第八章缺血與再灌注損傷

第八章缺血-再灌注損傷

（Ischemia-reperfusioninjury)新疆醫(yī)科大學(xué)病理生理學(xué)教研室一、缺血-再灌注損傷的原因及條件二、缺血-再灌注損傷的發(fā)生機制三、缺血-再灌注損傷時機體的功能、代謝變化四、缺血-再灌注損傷防治的病理生理學(xué)基礎(chǔ)本章教學(xué)內(nèi)容本章教學(xué)要求1．掌握缺血與再灌注損傷的概念。2．了解缺血與再灌注損傷的臨床常見原因，熟悉影響缺血與再灌注損傷的因素。3．熟悉缺血-再灌注損傷的發(fā)生機制。4．了解缺血-再灌注損傷時機體的功能代謝變化。5．了解缺血-再灌注損傷的防治原則?！景咐?0-1】患者男，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)。查體：血壓100/75mmHg，心率37次/分鐘，律齊，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150萬靜脈溶栓(30分鐘滴完)。用藥完畢患者胸痛即消失，但約10分鐘時心電監(jiān)護(hù)顯示出現(xiàn)室性早搏、室上性心動過速及室顫，血壓90/65mmHg。治療：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)正常范圍。復(fù)查心電圖為廣泛前壁心肌梗死?！舅伎碱}】

為什么患者在溶栓治療胸疼癥狀消失后又出現(xiàn)嚴(yán)重的心律失常、血壓下降?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，部分動物室顫而死亡，臨床類同簡史認(rèn)識就從這簡單現(xiàn)象開始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

1975年Schaffer對234例急性心肌梗死病人插入心導(dǎo)管到冠狀動脈，注入溶栓劑治療，并對緩解后的病人追蹤觀察了5個月，發(fā)現(xiàn)其中89例病人因復(fù)發(fā)室顫而死亡。尸檢未發(fā)現(xiàn)新的血栓與栓塞情況。作者認(rèn)為再灌注所致。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1968年由Ames率先報道腦缺血-再灌注損傷。1978年Modry報道了肺再灌注綜合征１９８１年，Greenberg等證實貓小腸缺血3小時后再灌注時，粘膜損傷更嚴(yán)重1972年Flore研究腎缺血-再灌注損傷

缺血-再灌注損傷概念：在缺血的基礎(chǔ)上恢復(fù)血流后，組織器官的損傷反而加重的現(xiàn)象

(ischemia-reperfusioninjury)從實踐到理論地總結(jié)臨床：

休克、DIC微循環(huán)再通冠脈解痙、各種動脈搭橋術(shù)心腦血管栓塞再通（溶栓治療、自然再通）心肺手術(shù)體外循環(huán)后心肺復(fù)蘇斷肢再植、器官移植血供恢復(fù)等缺血-再灌注損傷特點：

1.可逆損傷不可逆損傷

2.具有器官普遍性鈣反常（calciumparadox)

無鈣溶液灌流心臟后再用含鈣液體灌流，心肌細(xì)胞損傷加重氧反常（oxygenparadox)

組織細(xì)胞缺氧后再恢復(fù)氧供，組織細(xì)胞損傷反而加重。pH反常（pHparadox)

缺血時發(fā)生代謝性酸中毒，但再灌注時迅速糾正酸中毒，反而加重細(xì)胞損傷。第一節(jié)原因和影響因素

一原因

先缺血，后復(fù)灌二影響因素

1.缺血時間

2.缺血程度3.再灌注條件一、自由基的作用第二節(jié)發(fā)生機制

自由基(freeradical)是在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。主要包括：1．氧自由基2．脂性自由基3．其它

自由基的生成與降解處于動態(tài)平衡，對機體并無有害影響。氧自由基：由氧誘發(fā)的自由基?；钚匝酰夯瘜W(xué)性質(zhì)較基態(tài)氧活潑的含氧物質(zhì)活性氧的生成：活性氧氧自由基非自由基的含氧產(chǎn)物單線態(tài)氧(1O2)O2.-

OH-

·H2O2O2O2.-H2O2OH·H2O指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，烷自由基(L·)烷氧自由基(LO·)烷過氧自由基(L00·)如氯自由基(Cl·)、甲基自由基(CH·)和NO·等。（一）自由基的概念與類型主要活性氧的生成和代謝O2O2.-H2O2OH·H2OSODFe2+HOClOH·N02·NO精氨酸MPOCATO2.-ONOO-NOSNADPH氧化酶黃嘌呤氧化酶P450H2OH20MPO:髓過氧化物酶HOCl:次氯酸ONOO-：亞硝基陰離子體內(nèi)兩大抗氧化防御系統(tǒng)

低分子清除劑

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酶性清除劑

過氧化氫酶(CAT)過氧化物酶（H2O2）超氧化物歧化酶MnSODCuZnSOD（二）缺血-再灌注時氧自由基生成增多的機制

1黃嘌呤氧化酶增多（血管內(nèi)皮源性）

黃嘌呤氧化酶(XO)10%

黃嘌呤脫氫酶(XD)90%XO

——

xanthine

oxidaseXD

——

xanthine

dehydrogenase

Ca+2敏蛋白酶

黃嘌呤氧化酶的形成增多O2OH·黃嘌呤氧化酶黃嘌呤+O2.-+H2O2缺血期再灌注期尿酸+O2.-+H2O2

ATPADP

AMP腺嘌呤核苷次黃嘌呤核苷黃嘌呤脫氫酶黃嘌呤氧化酶次黃嘌呤+O2NADH(I)NADPH(II)NADPH氧化酶H++O·-2+H2O2NADH氧化酶2.中性粒細(xì)胞激活（白細(xì)胞源性）細(xì)胞缺血補體激活C3膜磷脂分解白三烯激活再灌注時O2NADPH、NADH

活性氧大量白細(xì)胞呼吸爆發(fā)(respiratoryburst)氧自由基缺血缺氧ATPCa2+進(jìn)入線粒體線粒體功能受損細(xì)胞色素氧化酶系統(tǒng)功能失調(diào)4價還原H2O單電子還原線粒體3.線粒體功能障礙O2Adr甲基轉(zhuǎn)移酶單胺氧化酶香草扁桃酸（正常代謝）腎排出應(yīng)激時80%O2腎上腺素紅O-2·4.兒茶酚胺自由基的損傷作用1．膜脂質(zhì)過氧化(1ipidperoxidation)增強磷脂膜膜內(nèi)多價不飽和脂肪酸①破壞膜的正常結(jié)構(gòu)。②改變血管的正常功能。③促進(jìn)自由基及其它生物活性物質(zhì)生成。④減少ATP生成。2．蛋白質(zhì)功能抑制3．破壞核酸及染色體線粒體膜脂質(zhì)過氧化不飽和脂肪酸／蛋白質(zhì)的比例失調(diào)，膜的液態(tài)性、流動性降低，通透性增加，細(xì)胞外Ca2＋內(nèi)流增加；膜脂質(zhì)過氧化可激活磷脂酶C、磷脂酶D→花生四烯酸代謝反應(yīng)→增加自由基生成和脂質(zhì)過氧化→前列腺素、血栓素、白三烯酶的巰基氧化，形成二硫鍵；使氨基酸殘基氧化胞漿及膜蛋白和某些酶交聯(lián)形成二聚體或更大的聚合物。巰基氧化使肌纖維蛋白對Ca2+反應(yīng)性降低，抑制心肌收縮力。肌漿網(wǎng)鈣轉(zhuǎn)運蛋白受損，鈣調(diào)節(jié)異常。堿基羥化或DNA斷裂80％為OH·所致，因OH·易與脫氧核糖核酸及堿基反應(yīng)并使其結(jié)構(gòu)改變。脂質(zhì)過氧化使膜脂質(zhì)之間形成交聯(lián)和聚合離子泵：鈉鈣內(nèi)流信號傳遞蛋白：（三）OFR的損傷機制圖10-2自由基對生物膜的損傷作用-S-S-CH3-S-OOHHOOHHO蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)交聯(lián)脂質(zhì)-蛋白質(zhì)交聯(lián)二硫交聯(lián)蛋白質(zhì)斷裂氨基酸氧化脂肪酸氧化脂質(zhì)-脂質(zhì)交聯(lián)從氧化的脂肪酸釋出的丙二醛MDA二、鈣超載（calciumoverload）Na+-Ca2+載體Ca2+BPrMtSRCa2+

Ca2+

——細(xì)胞內(nèi)鈣積聚Ca2+泵Ca2+Ca2+各種原因引起的細(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)象稱為鈣超載，嚴(yán)重者可造成細(xì)胞死亡。鈣超載(calciumoverload)(一)鈣超載的機制

1.

Na+-Ca2+交換異常

2.生物膜損傷1.Na+/Ca2+交換異常Ca2+內(nèi)流●細(xì)胞內(nèi)高鈉對Na+/Ca2+交換蛋白的直接激活●細(xì)胞內(nèi)高H+對Na+/Ca2+交換蛋白的間接激活●蛋白激酶C

活化對Na+/Ca2+交換蛋白的間接激活細(xì)胞內(nèi)酸中毒，再灌注時細(xì)胞外酸中毒被緩解，H+外流增加→鈉內(nèi)流增加→細(xì)胞內(nèi)鈉增加→進(jìn)而激活鈉鈣交換→鈣內(nèi)流增加。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?腎上腺素能受體促進(jìn)Ca2+內(nèi)流

ACcAMPPKACa2+ATPβ兒茶酚胺2.生物膜損傷細(xì)胞膜損傷膜通透性Ca2+內(nèi)流原因：缺氧、自由基、鈣激活磷脂酶肌漿網(wǎng)膜損傷鈣泵功能障礙Ca2+攝取原因：自由基、磷脂酶線粒體膜損傷ATP鈣泵功能障礙原因：自由基、磷脂酶（二）鈣超載引起損傷的機制1．細(xì)胞膜損傷2．線粒體膜損傷3．蛋白酶激活4．加重酸中毒Ca2+與鈣調(diào)蛋白結(jié)合增多

蛋白水解酶核酸內(nèi)切酶磷脂酶促進(jìn)膜磷脂分；膜磷脂降解產(chǎn)物花生四烯酸、溶血磷脂等增多Ca2+向線粒體轉(zhuǎn)移：早期代償意義。線粒體過多攝人Ca2+增加ATP消耗磷酸鈣沉積干擾氧化磷酸化XD→XO磷脂酶A2→AA→環(huán)加氧酶、脂加氧酶→H2O2、OH·Ca2+升高可激活某些ATP酶，高能磷酸鹽水解，釋放出大量的H+三、白細(xì)胞的作用無復(fù)流現(xiàn)象(no-reflowphenomenon)

結(jié)扎狗冠狀動脈造成心肌局部缺血一段時間后，再開放節(jié)扎動脈恢復(fù)血流，部分缺血區(qū)并不能得到充分的血液灌流。病生基礎(chǔ)：中性粒細(xì)胞激活及其致炎細(xì)胞因子的釋放。（一）再灌注時血管內(nèi)皮細(xì)胞與白細(xì)胞激活粘附分子花生四烯酸趨化物質(zhì)VECWBCWBC通過毛細(xì)血管（一）再灌注時白細(xì)胞的激活白細(xì)胞激活和聚集的主要機制：再灌注期細(xì)胞膜磷脂降解趨化因子（LT、PAF、補體、激肽）吸引中性粒細(xì)胞于缺血區(qū)組織。再灌注期，中性粒細(xì)胞激活炎癥介質(zhì)（如IL)促進(jìn)更多的白細(xì)胞聚集和浸潤。再灌注期，中性粒細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)粘附分子增加加劇白細(xì)胞粘附與集聚。(一）再灌注時血管內(nèi)皮細(xì)胞與白細(xì)胞激活缺血-再灌注損傷血管內(nèi)皮細(xì)胞白細(xì)胞激活膜磷脂降解花生四烯酸代謝產(chǎn)物（白三烯，強趨化作）細(xì)胞粘附分子白細(xì)胞與血管內(nèi)皮細(xì)胞粘附、浸潤促進(jìn)激活炎癥介質(zhì)白介素-8粘附分子（adhesion

molecules,AM）

是指介導(dǎo)細(xì)胞與細(xì)胞間或細(xì)胞與基質(zhì)間相互接觸和結(jié)合的一類分子，大都為糖蛋白，分布于細(xì)胞表面或細(xì)胞外基質(zhì)（extracellular

matrix,ECM）中。

目前按粘附分子的結(jié)構(gòu)特點，可將其分為粘合素超家族的粘附分子、免疫球蛋白超家族的粘附分子、選擇凝集素家族粘分子、鈣離子依賴的細(xì)胞粘附素家族粘附分子及其它未歸類的粘附分子

①通過表達(dá)于白細(xì)胞粘附分子CD11a/CD18、CD11b/CD18、

CD11c/CD18、VLA-4、L-selectin、CD15、CD15s、和P-selectin相互粘附，參與炎癥的發(fā)生；②通過表達(dá)于淋巴細(xì)胞上的歸巢(Iymphocyte

homing

receptor,LHR)、L-selectin、CLA、LFA-1、VLA-4、CD44、LPAM-2分別與表達(dá)于血管內(nèi)皮細(xì)胞上的定居素（addressin）PNAd、E-selectin、ICAM-1、ICAM-2、VCAM-1、MAd、CAM相互粘附使淋巴細(xì)胞向外周淋巴器官，皮膚炎癥部位或粘膜相關(guān)淋巴組織的回歸；粘附分子參與機體許多重要的生理和病理過程③通過CD/MHCⅡ類分子非多態(tài)部分、CD8/MHC1類分子非多態(tài)部分LFA-1/ICAM-1、LFA-2/LFA-3、CD28/B7的相互作用參與免疫應(yīng)答中APC呈提抗原、抗原識別、免疫細(xì)胞相互協(xié)作以及CTL殺傷靶細(xì)胞等多個環(huán)節(jié)；

④通過Cadherin、N-CAM、CD31等分子的自身粘附，以及某些粘附分子與細(xì)胞外基質(zhì)的粘附，參與細(xì)胞的發(fā)育、分化、附著及移動；⑤E-Cadherin、家庭些成員以及CD44分子等與腫瘤的浸潤、轉(zhuǎn)移有關(guān)；⑥通過血小板表達(dá)的粘附分子參與動脈、靜脈中血栓形成以及其它形式的凝血過程。、

（二）血管內(nèi)皮細(xì)胞與中性粒的損傷作用

1．微血管損傷激活的中性粒細(xì)胞與血管內(nèi)皮細(xì)胞相互作用所致。

在心肌缺血和再灌注早期，中性粒細(xì)胞粘附在血管內(nèi)皮細(xì)胞上，隨后，有血小板沉積和紅細(xì)胞緡錢狀聚集，造成毛細(xì)血管阻塞。再灌注活性氧內(nèi)皮細(xì)胞表面表達(dá)P-選擇素，與中性粒細(xì)胞表面受體結(jié)合白細(xì)胞在微血管內(nèi)流速減慢并與內(nèi)皮細(xì)胞發(fā)生間歇性結(jié)合，造成“滾動”現(xiàn)象。損傷的加重，整合素、E-選擇素等粘附分子的表達(dá)增加，中性粒細(xì)胞與內(nèi)皮細(xì)胞發(fā)生固定粘附，導(dǎo)致微血管機械性堵塞。（1）微血管血液流變學(xué)改變（1）微血管血液流變學(xué)改變

缺血-再灌注白細(xì)胞沿血管內(nèi)皮細(xì)胞表面滾動白細(xì)胞粘附內(nèi)皮細(xì)胞血管腔變窄阻塞化學(xué)趨化介質(zhì)血小板和紅細(xì)胞的聚集（+）（2）微血管口徑的改變損傷的血管內(nèi)皮腫脹縮血管物質(zhì)擴(kuò)血管物質(zhì)微血管受壓再灌注時血管口徑變窄（3）微血管通透性增高

缺血-再灌注損傷自由基損傷和中性白細(xì)胞粘附

微血管通透性增高2．細(xì)胞損傷中性粒細(xì)胞與血管內(nèi)皮細(xì)胞被激活

大量生物活性物質(zhì)（自由基、蛋白酶）

損害組織細(xì)胞缺血-再灌注時缺血-再灌注損傷的主要發(fā)病機制缺血細(xì)胞壞死再灌注O2氧自由基中性粒細(xì)胞Ca2+鈣超載細(xì)胞損傷無復(fù)流致炎因子缺血損傷恢復(fù)第三節(jié)缺血-再灌注損傷時機體的功能、代謝變化

(Functionalandmetabolicchangesduringischemia-reperfusioninjury)

一、心肌缺血-再灌注損傷的變化（一）心功能變化1.心肌收縮功能降低●左室舒張末壓力（LVEDP）↑●心室內(nèi)壓最大變化速率（±dp/dtmax

）↓●心肌頓抑（myocardialstunning）

是指缺血心肌在恢復(fù)血液灌注后一段時間內(nèi)出現(xiàn)可逆性收縮功能降低的現(xiàn)象。

特點：心肌并沒有發(fā)生壞死；一定時間后收縮性可以完全恢復(fù)正常。胞漿Na+超載Na+/Ca2+交換↑可逆性缺血—再灌注損傷O2－.H2O2OH·脂質(zhì)過氧化蛋白質(zhì)及酶失活肌漿網(wǎng)鈣轉(zhuǎn)運蛋白↓質(zhì)膜通透性↑離子泵活性↓線粒體損傷收縮蛋白損傷Ca+敏感性↓鈣超載心肌收縮功能↓ATP生成↓

2.再灌注性心律失常(reperfusionarrhythmia)

多為室性心動過速和心室顫動。發(fā)生條件：再灌區(qū)存在功能上可恢復(fù)的心肌細(xì)胞；缺血時間長短；實驗證明，犬冠狀動脈阻斷后15～45min再灌注，心律失常的發(fā)生率最高，缺血時間過長或過短，其發(fā)生率都低。

缺血心肌的數(shù)量、缺血的程度、及再灌注回復(fù)的速度。心律失常（室性心動過速和室顫多見）心肌缺血-再灌注纖顫閾降低電解質(zhì)紊亂兒茶酚胺刺激ɑ受體心肌自律性↑折返形成ATP減少心肌損傷自由基鈣超載

缺血-再灌注性心律失常的發(fā)生機制

（二）心肌能量代謝變化能量合成障礙→

ATP↓原因：線粒體損傷合成ATP的底物不足

缺血-再灌注心肌出血壞死肌原纖維斷裂溶解、出現(xiàn)收縮帶線粒體損害細(xì)胞膜破裂（三）心肌超微結(jié)構(gòu)變化某些心肌纖維橫紋消失，而代之以粗的嗜酸性橫帶，稱之為收縮帶，是因心肌纖維強烈收縮使數(shù)個肌節(jié)滑動凝集在一起所致，是導(dǎo)致心室纖顫和猝死的形態(tài)學(xué)基礎(chǔ)。嚴(yán)重者橫帶更不整齊，橫帶之間肌漿凝集成顆粒狀、團(tuán)塊狀，甚至肌漿溶解，消失。

二、腦缺血-再灌注損傷的變化（一）腦缺血-再灌注損傷時細(xì)胞代謝的變化腦缺血腦內(nèi)ATP、葡萄糖cGMP乳酸、cAMP

再灌注cAMP

激活磷脂磷脂酶游離脂肪酸+自由基興奮性氨基酸↓抑制性氨基酸↑脂質(zhì)過氧化（二）腦缺血-再灌注損傷時組織學(xué)變化

膜脂質(zhì)過氧化→膜結(jié)構(gòu)破壞、鈉泵功能障礙→腦水腫、腦細(xì)胞壞死其它器官缺血-再灌注損傷的變化腸缺血-再灌注有害物質(zhì)進(jìn)入機體吸收障礙粘膜屏障通透性腸粘膜損傷腎缺血-再灌注急性腎功能衰竭急性腎小管壞死線粒體損害第四節(jié)缺血-再灌注損傷防治原則四、減輕鈣超載：鈣拮抗劑、鈣通道阻斷劑一、減輕缺血性損傷，控制再灌注條件二、改善缺血組織的代謝三、清除自由基減輕缺血性損傷，控制再灌注條件改善缺血組織的代