十章 缺血-再灌注損傷

缺血－再灌注損傷

ischemia-reperfusioninjury,IRI

本章要求掌握：缺血-再灌注損傷、自由基、活性氧、氧反常、鈣反常、pH反常、鈣超載、無復(fù)流現(xiàn)象的概念；掌握缺血－再灌注損傷的發(fā)生機制。熟悉：缺血－再灌注損傷的原因和條件（影響因素）；缺血－再灌注損傷時心臟功能、代謝變化。了解：缺血－再灌注損傷時其他臟器功能代謝變化。防治缺血－再灌注損傷的病理生理基礎(chǔ)。研究背景溶栓療法器官移植體外循環(huán)PTCA冠脈搭橋治療手段的改進(jìn)缺血后再灌注，缺血性損傷進(jìn)一步加重的現(xiàn)象缺血后再灌注不能使組織、器官功能恢復(fù)加重組織、器官的功能障礙和結(jié)構(gòu)損傷概

念氧反常：是指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)氧供應(yīng)，組織細(xì)胞的損傷反而更趨嚴(yán)重的現(xiàn)象。鈣反常：以無鈣溶液灌流離體大鼠心臟2分鐘后再以含鈣溶液灌注時，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。pH反常：缺血組織的酸中毒迅速糾正后，有時反而出現(xiàn)或加重缺血損傷。

以上提示：

①再灌注損傷是在缺血損傷的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的；②氧、鈣、pH變化可能參與缺血－再灌注損傷（IRI）的發(fā)生、發(fā)展。③再灌注可能使缺血性損傷加重，亦能促使損傷由可逆性轉(zhuǎn)化為不可逆性。第一節(jié)缺血-再灌注損傷的原因及條件2、術(shù)后

動脈搭橋溶栓療法PTCA

體外循環(huán)器官移植斷指再植一、原因1、組織器官缺血后恢復(fù)血液供應(yīng)

休克時微循環(huán)的疏通冠脈痙攣緩解心腦肺復(fù)蘇

二、影響因素（條件）

再灌注條件:低（壓、溫、鈣、鈉、PH）

缺血時間：可逆性損傷期；

側(cè)支循環(huán)

需氧程度

的作用自由基鈣超載的作用白細(xì)胞損傷和微血管第二節(jié)缺血-再灌注損傷的發(fā)生機制物缺乏酸化合高能磷

一、自由基（一）概念與類型概念：外層電子軌道上含有單個不配對電子的原子、原子團(tuán)和分子的總稱。種類：很多。

[自由基]

化學(xué)性質(zhì)非?；顫?，極易失去電子（氧化）或奪取電子（還原），具有強烈脂質(zhì)過氧化作用。1、氧自由基：由氧誘發(fā)的自由基(OFR)。超氧陰離子（O2.）；羥自由基(OH·）。生理狀態(tài)僅1-2%的氧生成O2.。

H2O2、單線態(tài)氧（1O2）不是自由基，是激發(fā)態(tài)氧與氧自由基組成活性氧。（1）自由基的生成

①線粒體內(nèi)經(jīng)單電子還原成O2.。②再接受一個電子生成氧化能力很強的

H2O2，易生成OH·。（2）氧自由基的生成與代謝：活性氧生成反應(yīng)：

-ee-+2H+e-+H+e-+H+O2O2.H2O2OH·H2OH2OO2.是其他自由基活性氧產(chǎn)生的基礎(chǔ)。線粒體是再灌注時氧自由基產(chǎn)生的主要部位。

2、脂性自由基：

由氧自由基與多價不飽和脂肪酸作用后生成的中間代謝產(chǎn)物。如烷自由基（L·）、烷氧自由基（LO·）、烷過氧自由基（LOO·）等。3、其他：Cl·、CH3·、NO.。

（二）自由基在體內(nèi)的代謝

1、生理狀態(tài)氧自由基O2線粒體80~90%ATP1~2%NADPH氧化酶黃嘌呤氧化酶P450細(xì)胞色素單加氧酶超氧陰離子O2-羥自由基OH·單線態(tài)氧1O2SODH2O2谷胱甘肽過氧化物酶（GSH-PX）過氧化氫酶（CAT）髓過氧化物酶（MPO）清除

多余的被（生化書P176-177）谷胱甘肽過氧化物酶①酶性抗氧化劑

過氧化氫酶清除髓過氧化物酶

VitC、VitE、泛醌

②

非酶性抗氧化劑β胡蘿卜素、半胱清除。氨酸、谷胱甘肽

2、生成過多：造成組織損傷。

心肌缺血-再灌注幾秒至幾分鐘內(nèi)血液、組織中氧自由基含量可升高數(shù)倍。缺血期電子受體的氧少，再灌注恢復(fù)供氧，電子受體↑↑→氧自由基短期暴發(fā)性↑↑。（三）自由基生成增多的機制

1.黃嘌呤氧化酶的形成增多

2.中性粒細(xì)胞

3.線粒體

4.兒茶酚胺的自身氧化ATP→ADP→AMP缺血期再灌注期腺嘌呤核苷次黃嘌呤核苷次黃嘌呤黃嘌呤脫氫酶黃嘌呤氧化酶黃嘌呤＋

O2.-＋H2O2O2O2黃嘌呤氧化酶尿酸+O2.-＋H2O2OH·Ca2+1.黃嘌呤氧化酶的形成增多

2.中性粒細(xì)胞

NADPH氧化酶中性粒細(xì)胞吞噬活動

氧自由基殺滅病

耗O2↑70～90%

NADH氧化酶

原微生物（1）缺血激活中性粒細(xì)胞：

缺血缺氧時XD→XO→自由基→激活補體或經(jīng)細(xì)胞膜產(chǎn)生趨化活性物質(zhì)趨化作用

C3片段、白三烯中性粒細(xì)胞吸引激活

（2）呼吸爆發(fā)：

再灌注期組織重新獲得O2供應(yīng)，激活的中性粒細(xì)胞耗氧↑↑，產(chǎn)生大量氧自由基又稱氧爆發(fā)。

注意：缺血-再灌注時，由XO產(chǎn)生的自由基，起原發(fā)的主要作用

3、線粒體功能受損：

再灌注時受損的電子傳遞鏈，可能是氧自由基重要來源。缺血缺氧氧化磷酸化受損（1）ATP↓→

細(xì)胞色素氧化酶→氧單電

Ca2+入線粒體↑系統(tǒng)功能失調(diào)子還原生成自由基↑→生成水↓。

（2）Ca2+入線粒體使錳-超氧化物歧化酶↓對自由基清除能力↓。

4、CA自身氧化：缺血缺氧→CA↑↑→氧自由基生成↑

氧化證明：E腎上腺紅

O2.

缺血-灌注時自由基產(chǎn)生小結(jié)：①由XO產(chǎn)生的自由基起原發(fā)始動作用；

②

O2.-

是其他自由基活性氧產(chǎn)生的基礎(chǔ)；

③線粒體是OFR產(chǎn)生的主要部位。（四）自由基的損傷機制

1.膜脂質(zhì)過氧化

2.蛋白質(zhì)的功能抑制

3.破壞核酸和染色體

穿膜糖蛋白膜表面蛋白-SHSH-CH3-S-磷脂蛋白質(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1.膜脂質(zhì)過氧化（1）破壞膜的正常結(jié)構(gòu)（2）間接抑制膜蛋白的功能（3）促進(jìn)自由基及其它生物活性物質(zhì)生成（4）減少ATP的生成

（1）破壞膜的正常結(jié)構(gòu)：不飽和脂肪酸↓/蛋白質(zhì)→其比例失調(diào)，

使膜：①液態(tài)性、流動性↓，②通透性↑，細(xì)胞外Ca2+內(nèi)流↑。

（2）間接抑制膜蛋白功能：①脂質(zhì)間交聯(lián)、聚合抑制膜蛋白功能。如：

Ca2+泵、Na+泵，Na+/Ca2+交換系統(tǒng)→胞漿

Na+、Ca2+濃度↑。

影響膜內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)分子移動②液態(tài)性↓,膜成分改變抑制受體

→細(xì)胞

影響G蛋白與效應(yīng)器偶聯(lián)

信號轉(zhuǎn)導(dǎo)功能障礙。（3）促進(jìn)自由基及其他生物活性物質(zhì)生成：

膜脂質(zhì)過氧化→激活磷脂酶C、磷脂酶D

①進(jìn)一步分解膜磷脂

自由基生成、脂過氧②催化花生四烯酸代謝

化↑，生成多種生物活性物質(zhì)如:PG、白三烯、血栓素等。

③脂質(zhì)過氧化產(chǎn)生多種醛類物質(zhì)，如丙二醛。

(4）ATP生成↓：

線粒體膜脂質(zhì)過氧化→功能抑制→ATP生成↓；

蛋白質(zhì)斷裂蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)交聯(lián)-S-S-CH3-S-O二硫交聯(lián)脂質(zhì)-蛋白質(zhì)交聯(lián)氨基酸氧化2.蛋白質(zhì)的功能抑制（1）酶的巰基氧化，形成二硫鍵。（2）氨基酸殘基氧化→某些酶交聯(lián)→二聚體或更大的聚合物→損傷蛋白質(zhì)功能。（3）損傷肌纖維蛋白

巰基氧化→對Ca2+反應(yīng)性↓→抑制心肌收縮力。（4）肌漿網(wǎng)轉(zhuǎn)運蛋白損傷→調(diào)節(jié)Ca2+的功能異常。

3、破壞核酸和染色體：

使堿基羥化或DNA斷裂→染色體畸變或細(xì)胞死亡。

該作用主要由是OH·所致。

小結(jié)：

再灌注→自由基生成↑

促進(jìn)IRI發(fā)生、發(fā)展。加重細(xì)胞損傷故：發(fā)病學(xué)因素自由基是再灌注損傷極重要與環(huán)節(jié)。二、鈣超載

[鈣超載]

是指Ca2+在細(xì)胞內(nèi)異常聚集，引起細(xì)胞受損，代謝功能功能障礙。目前認(rèn)為,

細(xì)胞內(nèi)外Ca2+平衡失調(diào)造成的

細(xì)胞內(nèi)Ca2+超載是細(xì)胞死亡的關(guān)鍵

Na+-Ca2+載體Ca2+BPr線粒體肌漿網(wǎng)Ca2+

Ca2+

Ca2+泵Ca2+Ca2+[Ca2+]e：10-3M[Ca2+]i：10-7MVOCROC細(xì)胞內(nèi)Ca2+的穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)

（一）鈣超載的機制：

再灌注期的鈣超載，主要原因是Ca2+內(nèi)流↑，不是外流↓。

1、Na+/Ca2+交換蛋白反向轉(zhuǎn)運：

Na+/Ca2+交換蛋白反向轉(zhuǎn)運是IRI時Ca2+進(jìn)入細(xì)胞的主要途徑。

（1）細(xì)胞內(nèi)[Na+]↑，直接激活Na+/Ca2+交換蛋白。①缺血→ATP↓H+↑→Na+泵活性↓→細(xì)胞內(nèi)[Na+]↑。氧②再灌注重新獲得細(xì)胞內(nèi)↑[Na+]

營養(yǎng)物質(zhì)

→激活Na+泵和Na+/Ca2+交換蛋白→Na+加速外運，Ca2+大量進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)。（2）細(xì)胞內(nèi)[H+]↑：①缺血→無氧代謝↑→細(xì)胞內(nèi)外[H+]差↑。細(xì)胞內(nèi)[H+]↑→激活細(xì)胞膜Na+/H+交換蛋白，以1∶1將H+排出細(xì)胞，Na+進(jìn)入細(xì)胞→穩(wěn)定細(xì)胞內(nèi)pH，但I(xiàn)CF[Na+]↑。②再灌注→ECF[H+]↓→與細(xì)胞內(nèi)形成梯度→激活Na+/H+交換體→H+出Na+進(jìn)細(xì)胞

→ICF[Na+]↑↑→激活Na+/Ca2+交換蛋白→Ca2+內(nèi)流。

2、兒茶酚胺（CA)↑

IRI時CA↑:（1）

1-受體激活G蛋白-磷脂酶C（PLC）介導(dǎo)

的細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路→磷脂酰肌醇分解

DG（甘油二酯）→激活PKC→Na+/H+交換→→

Na+/Ca2+交換。

IP3→促進(jìn)細(xì)胞肌漿網(wǎng)內(nèi)Ca2+釋放。

蛋白激酶C（PKC）活化的影響PIP2PKCGqIP3DAGPLCβNEα1受體

Ca2＋Ca2＋H+Na+3Na+Ca2+

（2）

-受體興奮→AC→L型Ca2+通道開放→Ca2+內(nèi)流（Ca2+通道開放→Ca2+超載原因之一）。3、生物膜受損

細(xì)胞外Ca2+進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)。

通透性↑

生物膜受損→

或

細(xì)胞內(nèi)Ca2+分布異常。

（1）細(xì)胞膜受損—膜對Ca2+通透性↑①缺血→細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)破壞→對Ca2+透性↑→Ca2+內(nèi)流↑。

②[Ca2+]超載→激活磷脂酶→膜磷脂降解→透性更↑。③再灌注→自由基生成↑→脂質(zhì)過氧化→膜結(jié)構(gòu)破壞加重。（2）線粒體膜及肌漿網(wǎng)膜損傷→細(xì)胞內(nèi)Ca2+

分布異常。①自由基的損傷和分解膜磷脂→肌漿網(wǎng)膜受損→攝Ca2+功能障礙→胞內(nèi)Ca2+↑↑。②線粒體膜受損→ATP↓。

4、泵功能障礙

（1）泵蛋白受損;

（2）ATP↓。缺血缺氧

鈣超載Ca2+通透性細(xì)胞膜:肌漿網(wǎng):鈣泵排Ca2+

Ca2+內(nèi)流

貯Ca2+Ca2+通透性鈣泵Ca2+釋出

缺血缺氧

（三）引起缺血－再灌注損傷的機制

1、線粒體功能障礙：

再灌注后胞漿[Ca2+]↑→肌漿網(wǎng)、線粒體鈣

泵攝Ca2+↑

（1）ATP消耗↑；（2）線粒體內(nèi)鈣超載與線粒體內(nèi)磷酸根結(jié)合成磷酸鈣→干擾氧化磷酸化→ATP↓。

2、激活鈣依賴性酶→破壞細(xì)胞（器）膜、染色體受損、加重細(xì)胞內(nèi)酸中毒。

（1）磷脂酶類→膜磷脂分解

核酸內(nèi)切酶→分解核酸→染色體損傷；（2）激活

蛋白酶→細(xì)胞骨架受損。（3）激活某些ATP酶→高能磷酸鹽水解↑→釋放大量H+→加重酸中毒。

3、心律失常：通過Na+/Ca2+交換→一過性內(nèi)向離子流→延遲后除極，是心律失常原因之一。4、促進(jìn)氧自由基生成：一些Ca2+依賴性蛋白酶活性↑→XD→XO→

自由基生成↑。

5、肌原纖維過度收縮—出現(xiàn)收縮帶—嚴(yán)重?fù)p害的一個標(biāo)志

機制：（1）胞漿內(nèi)[Ca2+]↑↑

（2）再灌注使缺血區(qū)H+迅速移出→H+抑制心肌收縮作用↓。

結(jié)果：肌原纖維過度收縮，甚或不可逆→損傷細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)→心肌纖維斷裂。

三、白細(xì)胞在IRI中的作用

白細(xì)胞聚集、激活介導(dǎo)的微血管和細(xì)胞損傷,在臟器IRI中起重要作用。中性粒細(xì)胞聚集、激活及其致炎細(xì)胞因子的釋放，是微血管床和血液流變學(xué)改變及無復(fù)流現(xiàn)象的病生理基礎(chǔ)。（一）白細(xì)胞增多的機制

1、粘附分子生成增多粘附分子：促使細(xì)胞之間，細(xì)胞與外基質(zhì)

粘附的一大類物質(zhì)。（1）作用：維持細(xì)胞結(jié)構(gòu)完整；在信號轉(zhuǎn)導(dǎo)

起重要作用。（2）增多的可能機制

中性粒細(xì)胞中性粒細(xì)胞廣泛①IRI→粘附分子表達(dá)↑→與粘附

內(nèi)皮細(xì)胞