醫(yī)學(xué)教程 缺血再灌注損傷

第十二章缺血-再灌注損傷ischemia-reperfusioninjuryIRI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MIRI概念1968年Ames腦IRI1972年Flore腎IRI1978年Modry肺IRI1981年Greenberg腸IRI

目前，IRI成為溶栓療法、搭橋術(shù)、斷肢再植、器官移植等醫(yī)療措施成敗的關(guān)鍵因素之一。IRI的概念定義在一定時間缺血性損傷的基礎(chǔ)上，恢復(fù)缺血組織血流灌注后引起更為嚴(yán)重的損傷。特點(diǎn)：反常現(xiàn)象氧反常鈣反常pH反常組織器官缺血結(jié)構(gòu)受損功能障礙結(jié)構(gòu)修復(fù)功能恢復(fù)恢復(fù)血液供應(yīng)（缺血性損傷）結(jié)構(gòu)功能損傷加重氧反常：預(yù)先用低氧溶液灌注組織器官或在缺氧條件下培養(yǎng)細(xì)胞一段時間后，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，稱為氧反常

（oxygenparadox）。鈣反常：以無鈣溶液灌流離體大鼠心臟2min后再以含鈣溶液灌注時，出現(xiàn)了心肌電信號異常、心肌功能、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（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，再灌注時迅速糾正缺血組織的酸中毒，反而加重細(xì)胞的損傷，稱為pH反常（

pHparadox）。第一節(jié)

缺血-再灌注損傷的原因及影響因素一、IRI常見原因（Etiology）—在組織器官缺血基礎(chǔ)上的血液再灌注。組織器官缺血后恢復(fù)血液供應(yīng)一些新的醫(yī)療技術(shù)的應(yīng)用如動脈搭橋術(shù)溶栓療法經(jīng)皮腔內(nèi)冠脈血管成形術(shù)等

體外循環(huán)下心臟手術(shù)

斷肢再植和器官移植等IRI影響因素（條件）缺血時間是影響缺血-再灌注損傷的首要因素。譬如：心肌缺血5

10分鐘恢復(fù)血流后易發(fā)生IRI側(cè)枝循環(huán)側(cè)枝循環(huán)形成越早或側(cè)枝循環(huán)豐富的器官不容易出現(xiàn)IRI需氧程度耗氧耗能較多的組織對缺氧敏感（對缺氧不耐受）。譬如：心臟和腦組織再灌注時條件高壓、高溫、高pH高鈉、高鈣第二節(jié)缺血再灌注損傷的發(fā)生機(jī)制

(Pathogenesis)再灌注期：自由基損傷作用鈣超載白細(xì)胞損傷作用微循環(huán)作用缺血期：

ATP合成減少細(xì)胞內(nèi)酸性分解代謝產(chǎn)物增多(H+)一、自由基的損傷作用（一）概述1.概念與分類自由基（freeradical）

—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，也稱游離基。自由基的外層電子軌道的不配對電子狀態(tài)使其極易發(fā)生氧化（失去電子)或還原反應(yīng)（獲得電子）

自由基的特性存在時間短高度化學(xué)活潑性氧化性強(qiáng)。自由基分類氧自由基（

Oxygenfreeradical）脂性自由基（

Lipidradicals）氮自由基（

Reactivenitrogenspecies）

3.自由基的清除超氧陰離子自由基（superoxideanion）羥自由基（hydroxylradical）OH?氧自由基氧自由基（oxygenfreeradical,OFR）由氧誘發(fā)的自由基稱為氧自由基(oxygen-derivedfreeradical）O·-2形成：⑴自然氧化如CytC、Hb、Mb及CA等的自然氧化

HbFe2+HbFe3++⑵酶氧化XO、NADPH氧化酶、醛氧化酶⑶線粒體生成的主要場所之一正常:O2+4e+4H+→H2O+ATP（1-2%)O2+e→+e+2H+→H202+e+H+→OH·+e+H+→H20⑷毒物作用CCL4、百草枯（除草劑）H20O2·-的生成是其他自由基或活性氧生成的基礎(chǔ)OH·的生成

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

O2·-+H2O2OH-+OH·+O2Fenton反應(yīng)：

O2·-

H2O2OH·

+OH-

OH·是活性氧中毒性最強(qiáng)的一種SODSODFe2+Fe3+

ROS分類（classoficationofROS）氧自由基脂性自由基ROS非自由基活性氧自由基活性氧

【活性氧】(reactiveoxygenspecies,ROS）

包括:

自由基活性氧非自由基性氧代謝產(chǎn)物（1O2及H2O2

)H2O2,1O2,ONOO-

氧自由基與多聚不飽和脂肪酸發(fā)生脂質(zhì)過氧

化的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)后生成的中間代謝產(chǎn)物。烷自由基（L?）烷氧自由（LO?）烷過氧自由基（LOO?）脂性自由基脂性自由基（lipidradicals）一氧化氮（NO）過氧亞硝基陰離子（ONOO-）RNS●分類

在分子組成上含有氮的一類化學(xué)性質(zhì)非?；顫姷奈镔|(zhì)。也稱活性氮。氮中心自由基（reactivenitrogenspecies,RNS）（二）自由基增多機(jī)制1.

黃嘌呤氧化途徑

inVEC2.吞噬細(xì)胞呼吸爆發(fā)過程產(chǎn)生大量自由基缺血時: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)胞耗氧量顯著增加↑：

NADPH+2O22O2·-

+NADP++H+

NADH+O2+2H+H2O2+NAD+NADPH氧化酶NADH氧化酶

3.線粒體電子傳遞鏈?zhǔn)軗p是自由基的主要來源之一95%O2細(xì)胞色素C氧化酶O2H2O【正?！?e-O2

OFR【缺血】2%O2

電子受體和傳遞電子↓4e-95%O2呼吸鏈酶活性↓O2H2O↓【再灌注】e-OFR↑Ca2+超載╳4.兒茶酚胺代謝異常缺血

應(yīng)激再灌注交感腎上腺髓質(zhì)系統(tǒng)興奮

兒茶酚胺類

5.NOS參與自由基釋放正常：L-精氨酸NOBH4eNOS缺血-再灌注：BH4

eNOSNO,2O2·-

（脫偶聯(lián)）

缺血-再灌注時自由基產(chǎn)生途徑黃嘌呤氧化酶途徑（三）自由基損傷作用-

氧化應(yīng)激（oxidativestress）膜脂質(zhì)過氧化增強(qiáng)（lipidperoxidation）

生物膜是自由基攻擊主要部位。

脂肪酸、芳香環(huán)的不飽和鍵

OFR（ROS）

脂質(zhì)過氧化

（非酶性氧化）

細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)損傷和破壞

膜通透性

【細(xì)胞膜損傷形式】膜結(jié)構(gòu)破壞膜脂質(zhì)過氧化膜不飽和性異常膜流動性↓、通透性↑膜蛋白功能抑制受體失活、泵失靈信號傳遞障礙線粒體功能受損

ATP生成減少（三）自由基損傷作用（續(xù)）細(xì)胞內(nèi)Ca2+超載（Ca2+overload）蛋白質(zhì)變性和酶活性降低蛋白失活機(jī)制破壞酶的活性中心－巰基破壞酶活性所必需的脂質(zhì)微環(huán)境酶之間形成多聚物攻擊酶活性中心部位的氨基酸激活磷脂酶A2

PG、LT生成↑

炎癥反應(yīng)加?。ㄈ┳杂苫鶕p傷作用（續(xù)）DNA損傷和染色體畸變

胸腺嘧啶5，6-雙鍵

胸腺嘧啶自由基OH?（占80%活性氧）加成反應(yīng)堿基發(fā)生修飾、斷裂、交聯(lián)染色體畸變、斷裂鈣超載（CalciumOverload)定義：

各種原因引起的細(xì)胞內(nèi)游離Ca2+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、嚴(yán)重者可造成細(xì)胞死亡的現(xiàn)象，稱為鈣超載。鈣超載（續(xù)）正常細(xì)胞內(nèi)Ca2+穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)Ca2+進(jìn)入胞液途徑質(zhì)膜鈣通道電壓依賴性Ca2+通道受體操縱性Ca2+通道細(xì)胞內(nèi)鈣庫釋放通道Ca2+離開胞液的途徑Ca2+泵Na+-Ca2+交換Ca2+-H+交換。鈣超載的機(jī)制細(xì)胞膜通透性

鈣超載（續(xù)）

■缺血胞膜外板與糖被分離胞膜通透性↑膜磷脂降解↑激活PLA2

胞漿內(nèi)[Ca2+]↑

微管和微絲收縮細(xì)胞膜通透性↑心肌間緊密連接破壞■再灌注Ca2+大量進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)

OFR↑

細(xì)胞膜脂質(zhì)過氧化↑細(xì)胞膜通透性↑胞漿內(nèi)Ca2+超載2.Na+-Ca2+交換異常（disorderofNa+/Ca2+exchange）■缺血胞內(nèi)pH↓■再灌注Na+-H+交換↑胞內(nèi)Na+↑Na+-Ca2+交換細(xì)胞外Ca2+內(nèi)流↑

鈣超載

3．線粒體損傷（mitochondrialinjury）胞內(nèi)游離鈣↑

ROS↑

線粒體膜損傷ATP生成↓鈣泵活性4．兒茶酚胺增多（Catecholamine,CA）

G蛋白-磷脂酶C↑IP3↑肌漿網(wǎng)Ca2通道開放↑■CA↑

α受體DG↑

激活PKCNa+-H+交換、Na+-Ca2+交換↑

鈣超載胞漿[Ca2+]↑β受體■CA↑

L型鈣通道開放細(xì)胞內(nèi)鈣超載機(jī)制

鈣超載（續(xù)）鈣超載引起細(xì)胞損傷的機(jī)制線粒體功能障礙

線粒體內(nèi)Ca++

線粒體內(nèi)磷酸鈣沉積ATP合成激活鈣依賴性降解酶胞漿內(nèi)[Ca++]PLA2激活膜磷脂水解和受損

蛋白酶、核酸內(nèi)切酶激活細(xì)胞損傷鈣超載引起細(xì)胞損傷的機(jī)制促進(jìn)氧自由基生成

肌原纖維攣縮和細(xì)胞骨架破壞心律失常

鈣超載

激活Ca2+依賴性蛋白酶XD

環(huán)加氧酶、脂加氧酶XOOFR↑PLA2激活

花生四烯酸↑

H2O2和OH?↑缺血-再灌注損傷導(dǎo)致細(xì)胞死亡機(jī)制

白細(xì)胞的損傷作用缺血:WBC聚集再灌注：PMN

表達(dá)p-選擇素及

-整合素

（細(xì)胞間粘附分子，CAM)PMN與VEC粘附PMN活化釋放趨化因子

（LTB4、PGE2、PAF、補(bǔ)體)↑

WBC聚集↑

損傷？四、微循環(huán)障礙缺血：血液灌注量

再灌注：無復(fù)流現(xiàn)象（no-reflowphenomenon）解除缺血原因并沒使缺血區(qū)得到充分血流灌注的反?，F(xiàn)象。機(jī)制：增多、激活的中性粒細(xì)胞與血管內(nèi)皮細(xì)胞之間的相互作用改變了微血管內(nèi)血液流變學(xué)。激活的中性粒細(xì)胞與血管內(nèi)皮細(xì)胞之間的相互作用造成微血管結(jié)構(gòu)損傷。內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙導(dǎo)致的微血管收縮-舒張失調(diào)使微血管功能障礙得以維持。IRI發(fā)生機(jī)制小結(jié)白細(xì)胞與微循環(huán)障礙是缺血-再灌注損傷引起各臟器功能障礙的關(guān)鍵原因。缺血-再灌注損傷基本機(jī)制主要是自由基、細(xì)胞內(nèi)鈣超載、白細(xì)胞及微循環(huán)障礙的共同作用。自由基是損傷機(jī)制學(xué)說中重要的啟動因素。細(xì)胞內(nèi)鈣超載是細(xì)胞不可逆性損傷的共同通路。第三節(jié)主要器官組織IRIIRI時局部組織器官的功能代謝均受到影響Ischemia-reperfusioninjuryinbrainIschemia-reperfusioninjuryinlungIschemia-reperfusioninjuryinotherorgansIschemia-reperfusioninjuryinheart第三節(jié)主要器官組織IRI心臟缺血-再灌注損傷（MIRI)心功能改變心肌頓抑（MyocardialStunning),遲呆心肌

指心肌短時間缺血后恢復(fù)再灌一段時間內(nèi)心肌出現(xiàn)的可逆性收縮功能降低的現(xiàn)象。心肌短暫急性缺血再灌注后心肌細(xì)胞雖未發(fā)生壞死，但結(jié)構(gòu)、功能及代謝發(fā)生變化，處于“昏厥”狀態(tài)自由基的作用和鈣超載是心肌頓抑的主要機(jī)制再灌注性心律失常(Arrhythmia)發(fā)生率約高達(dá)80%主要以室性心動過速和心室顫動為主發(fā)生機(jī)制：

ATP減少，KATP激活，鉀內(nèi)向整流

Em負(fù)值變小、電位震蕩、早期后除極Na+-Ca2+交換蛋白反向轉(zhuǎn)運(yùn)，平臺期進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)的Ca2+增加，出現(xiàn)心肌動作電位后短暫除極，易造成傳導(dǎo)減慢缺血心肌與正常心肌之間傳導(dǎo)性和不應(yīng)期差異，易形成興奮折返再灌注血流將細(xì)胞外的K+、乳酸等代謝產(chǎn)物沖走，也會暫時影響周圍的電生理特性。心電圖變化（changeofECG）缺血：ST段抬高，R波振幅增加。再灌注損傷：R波振幅迅速降低，ST段高度恢復(fù)到原水平，Q波重新出現(xiàn)，由竇性心律轉(zhuǎn)變?yōu)樾氖翌潉印?/p>

比較心肌缺血損傷和再灌注損傷

心肌再灌注損傷的始動環(huán)節(jié)是能量代謝障礙，而直接損傷因素是ROS，其結(jié)果導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)鈣超載，并形成惡性循環(huán)。MIRI對心肌代謝的影響線粒體受損能量合成↓再灌注底物沖走高能磷酸化合物↓MIRI對心肌超微結(jié)構(gòu)的影響細(xì)胞膜破壞線粒體腫脹，嵴斷裂，溶解，空泡形成肌原纖維斷裂心肌出血、壞死二、腦缺血-再灌注損傷對代謝的影響缺血：ATP、CP產(chǎn)生↓↓胞膜泵功能↓細(xì)胞內(nèi)酸中毒再灌注損傷：ROS↑膜損傷、細(xì)胞水腫細(xì)胞功能↓鈣超載激活磷脂酶A2膜磷脂降解和游離花生四烯酸↑激活蛋白酶微管解聚N元骨架破壞突觸前膜與后膜的蛋白質(zhì)過度磷酸化N末梢去極化障礙對腦功能的影響：腦電圖變化：缺血病理性慢波再灌注慢波持續(xù)并加重發(fā)生機(jī)制：興奮性aa(Glu,Asp)↓；

抑制性aa(