第八章缺血-再灌注損傷

（Ischemia-reperfusioninjury)新疆醫科大學病理生理學教研室一、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基礎本章教學內容本章教學要求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。【案例10-1】患者男，48歲。因胸痛約1小時入院。經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、心電監護，同時急查心肌酶、凝血因子、電解質、血常規等。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分鐘時心電監護顯示出現室性早搏、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，監護顯示漸為竇性心律、血壓達正常范圍。復查心電圖為廣泛前壁心肌梗死。【思考題】

為什么患者在溶栓治療胸疼癥狀消失后又出現嚴重的心律失常、血壓下降?1９５５年，Sewell結扎狗冠狀動脈后，如突然解除結扎，恢復血流，部分動物室顫而死亡，臨床類同簡史認識就從這簡單現象開始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，發現其中89例病人因復發室顫而死亡。尸檢未發現新的血栓與栓塞情況。作者認為再灌注所致。１９6７年，Bulkley

和Hutchins發現冠脈搭橋血管再通后的病人發生心肌細胞反常性壞死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：在缺血的基礎上恢復血流后，組織器官的損傷反而加重的現象

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

休克、DIC微循環再通冠脈解痙、各種動脈搭橋術心腦血管栓塞再通（溶栓治療、自然再通）心肺手術體外循環后心肺復蘇斷肢再植、器官移植血供恢復等缺血-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，心肌細胞損傷加重氧反常（oxygenparadox)

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

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

一原因

先缺血，后復灌二影響因素

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發生機制

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平衡，對機體并無有害影響。氧自由基：由氧誘發的自由基。活性氧：化學性質較基態氧活潑的含氧物質活性氧的生成：活性氧氧自由基非自由基的含氧產物單線態氧(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-：亞硝基陰離子體內兩大抗氧化防御系統

低分子清除劑

胞漿：還原性輔酶Ⅱ細胞內外水相：半胱氨酸、VitC、谷胱甘肽細胞脂質：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.中性粒細胞激活（白細胞源性）細胞缺血補體激活C3膜磷脂分解白三烯激活再灌注時O2NADPH、NADH

活性氧大量白細胞呼吸爆發(respiratoryburst)氧自由基缺血缺氧ATPCa2+進入線粒體線粒體功能受損細胞色素氧化酶系統功能失調4價還原H2O單電子還原線粒體3.線粒體功能障礙O2Adr甲基轉移酶單胺氧化酶香草扁桃酸（正常代謝）腎排出應激時80%O2腎上腺素紅O-2·4.兒茶酚胺自由基的損傷作用1．膜脂質過氧化(1ipidperoxidation)增強磷脂膜膜內多價不飽和脂肪酸①破壞膜的正常結構。②改變血管的正常功能。③促進自由基及其它生物活性物質生成。④減少ATP生成。2．蛋白質功能抑制3．破壞核酸及染色體線粒體膜脂質過氧化不飽和脂肪酸／蛋白質的比例失調，膜的液態性、流動性降低，通透性增加，細胞外Ca2＋內流增加；膜脂質過氧化可激活磷脂酶C、磷脂酶D→花生四烯酸代謝反應→增加自由基生成和脂質過氧化→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+反應性降低，抑制心肌收縮力。肌漿網鈣轉運蛋白受損，鈣調節異常。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并使其結構改變。脂質過氧化使膜脂質之間形成交聯和聚合離子泵：鈉鈣內流信號傳遞蛋白：（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-蛋白質交聯脂質-蛋白質交聯二硫交聯蛋白質斷裂氨基酸氧化脂肪酸氧化脂質-脂質交聯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+

——細胞內鈣積聚Ca2+泵Ca2+Ca2+各種原因引起的細胞內鈣含量異常增多并導致細胞結構損傷和功能代謝障礙的現象稱為鈣超載，嚴重者可造成細胞死亡。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+內流●細胞內高鈉對Na+/Ca2+交換蛋白的直接激活●細胞內高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胞內酸中毒，再灌注時細胞外酸中毒被緩解，H+外流增加→鈉內流增加→細胞內鈉增加→進而激活鈉鈣交換→鈣內流增加。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Ca2+內流

ACcAMPPKACa2+ATPβ兒茶酚胺2.生物膜損傷細胞膜損傷膜通透性Ca2+內流原因：缺氧、自由基、鈣激活磷脂酶肌漿網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+與鈣調蛋白結合增多

蛋白水解酶核酸內切酶磷脂酶促進膜磷脂分；膜磷脂降解產物花生四烯酸、溶血磷脂等增多Ca2+向線粒體轉移：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、白細胞的作用無復流現象(no-reflowphenomenon)

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

molecules,AM）

是指介導細胞與細胞間或細胞與基質間相互接觸和結合的一類分子，大都為糖蛋白，分布于細胞表面或細胞外基質（extracellular

matrix,ECM）中。

目前按粘附分子的結構特點，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通過表達于白細胞粘附分子CD11a/CD18、CD11b/CD18、

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

homing

receptor,LHR)、L-selectin、CLA、LFA-1、VLA-4、CD44、LPAM-2分別與表達于血管內皮細胞上的定居素（addressin）PNAd、E-selectin、ICAM-1、ICAM-2、VCAM-1、MAd、CAM相互粘附使淋巴細胞向外周淋巴器官，皮膚炎癥部位或粘膜相關淋巴組織的回歸；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類分子非多態部分、CD8/MHC1類分子非多態部分LFA-1/ICAM-1、LFA-2/LFA-3、CD28/B7的相互作用參與免疫應答中APC呈提抗原、抗原識別、免疫細胞相互協作以及CTL殺傷靶細胞等多個環節；

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胞外基質的粘附，參與細胞的發育、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、轉移有關；⑥通過血小板表達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）血管內皮細胞與中性粒的損傷作用

1．微血管損傷激活的中性粒細胞與血管內皮細胞相互作用所致。

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

缺血-再灌注白細胞沿血管內皮細胞表面滾動白細胞粘附內皮細胞血管腔變窄阻塞化學趨化介質血小板和紅細胞的聚集（+）（2）微血管口徑的改變損傷的血管內皮腫脹縮血管物質擴血管物質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胞粘附

微血管通透性增高2．細胞損傷中性粒細胞與血管內皮細胞被激活

大量生物活性物質（自由基、蛋白酶）

損害組織細胞缺血-再灌注時缺血-再灌注損傷的主要發病機制缺血細胞壞死再灌注O2氧自由基中性粒細胞Ca2+鈣超載細胞損傷無復流致炎因子缺血損傷恢復第三節缺血-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）↑●心室內壓最大變化速率（±dp/dtmax

）↓●心肌頓抑（myocardialstunning）

是指缺血心肌在恢復血液灌注后一段時間內出現可逆性收縮功能降低的現象。

特點：心肌并沒有發生壞死；一定時間后收縮性可以完全恢復正常。胞漿Na+超載Na+/Ca2+交換↑可逆性缺血—再灌注損傷O2－.H2O2OH·脂質過氧化蛋白質及酶失活肌漿網鈣轉運蛋白↓質膜通透性↑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。發生條件：再灌區存在功能上可恢復的心肌細胞；缺血時間長短；實驗證明，犬冠狀動脈阻斷后15～45min再灌注，心律失常的發生率最高，缺血時間過長或過短，其發生率都低。

缺血心肌的數量、缺血的程度、及再灌注回復的速度。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、出現收縮帶線粒體損害細胞膜破裂（三）心肌超微結構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個肌節滑動凝集在一起所致，是導致心室纖顫和猝死的形態學基礎。嚴重者橫帶更不整齊，橫帶之間肌漿凝集成顆粒狀、團塊狀，甚至肌漿溶解，消失。

二、腦缺血-再灌注損傷的變化（一）腦缺血-再灌注損傷時細胞代謝的變化腦缺血腦內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↑脂質過氧化（二）腦缺血-再灌注損傷時組織學變化

膜脂質過氧化→膜結構破壞、鈉泵功能障礙→腦水腫、腦細胞壞死其它器官缺血-再灌注損傷的變化腸缺血-再灌注有害物質進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