病理生理學(xué)-缺血-再灌注損傷

缺血-再灌注損傷Ischemia-reperfusioninjury目的要求1、掌握缺血-再灌注損傷的發(fā)病機(jī)制和缺血-再灌注損傷時機(jī)體的功能代謝變化。2、熟悉缺血-再灌注損傷的原因和條件。3、了解防治缺血-再灌注損傷的病理生理基礎(chǔ)。缺血-再灌注損傷Ischemia-reperfusioninjury

第一節(jié)概述一、概念

缺血的基礎(chǔ)上恢復(fù)血流后，組織器官的損傷反而加重的現(xiàn)象稱為缺血-再灌注損傷ischemiareperfusioninjury（IRI）。

IRI研究概況：

1955年Sewell報道，結(jié)扎狗冠脈后，如突然解除結(jié)扎恢復(fù)血流，部分動物立即發(fā)生室顫而死亡。

1960年Jennings第一次提出了MIR概念1968年Ames率先報道了腦IRI1972年Flore腎IRI1978年Modry

肺IRI1981年Greenberg腸IRI心臟介入手術(shù)經(jīng)皮冠狀動脈腔內(nèi)成形術(shù)（PTCA）放置支架PTCA結(jié)合支架治療冠心病患者，成功率較高，長期生存率較高

冠脈支架置入前后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(xì)胞反常性壞死。

氧反常：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，這種現(xiàn)象稱為氧反常oxygenparadox。鈣反常：預(yù)先用無鈣溶液灌流大鼠離體心臟2分鐘，再用含鈣溶液進(jìn)行灌流，心肌細(xì)胞酶釋放增加，肌纖維過度收縮及心肌電信號異常，稱為鈣反常calciumparadox。pH反常：缺血引起的代謝性酸中毒是細(xì)胞功能及代謝紊亂的重要原因，但在再灌注時迅速糾正缺血組織的酸中毒，反而會加重缺血/再灌注損傷，稱為pH反常pHparadox。二缺血-再灌注損傷的原因和條件

（一）原因

—在組織器官缺血基礎(chǔ)上的血液再灌注。1、組織器官缺血后血流恢復(fù)如休克微血管痙攣解除后2、一些新的醫(yī)療技術(shù)的應(yīng)用冠脈搭橋術(shù)，PTCA，溶栓療法等,3、體外循環(huán)下心臟手術(shù)4、心臟驟停后心腦肺復(fù)蘇5、其他斷肢再植，器官移植（二）影響因素

1缺血時間

2側(cè)支循環(huán)

3需氧程度

4再灌注條件第二節(jié)缺血再灌注損傷的發(fā)生機(jī)制一、自由基的作用（一）概念與分類

自由基（freeradical）

——外層軌道上具有單個不配對電子的原子、原子團(tuán)和分子的總稱。氧自由基概念：由氧誘發(fā)的自由基。

（1）非脂質(zhì)氧自由基(oxygenfreeradicalOFR)

種類：超氧陰離子（O·-2）羥自由基（OH·）生成：O·-2形成：⑴自然氧化如CytC、Hb、CA等在自然氧化過程中可生成O·-2

HbFe2+HbFe3++O·-2⑵酶氧化XO、NADPH氧化酶、醛氧化酶⑶線粒體O·-2生成的主要場所之一正常:O2+4e+4H+→H2O+ATP

病理:O2+e→O·-2

+e+2H+→H202+e+H+→OH·+e+H+→H20⑷毒物作用CCL4、百草枯（除草劑）

O·-2的生成是其他自由基或活性氧生成的基礎(chǔ)H20OH·的生成

O·-2+O·-2+2H+H2O2+O2單純性Haber-Weiss反應(yīng)：反應(yīng)很慢，很難產(chǎn)生

O·-2+H2O2OH-+OH·+O2Fenton反應(yīng)：

O·-2H2O2OH·

+OH-

OH·是活性氧中毒性最強(qiáng)的一種SODSODFe2+Fe3+

活性氧（reactiveoxygenspecies,ROS）：氧化還原過程中產(chǎn)生的具有高活性的一系列中間產(chǎn)物。（OFR、1O2和H2O2）單線態(tài)氧1O2：是一種激發(fā)態(tài)氧（在光敏劑存在下作用于O2激發(fā)而產(chǎn)生），反應(yīng)活性較強(qiáng)，參與許多化學(xué)反應(yīng).（2）脂性自由基

概念：OFR與不飽和脂肪酸作用后生成的中間產(chǎn)物。

種類：脂氧自由基（LO·）脂過氧自由基（LOO·）

生理情況下，自由基的生成與清除處于動態(tài)平衡

如果ROS生成過多或機(jī)體抗氧化能力不足，均可造成組織細(xì)胞損傷。（二）缺血—再灌注時OFR增多的機(jī)制1黃嘌呤氧化酶形成↑2中性粒細(xì)胞聚集及激活

3線粒體的損傷

1黃嘌呤氧化酶（XO）的形成增多XO的作用：次黃嘌呤+O2

XO

黃嘌呤+O·-2

+H2O2

↓XO

尿酸+O·-2

+H2O2氧自由基的生成需要三個條件：

XO

次黃嘌呤

O2OH·正常時：VEC內(nèi)黃嘌呤氧化酶(xanthine

oxidase,XO)10%

黃嘌呤脫氫酶(xanthine

dehydrogenase,XD)90%

缺血時：ATP↓→Ca2+入胞↑→↓

ATP→ADP→AMP→腺苷、肌苷→次黃嘌呤再灌注時：帶來O2

次黃嘌呤+O2→黃嘌呤+O·-2

+H2O2

↓XO

尿酸+O·-2+H2O2XDXOXOO22中性粒細(xì)胞的作用缺血時:補(bǔ)體激活或細(xì)胞釋放炎癥介質(zhì)如LTB4→白細(xì)胞在缺血區(qū)浸潤。

再灌時：浸潤的白細(xì)胞耗氧量顯著↑：

NADPH+2O2

2O·-2

+NADP++H+

NADH+O2+2H+H2O2+NAD+NADPH氧化酶NADH氧化酶3

線粒體功能障礙缺血后ATP的產(chǎn)生→Ca2+進(jìn)入線粒體→細(xì)胞色素氧化酶的功能失調(diào)→O2+4e→H2O+ATP↓O2+e→O·-2

+e→H202+e→OH·+e→H20+O2+e→O·-2

↑Ca2+進(jìn)入線粒體使Mn-SOD減少清除OFR的能力↓4

兒茶酚胺增加和氧化

（三）OFR的損傷作用1、膜脂質(zhì)過氧化（lipidperoxidation)增強(qiáng)（1）破壞膜的正常結(jié)構(gòu)及功能液態(tài)性、流動性、通透性（2）間接抑制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）促進(jìn)OFR及其它生物活性物生成激活磷脂酶C、D（4）減少ATP生成2、蛋白質(zhì)功能抑制（1）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（2）自由基可使酶的巰基氧化，AA殘基氧化3、破壞核酸及染色體自由基可使堿基羥化或DNA斷裂，從而引起染色體畸變或細(xì)胞死亡，這種作用80%為OH.

所致，因OH.易與脫氧核酸及堿基反應(yīng)并使其結(jié)構(gòu)改變。

二、鈣超載（calciumoverload）

各種原因引起細(xì)胞內(nèi)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。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

依賴ATP的鈣泵鈉鉀泵

Na+-Ca2+交換系統(tǒng)

肌漿網(wǎng)（SR）

鈣結(jié)合蛋白（CaBP)

線粒體攝取細(xì)胞膜細(xì)胞內(nèi)維持因素鈣超載發(fā)生的機(jī)制1Na+-Ca2+交換異常（鈣超載時進(jìn)入細(xì)胞的主要途徑）正常：3個Na+

1個Ca2+

可進(jìn)行雙相轉(zhuǎn)運(yùn)影響因素：（1）跨膜鈉濃度梯度（2）細(xì)胞內(nèi)的氫濃度此外還有Ca2+,ATPMg2+Ca2+3Na+K+Na+機(jī)制:（1）細(xì)胞內(nèi)高Na+直接激活Na+-Ca2+交換蛋白

缺血→ATP↓→Na+泵↓→細(xì)胞內(nèi)Na+↑→

激活Na+-Ca2+交換蛋白→Ca2+進(jìn)入細(xì)胞K+Na+3Na+Ca2+ATP↓Na+↑Ca2+↑(2)細(xì)胞內(nèi)高H+間接激活Na+-Ca2+交換蛋白質(zhì)膜Na+/H+交換蛋白主要受細(xì)胞內(nèi)[H+]的變化調(diào)節(jié)[Na+]o[H+]o[Na+]i[H+]i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+]↑激活鈉泵激活Na+-Ca2+交換蛋白

＞Na+H+3Na+Ca2+Na+K+H+Na+再灌時H+↓H+↑Na+↑Ca2+↑缺血時H+↑（3）PKC間接激活Na+-Ca2+交換蛋白如α1腎上腺素能受體激活G蛋白-PLC→H+/Na+交換激活2.生物膜損傷（1）細(xì)胞膜損傷→鈣內(nèi)流↑

膜屏障作用↓Ca2+激活磷脂酶，使膜磷脂分解

FR使細(xì)胞膜脂質(zhì)過氧化（2）線粒體受損→ATP↓（3）肌漿網(wǎng)膜受損→攝取鈣↓通透性增加鈣超載引起缺血-再灌注損傷的機(jī)制

1.促進(jìn)氧自由基生成XO2.加重酸中毒3.破壞細(xì)胞（器）膜分解膜磷脂細(xì)胞膜和細(xì)胞器膜的損傷鈣超載引起組織細(xì)胞損傷的機(jī)制4.

線粒體功能障礙

胞漿[Ca2+]↑線粒體攝鈣↑

早期：代償晚期：磷酸鈣形成ATP消耗↑、生成↓5.激活多種酶蛋白酶核酶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三、白細(xì)胞的作用缺血-再灌注時VEC與白細(xì)胞激活表現(xiàn)為:釋放多種細(xì)胞粘附分子和趨化分子

粘附分子（adhesionmolecule）

是指由細(xì)胞合成的、可促進(jìn)細(xì)胞與細(xì)胞之間、細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)之間粘附的一大類分子的總稱，如整合素、選擇素、細(xì)胞間粘附分子、血管細(xì)胞粘附分子及血小板內(nèi)皮細(xì)胞粘附分子等。在維持細(xì)胞結(jié)構(gòu)完整和細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中起重要作用。1.微血管損傷表現(xiàn)：無復(fù)流現(xiàn)象（no-reflowphenomenon）：在再灌注時放開結(jié)扎動脈，重新恢復(fù)血流，部分缺血區(qū)并不能得到充分的血液灌流的現(xiàn)象。機(jī)制：

（1）微血管血液流變學(xué)改變：白細(xì)胞粘附（2）微血管口徑改變：內(nèi)皮腫脹；縮血管物質(zhì)的釋放（3）微血管通透性增高2.組織細(xì)胞損傷激活的VEC和N可釋放大量生物活性物質(zhì)

如FR、蛋白酶、細(xì)胞因子IRI的主要發(fā)病機(jī)制再灌注中性粒細(xì)胞無復(fù)流致炎因子↑氧自由基↑鈣超載細(xì)胞損傷缺血O2Ca2+細(xì)胞壞死缺血損傷恢復(fù)第三節(jié)IRI時機(jī)體的功能及代謝變化一、IRI對心功能的影響

再灌注性心律失常心肌動作電位時程不均一心肌動作電位后延遲后除極的形成心肌電生理特性改變纖顫閾降低NO減少

心功能變化

心肌舒縮功能降低心肌頓抑鈣超載自由基爆發(fā)性生成

心肌代謝變化

ATP含量降低ATP合成的前體物質(zhì)不足缺血心肌對氧利用障礙細(xì)胞膜破壞肌原纖維結(jié)構(gòu)破壞線粒體損傷心肌超微結(jié)構(gòu)變化IRI對心功能的影響1968年由Ames率先報道腦缺血-再灌注損傷。有人提出細(xì)胞質(zhì)內(nèi)鈣聚積及氧自由基導(dǎo)致的脂質(zhì)過氧化在遲發(fā)性神經(jīng)元死亡中起重要作用。二、腦IRI損傷的變化腦組織富含磷脂，脂質(zhì)過氧化是腦損傷的主要特征腦IRI損傷的變化腦能量代謝變化腦IRI損傷的變化腦氨基酸代謝變化腦組織學(xué)變化興奮性氨基酸降低（谷氨酸、天門冬氨酸）抑制性氨基酸增多（丙氨酸、γ-氨基丁酸）腦水腫腦細(xì)胞壞