病理生理學：缺血-再灌注損傷

第十二章缺血-再灌注損傷(ischemia-reperfusioninjury)

心臟介入手術經(jīng)皮冠狀動脈腔內(nèi)成形術(PTCA)放置支架PTCA結合支架治療冠心病患者，成功率及長期生存率較高

1967年，Bulkley

和Hutchins發(fā)現(xiàn)冠脈血管再通后的病人發(fā)生心肌細胞反常性壞死。冠脈支架置入前后

實驗與臨床資料證明：冠脈重新恢復血流后，有可能造成更嚴重的心肌損傷15304560min損傷程度加重單純?nèi)毖毖俟嘧⑷毖?再灌注→損傷

缺血-再灌注損傷的概念缺血-再灌注損傷(ischemia-reperfusioninjury，IRI)是指缺血后再灌注，不僅未能使組織器官功能恢復,反而使缺血所致功能代謝障礙和結構破壞進一步加重的現(xiàn)象。第一節(jié)IRI的原因及條件(causesandinfluencefactorsofischemia-reperfusioninjury)

原因：缺血組織的血流重新恢復第一節(jié)IRI的原因及條件

全身循環(huán)障礙后恢復血液供應組織器官缺血后血流恢復某一血管再通后：PTCA等

影響IRI及其嚴重程度的因素第一節(jié)IRI的原因及影響因素

1、缺血時間

(durationofischemia)缺血時間過短或過長均不易發(fā)生IRI不同器官、動物發(fā)生IRI所需的缺血時間不同

第一節(jié)IRI的原因及影響因素2、側支循環(huán)：形成的難易3、需氧程度：心、腦容易發(fā)生IRI4、再灌注條件：低壓、低溫、低pH、低鈉、低鈣、高鉀、高鎂灌流液第二節(jié)IRI的發(fā)生機制(Mechanismsofischemia-reperfusioninjury)

缺血期：ATP生成↓、嘌呤堿↑

酸性代謝產(chǎn)物↑

再灌期：自由基的作用細胞內(nèi)鈣(Ca2+)超載白細胞的激活

自由基(freeradical)：是指在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。一、自由基的損傷作用(injuryoffreeradicals)

一、自由基的損傷作用自由基的化學性質(zhì)極為活潑，特別是其氧化作用強。(一)自由基的分類（categoriesoffreeradicals）氧自由基：由氧誘發(fā)的自由基稱為氧自由基(oxygenfreeradical，OFR)

如：O2·、OH·

，為非脂性自由基

是指一類由氧形成的、化學性質(zhì)較基態(tài)氧活潑的含氧代謝物質(zhì)，包括氧自由基和非自由基含氧物質(zhì)(1O2、H2O2)?；钚匝?reactiveoxygenspecies,ROS)脂性自由基：L·

、LO·

、LOO·

其他：Cl

·

、CH3·、NO·

NO·+O2·→ONOO-→NO2·+OH·H+e-+H+H2Oe-_?O2e-+2H+H2O2e-+H+H2OOH?O2(二)自由基的代謝細胞線粒體內(nèi)活性氧生成的反應式單電子還原雙電子還原三電子還原

O2線粒體98~99%ATP1~2%黃嘌呤氧化酶NADPH氧化酶P450細胞色素單加氧酶超氧陰離子O2-羥自由基OH·單線態(tài)氧1O2SODH2O2谷胱甘肽過氧化物酶過氧化氫酶(CAT)髓過氧化物酶(MPO)清除自由基的代謝O2·可在Fe2+或Cu2+的催化下與H2O2反應生成OH·，這種由金屬離子催化的反應稱為Fenton反應?；钚匝跎伞驒C體抗氧化能力↓，→氧化應激(oxidativestress)反應(三)IRI導致OFR生成增多的機制(MechanismofoxygenfreeradicalsgenerationinIRI)ADP黃嘌呤脫氫酶(XD)xanthine

dehydrogenase次黃嘌呤核苷Hypoxanthinenucleoside黃嘌呤氧化酶(XO)xanthine

oxidaseAMP次黃嘌呤Hypoxanthine1、黃嘌呤氧化酶途徑（xanthine

oxidase,XOpathway）毛細血管內(nèi)皮細胞缺血期IschemiaphaseATP腺嘌呤核苷AdeninenucleosideCa2+依賴性蛋白酶Reperfusionphase尿酸uricacid+次黃嘌呤黃嘌呤

++H2O_?O2OH?O2黃嘌呤氧化酶+H2O2_?O2O2黃嘌呤氧化酶再灌注期2、中性粒細胞途徑(neutrophilpathway)缺血期，中性粒細胞被LT等趨化、激活再灌注期，組織重新獲得O2供應的短時間內(nèi)，激活的中性粒細胞耗氧量顯著增加，在NADPH氧化酶和NADH氧化酶的催化下，產(chǎn)生大量氧自由基，稱為呼吸爆發(fā)(respiratoryburst)或氧爆發(fā)(oxygenburst)。

呼吸爆發(fā)(respiratoryburst)22+H+缺血期：缺氧、鈣超載→細胞色素氧化酶系統(tǒng)功能失調(diào)+Mn-SOD減少再灌注期：進入細胞內(nèi)的氧經(jīng)單電子還原而形成的氧自由基增多3、線粒體途徑(mitochondrionpathway)4、兒茶酚胺自氧化增加→自由基產(chǎn)生↑(四)自由基引起IRI損傷的機制自由基性質(zhì)極為活潑，可經(jīng)連鎖反應不斷擴展生成新的自由基。自由基可與膜磷脂、蛋白質(zhì)、核酸等發(fā)生反應，損傷細胞。

膜損傷是自由基損傷細胞的早期表現(xiàn)自由基＋磷脂膜內(nèi)多價不飽和脂肪酸

→脂質(zhì)自由基和過氧化物→脂質(zhì)交聯(lián)1、膜脂質(zhì)過氧化作用增強(enhancedlipidperoxidationofmembrane)1、膜脂質(zhì)過氧化作用增強(enhancedlipidperoxidationofmembrane)破壞膜的正常結構：細胞膜及細胞器膜的液態(tài)性、流動性↓，通透性↑→鈣內(nèi)流↑間接抑制膜蛋白功能：跨膜物質(zhì)轉運及信號轉導功能障礙→細胞腫脹，鈣超載促進自由基及其他生物活性物質(zhì)的生成：激活PLC和PLD→TXA2、LT↑減少ATP生成：線粒體膜脂質(zhì)過氧化2、抑制蛋白質(zhì)的功能3、破壞核酸及染色體

巰基氧化、氨基酸氧化、蛋白交聯(lián)

堿基羥化或DNA斷裂

OH·易與堿基及DNA反應二、鈣超載（CalciumOverload）

各種原因引起的細胞內(nèi)鈣含量異常增多并導致細胞功能代謝障礙和結構損傷的現(xiàn)象，嚴重時可造成細胞死亡。(一)細胞內(nèi)鈣超載的機制(Mechanismofcalciumoverload)鈣超載主要發(fā)生在再灌注期，其主要原因是由于鈣內(nèi)流增加機制：Na+/Ca2+交換異常，生物膜損傷Ca2+ATPNa+H+Ca2+生理條件下，Na+/Ca2+交換蛋白（3:1）(exchanger)正向轉運（forwardmode）,將Ca2+運出細胞，與鈣泵共同維持心肌細胞靜息狀態(tài)時的低鈣濃度。缺血-再灌注損傷時，Na+/Ca2+交換蛋白反向轉運（reversemode）增強是導致Ca2+超載的最主要途徑。⑴細胞內(nèi)高Na+的直接激活作用⑵細胞內(nèi)高H+

的間接激活作用⑶蛋白激酶C(PKC)活化的間接激活1、Na+/Ca2+交換異常3Na+Ca2+Na+K+H+Na+再灌注Na+↑Na+↑Ca2+↑缺血時ATP↓鈉泵活性↓3Na＋Ca2＋

蛋白激酶C

(PKC)

活化的間接激活PIP2PKCGqIP3DGPLCβNEα1受體

Ca2＋Ca2＋H+Na+3Na+Ca2+肌漿網(wǎng)肌肉收縮β-R＋Ca2+內(nèi)流↑←L型鈣通道開放↑AC(+)2、生物膜損傷(injuryofmembrane)⑴細胞膜損傷：Ca2+通透性增加缺血缺氧自由基使膜脂質(zhì)過氧化磷脂酶激活，膜磷脂降解⑵線粒體和肌漿網(wǎng)膜損傷：鈣泵抑制(二)細胞內(nèi)鈣超載引起IRI的機制(Mechanismofischemia-reperfusioninjuryinducedbycalciumoverload)

鈣超載引起再灌注損傷的機制1.激活各種酶2.線粒體功能障礙：ATP生成↓3.肌原纖維過度收縮：出現(xiàn)收縮帶4.再灌注性心律失常：延遲后除極

線粒體肌漿網(wǎng)損傷刺激肌漿Ca2+↑ATP酶ATP↓酸中毒↑磷脂酶膜磷脂分解細胞膜損傷蛋白酶自由基↑蛋白分解核酶染色體損傷鈣超載引起再灌注損傷的機制三、白細胞的作用(effectsofneutrophils)缺血組織恢復血流后，部分缺血區(qū)并不能得到充分的血液灌流，稱為無復流現(xiàn)象（no-reflowphenomenon）。中性粒細胞激活及致炎細胞因子的釋放→微血管床及血液流變學改變→無復流現(xiàn)象(一)再灌注時白細胞激活的機制1.細胞膜磷脂降解，釋放大量趨化因子2.激活的中性粒細胞亦可釋放趨化介質(zhì)3.中性粒細胞和VEC表達黏附分子增加

黏附分子的概念是指由細胞合成、可促進細胞與細胞之間、細胞與細胞外基質(zhì)之間黏附的一類大分子的總稱（如整合素、選擇素、細胞間黏附分子等），其在維持細胞結構完整和細胞信號傳導中具有重要作用。(二)中性粒細胞介導的再灌注損傷(reperfusioninjuryinducedbyneutrophils)微血管損傷(injuryofmicrovessel)

2.細胞損傷(injuryofcells)

1、微血管損傷(1)微血管口徑的改變：管腔狹窄縮血管物質(zhì)↑：內(nèi)皮素、TXA2等擴血管物質(zhì)↓：PGI2、NO血管內(nèi)皮細胞腫脹(2)微血管通透性增高←自由基、炎癥介質(zhì)

1、微血管損傷(3)微血管血液流變學改變血液濃縮白細胞黏附、嵌塞微循環(huán)血小板黏附、微血栓形成微血管內(nèi)血液流變學改變周圍組織細胞炎癥反應釋放致炎物質(zhì)：OFR、細胞因子、蛋白酶2、細胞損傷(cellsinjury)激活的中性粒細胞與VEC第三節(jié)IRI時器官的功能及代謝變化(Functionalandmetabolicchangesduringischemia-reperfusioninjury)

IRI

時器官的功能及代謝變化(Ischemia-reperfusioninjuryofmyocardium)(一)心功能變化

一、心肌缺血-再灌注損傷1、心肌舒縮功能降低2、再灌注性心律失常1、心肌舒縮功能降低心輸出量

心室內(nèi)壓最大變化速率

心室舒張末期壓力(VEDP)

心肌并未因缺血發(fā)生不可逆損傷，但在再灌注血流已恢復或基本恢復正常后一定時間內(nèi)，心肌出現(xiàn)的可逆性舒縮功能降低的現(xiàn)象。心肌頓抑的概念及其機制（myocardialstunning）細胞內(nèi)高Na+細胞內(nèi)高H+PKC激活可逆性缺血-再灌注損傷自由基爆發(fā)性生成脂質(zhì)過氧化蛋白質(zhì)及酶失活肌漿網(wǎng)鈣轉運蛋白↓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↓Na+/Ca2+交換↑心肌收縮功能↓氧自由基↑2、再灌注性心律失常(reperfusionarrhythmia)

是指在心肌缺血-再灌注過程中出現(xiàn)的心律失常，以室性心律失常，特別是室性心動過速和心室纖顫最為常見，是造成猝死的重要原因。再灌注性心律失常的發(fā)生率與心肌缺血時間的長短、缺血心肌的數(shù)量、缺血程度、再灌注血流的速度及電解質(zhì)紊亂等因素有關。缺血性心律失常的機制(KATP激活)與再灌注性心律失常的機制不同。

再灌注性心律失常的發(fā)生機制①再灌注心肌間動作電位時程的不均一性→折返↑②Na+/Ca2+交換蛋白反向轉運↑→延遲后除極③自由基↑→ATP↓→ATP敏感性鉀離子通道激活④再灌注時沖出的兒茶酚胺刺激α受體→自律性↑⑤再灌注時細胞外K+、乳酸被沖走⑥纖顫閾降低←NO↓(二)心肌代謝變化缺血期AMP、腺苷等降解產(chǎn)物↑再灌注時ATP、CP含量不升反降：

線粒體損傷＋底物不足

(三)心肌超微結構的變化二、腦的缺血-再灌注損傷(Ischemia-reperfusioninjuryofbrain)

病理性慢波lipidperoxidationinjury腦水腫、腦細胞壞死

1968年由Ames率先報道腦的缺血-再灌注損傷腦的缺血-再灌注損傷ATP↓、葡萄糖↓

乳酸↑cGMP↓

自由基、鈣超載的作用興奮性氨基酸毒作用腦的缺血-再灌注損傷的機制谷氨酸+AMPA-R→鈉、水內(nèi)流谷氨酸+NMDA-R→鈣內(nèi)流↑

粘膜損傷為主要特征:上皮細胞損傷、炎性細胞浸潤、出血和潰瘍黃嘌呤酶氧化酶活性高再灌時產(chǎn)生大量自由基1981年Greenberg介紹了腸缺血-再灌注損傷三、小腸的缺血-再灌注損傷粘膜屏障通透性

菌血癥或內(nèi)毒素血癥腸缺血-再灌注損傷的變化