病生-第13章 缺血-再灌注損傷

缺血－再灌注損傷

IschemiaReperfusionInjury

案例版濰坊醫(yī)學(xué)院病理生理學(xué)教研室blshl@第十三章

患者，男性，48歲。因胸痛約1小時入院。經(jīng)心電圖診斷為急性心肌梗死（前間壁）。體檢：BP100/75mmHg，HR37次/分，率齊，意識淡漠。既往有高血壓病史10年。給予吸氧、心電監(jiān)護(hù)，同時急查心肌酶、凝血因子、電解質(zhì)、血常規(guī)等。入院后約1小時給予尿激酶150萬單位靜脈溶栓（30min滴完）。用藥完畢患者胸痛即消失，但用藥后約10min時心電監(jiān)護(hù)顯示，出現(xiàn)室性早搏、室上性心動過速及室顫，BP90/60mmHg。立即給予除顫，同時給予利多卡因、小劑量異丙腎上腺素，監(jiān)護(hù)顯示漸為竇性心律、血壓達(dá)正常。復(fù)查心電圖為廣泛前壁心肌梗死。案例

概述1發(fā)病機(jī)制3機(jī)體的功能及代謝變化4本章主要內(nèi)容防治的病理生理學(xué)基礎(chǔ)5原因及影響因素2

大綱要點12熟悉氧反常、鈣反常、pH反常、無復(fù)流現(xiàn)象、呼吸爆發(fā)的概念掌握缺血-再灌注損傷、鈣超載概念、發(fā)病機(jī)制

3熟悉缺血-再灌注損傷的原因和條件心、腦缺血-再灌注損傷變化特點4了解防治的病理生理基礎(chǔ)

1９５５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，臨床類同。認(rèn)識就從這簡單現(xiàn)象開始簡史

１９６０年，Jennings第一次提出心肌再灌注損傷的概念

在心肌缺血恢復(fù)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(xì)胞反常性壞死。１９８１年，Greenber等證實貓小腸缺血3小時后再灌注時，粘膜損傷更嚴(yán)重。

缺血-再灌注損傷概念缺血-再灌注損傷（ischemia-reperfusioninjury，IRI，I/R）組織缺血一段時間，當(dāng)血流重新恢復(fù)后，組織的損傷程度較缺血時進(jìn)一步加重，器官功能進(jìn)一步惡化的綜合癥。從實踐到理論的總結(jié)1.可逆損傷;不可逆損傷2.具有器官普遍性:如心、腦、腸、腎等

第一節(jié)IRI原因及影響因素原因引起血流重新恢復(fù)的因素全身性因素——休克；心臟驟停后心、腦復(fù)蘇；體外循環(huán)的建立與撤除等。局部性因素——某一器官缺血后血流恢復(fù)或某一血管再通后：器官移植、斷肢再植、、冠狀動脈痙攣的緩解、動脈搭橋術(shù)、PTCA、溶栓療法等。

PTCAPercutaneoustransluminalcoronaryangioplastyPTCAPercutaneoustransluminalcoronaryangioplastyPTCAPercutaneoustransluminalcoronaryangioplasty

Langendorff心臟灌流裝置

實驗與臨床資料證明冠脈重新恢復(fù)血流后，有可能造成更嚴(yán)重的心肌損傷

影響因素

缺血時間：

缺血時間過短或過長都不易發(fā)生

缺血部位：氧需求量高的器官易發(fā)生；缺血后側(cè)支循環(huán)不易形成者易發(fā)生再灌注條件：一定程度低壓、低溫、低PH、低鈉、低鈣液缺血前狀態(tài)：基礎(chǔ)疾病；缺血預(yù)適應(yīng)

缺血時間再灌注時間心律不齊室速室顫死亡率（min)（min)(%)(%)(%)(%)21000005108047.647.625.810106030.040.010.0151099.000大鼠在體心再灌注時缺血時間對IRI的影響

缺血預(yù)適應(yīng)：是指組織器官經(jīng)反復(fù)短暫缺血后，會明顯增強(qiáng)對隨后較長時間缺血及再灌注損傷的抵抗力的現(xiàn)象。有研究，心臟經(jīng)過4次短暫的5分鐘缺血，之后長時間缺血40分鐘，心梗的面積較對照組減少了75%。

鈣反常（calciumparadox）：以無鈣溶液灌流離體大鼠心臟2分鐘后再以正常含鈣溶液灌注時，心肌電信號異常、心臟功能、代謝及形態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生異常變化，這種現(xiàn)象稱為鈣反常。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。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(xì)胞損傷，稱為pH反常。第二節(jié)IRI的發(fā)生機(jī)制

缺血期：ATP合成減少嘌呤堿、細(xì)胞內(nèi)酸性分解代謝產(chǎn)物增多再灌期：恢復(fù)供氧產(chǎn)生活性氧細(xì)胞內(nèi)Ca2+超載白細(xì)胞的激活——炎癥反應(yīng)IRI的發(fā)生機(jī)制

活性氧生成異常增多鈣超載白細(xì)胞的激活

活性氧（ReactiveOxygenSpecies,ROS)由氧組成的化學(xué)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的物質(zhì)。超氧陰離子（O2-）羥自由基（OH·）單線態(tài)氧(1O2)過氧化氫(H2O2)

(一)活性氧的概念與類型

[自由基]指外層電子軌道上含有單個未配對電子的原子、原子團(tuán)或分子的總稱?；瘜W(xué)性質(zhì)非?；顫?，極易與其生成部位的其它物質(zhì)發(fā)生連鎖反應(yīng)。

自由基分類：氧自由基(O2·)脂質(zhì)自由基(L·)其他（Cl·，CH3·)

超氧陰離子（O2·

-

）羥自由基（OH·）氧自由基--由氧誘發(fā)的自由基

（OxygenFreeRadicals，OFR）

氧自由基與不飽和脂肪酸作用后生成的中間代謝產(chǎn)物。脂自由基（L·）脂氧自由基（LO·）脂過氧自由基（LOO·）脂質(zhì)自由基

NO·

過氧亞硝基陰離子(ONOO-)NO2·OH·其他-氯自由基(Cl·)甲基自由基(CH3·)一氧化氮自由基（NO·）O2-

e-+H+H2Oe-_?O2e-+2H+H2O2e-+H+H2OOH?O21~2％98％4e+4H+

細(xì)胞色素氧化酶系統(tǒng)SOD氧單電子還原（二）活性氧的代謝

O2－+H2O2O2+OH-+OH

SLOWHaber-Weiss反應(yīng)(withoutFe2

)

Fenton型Haber-Weiss反應(yīng)

Fe2

O2－+H2O2O2+OH-+OH

OH是活性氧中毒性最強(qiáng)的一種FAST

呼吸爆發(fā)（respiratoryburst）或氧爆發(fā)：中性粒細(xì)胞在吞噬活動時耗氧量增加，其攝入氧的70%-90%在NADPH和NADH氧化酶的催化下，接受電子產(chǎn)生大量氧自由基的現(xiàn)象。

NADH(I)NADPH(II)+O2NADPH氧化酶H++O-2+NADH氧化酶

殺滅病原微生物NAD+NADP+

活性氧的清除

胞漿：還原性輔酶Ⅱ細(xì)胞內(nèi)外水相：半胱氨酸、VitC、谷胱甘肽細(xì)胞脂質(zhì)：VitE、VitA（1）低分子清除劑—非酶性抗氧化劑

（2）酶性清除劑

過氧化氫酶(CAT)谷胱甘肽過氧化物酶（GSH-PX）超氧化物歧化酶MnSODCuZnSOD銅藍(lán)蛋白

SOD

2O.2+2H+H2O2+O2

CAT

2H2O2O2+2H2OGSH-PX

2GSH+H2O2GSSG+2H2O

Fe2+Fe3+

氧自由基的酶性清除超氧化物歧化酶過氧化氫酶谷胱甘肽過氧化物酶銅藍(lán)蛋白

霍金與Cu,Zn-SOD突變所致的脊髓側(cè)索硬化癥

ROS:

O2－、H2O2OH

Enzymes:

SOD、CAT、GSH-pxNon-enzymeantioxidantsVit(E、A、C）、GSH

線粒體血管內(nèi)皮細(xì)胞中性粒細(xì)胞（三）缺血-再灌注時活性氧生成增多的機(jī)制

1.線粒體功能受損Ca2+進(jìn)入線粒體

氧經(jīng)單電子還原↑O-2↑缺氧

MnSOD

·細(xì)胞色素氧化酶系統(tǒng)功能失調(diào)

線粒體血管內(nèi)皮細(xì)胞中性粒細(xì)胞

2.黃嘌呤氧化酶途徑

黃嘌呤氧化酶(XO)10%

黃嘌呤脫氫酶(XD)90%XO——xanthine

oxidaseXD——xanthine

dehydrogenaseCa+2依賴性蛋白酶

缺血期再灌注期ATPAMP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)

Ca2+依賴性蛋白水解酶

黃嘌呤+H2O+O2-

尿酸+H2O2+O2-

OH

O2O2XO在OFR形成中作用

線粒體血管內(nèi)皮細(xì)胞中性粒細(xì)胞

缺血

補體被激活C3片段細(xì)胞膜分解產(chǎn)物（白三烯）（趨化物）再灌注NADPHNADHNADP+NAD+氧化酶O2O2造成組織細(xì)胞損傷OH++O-2·3.中性粒細(xì)胞聚集激活

（四）活性氧的損傷作用膜脂質(zhì)過氧化增強(qiáng)（1）破壞細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)液態(tài)性、流動性↓,通透性↑，Ca2+內(nèi)流增加； 激活PLC、PLD→膜磷脂分解→花生四烯酸代謝→生物活性物質(zhì)（PG、TXA2、LTB4）

（2）間接抑制細(xì)胞膜蛋白功能離子泵功能障礙細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)功能障礙（3）破壞細(xì)胞器膜線粒體、溶酶體、肌質(zhì)網(wǎng)膜脂質(zhì)過氧化指氧自由基與膜內(nèi)多價不飽和脂肪酸作用，生成中間代謝產(chǎn)物，如脂氧自由基、脂過氧自由基等和過氧化物增多丙二醛（MDA）

-S-S-CH3-S-脂質(zhì)-脂質(zhì)交聯(lián)O脂質(zhì)-蛋白質(zhì)交聯(lián)OHHO脂肪酸氧化OHHO從氧化的脂肪酸釋出的丙二醛MDA

自由基的損傷作用抑制蛋白質(zhì)的功能（1）自由基可使酶的巰基氧化，AA殘基氧化（2）自由基使蛋白質(zhì)和酶分子聚合、交聯(lián)、

肽鏈斷裂→蛋白質(zhì)變性、酶的活性喪失→受體、離子通道功能障礙

蛋白質(zhì)斷裂蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)交聯(lián)-S-S-CH3-S-脂質(zhì)-脂質(zhì)交聯(lián)O二硫交聯(lián)脂質(zhì)-蛋白質(zhì)交聯(lián)氨基酸氧化OHHO脂肪酸氧化OHHO從氧化的脂肪酸釋出的丙二醛MDA

破壞核酸及染色體堿基羥化、DNA斷裂→染色體畸變或細(xì)胞死亡，80%由OH·毒性作用，易與脫氧核苷酸及堿基反應(yīng)并使其結(jié)構(gòu)改變。改變細(xì)胞功能引起組織損傷：滅活NO，影響血管舒縮；OH促進(jìn)白細(xì)胞附壁，生成趨化因子和白細(xì)胞激活因子

IRI的發(fā)生機(jī)制活性氧生成異常增多鈣超載白細(xì)胞的激活

二、鈣超載-細(xì)胞內(nèi)鈣積聚

[鈣超載]是指各種原因引起的細(xì)胞內(nèi)游離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。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[

Calciumoverload]

Na+-Ca2+載體Ca2+BPr鈣結(jié)合蛋白線粒體肌漿網(wǎng)Ca2+

Ca2+

Ca2+泵Ca2+電壓依賴性Ca2+細(xì)胞內(nèi)Ca2+的穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)

細(xì)胞膜依賴ATP的鈣泵鈣通道Na+-Ca2+交換

細(xì)胞內(nèi)肌漿網(wǎng)鈣結(jié)合蛋白

線粒體攝取鈉泵3Na+2K+雙向轉(zhuǎn)運

Na+/Ca2+交換異常細(xì)胞膜損傷（一）鈣超載的機(jī)制

鈣超載的機(jī)制Na+/Ca2+交換異常生理條件下3Na+/Ca2+交換正向轉(zhuǎn)運3Na+/Ca2+Na+↑胞內(nèi)Na+↑時Na+/Ca2+交換逆向轉(zhuǎn)運3Na+/Ca2+Na+低濃度鈉泵3Na+2K+

（1）細(xì)胞內(nèi)高Na+對Na+-Ca2+交換蛋白的直接激活

缺血→

ATP↓→Na+泵↓→細(xì)胞內(nèi)Na+↑→激活Na+-Ca2+交換蛋白→Ca2+進(jìn)入

再灌注K+Na+3Na+Ca2+ATP↓Na+↑Ca2+↑Na+/Ca2+交換異常

(2)細(xì)胞內(nèi)高H+對Na+-Ca2+交換蛋白的間接激活

膜Na+/H+交換蛋白主受細(xì)胞內(nèi)[H+]變化調(diào)節(jié)

缺血時：無氧代謝↑→產(chǎn)生H+增多再灌時：組織間液H+迅速減少→細(xì)胞內(nèi)外較高的H+濃度差→激活Na+/H+交換蛋白→細(xì)胞內(nèi)[Na+]↑激活Na+-Ca2+交換蛋白

Na+H+H+↑Na+/Ca2+交換異常

（3）蛋白激酶C（PKC）活化對Na+/Ca2+交換蛋白的間接激活PIP2PKCGqIP3DGPLCNEα1受體

Ca2＋Ca2＋H+Na+3Na+Ca2+三磷酸肌醇

甘油二酯G-蛋白磷脂酶C磷脂酰肌醇Na+/Ca2+交換異常

α1腎上腺素能受體β腎上腺素能受體G蛋白-PLC信號系統(tǒng)IP3DG胞內(nèi)Ca2+釋放↑H+/Na+交換PKC增加L型鈣通道Ca2+內(nèi)流胞漿內(nèi)Ca2+↑Na+-Ca2+交換α1腎上腺素能受體β腎上腺素能受體

Na+/Ca2+交換異常細(xì)胞膜損傷

（一）鈣超載的機(jī)制

細(xì)胞膜損傷糖被膜受損→細(xì)胞膜通透性↑缺血或無Ca2+

灌流液使Ca2+

流失，細(xì)胞膜外板和外層的糖被膜分離磷脂酶的激活→細(xì)胞膜通透性↑

Ca2+↑→激活磷脂酶→膜磷脂降解自由基的作用→膜對Ca2+的通透性↑鈣超載的機(jī)制

導(dǎo)致細(xì)胞能量代謝紊亂 酶的激活，肌原纖維過度收縮→ATP消耗↑ 線粒體攝鈣↑→磷酸鈣形成→干擾氧化磷酸化→ATP生成↓促進(jìn)氧自由基生成

Ca2+依賴性蛋白酶XD轉(zhuǎn)化為XOROS

再灌注心律失常Na+/Ca2+不等電荷交換一過性內(nèi)向電流

鈣超載引起再灌注損傷的機(jī)制

（二）鈣超載引起再灌注損傷的機(jī)制促進(jìn)細(xì)胞膜和結(jié)構(gòu)蛋白的分解(Ca2+依賴性酶的激活)

Ca2+↑激活磷脂酶膜磷脂降解↑破壞細(xì)胞（器）膜

肌原纖維過度收縮

Ca2+↑再灌注酸中毒緩解H+，Ca2+競爭↓

鈣超載是細(xì)胞不可逆死亡的共同通路

鈣超載引起再灌注損傷的機(jī)制線粒體肌漿網(wǎng)損傷刺激肌漿Ca2+↑ATP酶ATP↓磷脂酶磷脂分解蛋白酶膜和骨架蛋白破壞核酶染色體損傷

自由基的作用鈣超載白細(xì)胞的作用IRI的發(fā)生機(jī)制

三、白細(xì)胞的作用白細(xì)胞激活介導(dǎo)微血管損傷——無復(fù)流(no-reflowphenomenon)現(xiàn)象。概念:是在犬的實驗中發(fā)現(xiàn)的。結(jié)扎犬的冠狀動脈造成局部心肌缺血后，在打開結(jié)扎的動脈，使血流重新開放，缺血區(qū)并不能得到充分的血流灌注，此現(xiàn)象稱為無復(fù)流。

（一）再灌注時白細(xì)胞增多的機(jī)制黏附分子生成增多:

如選擇素、整合素