1、病理生理學十缺血再灌注損傷缺血-再灌注損傷Ischemia-reperfusion injury 第一節 概述一、 概念 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稱為缺血-再灌注損傷ischemia reperfusion injury（IRI）。 IRI研究概況： 1955年 Sewell報道，結扎狗冠脈后，如突 然解除結扎恢復血流，部分動物立 即發生室顫而死亡。 1960年 Jennings第一次提出了MIR概念1968年 Ames率先報道了腦IRI1972年 Flore 腎IRI1978年 Modry 肺IRI1981年 Greenberg 腸IRI氧反常：用低氧溶液灌注組

2、織器官或在缺氧條件下培養細胞一定時間后，再恢復正常氧供應，組織及細胞的損傷不僅未能恢復，反而更趨嚴重，這種現象稱為氧反常oxygen paradox。鈣反常：預先用無鈣溶液灌流大鼠離體心臟2分鐘，再用含鈣溶液進行灌流，心肌細胞酶釋放增加，肌纖維過度收縮及心肌電信號異常，稱為鈣反常calcium paradox。pH反常：缺血引起的代謝性酸中毒是細胞功能及代謝紊亂的重要原因，但在再灌注時迅速糾正缺血組織的酸中毒，反而會加重缺血/再灌注損傷，稱為pH反常pH paradox。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上的血液再灌注。1、 組織器官缺血后恢復血液供應： 如休克，冠

3、狀動脈痙孿的緩解，2、血管再通術后：冠脈搭橋術，PTCA，溶栓療法等,3、其他：斷肢再植，器官移植. （二）影響因素 1 缺血時間 2 側枝循環 3 需氧程度 4 再灌注條件第二節 發生機制一、自由基的作用（一）概念與分類 自由基（free radical） 外層軌道上具有單個不配對電子的原子、原子團和分子的總稱。分類（1） 氧自由基( oxygen free radical OFR) 概念：由氧誘發的自由基。 種類：超氧陰離子（O-2）羥自由基（OH） 生成：O-2形成：自然氧化 如CytC、Hb、Mb、CA等在自然 氧化過程中可生成O-2 HbFe2+ HbFe3+ O-2酶氧化 XO、N

4、ADPH氧化酶、醛氧化酶線粒體 O-2生成的主要場所之一 正常:O2+4e+4H+H2O+ATP 病理:O2+e O-2 +e +2H+H202+e+H+ OH +e+H+H20毒物作用 CCL4、白草枯（除草劑） O-2的生成是其他自由基或活性氧生成的基礎H20OH的生成 O-2+ O-2+2H+ H2O2+O2單純性Haber-Weiss反應： 反應很慢，很難產生 O-2+H2O2 OH + OH+O2Fenton型Haber-Weiss反應： O-2 H2O2 OH + OH- OH是活性氧中毒性最強的一種SODSODFe2+ Fe3+活性氧（reactive oxygen specie

5、s,ROS）： 氧化還原過程中產生的具有高活性的一系列中間產物。（ OFR 、 1O2和H2O2）單線態氧1O2：是一種激發態氧（在光敏劑存在下作用于O2激發而產生），反應活性較強，參與許多化學反應，可由O-2 自發歧化產生，也可在髓過氧化物酶（MPO）作用下，由H2O2氧化鹵化物產生。可分為兩種：1gO2和1gO2 O2 1gO2 O-2 1gO2 幾種氧氣的最高占有分子軌道*2p2p（2） 脂性自由基概念：OFR與不飽和脂肪酸作用后生成的中間 產物。種類：烷自由基（L）烷氧基（LO）烷過氧基 （LOO）（3）其它：一氧化氮（NO）、 CL、CH3生理情況下，自由基的生成與清除處于動態平衡

6、如果ROS生成過多或機體抗氧化能力不足， 均可造成組織細胞損傷。（二）缺血再灌注時OFR增多的機制 1 黃嘌呤氧化酶形成 2 中性粒細胞呼吸爆發 3 線粒體的損傷 4 兒茶酚胺的自身氧化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 +H2O2XO尿酸+ O-2 +H2O2氧自由基的生成需要三個條件： XO 次黃嘌呤 O2OH正常時：VEC內 黃嘌呤氧化酶(xanthine oxidase,XO) 10% 黃嘌呤脫氫酶(xanthine dehydrogenase, XD)90% 缺血時：ATPCa2+入胞 ATPADPAMP腺苷、肌苷次黃嘌呤再灌注時：帶

7、來O2 次黃嘌呤+O2 黃嘌呤+ O-2 +H2O2 XO 尿酸+O-2+H2O2XDXOXOO22中性粒細胞的作用缺血時: 補體激活或 細胞釋放炎癥介質如LTB4 白細胞在缺血區浸潤。再灌時：浸潤的白細胞耗氧量顯著： 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 的產生Ca2+進入線粒體細胞色素氧化酶的功能失調 O2+4eH2O+ATPO2+e O-2 +e H202+e OH +eH20 +O2+e O-2 Ca2+進入線粒體使Mn-SOD減少 清除OFR的能力4 兒茶酚胺的增加 腎

8、上腺素 腎上腺素紅+ O-2 單胺氧化酶（三）OFR的損傷作用1、生物膜脂質過氧化（lipid peroxidation)增強（1）破壞膜的正常結構及功能 液態性、流動性 、通透性（2）間接抑制膜蛋白功能 離子泵功能障礙細胞信號轉導功能障礙（3）促進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、蛋白質功能抑制（1）自由基使蛋白質和酶分子聚合、交聯、肽鏈斷裂 蛋白質變性、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胞死亡，這種作用80%為OH. 所致，因OH.易與脫

9、氧核酸及堿基反應并使其結構改變。 4.破壞細胞間基質自由基可使透明質酸降解、膠原蛋白發生交聯 細胞間基質變得疏松 二、 鈣超載（calcium overload） 各種原因引起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。 正常:細胞外Ca2+ 10-3mol/L 細胞內Ca2+ 10-7mol/L細胞外Ca2+ 是細胞內Ca2+ 10000倍 依賴ATP的鈣泵 鈉鉀泵 Na+-Ca2+交換系統 肌漿網（SR） 鈣結合蛋白（CaBP) 線粒體攝取細胞膜細胞內維持因素MitoSRCa2+Ca2+ATPPi+ADPCa2+Ca2+B細胞內鈣代謝示意圖電壓依賴性鈣通道結合于質膜糖被的鈣

10、膜磷脂的極性頭部鈣泵Na+-Ca2+交換體鈣超載發生的機制1 Na+-Ca2+交換異常（鈣超載時進入細胞的主要途徑）正常：3個Na+ 1個Ca2+ 可進行雙相轉運影響因素：（1）跨膜鈉濃度梯度（2）細胞內的氫濃度此外還有Ca2+ , ATP Mg2+Ca2+3Na+K+Na+機制:（1）細胞內高Na+直接激活Na+-Ca2+交換蛋白 缺血 ATPNa+泵細胞內Na+ 激活Na+-Ca2+交換蛋白Ca2+進入細胞K+Na+3Na+Ca2+ATPNa+Ca2+(2)細胞內高H+間接激活Na+-Ca2+交換蛋白質膜Na+/H+交換蛋白主要受細胞內H+的變化調節Na+o H+oNa+i H+i缺血時：

11、無氧代謝產生H+增多再灌時：組織間液H+迅速減少細胞內外較高的 H+濃度差激活Na+/H+交換蛋白細胞內 Na+ 激活鈉泵 激活Na+-Ca2+交換蛋白 Na+H+3Na+Ca2+Na+K+H+Na+再灌時H+H+Na+Ca2+缺血時H+（3）PKC間接激活Na+-Ca2+交換蛋白 如1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）細胞膜損傷 鈣內流 膜屏障作用 Ca2+激活磷脂酶，使膜磷脂分解 FR使細胞膜脂質過氧化（2）線粒體受損 ATP（3）肌漿網膜受損 攝取鈣通透性增加鈣超載引起組織細胞損傷的機制1. 線粒體功能障礙 胞漿Ca2+ 線粒體攝鈣 早期：

12、代償 晚期：磷酸鈣形成 ATP消耗、生成2.激活膜磷脂酶 分解膜磷脂 細胞膜和細胞器膜的損傷3.再灌注性心律失常 一過性內向離子流3Na+Ca2+遲后除極4.促進氧自由基生成 激活XO5.使肌原纖維過度收縮 (1)胞漿內高Ca2+ (2)再灌注期消除了H+對心肌收縮的抑制作用三、 微血管損傷和白細胞的作用（一）缺血-再灌注時VEC與白細胞激活 VEC激活表現為: 釋放多種細胞粘附分子 粘附分子（adhesion molecule） 是指由細胞合成的、可促進細胞與細胞之間、細胞與細胞外基質之間粘附的一大類分子的總稱，如整合素、選擇素、細胞間粘附分子、血管細胞粘附分子及血小板內皮細胞粘附分子等。在

13、維持細胞結構完整和細胞信號轉導中起重要作用。白細胞組織浸潤的機制趨化（PAF、LTs）粘附初始粘附牢固粘附定位釋放組織持續的缺血缺氧CAMs 上調（二）VEC與中性粒細胞介導的缺血-再灌注損傷1.微血管損傷 表現：無復流現象（no-reflow phenomenon）：在再 灌注時放開結扎動脈，重新恢復血流，部分缺 血區并不能得到充分的血液灌流的現象。 機制： （1）微血管血液流變學改變：白細胞粘附 （2）微血管口徑改變：內皮腫脹；縮血管物質的釋放 （3）微血管通透性增高2.組織細胞損傷 激活的VEC和N可釋放大量生物活性物質 如FR、蛋白酶、細胞因子第三節 機體的功能及代謝變化一、 心肌缺血

14、-再灌注損傷的變化（一）心功能變化1.再灌注性心律失常 特點： 室性心律失常為主電生理改變：EP 興奮性、傳導性ECG改變：缺血心肌對應部位ST段抬高，R波振幅 再灌使R波振幅迅速，ST段高度恢復原 水平，Q波出現 心律失常影響因素： 缺血時間 缺血心肌的數量 缺血的程度 再灌注血流速度及電解質紊亂情況發生機制： 缺血心肌與正常心肌之間傳導性和不應期差 異，易形成興奮折返 -R對CA反應性、自律性、室顫閾 KATP激活，心肌電解質紊亂2. 心肌舒縮功能：CO，LVEDP dp/dtmax 心肌頓抑myocardial stunning ，又稱遲呆心肌 指心肌短時間缺血后恢復再灌一段時間內心肌出

15、現的可逆性收縮功能降低的現象。 自由基的作用和鈣超載是心肌頓抑的主要機制MIR除心功能低下外，還可發生微血管遲呆（microvascular stnning)（二） 心肌代謝變化： ATP及CP減少,核苷酸類物質下降. （三）心肌超微結構變化 肌纖維孿縮,嚴重時有收縮帶形成,肌絲斷裂,溶解;線粒體損傷(空泡形成,嵴腫脹,斷裂,溶解等.)二、 腦缺血-再灌注損傷的變化 （一）能量代謝障礙ATP CP G 糖原乳酸 cAMP cGMP磷脂酶激活游離脂肪酸增加. 氨基酸代謝有明顯變化：興奮性 抑制性 （二）腦結構變化 腦水腫,腦細胞壞死.脂質過氧化第四節 防治原則1 盡早恢復血流、控制再灌注條件 低壓、低流、低溫、低PH、低鈉、 低鈣2 改善缺血組織的代謝 補充糖酵解底物：葡萄糖、ATP 氫醌、CytC3 清除自由基（1）低分子清除劑:VitE VitA VitC 半胱氨酸GSH和 NADPH等。（2）酶性清除劑：SOD CAT。CAT能清