病理生理學缺血再灌注損傷

缺血-再灌注損傷(Ischemia-reperfusioninjury)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行擴冠治療。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時反復發(fā)生室性心動過速、室顫，共計6次。到下午16時，經給予利多卡因、小劑量異丙腎上腺素后心律轉為竇性，血壓平穩(wěn)，意識清楚。本章內容概述缺血-再灌注損傷的原因和條件缺血-再灌注損傷的發(fā)生機制**缺血-再灌注損傷時機體的功能、代謝變化缺血-再灌注損傷防治的病理生理基礎第一節(jié)概述(Introduction)概

念

在缺血的基礎上恢復血流后，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1955年，Sewell結扎狗冠狀動脈后，如突然解除結扎，恢復血流，動物室顫而死亡。歷史認識就從這簡單的現(xiàn)象開始1966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構不可逆壞死，包括爆發(fā)性水腫、組織結構崩解、收縮帶形成和線粒體內磷酸鈣顆粒形成在心肌缺血恢復血流后，缺血心肌的損傷反而加重1967年，Bulkley和Hutchins發(fā)現(xiàn)冠脈搭橋血管再通后的病人發(fā)生心肌細胞反常性壞死1968年，Ames率先報道腦缺血-再灌注損傷以后陸續(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，粘膜損傷更嚴重以上說明再灌注損傷幾乎可在每一種組織器官發(fā)生第二節(jié)缺血-再灌注損傷發(fā)生的原因和條件缺血-再灌注損傷原因組織器官缺血后血流恢復:如休克治療一些新的醫(yī)療技術:冠脈搭橋、PTCA、溶栓療法等血管再通術后體外循環(huán)下心臟外科手術心臟停搏后的心、肺、腦復蘇其他:如斷肢再植，器官移植冠脈搭橋(CABG)PTCA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1、缺血時間的長短影響因素大鼠在體缺血-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（%）2101000000510218038.147.647.625.810101060403040.010.015101199.09.000

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

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)結構發(fā)生異常變化，這種現(xiàn)象稱為鈣反常。氧反常(oxygenparadox):預先用低氧溶液灌注組織器官或在缺氧條件下培養(yǎng)細胞一定時間后，再恢復正常氧供應，組織及細胞的損傷不僅未能恢復，反而更趨嚴重，稱為氧反常。pH反常(pHparadox):再灌注時迅速糾正缺血組織的酸中毒，反而加重細胞損傷，稱為pH反常。

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

第三節(jié)缺血－再灌注損傷的發(fā)生機制自由基的作用鈣超載白細胞的作用自由基(freeradical)是指在外層電子軌道含有單個不配對電子的原子、原子團或分子。一、自由基的損傷作用化學性質活潑氧化性強半衰期短O21.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1.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+

細胞色素氧化酶系統(tǒng)1%-2%SODO2O2Haber-Weiss反應

(withoutFe3+)

+

H2O2

O2

+

OH-

+

OH?SLOW_?O2Fenton型

Haber-Weiss反應FAST

+

H2O2

O2

+

OH-

+

OH?_?O2Fe3+2.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)3.氮中心自由基：NO、ONOO-L-精氨酸L-胍氨酸+NOINOSO2NADPHNADP+NO+ONOO-_?O2ONOO-OH?+H+NO2?+H2O

活性氧（reactiveoxygenspecies,ROS）指化學性質活潑的含氧代謝物。氧自由基單線態(tài)氧（1O2）過氧化氫（H2O2）脂質過氧化物及其裂解產物單線態(tài)氧(1O2)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。(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

+O2維生素E維生素A非酶性抗氧化物還原1O2

脂質自由基清除1O2，抑制脂質過氧化GSHpx

+2GSHH2O22H2O+GSSG維生素CGSH協(xié)助維持維生素E的活性狀態(tài)_?O2

活性氧（reactiveoxygenspecies,ROS）指化學性質活潑的含氧代謝物。氧自由基單線態(tài)氧（1O2）過氧化氫（H2O2）脂質過氧化物及其裂解產物（三）自由基生成增多的機制1.黃嘌呤氧化酶途徑2.中性粒細胞途徑3.線粒體途徑4.兒茶酚胺自身氧化途徑ATPAMP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(+)(+)缺血,缺氧補體趨化物質中性粒細胞聚集,耗氧氧經NADPH氧化酶和NADH氧化酶催化生成大量氧自由基中性粒細胞的呼吸爆發(fā)(respiratoryburst)2.中性粒細胞途徑C3a，C5a白三烯NADHNADPH+O2NADPH氧化酶H++NADH氧化酶_?O2缺氧ATP線粒體Ca2+細胞色素氧化酶功能抑制氧單電子還原氧自由基細胞內氧分壓含Mn的SOD3.線粒體途徑

e-+H+H2Oe-_?O2e-+2H+H2O2

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

細胞色素氧化酶系統(tǒng)1%-2%SODONOO-NO缺血,缺氧激活交感-腎上腺髓質系統(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(四)自由基的損傷作用

(1)破壞膜的正常結構脂質過氧化膜不飽和脂肪酸不飽和脂肪酸/蛋白質比例失調膜液態(tài)性流動性膜通透性Ca2+內流1.膜脂質過氧化作用增強脂肪酸氧化-S-S-CH3-S-OOHHOOHHO脂質-脂質交聯(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之間交聯(lián)(-)鈣泵、鈉泵Na2+/Ca2+交換蛋白胞內Na2+、Ca2+鈣超載、細胞腫脹(3)促進自由基及其它生物活性物質生成膜脂質過氧化磷脂酶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)氧合酶前列腺素內過氧化物OH.TXA2PG自由基(+)(4)減少ATP生成

蛋白質變性蛋白質(酶)交聯(lián)例：肌纖維蛋白對Ca2+反應性心肌收縮力肌漿網(wǎng)鈣轉運蛋白受損鈣調節(jié)異常2.蛋白質功能抑制

蛋白質斷裂蛋白質-蛋白質交聯(lián)脂質-脂質交聯(lián)二硫交聯(lián)脂質-蛋白質交聯(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?所致第三節(jié)缺血－再灌注損傷的發(fā)生機制自由基的作用鈣超載白細胞的作用Na+-Ca2+交換蛋白Ca2+泵Ca2+[Ca2+]e：10-3M[Ca2+]i：10-7MVOCROC細胞內Ca2+的穩(wěn)態(tài)調節(jié)結合于質膜糖被的Ca2+

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

各種原因引起的細胞內鈣含量異常增多并導致細胞結構損傷和功能代謝障礙的現(xiàn)象稱為鈣超載（calciumoverload）。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，短時間內即發(fā)生肌膜損傷，隨后恢復正常含鈣的生理溶液，心臟發(fā)生更為嚴重的結構和功能改變。1、Na+-Ca2+交換異常（1）細胞內高Na+對Na+-Ca2+交換蛋白的直接激活（2）細胞內高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）細胞膜損傷（2）肌漿網(wǎng)膜損傷（3）線粒體膜損傷(一)細胞鈣超載的機制2.肌漿網(wǎng)膜損傷3.線粒體膜損傷1.細胞膜損傷3.兒茶酚胺增加1.細胞內高Na+Na+H+2.細胞內高H+缺血ATP鈉泵活性[Na+]i(+)Na+-Ca2+蛋白酸中毒再灌注組織間隙H+↓細胞內H+仍高(+)Na+-H+交換⑴細胞內Na+↑對Na+-Ca2+交換蛋白的直接激活胞內鈣↑⑵細胞內H+↑對Na2+-Ca2+交換蛋白的間接激活1、Na2+-Ca2+交換異常⑶PKC活化對Na+-Ca2+交換蛋白的間接激活