病理生理學(xué)-11-缺血與再灌注損傷

缺血-再灌注損傷(Ischemia-reperfusioninjury)廣西醫(yī)科大學(xué)病理生理教研室缺血器官在恢復(fù)血液灌注后缺血性損傷進(jìn)一步加重的現(xiàn)象，稱為缺血－再灌注損傷(ischemia-reperfusioninjury)。概念：1、組織器官缺血后恢復(fù)血液供應(yīng)。2、動脈搭橋術(shù)、溶栓療法等血管再通術(shù)后、心臟外科體外循環(huán)術(shù)、器官移植及斷肢再植術(shù)后等。第一節(jié)缺血一再灌注損傷的原因及條件一、原因

l.缺血時間2．側(cè)支循環(huán)3．需氧程度4．再灌注條件：壓力、溫度、酸堿度、鈉離子、鈣離子二、影響因素缺血-再灌注損傷的現(xiàn)象

氧反常

（oxygenparadox）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。鈣反常

（calciumparadox）預(yù)先用無鈣液短暫灌流后，恢復(fù)正常含鈣溶液灌流，導(dǎo)致細(xì)胞外Ca2+大量內(nèi)流而引起細(xì)胞損傷進(jìn)一步加重象。。pH反常

（pHparadox）缺血-再灌時，迅速糾正缺血組織的酸中毒，→反而會加重缺血-再灌注損傷。第二節(jié)缺血-再灌注損傷的發(fā)生機(jī)制三、微血管損傷和白細(xì)胞的作用

二、鈣超載一、自由基的作用O2H2O2OHH2OO2e-e-+2H+e-+H+e-+H+H2O●活性氧生成反應(yīng)式

（二）氧自由基生成↑的機(jī)制1、黃嘌呤氧化酶的形成↑2、中性粒細(xì)胞3、線粒體4、兒茶酚胺的自身氧化ATP→ADP→↓↓↓AMP腺嘌呤核苷次黃嘌呤核苷次黃嘌呤黃嘌呤脫氫酶(XD)黃嘌呤氧化酶(XO)黃嘌呤+O2+H2O2O2XOO2+H2O2+尿酸OH缺血期再灌注期O2●●●

1、黃嘌呤氧化酶的形成↑Ca2+Ca2+依賴性蛋白酶PMN吞噬↑：

O2氧自由基↑殺滅病原微生物組織缺血趨化因子(C3、白三烯等）PMN↑再灌注

氧自由基↑↑正常NADPHNADH

氧化酶O2細(xì)胞損傷

2、中性粒細(xì)胞呼吸爆發(fā)或氧爆發(fā)缺血缺氧ATP↓線粒體內(nèi)Ca2+↑線粒體功能受損氧自由基↑3、線粒體細(xì)胞色素氧化酶系統(tǒng)功能失調(diào)再灌注O2+SOD↓4、兒茶酚胺的自身氧化缺血缺氧兒茶酚胺調(diào)節(jié)作用氧化產(chǎn)物氧自由基再灌注O2+

（三）自由基的損傷作用

膜脂質(zhì)過氧化（lipidperoxidation）↑①破壞膜的正常結(jié)構(gòu)②間接抑制膜蛋白功能③促進(jìn)自由基及其它生物活性物質(zhì)生成④減少ATP生成蛋白質(zhì)功能抑制破壞核酸及染色體(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)(enhancedlipidperoxidationofmembrane)(2)間接抑制膜蛋白功能膜脂質(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(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生成核酸堿基的羥化，DNA的斷裂染色體的斷裂3.引起DNA斷裂和染色體畸變

(DNAdisruptionandchromosomeaberration)二硫鍵形成蛋白質(zhì)交聯(lián)脂質(zhì)-蛋白質(zhì)交聯(lián)

脂質(zhì)-脂質(zhì)交聯(lián)

蛋白質(zhì)-膠原交聯(lián)二聚體，大聚合物2.導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性和酶活性降低(proteindenaturalizationanddecreasedactivityofenzymes)二、鈣超載

各種原因引起的細(xì)胞內(nèi)鈣含量異常↑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）（－）細(xì)胞內(nèi)鈣超載的機(jī)制

1．Na+／Ca2+交換異常（l）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細(xì)胞內(nèi)高Na+對Na+／Ca2+交換蛋白的直接激活缺血細(xì)胞內(nèi)ATP↓鈉泵活性↓細(xì)胞內(nèi)Na+↑缺血-再灌注激活鈉泵、Na+/Ca2+交換蛋白

Na+向外轉(zhuǎn)運(yùn)↑，Ca2+運(yùn)入細(xì)胞↑。細(xì)胞重新獲得氧、營養(yǎng)物質(zhì)供應(yīng)+細(xì)胞內(nèi)高H+對Na+／Ca2+交換蛋白的間接激活缺血缺血-再灌注無氧代謝H+生成↑組織間液、細(xì)胞內(nèi)pH↓↓組織間液H+↓↓，而細(xì)胞內(nèi)H+仍很高跨膜H+濃度梯度差激活Na+/H+交換蛋白H+外流↑、Na+內(nèi)流↑

繼發(fā)性激活Na+/Ca2+交換蛋白Ca2+內(nèi)流↑鈣超載GqPLCα1Ca2+Ca2+IP3DGPKCH+3Na+Ca2+Na+肌絲肌漿網(wǎng)去甲腎上腺素PIP2蛋白激酶C對Na+/Ca2+交換蛋白的間接激活示意圖（2）線粒體及肌漿網(wǎng)膜損傷2．生物膜損傷（l）細(xì)胞膜損傷通透性↑；離子分布異常。線粒體及肌漿網(wǎng)膜損傷缺血-再灌注自由基損傷、膜磷脂分解肌漿網(wǎng)膜損傷鈣泵功能抑制肌漿網(wǎng)攝鈣↓胞漿鈣濃度↑線粒體膜損傷ATP生成↓細(xì)胞膜、肌漿網(wǎng)鈣泵能量供應(yīng)不足1.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2.激活磷脂酶Ca2+(+)ATP磷脂酶膜磷脂分解膜受損花生四烯酸、溶血磷脂(二)鈣超載引起缺血－再灌注損傷的機(jī)制(Mechanismofischemia-reperfusioninjuryinducedbycalciumoverload)3.致心肌心律失常Na+-Ca2+交換Ca2+入致一過性內(nèi)向離子流遲后除極4.促進(jìn)氧自由基生成Ca2+(+)Ca2+依賴性蛋白酶(XD→XO)5.肌原纖維過度收縮胞內(nèi)Ca2+收縮再灌注H+H+對心肌收縮的抑制三、微血管損傷和白細(xì)胞的作用

研究表明

用除去白細(xì)胞的血液進(jìn)行再灌注，可以防

止水腫和減輕再灌注損傷，反之再灌注損傷加

重，用補(bǔ)體抑制藥降低補(bǔ)體，減少白細(xì)胞浸潤，可減輕組織損傷。因此，白細(xì)胞在缺血/再灌注損傷中的作用日益受到重視。

（一）再灌注時白細(xì)胞激活機(jī)制1、再灌注時可使細(xì)胞膜磷脂降解釋放促大量趨化因子，如白三烯（LTs）、血小板活化因子（PAF）、補(bǔ)體和激肽等。2、激活中性粒細(xì)胞可釋放具有趨化作用的炎癥介質(zhì)，如白三烯。3、再灌注時中性粒細(xì)胞和血管內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)粘附分子增加，加劇了缺血組織內(nèi)白細(xì)胞聚集和激活。（二）血管內(nèi)皮細(xì)胞與中性粒細(xì)胞介導(dǎo)的

缺血-再灌注損傷

1、微血管損傷

（l）微血管血液流變學(xué)改變微血管血流阻塞（2）微血管口徑的改變口徑變?。?）微血管通透性↑

無復(fù)流現(xiàn)象（no-reflowphenomenon）是指組織缺血后，重新恢復(fù)血流，部分缺血區(qū)并不能得到充分的血液灌流。無復(fù)流現(xiàn)象示意圖激活的血管內(nèi)皮細(xì)胞與中性粒細(xì)胞釋放的大量生物活性物質(zhì)，不但可改變自身的結(jié)構(gòu)和功能，而且使周圍組織細(xì)胞受到損傷。2、細(xì)胞損傷（一）心功能變化第三節(jié)缺血-再灌注損傷時機(jī)體的功能及代謝變化2、心肌舒縮功能↓一、心臟缺血-再灌注損傷的變化1、缺血-再灌注性心律失常機(jī)制：自由基↑、鈣超載、ATP↓、纖顫閾值↓、電解質(zhì)紊亂。1、心律失常（室速、室顫）影響因素：缺血時間、缺血心肌的數(shù)量、缺血的程度、再灌注血流的速度、電解質(zhì)紊亂等。2．心肌舒縮功能↓表現(xiàn)為：心輸出量↓，心室內(nèi)壓最大變化速率(±dp/dtmax)↓，左室舒張末期壓力（LVEDP）↑，出現(xiàn)心肌頓抑(myocardialstunning)。心肌頓抑（myocardialstunning）

定義：心肌缺血-再灌注，血流已恢復(fù)或基本恢復(fù)正常后，一定時間內(nèi)心肌出現(xiàn)可逆性收縮功能↓的現(xiàn)象。

機(jī)制：自由基生成↑、鈣超載?？赡嫘匀毖?再灌注損傷胞漿Na+超載Na+/Ca2

+交換↑脂質(zhì)過氧化蛋白質(zhì)及酶失活O2H2O2OH肌漿網(wǎng)鈣轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白↓質(zhì)膜通透性↑離子泵活性↓線粒體損傷收縮蛋白損傷鈣超載ATP生成↓Ca2

+敏感性↓心肌收縮功能↓心肌頓抑的發(fā)生機(jī)制（二）心肌代謝變化

缺血期心肌ATP及磷酸肌酸含量↓，ADP、AMP及其降解產(chǎn)物含量↑。

再灌注后心肌ATP及磷酸肌酸↓↓，ADP、AMP及其降解產(chǎn)物↓。自由基、鈣超載→線粒體損傷血流沖洗（三）心肌超微結(jié)構(gòu)的變化

表現(xiàn)為：細(xì)胞膜破壞，線粒體腫脹、嵴斷裂、溶解、空泡形成，基質(zhì)內(nèi)致密顆?！≡w維斷裂、節(jié)段性溶解，出現(xiàn)收縮帶，心肌出血、壞死。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↑↑cAMP↑cGMP↓病理性慢波缺血再灌注cAMP↑↑cGMP↓↓病理性慢波加重興奮性神經(jīng)遞質(zhì)↓抑制性神經(jīng)遞質(zhì)↑（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。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↑。一、減輕缺血性損傷，控制再灌注條件二、改善缺血組織的代謝三、清除自由基（一）低分子清除劑：

1、存在于細(xì)胞脂質(zhì)部分的自由基清除劑：維生素E、A

2、存在于細(xì)胞內(nèi)外水相中的自由基清除劑：GSH、NADPH（二）酶性清除劑：CAT、SODO2.↓四、減輕鈣超載

2H2O22H2O+O2五、其它：細(xì)胞保護(hù)劑、腺苷…第四節(jié)防治缺血-再灌注損傷的病理生理基礎(chǔ)磷酸己糖、ATP、細(xì)胞色素C、氫醌減輕缺血性損傷盡早恢復(fù)血流，多次短暫缺血預(yù)處理缺血預(yù)處理（ischeminpreco