缺血-再灌注損傷

缺血—再灌注損傷（ischemia-reperfusioninjury)Topic●

概念

(Concept)●

再灌注損傷的發(fā)病機(jī)制

(Mechanismsofischemia-reperfusioninjury)●

缺血再灌注損傷時(shí)機(jī)體功能代謝改變

(Functionalandmetabolicchangesduringischemia-reperfusioninjury)●防治缺血－再灌注損傷的病理生理基礎(chǔ)

(Pathophysiologicalbasisofpreventionandtreatmentforischemia-reperfusioninjury)

一、概念

(Concept)

在缺血缺氧（既缺氧又缺營養(yǎng)底物）的基礎(chǔ)上恢復(fù)血流后引起臟器的組織、細(xì)胞更為劇烈的損傷，稱為缺血—再灌注損傷(ischemia-reperfusioninjury研究歷史1955年Sewell首次報(bào)道再灌注損傷現(xiàn)象------結(jié)扎狗冠狀動(dòng)脈后，如果突然解除結(jié)扎恢復(fù)血流，部分動(dòng)物立即發(fā)生心室纖維顫動(dòng)而死亡；1960年Jennings第一次提出心肌再灌注損傷的概念，證實(shí)再灌注會(huì)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。1968年，Ames率先報(bào)道腦缺血再灌注損傷；1972年，F(xiàn)lore率先報(bào)道腎缺血再灌注損傷；1978年，Modry率先報(bào)道肺缺血再灌注損傷；1981年，Greenberg率先報(bào)道腸缺血再灌注損傷；

二、再灌注損傷的發(fā)病機(jī)制

(Mechanismsofischemiareperfusioninjury)

（一）自由基概念、分類、機(jī)制

Conceptoffreeradical:

又稱游離基；是指外層軌道上具有未配對(duì)電子的原子、原子團(tuán)或分子的總稱。

氧自由基：氧自由基包括超氧陰離子、羥自由基、單線態(tài)氧。其中超氧陰離子最為重要，是其它氧自由基產(chǎn)生的基礎(chǔ)。脂性自由基；是氧自由基與多聚不飽和脂肪酸作用后生成的中間代謝產(chǎn)物。1.

Classification氧自由基特性Characters

化學(xué)反應(yīng)性高存活時(shí)間短平均壽命為短為10-3秒氧自由基是正常生化過程中的中間產(chǎn)物，也參與病理過程，如：生物氧化、生化催化、炎癥、癌變、衰老等。氧自由基的產(chǎn)生及清除O2O.2H2O2

.OH

ee2H+-H2O-eH+2O.2+2H+H2O2+O2

2H2O2O2+2H2OSODCatalase-2.自由基生成增多的機(jī)制：⑴黃嘌呤脫氫酶90％（XD）—黃嘌呤10％（XO）

HX+NAD++H2O

X+NADH+H+

X+NAD++H2O

尿酸

+NADH+H+

XDXD

次黃嘌呤+O2

黃嘌呤

+O.2+H2O2

黃嘌呤+O2

尿酸

+

O2+H2O2缺血時(shí)XOXO

⑵體內(nèi)清除自由基的功能下降。抗氧化酶：SOD，CAT，GSH-PX抗氧化劑：VitamineE,VitamineC,

輔酶QNADPH+O2NADP++O.2-NADPH氧化酶⑷

線粒體

心肌再灌后氧自由基的主要來源。

單電子還原

，4價(jià)還原

⑶白細(xì)胞激活產(chǎn)生自由基；

呼吸爆發(fā)，NADPH、NADH氧化酶

-NADPH+O2

NADP++O.2

NADPH氧化酶白細(xì)胞的激活組織缺血→激活補(bǔ)體組織損傷蛋白水解酶釋放AA衍生物L(fēng)TB4吸引、激活白細(xì)胞呼吸爆發(fā)O2?呼吸爆發(fā)：缺血后，再灌注期組織重新獲得O2供應(yīng)，激活的白細(xì)胞耗氧量顯著增加，產(chǎn)生大量的氧自基。-線粒體損傷缺血缺氧ATP生成減少Ca2+內(nèi)流、超載線粒體功能損傷細(xì)胞色素氧化酶系統(tǒng)功能損傷氧的單電子還原增多MnSOD↓O2?↑-1966年Zimmermen首先發(fā)現(xiàn)，他在研究心肌興奮—收縮偶聯(lián)”時(shí)偶然觀察到，以無鈣生理溶液灌流離體大鼠的心臟（2分鐘左右）再以含鈣溶液灌流時(shí)，心臟發(fā)生嚴(yán)重的功能和結(jié)構(gòu)變化，這一現(xiàn)象稱為——鈣反常。

鈣反常(Calciumparadox)

（二）鈣超載

CalciumOverload

是1973年赫斯特等首先提出，他以離體大鼠心臟進(jìn)行缺氧實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)缺氧一定時(shí)間后，再用含氧溶液灌流時(shí)，心肌缺血損傷不僅未恢復(fù)，反而損傷更重。此現(xiàn)象稱為——氧反常。

氧反常

(oxygenparadox)

細(xì)胞內(nèi)Ca2+的穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)1.Ca2+進(jìn)入胞液的途徑：質(zhì)膜鈣通道------VDC，ROC胞內(nèi)鈣庫釋放通道------IP3R，RYR2.Ca2+離開胞液的途徑：Ca2+泵的作用Na+-Ca2+交換Ca2+-H+交換MitoSRCa2+Ca2+ATPPi+ADPCa2+Ca2+B細(xì)胞內(nèi)鈣代謝示意圖電壓依賴性鈣通道結(jié)合于質(zhì)膜糖被的鈣膜磷脂的極性頭部鈣泵Na+-Ca2+交換體Ca2+鈣泵H+Ca2+3Na+2K+鈣泵鈣泵RYRIP3R肌漿網(wǎng)Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+myosinactinCa2+VDC橫管Ca2+Na+K+ROCNa+K+鈉泵鈣泵2Κ+交換蛋白交換蛋白3Na+3Na+

細(xì)胞內(nèi)Ca2+穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)的破壞是造成缺血再灌注損傷時(shí)鈣超載的根本原因;

1.

鈣超載的機(jī)制

(Mechanismofcalciumoverload)ATP合成減少

------

鈣泵

，鈉泵

pH反常

------

缺血再灌注時(shí)迅速糾正缺血組織的酸中毒，能加重缺血再灌注損傷，稱為～。PH梯度促進(jìn)Na-H交換和Na-Ca交換細(xì)胞膜通透性增加------Ca2+順濃度梯度進(jìn)入兒茶酚胺增多

------

兒茶酚胺增加

－受體

－受體PLCPKA產(chǎn)生IP3，鈣庫釋放Ca2+激活L-Ca2+通道，Ca2+內(nèi)流鈣超載ATP-dependentpump

Phospholamban

brakeInheartfailure①肌漿網(wǎng)攝取Ca2+能力↓：ATP↓，PLN磷酸化減弱②肌漿網(wǎng)儲(chǔ)存Ca2+↓③肌漿網(wǎng)釋放Ca2+↓

：RyR↓，酸中毒Ca2+與肌漿網(wǎng)結(jié)合牢固

線粒體功能障礙

------ATP消耗

，產(chǎn)生

鈣依賴性的降解酶的激活

------細(xì)胞結(jié)構(gòu)破壞，死亡

促進(jìn)活性氧的生成

---XO增多，花生四烯酸增強(qiáng)2.鈣超載的細(xì)胞損害作用Ischemia-reperfusioninjuryofmyocardiuminducedbyCa2+overload.Ca2+overloadActivationofCa2+dependentpathwaysCa2+accumulationofmitochondrionActivationofmyocardialexcitation-contractioncouplingActivationofproteaseActivationofphospholipaseA2DysfunctionofmitochondrionContinualcontractionofmyocardiumOFRDegradationofmembranephospholipidthromboxaneThrombosisMyocardiumnecrosisEnergycreation↓Energyexhaustion↑Injuryofmembranearachidonicacid白細(xì)胞對(duì)組織損傷作用嵌頓、堵塞毛細(xì)血管形成無復(fù)流現(xiàn)象?？稍黾友鼙谕ㄍ感浴＜せ钪行粤＜?xì)胞釋放溶酶體酶，使組織發(fā)生蛋白水解性變化和液化。中性粒細(xì)胞可通過產(chǎn)生自由基而損傷組織。（三）白細(xì)胞的作用血管內(nèi)皮細(xì)胞與白細(xì)胞激活

內(nèi)皮細(xì)胞釋放粘附分子白細(xì)胞釋放趨化介質(zhì)白細(xì)胞內(nèi)皮細(xì)胞

微血管損傷(無復(fù)流現(xiàn)象no-reflowphenomenon)微血管通透性↑自由基、粒細(xì)胞血液流變學(xué)改變白細(xì)胞粘附聚集、血流緩慢微血管口徑的改變內(nèi)皮細(xì)胞腫脹縮血管物質(zhì)↑擴(kuò)血管物質(zhì)↓

微血管口徑的改變內(nèi)皮細(xì)胞腫脹縮血管物質(zhì)↑擴(kuò)血管物質(zhì)↓

微血管通透性↑自由基、粒細(xì)胞

血液流變學(xué)改變、白細(xì)胞粘附聚集、血流緩慢自由基、鈣超載與炎癥反應(yīng)的相互關(guān)系--互為因果、相互促進(jìn)。Ca2＋內(nèi)流

自由基增加

線粒體功能損傷炎癥反應(yīng)Ca2﹢超載激活水解酶、釋放炎癥因子，促進(jìn)白細(xì)胞浸潤

細(xì)胞膜損傷通透性（四）高能磷酸化合物缺乏

實(shí)驗(yàn)研究表明缺血15分鐘不僅ATP減少60%，總腺苷池也減少50%，ADP也輕度減少，AMP明顯增高，但其升高程度低于ATP減少程度。再灌流20分鐘，ATP明顯回升，但只接近正常時(shí)的1/2。缺血心肌代謝障礙主要表現(xiàn)對(duì)氧的利用障礙，心肌只能用17%的氧。ATP合成前質(zhì)物質(zhì)減少。線粒體功能受損，線粒體富含磷脂，膜發(fā)生脂質(zhì)過氧化，產(chǎn)生自由基影響其功能。三、重要臟器的缺血再灌注損傷（一）心肌的缺血再灌注損傷

(Ischemia-reperfusioninjuryofmyocardium)

⒈

超微結(jié)構(gòu):質(zhì)膜破壞，肌原纖維破壞，線粒體變性2.

能量代謝的變化：ATP合成的前身物質(zhì)減少；缺血心肌對(duì)氧的利用障礙3.心功能的變化：

再灌注性心律失常：80%，15~45min⑴

心肌電生理特征的改變導(dǎo)致心肌細(xì)胞傳導(dǎo)性和不應(yīng)期的暫時(shí)不均一。⑵再灌注時(shí)沖出來的兒茶酚胺刺激α-受體，提高了心肌細(xì)胞的自律性⑶再灌注降低了心肌纖顫閾，從而房顫或室顫心肌頓抑

(myocardialstunning)---心肌短時(shí)間缺血后不發(fā)生壞死，但引起的結(jié)構(gòu)、代謝和功能改變?cè)谠俟嘧⒑笮枰獢?shù)小時(shí)、數(shù)天或數(shù)周才能恢復(fù)正常。

心肌頓抑的特征為收縮功能障礙

被認(rèn)為是對(duì)心肌的一種保護(hù)作用：頓抑心肌的代謝和功能維持在最低狀態(tài)，使缺血-再灌注心肌需氧減少，從而降低心肌壞死。（二）腦缺血-再灌注損傷

(Ischemia-reperfusioninjuryofbrain)

腦中神經(jīng)元幾乎完全依賴氧化磷酸化產(chǎn)生的ATP作為能源神經(jīng)元膜富含不飽和脂肪酸，易成為·OH過氧化的底物腦缺血缺氧時(shí)最先出現(xiàn)能量代謝障礙，產(chǎn)生氧自由基，進(jìn)一步導(dǎo)致脂質(zhì)過氧化，這些都可以引起腦細(xì)胞的損傷、壞死和凋亡。腦組織富含磷脂，缺血再灌注損傷時(shí)脂質(zhì)過氧化是腦損傷的主要特征。導(dǎo)致延遲性神經(jīng)元變性---短暫缺血再灌注后，神經(jīng)元釋放興奮性神經(jīng)遞質(zhì)，開放鈣通道，使鈣內(nèi)流，導(dǎo)致神經(jīng)元變性。（三）小腸缺血再灌注損傷

人小腸的黃嘌呤酶是人體內(nèi)各臟器中水平最高的。缺血后小腸XO大量增多，產(chǎn)生大量自由基，導(dǎo)致組織損傷。小腸缺血再灌注損傷特征性的變化是粘膜損傷，表現(xiàn)為廣泛的上皮細(xì)胞壞死、脫落；固有層血管擴(kuò)張、大量中性粒細(xì)胞浸潤、出血及潰瘍的形成。防治缺血－再灌注損傷的病理生理基礎(chǔ)

(Pathophysiologicalbasisofpreventionandtreatmentforischemia-reperfusioninjury)

縮短缺血時(shí)間，盡早恢復(fù)血流

采用低壓、低溫再灌注

清除活性氧

減輕鈣超載

減輕炎癥反應(yīng)(二)內(nèi)皮細(xì)胞和中性粒細(xì)胞相互作用引起缺血－再灌注損傷的機(jī)制

(Mechanismofischemia-reperfusioninjuryinducedbyinteractionbetweenendothelialcellsandneutrophils)1.微血管損傷(injuryofmicrovessel)

2.細(xì)胞損傷(injuryofcells)

L-selectinVSMCVSMCMyocyteMyocyteMyocyteEndotheliumRollingNeutrophilOFR,C5a,PAF+

+NO,Adenosine_IntegrinsCD11/CD18AdhesionMigrationOFR,ProteasesVSMCVSMCVSMCMyocyteMyocyteMyocyteExtravasationEndotheliumPECAM-