缺血再灌注損傷

本文格式為Word版，下載可任意編輯——缺血再灌注損傷缺血-再灌注損傷

機(jī)體組織器官正常代謝、功能的維持，有賴于良好的血液循環(huán)。各種原因造成

的局部組織器官的缺血，往往使組織細(xì)胞發(fā)生缺血性損傷（ischemiainjury），但在動物試驗和臨床觀測中也發(fā)現(xiàn)，在一定條件下恢復(fù)血液再灌注后，部分動物或患者細(xì)胞功能代謝障礙及結(jié)構(gòu)破壞不但未減輕反而加重，因而將這種血液再灌注后缺血性損傷進(jìn)一步加重的現(xiàn)象稱為缺血再灌注損傷（ischemia-reperfusioninjury）。

用低氧溶液灌注組織器官或在缺氧的條件下培養(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）。用無鈣溶液灌流大鼠心臟后，再用含鈣溶液進(jìn)行灌流時，心肌細(xì)胞的損傷反而加重，稱為鈣反常（calciumparadox）。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，但在再灌注時迅速改正缺血組織的酸中毒，反而會加重缺血再灌注損傷，稱為pH值反常（PHparadox）。

第一節(jié)缺血－再灌注損傷的原因及條件一、原因

（一）、組織器官缺血后恢復(fù)血液供應(yīng)如休克時微循環(huán)的疏通、冠狀動脈痙攣的緩解、心臟驟停后心腦肺復(fù)蘇等。

（二）、動脈搭橋術(shù)、PTCA、溶栓療法等血管再通術(shù)后，心臟外科體外循環(huán)術(shù)、器官移植及斷肢再植等。

二、條件

并不是所有缺血的組織器官在血流恢復(fù)后都會發(fā)生缺血-再灌注損傷，但大量因素可影響其發(fā)生發(fā)展和嚴(yán)重程度，常見的原因有：

（一）、缺血時間缺血時間的長短與再灌注損傷的發(fā)生與否相關(guān)，缺血時間過短或過長都不易發(fā)生再灌注損傷。例如：大鼠心肌缺血2min以內(nèi)或20min以上進(jìn)行再灌注，不易發(fā)生再灌注損傷；狗心肌缺血15min以內(nèi)或40min以上進(jìn)行再灌注，再灌注損傷不易發(fā)生，缺血15-20min再灌注，心肌再灌注損傷的發(fā)生率高達(dá)25%-50%。

（二）、側(cè)支循環(huán)缺血后側(cè)支循環(huán)簡單形成者，因可縮短缺血時間和減輕缺血程度，不易發(fā)生再灌注損傷，如肺臟。

（三）、需氧程度對氧需求量高的組織器官，如心、腦等，易發(fā)生再灌注損傷。（四）、再灌注條件一定程度的低壓、低溫（25℃）、低pH、低鈉、低鈣溶液灌流，可減輕組織器官的再灌注損傷、使其功能迅速恢復(fù)。反之，高壓、高溫、高鈉、高鈣灌注可誘發(fā)或加重再灌注損傷。

其次節(jié)缺血再灌注損傷的發(fā)活力制一、自由基的作用

（一）、自由基的概念及分類

自由基（freeradical）是指在外層電子軌道上具有單個不配對電子的原子、原子團(tuán)或分子的總稱，又稱游離基，如氯自由基（Cl·）、羥自由基（OH·）、甲基自由基（CH3·）等。自由基的種類好多，主要包括非脂性自由基和脂性自由基，前者主要指氧自由基。

1．氧自由基由氧誘發(fā)的自由基稱為氧自由基，屬于活性氧的一種，包括超氧陰離子和羥自由基。

過氧化氫本身不是自由基，是一種活性氧。H2O2在Fe2+或Cu2+的作用下可生成OH.或者通過H2O2的均裂產(chǎn)生OH.，這是H2O2造成細(xì)胞氧化應(yīng)激的主要機(jī)制。

單線態(tài)氧也不是自由基，而是激發(fā)態(tài)的分子氧，也屬于活性氧的范疇。

2．脂性自由基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，如烷自由基（R·），烷氧自由基（RO·），烷過氧自由基（ROO·）等。

3．其他如氯自由基（Cl·）、甲自由基（CH3·）和一氧化氮（NO）等。（二）、缺血-再灌注時氧自由基生成增多的機(jī)制

1．黃嘌呤氧化酶形成增多黃嘌呤氧化酶（xanthineoxidase，XO）及其前身為黃嘌呤脫氫酶（xanthinedehydrogenase,XD），二者主要存在毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)。正常時XD占90%，XO只占10%。當(dāng)組織缺血缺氧時，由于ATP生成減少，膜泵失靈，鈣離子進(jìn)入細(xì)胞增多，激活鈣依靠性蛋白酶，使XD大量轉(zhuǎn)變?yōu)閄O。同時因缺血缺氧，ATP依次分解為ADP、AMP、腺苷、肌苷和次黃嘌呤（hypoxanthine），而次黃嘌呤自身不能代謝生成黃嘌呤（xanthine），使XO的底物堆積。再灌注時，缺血組織重新得到氧，在缺血時大量蓄積的次黃嘌呤在XO的作用下形成黃嘌呤，繼而又催化黃嘌呤轉(zhuǎn)化為尿酸，這兩步反應(yīng)都是以分子氧作為電子受體，結(jié)果產(chǎn)生大量的O2·-和H2O2，O2·-和H2O2在金屬鐵參與下，形成OH·。

2．中性粒細(xì)胞的呼吸爆發(fā)中性粒細(xì)胞被激活時耗氧量顯著增加，其攝入O2的70%~90%在還原型輔酶Ⅱ氧化酶（NADPHoxidase）和還原型輔酶Ⅰ氧化酶（NADHoxidase）的催化下，接受電子形成氧自由基，以殺滅病原微生物。另外組織缺血可激活補(bǔ)體系統(tǒng)，或經(jīng)細(xì)胞膜分解產(chǎn)生多種具有趨化活性的物質(zhì)，如C3片段、白三烯等，吸引、激活中性粒細(xì)胞。再灌注期間組織重新獲得氧供應(yīng)，激活的中性粒細(xì)胞耗氧顯著增加，產(chǎn)生大量氧自由基，稱為呼吸爆發(fā)（respiratoryburst）或氧爆發(fā)（oxygenburst），可損傷組織細(xì)胞。

3．線粒體功能受損因缺血、缺氧使ATP減少，鈣進(jìn)入線粒體增多，使線粒體功能受損，細(xì)胞色素氧化酶系統(tǒng)功能失調(diào)，進(jìn)入細(xì)胞的氧經(jīng)4電子還原成水減少，而經(jīng)單電子還原生成氧自由基增多。而鈣離子進(jìn)入線粒體可使錳~超氧化物歧化酶減少，對自由基的清除能力降低，使氧自由基生成進(jìn)一步增加。

4．兒茶酚胺自身氧化增加各種應(yīng)激性刺激，包括缺血、缺氧，均可使交感腎上腺髓質(zhì)系統(tǒng)興奮產(chǎn)生大量的兒茶酚胺。兒茶酚胺一方面具有重要的代償調(diào)理作用，另一方面在單胺氧化酶的作用下，通過自氧化可產(chǎn)生大量的自由基。

（三）、自由基對細(xì)胞的損傷作用

1．對膜磷脂的損傷作用①破壞膜的組分，使膜磷脂減少，膜膽固醇和膽固醇/磷酸比值增加；②由于膜組分改變使膜的滾動性降低；③使與膜結(jié)合的酶的巰基氧化，導(dǎo)致酶活性下降；④形成新的離子通道，當(dāng)細(xì)胞膜兩層磷脂中的磷脂過氧化氫沿膜長軸以相互吸引的方向作用時，同一層的磷脂過氧化氫聚集，并進(jìn)一步形成跨膜過氧化物，從而形成新的離子通道。⑤使膜脂質(zhì)和蛋白質(zhì)之間、蛋白質(zhì)和蛋白質(zhì)之間交聯(lián)或聚合，促進(jìn)膜損傷；⑥促進(jìn)“脂質(zhì)三聯(lián)體〞（lipidtriad）形成。膜脂質(zhì)過氧化、磷脂酶活化及過量的有利脂肪酸和溶血磷脂的“去污劑〞作用（即具有破壞膜結(jié)構(gòu)和功能的作用）合稱“脂質(zhì)三聯(lián)體〞的作用。膜脂質(zhì)過氧化能促進(jìn)“脂質(zhì)三聯(lián)體〞的形成，由于膜脂質(zhì)過氧化能使細(xì)胞內(nèi)Ca2+含量增加，促進(jìn)磷脂酶活化。磷脂酶活化水解膜磷脂導(dǎo)致了溶血磷脂及游離脂肪酸的聚集，進(jìn)而引起細(xì)胞膜的損傷。此外自由基還可減少ATP生成，導(dǎo)致線粒體的功能抑制，使細(xì)胞的能量代謝障礙加重。

2．對蛋白質(zhì)的損傷作用自由基可引起蛋白質(zhì)的交聯(lián)、聚合和肽鏈的斷裂，也可使蛋白質(zhì)與脂質(zhì)結(jié)合形成聚合物，從而使蛋白質(zhì)功能喪失。

3．對核酸的破壞作用自由基可作用于DNA，與堿基發(fā)生加成反應(yīng)，而造成對堿基的修飾，從而引起基因突變；并可從核酸戊糖中奪取氫原子而引起DNA鏈的斷裂。自由基還可引起染色體的畸變和斷裂。

4．對細(xì)胞外基質(zhì)的破壞自由基可使細(xì)胞外基質(zhì)中的膠原纖維的膠原蛋白發(fā)生交聯(lián)，使透明質(zhì)酸降解，從而引起基質(zhì)變得疏松，彈性下降。

二、鈣超載的作用

各種原因引起的細(xì)胞內(nèi)鈣濃度明顯增多并導(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（calciumoverload）。

（一）、細(xì)胞內(nèi)鈣超載的發(fā)活力制

1．Na+/Ca2+交換異常生理條件下，Na+/Ca2+交換蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)方向是將細(xì)胞內(nèi)Ca2+運(yùn)出細(xì)胞，與細(xì)胞膜鈣泵共同維持心肌細(xì)胞靜息狀態(tài)的低鈣濃度。Na+/Ca2+交換蛋白以3個Na+交換1個Ca2+的比例對細(xì)胞內(nèi)外Na+、Ca2+進(jìn)行雙相轉(zhuǎn)運(yùn)。Na+/Ca2+交換蛋白的活性主要受跨膜Na+濃度的調(diào)理，此外還受Ca2+、ATP、Mg2+、H+濃度的影響。已有大量的資料證明，Na+/Ca2+交換蛋白是缺血-再灌注損傷和鈣超載時鈣離子進(jìn)入細(xì)胞的主要途徑。

(1)細(xì)胞內(nèi)高Na+對Na+/Ca2+交換蛋白的直接激活作用：缺血使細(xì)胞內(nèi)ATP含量減少，鈉泵活性降低，造成細(xì)胞內(nèi)鈉含量增高。再灌注時缺血的細(xì)胞重新獲得氧及營養(yǎng)物質(zhì)供應(yīng)，細(xì)胞內(nèi)高Na+除激活鈉鉀泵外，還迅速激活Na+/Ca2+交換蛋白，以加速Na+向細(xì)胞外轉(zhuǎn)運(yùn)，同時將大量Ca2+轉(zhuǎn)入細(xì)胞內(nèi)，造成細(xì)胞內(nèi)Ca2+超載。

(2)細(xì)胞內(nèi)高H+對Na+/Ca2+交換蛋白的間接激活作用：質(zhì)膜Na+/H+交換蛋白主要受細(xì)胞內(nèi)H+濃度的變化，以1:1的比例將細(xì)胞內(nèi)的H+排出胞外，而將Na+攝

入細(xì)胞，這是維持細(xì)胞內(nèi)PH穩(wěn)定的重要機(jī)制。缺血缺氧期，由于細(xì)胞的無氧代謝加強(qiáng)使H+生成增加，組織間液和細(xì)胞內(nèi)液PH明顯降低。再灌注使組織間液H+濃度迅速下降，而細(xì)胞內(nèi)H+濃度很高，形成跨膜H+濃度梯度。細(xì)胞膜兩側(cè)H+濃度差可激活心肌Na+/H+交換蛋白，促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)H+排出，而使細(xì)胞外Na+內(nèi)流。假使內(nèi)流的Na+不能被鈉泵充分排出，細(xì)胞內(nèi)高Na+可繼發(fā)性激活Na+/Ca2+交換蛋白，促進(jìn)Ca2+內(nèi)流，加重細(xì)胞鈣超載。

(3)蛋白激酶C（PKC）活化對Na+/Ca2+交換蛋白的間接激活作用：生理條件下，心功能主要受β腎上腺素能受體調(diào)理，α1腎上腺素能受體的調(diào)理作用較小。但缺血-再灌注損傷時，內(nèi)源性兒茶酚胺釋放增加，α1腎上腺素能受體的調(diào)理相對起重要作用。α1腎上腺素能受體激活G蛋白-磷脂酶C（PLC）介導(dǎo)的細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，促進(jìn)磷脂酰肌醇分解，生成三磷酸肌醇（IP3）和甘油二脂（DG），促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)Ca2+的釋放；DG經(jīng)激活PKC促進(jìn)Na+/H+交換，進(jìn)而促進(jìn)Na+/Ca2+交換，使胞漿Ca2+濃度增加。

2．生物膜損傷

(1)細(xì)胞膜損傷：生理狀況下，細(xì)胞膜外板和糖被膜（glycocalyx）由Ca2+緊湊聯(lián)結(jié)在一起。①當(dāng)Ca2+反常時，可使細(xì)胞糖被膜受損；②當(dāng)細(xì)胞缺血缺氧時可導(dǎo)致細(xì)胞膜受損、破碎；③心肌缺血缺氧時，一方面使交感-腎上腺髓質(zhì)系統(tǒng)興奮，血中兒茶酚胺含量增加。兒茶酚胺能產(chǎn)生氧自由基，從而損傷細(xì)胞膜；另一方面，心肌缺血部位α腎上腺素能受體上調(diào)，α腎上腺素能受體興奮可導(dǎo)致Ca2+內(nèi)流增加。

(2)線粒體及肌漿網(wǎng)膜損傷：自由基增加和膜磷脂分解加強(qiáng)可造成肌漿網(wǎng)膜損傷，鈣泵功能抑制使肌漿網(wǎng)攝Ca2+減少，胞漿Ca2+濃度升高。線粒體損傷抑制氧化磷酸化過程，使ATP生成減少，細(xì)胞膜和肌漿網(wǎng)膜鈣泵能量供應(yīng)不足，促進(jìn)鈣超載的發(fā)生。

（二）、鈣超載引起再灌注損傷的機(jī)制

1．線粒體功能障礙再灌注后，胞漿中Ca2+濃度大量增加，可刺激線粒體和肌漿網(wǎng)的鈣泵攝取鈣，使胞漿中的Ca2+向線粒體和肌漿網(wǎng)中轉(zhuǎn)移。這在再灌注早期具有一定的代償意義，可減少胞漿中鈣超載的程度。但細(xì)胞內(nèi)鈣增多使肌漿網(wǎng)及線粒體消耗大量ATP；同時，線粒體內(nèi)的Ca2+離子與含磷酸根的化合物反應(yīng)形成磷酸鈣，干擾線粒體氧化磷酸化，使能量代謝障礙，ATP生成減少。二者均使細(xì)胞能量供應(yīng)不足。

2．激活磷脂酶細(xì)胞內(nèi)Ca2+超載可激活多種磷脂酶，促進(jìn)膜磷脂的分解，使細(xì)胞膜及細(xì)胞器膜均受到損傷。此外，膜磷脂的降解產(chǎn)物花生四烯酸、溶血磷脂等增多，增加了膜的通透性，進(jìn)一步加重膜的功能紊亂。

3．通過Na+/Ca2+交換蛋白形成一過性內(nèi)向離子流（transicentinwardcurrent）在心肌動作電位后形成遲后除極（delayedafterdepolarization）而引起心律失常。

4．促進(jìn)自由基形成細(xì)胞內(nèi)鈣超載使鈣依靠性蛋白水解酶活性增高，促進(jìn)黃嘌呤脫氫酶轉(zhuǎn)變?yōu)辄S嘌呤氧化酶，使自由基生成增多，損害組織細(xì)胞。

5．使肌原纖維攣縮、斷裂，生物膜機(jī)械損傷，細(xì)胞骨架破壞其發(fā)活力制為：①缺血-再灌注使缺血細(xì)胞重新獲得能量供應(yīng)，在胞漿存在高濃度Ca2+的條件下，肌原纖維發(fā)生過度收縮。這種肌纖維過度甚至不可逆性縮短可損傷細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)，引起心肌纖維斷裂；②再灌注使缺血期堆積的H+迅速移出，減輕或消除了H+對心肌收縮的抑制作用。

三、白細(xì)胞的作用（一）、白細(xì)胞增加的機(jī)制

1．趨化物質(zhì)的作用組織缺血使細(xì)胞膜受損，再灌注損傷可使膜磷脂降解，花生四烯酸代謝產(chǎn)物增多，其中有些物質(zhì)，如白三烯具有很強(qiáng)趨化作用，吸引大量的白細(xì)胞進(jìn)入組織或吸附于血管內(nèi)皮。白細(xì)胞與血管內(nèi)皮細(xì)胞粘附后進(jìn)一步被激活，本身也釋放具有趨化作用的炎癥介質(zhì)，如白三稀B4（LB4），使微循環(huán)中白細(xì)胞進(jìn)一步增多。

2．細(xì)胞粘附分子的作用粘附分子（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。試驗發(fā)現(xiàn)，在缺血組織內(nèi)已有白細(xì)胞聚集，其數(shù)量可隨缺血時間的延長而增加；再灌注早期（數(shù)秒-數(shù)分鐘），血管內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)原先儲存的一些蛋白質(zhì)前體被激活，釋放多種細(xì)胞粘附分子。

（二）、白細(xì)胞對組織損傷作用的機(jī)制

1．對血液流變學(xué)的作用試驗證明，在缺血和再灌注早期白細(xì)胞即粘附于內(nèi)皮細(xì)胞上，隨后有大量血小板沉積和紅細(xì)胞緡錢狀聚集，造成毛細(xì)血管阻塞。試驗說明，紅細(xì)胞解聚遠(yuǎn)較白細(xì)胞與內(nèi)皮細(xì)胞粘附的分開簡單，提醒白細(xì)胞粘附是微血管阻塞的主要原因。