因及影響因素一、IRI常見原因(etiology) 凡是在組織器官缺血基礎(chǔ)上的血液再灌注都可能成為缺血-再灌注損傷的發(fā)生原因。1.組織器官缺血后恢復(fù)血液供應(yīng)。 2.某些新的醫(yī)療技術(shù)的應(yīng)用。 如冠脈搭橋術(shù)、經(jīng)皮腔內(nèi)冠脈血管成形術(shù)、溶栓療法等。3.體外循環(huán)下心臟手術(shù)。

2、二、IRI影響因素(factors） 1.缺血時間。2.缺血程度。 缺血后側(cè)支循環(huán)容易形成者，不易發(fā)生再灌注損傷。 需氧程度高者容易發(fā)生缺血-再灌注損傷,如心、腦等。3.再灌注條件。 灌注液的壓力、溫度、pH值和電解質(zhì)濃度都與再灌注損傷密切相關(guān)。 灌注壓力愈高、灌注液溫度愈高、PH值愈高、Ca2+、Na+含量愈高、K+、Mg2+含量愈低、再灌注損傷愈嚴(yán)重。第二節(jié) 缺血再灌注損傷的發(fā)生機制自由基損傷作用鈣超載白細(xì)胞的激活一、自由基的作用（一）概念 概念 自由基（free radical） 外層電子軌道上含有單個不配對電子的原子、原子團和分子的總稱。 自由基的化學(xué)性質(zhì)極為活潑，外層電子軌道的不配對

3、電子狀態(tài)使其極易發(fā)生氧化（失去電子)或還原反應(yīng)（獲得電子）。 分類1非脂性自由基 氧自由基（oxygen free radical，OFR）超氧陰離子自由基（ ）羥自由基（OH）氧自由基_O22脂性自由基氧自由基與多價不飽和脂肪酸作用后生成的中間代謝產(chǎn)物。 烷自由基（L）烷氧自由（LO）烷過氧自由基（LOO）脂性自由基4其他自由基 氯自由基（Cl）、甲基自由基（CH3）、一氧化氮自由基（NO）等。一氧化氮自由基（NO）：氣體自由基3活性氧單線態(tài)氧(102)及過氧化氫(H2O2)雖不是自由基，但氧化作用很強,與氧自由基共同稱為活性氧?；钚匝鯁尉€態(tài)氧（1O2）過氧化氫（H2O2）_O2NO + O

4、NOO- NO2 + OH (二) 自由基的代謝1自由基的產(chǎn)生 Fenton反應(yīng) e-+H+H2Oe-e-+2H+H2O2 e-+H+H2O OH_O2O2O2+4e- H2O+能量細(xì)胞色素氧化酶系統(tǒng)（三）自由基增多機制1黃嘌呤氧化酶形成增多2中性粒細(xì)胞聚集及激活3線粒體膜受損4兒茶酚胺增多與氧化1黃嘌呤氧化酶形成增多 NADPH +2O2 2 +NADP+H+ NADH+O2+2O2 H2O2+NAD+H+NADPH氧化酶NADH氧化酶_O22中性粒細(xì)胞聚集及激活中性粒細(xì)胞：缺血-再灌注時： 自由基（黃嘌呤氧化酶的作用產(chǎn)生的自由基）細(xì)胞膜 LT、C3片段等 趨化作用 中性粒細(xì)胞聚集并激活再灌

5、注時： 重新獲得O2 中性粒細(xì)胞耗氧量顯著增加“呼吸爆發(fā)”3線粒體功能障礙缺氧時： 氧分壓、ATP 生成Ca2+進入線粒體細(xì)胞色素氧化酶的功能失調(diào)電子傳遞受損氧經(jīng)單電子還原形成的自由基增多、經(jīng)4價還原形成的水減少。 Ca2+進入線粒體使Mn-SOD減少，清除OFR的能力。 4兒茶酚胺增加與氧化應(yīng)激（缺血） 兒茶酚胺分泌增多 積極作用 兒茶酚胺氧化產(chǎn)物增多（氧自由基） 細(xì)胞損傷（四）自由基引起缺血-再灌注損傷的機制1膜脂質(zhì)過氧化增強2蛋白質(zhì)功能抑制3核酸及染色體破壞1膜脂質(zhì)過氧化增強膜損傷是自由基損傷細(xì)胞的早期表現(xiàn)。（1）破壞膜的正常結(jié)構(gòu)：膜脂質(zhì)過氧化膜不飽和脂肪酸 膜流動性、通透性Ca2+內(nèi)流

6、（2）促進自由基及其他生物活性物質(zhì)生成。（3）改變血管的正常功能(Oh可促進白細(xì)胞黏附到血管壁，超氧陰離子可滅火N0等等。（4）ATP生成減少 ：線粒體膜脂質(zhì)過氧化。2蛋白質(zhì)功能抑制直接抑制作用：蛋白質(zhì)和酶巰基氧化形成二硫鍵；交聯(lián)形成二聚體或更大的聚合物。間接抑制作用：間接抑制鈣泵、鈉泵及Na+/Ca2+交換體系；抑制膜受體、G蛋白與效應(yīng)器偶聯(lián)。3核酸及染色體破壞 主要表現(xiàn)為染色體畸變、核酸堿基改變或DNA斷裂，這種作用80%為OH.所致，因OH.易與脫氧核酸及堿基反應(yīng)并使其結(jié)構(gòu)改變。二、鈣超載 各種原因引起的細(xì)胞內(nèi)鈣含量異常增多并導(dǎo)致細(xì)胞結(jié)構(gòu)損傷和功能代謝障礙，嚴(yán)重者可造成細(xì)胞死亡的現(xiàn)象，稱

7、為鈣超載(calcium overload)。 正常:細(xì)胞外Ca2+ 10-3mol/L 細(xì)胞內(nèi)Ca2+ 10-7mol/L 細(xì)胞外Ca2+ 是細(xì)胞內(nèi)Ca2+ 10000倍。維持因素： 細(xì)胞膜對鈣的低通透性 鈣與特殊配基形成可逆性復(fù)合物 細(xì)胞膜的鈣泵 肌漿網(wǎng)與線粒體攝取 Na+-Ca2+交換轉(zhuǎn)運到細(xì)胞外 (一)缺血-再灌注時鈣超載的機制1 Na+-Ca2+交換異常正常：3個Na+ 1個Ca2+ 可進行雙相轉(zhuǎn)運（1）細(xì)胞內(nèi)高Na+對Na+-Ca2+交換蛋白的直接激活。（2）細(xì)胞內(nèi)高H+對Na+-Ca2+交換蛋白的間接激活。 Ca2+Na+K+Na+ATPATPNa+Ca2+Na+Na+缺血再灌注

8、正常H+H+無氧代謝H+H+Na+Ca2+Na+Na+Ca2+ Ca2+ 直接激活間接激活2蛋白激酶C激活3生物膜損傷（1）細(xì)胞膜損傷 鈣內(nèi)流。機制 缺血破壞膜正常結(jié)構(gòu)。 自由基使細(xì)胞膜脂質(zhì)過氧化。 細(xì)胞內(nèi)Ca2+激活磷脂酶，使膜磷脂分解。（2）線粒體受損 ATP。機制 Ca2+內(nèi)流增多。 滲透性轉(zhuǎn)導(dǎo)孔開放。 自由基的損傷及膜磷脂的降解。（3）溶酶體膜受損 多種水解酶釋放,細(xì)胞損傷。（4）肌漿網(wǎng)膜受損胞質(zhì)內(nèi)Ca2+。（二）鈣超載引起缺血-再灌注損傷的機制1 破壞細(xì)胞膜：激活磷脂酶，損傷膜結(jié)構(gòu)。2 線粒體膜損傷：Ca2+與含磷酸根的化合物結(jié)合形成不溶性磷酸鈣，ATP 。3 蛋白酶激活 ：4 加重

9、酸中毒：激活A(yù)TP酶水解高能磷酸鹽釋放大量H+。 XD細(xì)胞內(nèi)Ca2+增強鈣依賴性蛋白酶活性 XO自由基三、白細(xì)胞的作用（一）缺血-再灌注時白細(xì)胞增多的機制1.黏附分子生成增多 黏附分子由細(xì)胞合成的、可促進細(xì)胞與細(xì)胞之間、細(xì)胞與細(xì)胞基質(zhì)之間黏附的一大類分子的總稱（整合素、選擇素、血管細(xì)胞間黏附分子、血小板內(nèi)皮細(xì)胞黏附分子及細(xì)胞間黏附分子等）。 缺血再灌注時，中性粒細(xì)胞和血管內(nèi)皮細(xì)胞的多種黏附分子表達(dá)增強。 2. 趨化因子增多： 膜磷脂降解、花生四烯酸代謝產(chǎn)物增多，具有強趨化作用；中性粒細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞釋放趨化因子。(二)白細(xì)胞介導(dǎo)的再灌注損傷的機制 1.微血管損傷 激活的中性粒細(xì)胞與血管內(nèi)皮細(xì)胞之

10、間的相互作用，是造成微血管損傷的決定因素。（1）微血管內(nèi)血液流變學(xué)的改變。 “無復(fù)流現(xiàn)象”（2）微血管口徑縮小。 縮血管物質(zhì)、擴血管物質(zhì)、微血栓形成（3）微血管通透性增高。 組織水腫、血液濃縮、無復(fù)流。2.細(xì)胞損傷 中性粒細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞釋放大量致炎物質(zhì)自身及周圍組織細(xì)胞損傷。第三節(jié) 缺血-再灌注損傷時器官的功能、代謝變化一、心肌缺血-再灌注損傷的變化（一）心功能變化1心肌舒縮功能降低 心肌頓抑（myocardial stunning） 指缺血心肌在恢復(fù)血液灌注后一段時間內(nèi)出現(xiàn)可逆性舒縮功能降低的現(xiàn)象。 心肌并未壞死，損傷處于可逆階段。 是心肌缺血-再灌注損傷的表現(xiàn)形式之一。 自由基的作用和鈣超

11、載是心肌頓抑的主要機制。2再灌注性心率失常：功能上可恢復(fù)的心肌細(xì)胞越多，心律失常發(fā)生率越高；缺血心肌數(shù)量多、缺血程度重、再灌注速度快，心律失常的發(fā)生率越高；以室性心動過速和心室顫動為主。原因：再灌注心肌動作電位不一致鈣超載自由基增多纖顫域降低（二） 心肌代謝變化缺血時：ATP、磷酸肌酸；在灌注時： ATP、磷酸肌酸 。（三）心肌結(jié)構(gòu)變化二、 腦缺血-再灌注損傷的變化 （一）腦能量代謝的改變 1.ATP 、CP 、G 、糖原、乳酸。 2.cAMP磷脂酶激活游離脂肪酸增加。 （二）腦組織形態(tài)學(xué)的改變 腦水腫,腦細(xì)胞壞死。 （三）缺血-再灌注引起腦損傷的機制 1.興奮性氨基酸毒作用； 2.自由基的作用； 3.鈣超載的作用。三.其他器官缺血-再灌注損傷的變化（一）肺缺血-再灌注損傷的變化（二）肝缺血-再灌注損傷的變化（三）腎缺血-再灌注損傷的變化（四）腸缺血-再灌注損傷的變化第四節(jié) 缺血-再灌注損傷防治的病理生理基礎(chǔ)一、盡早恢復(fù)血流與控制再灌注條件 盡早恢復(fù)血流；糖酵解底物、外源ATP、低壓、低流、低溫、低鈣、低鈉、高鉀。二、清除自由基與減輕鈣超載 自由基清除劑：SOD、CAT、GSH-PX、銅藍(lán)蛋白。 防