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(shí)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(bào)道，結(jié)扎狗冠脈后，如突然解除結(jié)扎恢復(fù)血流，部分動(dòng)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(bào)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(dòng)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(zhǎng)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(shí)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(hào)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(shí)迅速糾正缺血組織的酸中毒，反而會(huì)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(shí)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(gè)不配對(duì)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(chǎng)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(dòng)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(shí)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(gè)條件：

XO

次黃嘌呤

O2OH·正常時(shí)：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(shí)：ATP↓→Ca2+入胞↑→↓

ATP→ADP→AMP→腺苷、肌苷→次黃嘌呤再灌注時(shí)：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(shí):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(rùn)。

再灌時(shí)：浸潤(rùn)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(dòng)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(hào)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(shí)進(jìn)入細(xì)胞的主要途徑）正常：3個(gè)Na+

1個(gè)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(shí)：無氧代謝↑→產(chǎn)生H+增多再灌時(shí)：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(shí)H+↓H+↑Na+↑Ca2+↑缺血時(shí)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(shí)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(hào)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(shí)放開結(jié)扎動(dòng)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(shí)機(jī)體的功能及代謝變化一、IRI對(duì)心功能的影響

再灌注性心律失常心肌動(dòng)作電位時(shí)程不均一心肌動(dòng)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(duì)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(duì)心功能的影響1968年由Ames率先報(bào)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