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)病機制

(Mechanismsofischemia-reperfusioninjury)●

缺血再灌注損傷時機體功能代謝改變

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

(Pathophysiologicalbasisofpreventionandtreatmentforischemia-reperfusioninjury)

一、概念

(Concept)

在缺血缺氧（既缺氧又缺營養(yǎng)底物）的基礎上恢復血流后引起臟器的組織、細胞更為劇烈的損傷，稱為缺血—再灌注損傷(ischemia-reperfusioninjury研究歷史1955年Sewell首次報道再灌注損傷現(xiàn)象------結扎狗冠狀動脈后，如果突然解除結扎恢復血流，部分動物立即發(fā)生心室纖維顫動而死亡；1960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(nèi)磷酸鈣顆粒形成。1968年，Ames率先報道腦缺血再灌注損傷；1972年，F(xiàn)lore率先報道腎缺血再灌注損傷；1978年，Modry率先報道肺缺血再灌注損傷；1981年，Greenberg率先報道腸缺血再灌注損傷；

二、再灌注損傷的發(fā)病機制

(Mechanismsofischemiareperfusioninjury)

（一）自由基概念、分類、機制

Conceptoffreeradical:

又稱游離基；是指外層軌道上具有未配對電子的原子、原子團或分子的總稱。

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。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

化學反應性高存活時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XOXO

⑵體內(nèi)清除自由基的功能下降?？寡趸福篠OD，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價還原

⑶白細胞激活產(chǎn)生自由基；

呼吸爆發(fā)，NADPH、NADH氧化酶

-NADPH+O2

NADP++O.2

NADPH氧化酶白細胞的激活組織缺血→激活補體組織損傷蛋白水解酶釋放AA衍生物LTB4吸引、激活白細胞呼吸爆發(fā)O2?呼吸爆發(fā)：缺血后，再灌注期組織重新獲得O2供應，激活的白細胞耗氧量顯著增加，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，心臟發(fā)生嚴重的功能和結構變化，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行缺氧實驗時發(fā)現(xiàn)缺氧一定時間后，再用含氧溶液灌流時，心肌缺血損傷不僅未恢復，反而損傷更重。此現(xiàn)象稱為——氧反常。

氧反常

(oxygenparadox)

細胞內(nèi)Ca2+的穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)1.Ca2+進入胞液的途徑：質膜鈣通道------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細胞內(nèi)鈣代謝示意圖電壓依賴性鈣通道結合于質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鈣超載的根本原因;

1.

鈣超載的機制

(Mechanismofcalciumoverload)ATP合成減少

------

鈣泵

，鈉泵

pH反常

------

缺血再灌注時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Na-H交換和Na-Ca交換細胞膜通透性增加------Ca2+順濃度梯度進入兒茶酚胺增多

------

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)儲存Ca2+↓③肌漿網(wǎng)釋放Ca2+↓

：RyR↓，酸中毒Ca2+與肌漿網(wǎng)結合牢固

線粒體功能障礙

------ATP消耗

，產(chǎn)生

鈣依賴性的降解酶的激活

------細胞結構破壞，死亡

促進活性氧的生成

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

內(nèi)皮細胞釋放粘附分子白細胞釋放趨化介質白細胞內(nèi)皮細胞

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

微血管口徑的改變內(nèi)皮細胞腫脹縮血管物質↑擴血管物質↓

微血管通透性↑自由基、粒細胞

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

自由基增加

線粒體功能損傷炎癥反應Ca2﹢超載激活水解酶、釋放炎癥因子，促進白細胞浸潤

細胞膜損傷通透性（四）高能磷酸化合物缺乏

實驗研究表明缺血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，但只接近正常時的1/2。缺血心肌代謝障礙主要表現(xiàn)對氧的利用障礙，心肌只能用17%的氧。ATP合成前質物質減少。線粒體功能受損，線粒體富含磷脂，膜發(fā)生脂質過氧化，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

超微結構:質膜破壞，肌原纖維破壞，線粒體變性2.

能量代謝的變化：ATP合成的前身物質減少；缺血心肌對氧的利用障礙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致心肌細胞傳導性和不應期的暫時不均一。⑵再灌注時沖出來的兒茶酚胺刺激α-受體，提高了心肌細胞的自律性⑶再灌注降低了心肌纖顫閾，從而房顫或室顫心肌頓抑

(myocardialstunning)---心肌短時間缺血后不發(fā)生壞死，但引起的結構、代謝和功能改變在再灌注后需要數(shù)小時、數(shù)天或數(shù)周才能恢復正常。

心肌頓抑的特征為收縮功能障礙

被認為是對心肌的一種保護作用：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最先出現(xiàn)能量代謝障礙，產(chǎn)生氧自由基，進一步導致脂質過氧化，這些都可以引起腦細胞的損傷、壞死和凋亡。腦組織富含磷脂，缺血再灌注損傷時脂質過氧化是腦損傷的主要特征。導致延遲性神經(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，開放鈣通道，使鈣內(nèi)流，導致神經(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)為廣泛的上皮細胞壞死、脫落；固有層血管擴張、大量中性粒細胞浸潤、出血及潰瘍的形成。防治缺血－再灌注損傷的病理生理基礎

(Pathophysiologicalbasisofpreventionandtreatmentforischemia-reperfusioninjury)

縮短缺血時間，盡早恢復血流

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(二)內(nèi)皮細胞和中性粒細胞相互作用引起缺血－再灌注損傷的機制

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

2.細胞損傷(injuryofcells)

L-selectinVSMCVSMCMyocyteMyocyteMyocyteEndotheliumRollingNeutrophilOFR,C5a,PAF+

+NO,Adenosine_IntegrinsCD11/CD18AdhesionMigrationOFR,ProteasesVSMCVSMCVSMCMyocyteMyocyteMyocyteExtravasationEndotheliumPECAM-