病理生理學(xué)-缺血再灌注損傷

缺血-再灌注損傷(Ischemia-reperfusioninjury)1患者：男，58歲，上午8時，起床后感到胸悶，30min后突感心胸前區(qū)劇烈絞痛，9時入急診病房。體查：血壓75/50mmHg，意識淡漠，心率65次/min，律齊。心電圖示Ⅲ度房室傳導(dǎo)阻滯。冠狀動脈造影：右冠狀動脈上段85%狹窄，中段78%狹窄。入院治療：立即給予阿托品、多巴胺、低分子右旋糖酐等進(jìn)行擴(kuò)冠治療。上午10時靜脈點滴尿激酶。10.30分患者出現(xiàn)陣發(fā)性心室顫動（室顫），立即給予除顫，到下午13時反復(fù)發(fā)生室性心動過速、室顫，共計6次。到下午16時，經(jīng)給予利多卡因、小劑量異丙腎上腺素后心律轉(zhuǎn)為竇性，血壓平穩(wěn)，意識清楚。2本章內(nèi)容概述缺血-再灌注損傷的原因和條件缺血-再灌注損傷的發(fā)生機(jī)制**缺血-再灌注損傷時機(jī)體的功能、代謝變化缺血-再灌注損傷防治的病理生理基礎(chǔ)3第一節(jié)概述(Introduction)4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)生不可逆損傷的現(xiàn)象稱為缺血-再灌注損傷

(ischemia-reperfusioninjury,IRI)。第一節(jié)概述51955年，Sewell結(jié)扎狗冠狀動脈后，如突然解除結(jié)扎，恢復(fù)血流，動物室顫而死亡。歷史認(rèn)識就從這簡單的現(xiàn)象開始61966年，Jennings第一次提出心肌再灌注損傷的概念，證實再灌注會引起心肌超微結(jié)構(gòu)不可逆壞死，包括爆發(fā)性水腫、組織結(jié)構(gòu)崩解、收縮帶形成和線粒體內(nèi)磷酸鈣顆粒形成在心肌缺血恢復(fù)血流后，缺血心肌的損傷反而加重71967年，Bulkley和Hutchins發(fā)現(xiàn)冠脈搭橋血管再通后的病人發(fā)生心肌細(xì)胞反常性壞死1968年，Ames率先報道腦缺血-再灌注損傷8以后陸續(xù)有其它器官缺血-再灌注損傷報道：1972年,Flore研究腎缺血-再灌注損傷1978年,Modry報道了肺再灌注綜合征1981年，Greenberg等證實貓小腸缺血3小時后再灌注時，粘膜損傷更嚴(yán)重以上說明再灌注損傷幾乎可在每一種組織器官發(fā)生9第二節(jié)缺血-再灌注損傷發(fā)生的原因和條件10缺血-再灌注損傷原因組織器官缺血后血流恢復(fù):如休克治療一些新的醫(yī)療技術(shù):冠脈搭橋、PTCA、溶栓療法等血管再通術(shù)后體外循環(huán)下心臟外科手術(shù)心臟停搏后的心、肺、腦復(fù)蘇其他:如斷肢再植，器官移植11冠脈搭橋(CABG)12PTCA13過長——壞死缺血時間太長或太短均不易發(fā)生IRI過短——功能恢復(fù)1、缺血時間的長短影響因素14大鼠在體缺血-再灌注缺血時間（min）再灌注時間（min）n心率不齊（%）異位節(jié)律（%）室速(%)室顫（%）死亡率（%）2101000000510218038.147.647.625.810101060403040.010.015101199.09.00015

容易形成側(cè)支循環(huán)者，不易發(fā)生再灌注損傷。2、側(cè)支循環(huán)16

對氧需求高者，容易發(fā)生再灌注損傷，如心、腦等。3、需氧程度17缺血-再灌注損傷的現(xiàn)象氧反常（oxygenparadox）pH反常（pHparadox）鈣反常（calciumparadox）提示:氧、鈣和pH可能參與缺血-再灌注損傷的發(fā)生和發(fā)展4、再灌注的條件低壓、低溫、低pH、低鈉18鈣反常(calciumparadox):以無鈣溶液灌流離體大鼠心臟2min后再以含鈣溶液灌注時，心肌電信號異常、心臟功能、代謝和形態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生異常變化，這種現(xiàn)象稱為鈣反常。19氧反常(oxygenparadox):預(yù)先用低氧溶液灌注組織器官或在缺氧條件下培養(yǎng)細(xì)胞一定時間后，再恢復(fù)正常氧供應(yīng)，組織及細(xì)胞的損傷不僅未能恢復(fù)，反而更趨嚴(yán)重，稱為氧反常。20pH反常(pHparadox):再灌注時迅速糾正缺血組織的酸中毒，反而加重細(xì)胞損傷，稱為pH反常。

21pH反常(pHparadox)再灌注時糾酸損傷加重低氧灌注/缺氧培養(yǎng)復(fù)氧損傷加重氧反常(oxygenparadox)鈣反常(calciumparadox)無鈣液灌注含鈣液心肌損傷加重

22第三節(jié)缺血－再灌注損傷的發(fā)生機(jī)制自由基的作用鈣超載白細(xì)胞的作用23自由基(freeradical)是指在外層電子軌道含有單個不配對電子的原子、原子團(tuán)或分子。一、自由基的損傷作用化學(xué)性質(zhì)活潑氧化性強(qiáng)半衰期短O2241.氧自由基(oxygenfreeradical，OFR)

(一)自由基的種類2.脂性自由基(lipidfreeradical)3.其他(others)

Cl.，CH3.，NO等251.氧自由基e-+H+H2Oe-_?O2e-+2H+H2O2

e-+H+H2OOH?O2以氧為中心的自由基稱為氧自由基，如超氧陰離子（）、羥自由基（）。_?O2OH?98%4e-+4H+

細(xì)胞色素氧化酶系統(tǒng)1%-2%SODO2O226Haber-Weiss反應(yīng)

(withoutFe2+、Cu2+)

+H2O2O2+OH-+OH?SLOW_?O227Fenton型Haber-Weiss反應(yīng)FAST

+H2O2O2+OH-+OH?_?O2Fe2+282.脂性自由基(lipidfreeradical)氧自由基+多價不飽和脂肪酸L.(烷自由基)LO.(烷氧自由基)LOO.(烷過氧自由基)293.氮中心自由基：NO、ONOO-L-精氨酸L-胍氨酸+NOINOSO2NADPHNADP+NO+ONOO-_?O2ONOO-OH?+H+NO2?+H2O30

活性氧（reactiveoxygenspecies,ROS）指化學(xué)性質(zhì)活潑的含氧代謝物。氧自由基單線態(tài)氧（1O2）過氧化氫（H2O2）脂質(zhì)過氧化物及其裂解產(chǎn)物31單線態(tài)氧：是一種激發(fā)態(tài)氧，其氧分子兩個外層電子軌道中的電子發(fā)生反向自旋改變，使外層軌道兩個電子自旋方向相反，氧分子的反應(yīng)能力大大增加。這種氧分子在紫外光譜中呈現(xiàn)一種單線，故稱單線態(tài)氧。32(二)活性氧的清除SOD過氧化氫酶（CAT）過氧化物酶抗氧化酶Mn-SODCuZn-SOD清除H2O2SOD

_?O2_?O2

+2H+

+H2O2+O2CAT

2H2O22H2O

+O233維生素E維生素A非酶性抗氧化物還原1O2

脂質(zhì)自由基清除1O2，抑制脂質(zhì)過氧化GSHpx

+2GSHH2O22H2O+GSSG維生素CGSH協(xié)助維持維生素E的活性狀態(tài)_?O234（三）自由基生成增多的機(jī)制1.黃嘌呤氧化酶途徑2.中性粒細(xì)胞途徑3.線粒體途徑4.兒茶酚胺自身氧化途徑35ATPAMP次黃嘌呤核苷腺嘌呤核苷ADP次黃嘌呤缺血期黃嘌呤脫氫酶XD（90%）黃嘌呤氧化酶XO（10%）Ca2+依賴性蛋白水解酶再灌注期黃嘌呤++H2O2尿酸++H2O2O2OH?

XO_?O2_?O21.黃嘌呤氧化酶途徑36(+)(+)缺血,缺氧補(bǔ)體趨化物質(zhì)中性粒細(xì)胞聚集,耗氧氧經(jīng)NADPH氧化酶和NADH氧化酶催化生成大量氧自由基中性粒細(xì)胞的呼吸爆發(fā)(respiratoryburst)2.中性粒細(xì)胞途徑C3a，C5a白三烯NADHNADPH+O2NADPH氧化酶H++NADH氧化酶_?O23738缺氧ATP線粒體Ca2+細(xì)胞色素氧化酶功能抑制氧單電子還原氧自由基細(xì)胞內(nèi)氧分壓含Mn的SOD3.線粒體途徑39e-+H+H2Oe-_?O2e-+2H+H2O2

e-+H+H2OOH?O298%4e-+4H+

細(xì)胞色素氧化酶系統(tǒng)1%-2%SODONOO-NO40缺血,缺氧激活交感-腎上腺髓質(zhì)系統(tǒng)兒茶酚胺單胺氧化酶氧自由基4.兒茶酚胺自身氧化途徑41(四)自由基的損傷作用

42(1)破壞膜的正常結(jié)構(gòu)脂質(zhì)過氧化膜不飽和脂肪酸不飽和脂肪酸/蛋白質(zhì)比例失調(diào)膜液態(tài)性流動性膜通透性Ca2+內(nèi)流1.膜脂質(zhì)過氧化作用增強(qiáng)43脂肪酸氧化-S-S-CH3-S-OOHHOOHHO脂質(zhì)-脂質(zhì)交聯(lián)從氧化的脂肪酸釋出的丙二醛MDA(2)間接抑制膜蛋白功能脂質(zhì)之間交聯(lián)(-)鈣泵、鈉泵Na2+/Ca2+交換蛋白胞內(nèi)Na2+、Ca2+鈣超載、細(xì)胞腫脹45(3)促進(jìn)自由基及其它生物活性物質(zhì)生成膜脂質(zhì)過氧化磷脂酶C磷脂酶D膜磷脂分解花生四烯酸脂氧合酶白三烯過氧化物環(huán)氧合酶前列腺素內(nèi)過氧化物OH.TXA2PG自由基(+)(4)減少ATP生成:線粒體膜脂質(zhì)過氧化46蛋白質(zhì)變性蛋白質(zhì)(酶)交聯(lián)例：肌纖維蛋白對Ca2+反應(yīng)性心肌收縮力肌漿網(wǎng)鈣轉(zhuǎn)運蛋白受損鈣調(diào)節(jié)異常2.蛋白質(zhì)功能抑制

47蛋白質(zhì)斷裂蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)交聯(lián)脂質(zhì)-脂質(zhì)交聯(lián)二硫交聯(lián)脂質(zhì)-蛋白質(zhì)交聯(lián)氨基酸氧化脂肪酸氧化-S-S-CH3-S-OOHHOOHHO從氧化的脂肪酸釋出的丙二醛MDA3.核酸及染色體破壞80%由OH?所致染色體畸變、核酸堿基改變、DNA斷裂49第三節(jié)缺血－再灌注損傷的發(fā)生機(jī)制自由基的作用鈣超載白細(xì)胞的作用50Na+-Ca2+交換蛋白Ca2+泵Ca2+[Ca2+]e：10-3M[Ca2+]i：10-7MVOCROC細(xì)胞內(nèi)Ca2+的穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)結(jié)合于質(zhì)膜糖被的Ca2+

線粒體肌漿網(wǎng)Ca2+IP3受體通道Ca2+泵Na+Ca2+二、細(xì)胞鈣超載引起再灌注損傷

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的現(xiàn)象稱為鈣超載（calciumoverload）。52鈣反常(calciumparadox):1966年Zimmerman和Hulsmann發(fā)現(xiàn)用無鈣的“生理鹽水溶液”灌流大鼠離體心臟，短時間內(nèi)即發(fā)生肌膜損傷，隨后恢復(fù)正常含鈣的生理溶液，心臟發(fā)生更為嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)和功能改變。531、Na+-Ca2+交換異常（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（3）蛋白激酶C（PKC）活化對Na+-Ca2+交換蛋白的間接激活2、生物膜損傷（1）細(xì)胞膜損傷（2）肌漿網(wǎng)膜損傷（3）線粒體膜損傷(一)細(xì)胞鈣超載的機(jī)制54缺血ATP鈉泵活性[Na+]i(+)Na+-Ca2+蛋白酸中毒再灌注組織間隙H+↓細(xì)胞內(nèi)H+仍高(+)Na+-H+交換⑴細(xì)胞內(nèi)Na+↑對Na+-Ca2+交換蛋白的直接激活胞內(nèi)鈣↑⑵細(xì)胞內(nèi)H+↑對Na2+-Ca2+交換蛋白的間接激活1、Na2+-Ca2+交換異常55⑶PKC活化對Na+-Ca2+交換蛋白的間接激活56(+)2.生物膜損傷致細(xì)胞內(nèi)鈣超載(1)細(xì)胞膜損傷無鈣液膜外板與糖被膜分離Ca2+磷脂酶膜磷脂降解自由基膜脂質(zhì)過氧化膜通透性57(2)線粒體膜損傷鈣泵能量不足線粒體ATP產(chǎn)生膜磷脂降解膜脂質(zhì)過氧化細(xì)胞膜損傷Ca2+內(nèi)流鈣鹽沉積呼吸鏈中斷再灌注線粒體滲透性轉(zhuǎn)導(dǎo)孔（mPTP）開放呼吸功能抑制細(xì)胞色素C釋放凋亡蛋白激活啟動凋亡機(jī)制12358(+)（3）溶酶體膜損傷嚴(yán)重缺血溶酶體膜破裂Ca2+磷脂酶細(xì)胞自溶分解膜磷脂（4）肌漿網(wǎng)膜損傷肌漿網(wǎng)膜損傷鈣泵功能障礙蛋白水解酶溢出膜磷脂降解膜脂質(zhì)過氧化溶酶體膜穩(wěn)定性通透性酶進(jìn)入血液循環(huán)廣泛損傷鈣攝取↓鈣超載592.肌漿網(wǎng)膜損傷3.線粒體膜損傷1.細(xì)胞膜損傷3.兒茶酚胺增加1.細(xì)胞內(nèi)高Na+Na+H+2.細(xì)胞內(nèi)高H+60(二)細(xì)胞內(nèi)鈣超載引起缺血－再灌注損傷的機(jī)制(+)1.促進(jìn)氧自由基生成Ca2+Ca2+依賴性蛋白酶(XD→XO)2.加重酸中毒(+)Ca2+激活某些ATP酶細(xì)胞高能磷酸鹽水解釋放大量H+加重細(xì)胞內(nèi)酸中毒613.破壞細(xì)胞（器）膜Ca2+磷脂酶膜磷脂分解膜受損花生四烯酸、溶血磷脂(+)4.線粒體功能障礙線粒體攝Ca2+消耗ATP磷酸鈣抑制氧化磷酸化ATP5.激活其它酶的活性激活蛋白酶→細(xì)胞膜和結(jié)構(gòu)蛋白的分解激活核酶→染色體損傷62第三節(jié)缺血－再灌注損傷的發(fā)生機(jī)制自由基的作用鈣超載白細(xì)胞的作用63三、白細(xì)胞的作用1.細(xì)胞粘附分子生成增多2.趨化因子生成增多(一)再灌注時白細(xì)胞聚集的機(jī)制64粘附分子指由細(xì)胞合成的，可促進(jìn)細(xì)胞與細(xì)胞之間、細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)之間粘附的一大類分子的總稱，如整合素、選擇素、細(xì)胞間粘附分子、血管細(xì)胞粘附分子及血小板內(nèi)皮細(xì)胞粘附分子等。功能：維持細(xì)胞結(jié)構(gòu)完整細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)65白細(xì)胞聚集的機(jī)制66膜脂質(zhì)過氧化磷脂酶C磷脂酶D膜磷脂分解花生四烯酸脂氧合酶白三烯過氧化物環(huán)氧合酶前列腺素內(nèi)過氧化物OH.TXA2PG自由基(+)補(bǔ)體、激肽等PAF67外傷磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸（PIP2）血小板激活黏附作用血小板糖蛋白-vWF-膠原結(jié)合膠原暴露內(nèi)皮細(xì)胞損傷三磷酸肌醇（IP3）甘油二酯（DG）激活蛋白激酶CH+-Na+交換↑內(nèi)質(zhì)網(wǎng)釋放鈣肌動球蛋白收縮血小板形態(tài)變化，偽足，同時釋放TXA2、PAF、Ⅱa、ADP、腎上腺素鈣超載68肌漿網(wǎng)Ca2+-CaM收縮蛋白分泌PKCDGTXA2血小板激活過程TXA2凝血酶G蛋白PLC

PIP2IP3PLAAPLA269(二)白細(xì)胞介導(dǎo)缺血－再灌注損傷的機(jī)制

1.微血管損傷

無復(fù)流現(xiàn)象(no-reflowphenomenon)

恢復(fù)血液灌注后，缺血區(qū)的微血管依然得不到充分血流灌注的現(xiàn)象稱無復(fù)流現(xiàn)象。

70（1）微血管血液流變學(xué)改變WBC比RBC體積大，變形能力弱粘附分子→WBC粘附、嵌塞內(nèi)皮損傷、血小板粘附、組織水腫、微血栓形成等→無復(fù)流71（2）微血管口徑改變縮血管物質(zhì)↑：內(nèi)皮素、TXA2、Ang-II擴(kuò)血管物質(zhì)↓：NO、PGI2微血栓形成：血管內(nèi)皮受損→PGI2↓

CA→血小板TXA2↑血管內(nèi)皮細(xì)胞腫脹：微血管受壓，促進(jìn)無復(fù)流72（3）微血管通透性增加通透性↑→組織水腫通透性↑→血液濃縮無復(fù)流73無復(fù)流現(xiàn)象(no-flowphenomenon)742.細(xì)胞損傷激活的中性粒細(xì)胞和血管內(nèi)皮細(xì)胞釋放大量的促炎物質(zhì)，如自由基、蛋白酶、溶酶體酶等。改變自身結(jié)構(gòu)功能損傷周圍組織細(xì)胞75機(jī)制小結(jié)：自由基鈣超載白細(xì)胞？缺血-再灌注損傷76第四節(jié)

缺血－再灌注損傷時機(jī)體的功能及代謝變化77一、心肌缺血－再灌注損傷1、再灌注性心律失常

特點：（1）再灌注區(qū)功能上可恢復(fù)細(xì)胞越多，心律失常發(fā)生率越高；（2）缺血心肌數(shù)量多、程度重、再灌注速度快，發(fā)生率高；（3）以室性心律失常多見，室速和室顫。78心律失常機(jī)制（1）再灌注心肌間動作電位時程的不均一性。（2）鈣超載：平臺期Ca2+一過性內(nèi)向電流，形成短暫除極（延遲后除極），使傳導(dǎo)性減慢，觸發(fā)多種心律失常。（3）自由基↑心肌細(xì)胞損傷，ATP生成↓，ATP敏感性K+通道激活→心律失常再灌注沖出的CA→α受體→自律性↑再灌注細(xì)胞外K+、乳酸被沖走→暫時影響心肌電生理特性（4）纖顫閾降低：NO水平↓79心肌頓抑：在缺血心肌血流恢復(fù)后一段時間內(nèi)，心肌舒縮功能仍不能恢復(fù)正常的狀態(tài)，稱為心肌頓抑。2、心肌舒縮功能降低可逆80表現(xiàn)靜止張力隨缺血時間↑而↑

靜止張力指心肌在靜息狀態(tài)下受前負(fù)荷作用而被拉長時產(chǎn)生的張力，如心室舒張末期壓力。發(fā)展張力逐步↓

發(fā)展張力指心肌收縮時產(chǎn)生的主動張力，如心室收縮峰壓。81823.再灌注對心肌代謝的影響

線粒體受損能量合成再灌注底物沖走高能磷酸化合物合成4.再灌注對心肌超微結(jié)構(gòu)的影響基底膜缺失、肌原纖維結(jié)構(gòu)破壞、心內(nèi)膜下出血性梗死等。83比較心肌缺血損傷和再灌注損傷84二、腦缺血–再灌注損傷的變化（－）腦缺血-再灌注損傷時細(xì)胞代謝的變化

ATP、CP、Gs、糖原↓乳酸↑↑病理性慢波cAMP↑cGMP↓缺血再灌注cAMP↑↑cGMP↓↓病理性慢波加重興奮性神經(jīng)遞質(zhì)↑，毒性作用85機(jī)制IRI突觸前谷氨酸釋放↑、再攝取↓突觸后興奮性氨基酸受體過度刺激谷氨酸α-氨基-3-羥基-甲基噁丙酸（AMPA）

結(jié)合

鈉水內(nèi)流

神經(jīng)元急性腫脹

N-甲基-D-門冬氨酸（NMPA）

結(jié)合

細(xì)胞外Ca2+內(nèi)流

細(xì)胞內(nèi)鈣超載（1）興奮性氨基酸毒性作用86機(jī)制（2）自由基作用自由基與細(xì)胞膜上的酶、受體及其他成分結(jié)合，影響膜功能、結(jié)構(gòu)和抗原特異性不飽和脂肪酸過氧化→丙二醛→細(xì)胞膜通透性↑→腦水腫、顱內(nèi)高壓87機(jī)制（3）鈣超載激活多種蛋白酶→降解細(xì)胞骨架磷脂酶→氧自由基→激活一氧化氮合酶→NO↑→細(xì)胞膜、線粒體損傷88（二）腦缺血-再灌注損傷時組織學(xué)變化最明顯的組織學(xué)變化是：腦水腫及腦細(xì)胞壞死脂質(zhì)過氧化→膜結(jié)構(gòu)破壞；鈉泵功能障礙。89三、其它器官缺血-再灌注損傷的變化腸：粘膜功能障礙與損傷：腸管cap.通透性↑↑→間質(zhì)性水腫→上皮與絨毛分離、壞死、固有層破損、出血及潰瘍。腎：以急性腎小管壞死最為嚴(yán)重，可導(dǎo)致急性腎功能衰竭或腎移植失敗。表現(xiàn)：線粒體高度腫脹、變形、嵴減少，排列紊亂，甚至崩解，空泡形成等。血清肌酐↑↑。骨骼?。杭∪馕⒀芎图?xì)胞損傷，自由基生成↑，脂質(zhì)過氧化↑90三、其它器官缺血-再灌注損傷的變化肝：ALT、AST、LDH活性↑，肝細(xì)胞腫脹、脂肪變性、空泡變性、點狀壞死，線粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、毛細(xì)膽管均受損。肺：肺不張伴不同程度肺氣腫，肺間質(zhì)增寬、水腫、炎細(xì)胞浸潤。91迄今為止，對于缺血/再灌注損傷的研究，絕大部分是在實驗動物身上進(jìn)行的，然而這些實驗資料卻已經(jīng)為缺血/再灌注損傷的臨床防治提供了重要的啟示和借鑒，為臨床研究奠定了重要的基礎(chǔ)。目前，值得臨床上參考的防治措施有第五節(jié)防治的病理