病理生理学11缺血与再灌注损伤

1、缺血缺血- -再灌注损伤再灌注损伤(ischemia-reperfusion injury)广西医科大学病理生理教研室广西医科大学病理生理教研室 缺血器官在恢复血液灌注后缺血性缺血器官在恢复血液灌注后缺血性损伤进一步加重的现象，称为缺血损伤进一步加重的现象，称为缺血再灌注损伤再灌注损伤(ischemia-reperfusion injury)。1、组织器官缺血后恢复血液供应。、组织器官缺血后恢复血液供应。 2、动脉搭桥术、溶栓疗法等血管、动脉搭桥术、溶栓疗法等血管 再通术后、心脏外科体外循环术、器再通术后、心脏外科体外循环术、器 官移植及断肢再植术后等。官移植及断肢再植术后等。 一、原因一、原

2、因 l. l. 缺血时间缺血时间 2 2侧支循环侧支循环 3 3需氧程度需氧程度 4 4再灌注条件：再灌注条件：压力、温度、酸碱度、压力、温度、酸碱度、 钠离子、钙离子钠离子、钙离子二、影响因素二、影响因素缺血缺血- -再灌注损伤的现象再灌注损伤的现象 氧反常氧反常 （oxygen paradox）用低氧溶液灌注用低氧溶液灌注组织器官或在缺组织器官或在缺氧条件下培养细氧条件下培养细胞一定时间后，胞一定时间后，再恢复正常氧供再恢复正常氧供应应组织及细胞组织及细胞的损伤不仅未能的损伤不仅未能恢复，反而更趋恢复，反而更趋严重。严重。钙反常钙反常 （calcium paradox）预先用无钙液预先用无

3、钙液短暂灌流后，短暂灌流后，恢复正常含钙恢复正常含钙溶液灌流，导溶液灌流，导致细胞外致细胞外ca2+ca2+大量内流而引大量内流而引起细胞损伤进起细胞损伤进一步加重象一步加重象。phph反常反常 （ph paradox）缺血缺血-再灌时，再灌时，迅速纠正缺迅速纠正缺血组织的酸血组织的酸中毒，中毒，反反而会加重缺而会加重缺血血-再灌注损再灌注损伤。伤。三、微血管损伤和白细胞的作用三、微血管损伤和白细胞的作用 二、钙超载二、钙超载一、自由基的作用一、自由基的作用（）自由基的概念与类型（）自由基的概念与类型 概念：概念： 自由基（自由基（free radicalfree radical）是指在外层）

4、是指在外层 电子轨道上含有单个不配对电子的原电子轨道上含有单个不配对电子的原 子、原子团和分子的总称。子、原子团和分子的总称。类型：类型：1 1氧自由基氧自由基(o(o2 2. . 、ohoh ) ) 2. 2. 脂性自由基脂性自由基 (l(l 、lolo 、looloo ) ) 3 3其它如氯自由基（其它如氯自由基（clcl ）、甲基自）、甲基自 由基（由基（chch3 3 ）和一氧化氮等。）和一氧化氮等。一、自由基的作用一、自由基的作用o2h2o2ohh2oo2e-e- +2h+e- +h+e- +h+h2o活性氧生成反应式活性氧生成反应式 （二）氧自由基生成（二）氧自由基生成的机制的机制

5、1 1、黄嘌呤氧化酶的形成、黄嘌呤氧化酶的形成2 2、中性粒细胞、中性粒细胞3 3、线粒体、线粒体4 4、儿茶酚胺的自身氧化、儿茶酚胺的自身氧化 atpatpadpadp ampamp腺嘌呤核苷腺嘌呤核苷次黄嘌次黄嘌 呤核苷呤核苷次黄嘌呤次黄嘌呤黄嘌呤脱氢酶黄嘌呤脱氢酶(xd)(xd)黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶(xo)(xo)黄嘌呤黄嘌呤+ +o o2 2+ +h h2 2o o2 2o o2 2xoxoo o2 2+ +h h2 2o o2 2+ +尿酸尿酸ohoh缺缺血血期期再再灌灌注注期期o o2 2 1 1、黄嘌呤氧化酶的形成、黄嘌呤氧化酶的形成 ca2+ca2+依赖性蛋白酶依赖性蛋白酶

6、pmnpmn吞噬吞噬： o o2 2 氧自由基氧自由基杀灭病原杀灭病原微生物微生物组组织织缺缺血血趋化因子趋化因子(c3(c3、白三烯等）、白三烯等）pmnpmn再灌注再灌注 氧自由基氧自由基正正常常nadph nadhnadph nadh 氧化酶氧化酶o o2 2细胞损伤细胞损伤 2 2、中性粒细胞、中性粒细胞呼吸爆发呼吸爆发或氧爆发或氧爆发缺血缺氧缺血缺氧atpatp 线粒体内线粒体内caca2+2+线粒体功能受损线粒体功能受损氧自由基氧自由基3 3、线粒体、线粒体细胞色素氧化酶系统功能失调细胞色素氧化酶系统功能失调再灌注再灌注o o2 2+sod4 4、 儿茶酚胺的自身氧化儿茶酚胺的自身

7、氧化 缺血缺氧缺血缺氧儿茶酚胺儿茶酚胺调节作用调节作用氧化产物氧化产物氧自由基氧自由基再灌注再灌注o o2 2+ （三）自由基的损伤作用（三）自由基的损伤作用 膜脂质过氧化膜脂质过氧化（lipid peroxidationlipid peroxidation） 破坏膜的正常结构破坏膜的正常结构 间接抑制膜蛋白功能间接抑制膜蛋白功能 促进自由基及其它生物活性物质生成促进自由基及其它生物活性物质生成 减少减少atpatp生成生成 蛋白质功能抑制蛋白质功能抑制 破坏核酸及染色体破坏核酸及染色体 (1) (1) 破坏膜的正常结构破坏膜的正常结构膜脂质膜脂质过氧化过氧化膜不饱和膜不饱和脂肪酸脂肪酸不饱和

8、脂肪酸不饱和脂肪酸/ /蛋白质比例失调蛋白质比例失调膜液态性膜液态性流动性流动性膜通透性膜通透性caca2+2+内流内流1.膜脂质过氧化作用增强膜脂质过氧化作用增强 (enhanced lipid peroxidation of membrane)(2) (2) 间接抑制膜蛋白功能间接抑制膜蛋白功能膜脂质之间交联膜脂质之间交联(-)(-)钙泵、钠泵钙泵、钠泵nana2+2+/ca/ca2+2+交换蛋白交换蛋白胞内胞内nana2+2+、caca2+2+钙超载、细胞肿胀钙超载、细胞肿胀(3) (3) 促进自由基及其它生物活性物质生成促进自由基及其它生物活性物质生成膜脂质膜脂质过氧化过氧化磷脂酶磷脂

9、酶c c磷脂酶磷脂酶d d膜磷脂分解膜磷脂分解花生四烯酸花生四烯酸脂氧合酶脂氧合酶白三烯白三烯过氧化物过氧化物环氧合酶环氧合酶前列腺素内过氧化物前列腺素内过氧化物ohoh. .txatxa2 2pgpg自由基自由基(+)(+)(4) (4) 减少减少atpatp生成生成核酸碱基的羟化，核酸碱基的羟化，dnadna的断裂的断裂染色体的断裂染色体的断裂3.引起引起dna断裂和染色体畸变断裂和染色体畸变 (dna disruption and chromosome aberration)二聚体，大聚合物二聚体，大聚合物2.导致蛋白质变性和酶活性降低导致蛋白质变性和酶活性降低 (protein den

10、aturalization and decreased activity of enzymes)二、钙超载二、钙超载 各种原因引起的细胞内钙含量各种原因引起的细胞内钙含量异常异常并导致细胞结构损伤和功能并导致细胞结构损伤和功能代谢障碍的现象称为代谢障碍的现象称为钙超载钙超载（calcium overloadcalcium overload） （）细胞内钙超载的机制（）细胞内钙超载的机制 1 1 nana+ +caca2+2+交换异常交换异常 （l l）细胞内高）细胞内高nana+ +对对 nana+ +caca2+2+交换蛋白的交换蛋白的 直接激活直接激活 （2 2）细胞内高）细胞内高h h+

11、 +对对 nana+ +caca2+2+交换蛋白的交换蛋白的 间接激活间接激活 （3 3）蛋白激酶）蛋白激酶 c c（pkcpkc）活化对）活化对 nana+ +caca2+ 2+ 交换蛋白的间接激活交换蛋白的间接激活 细胞内高细胞内高nana+ +对对 nana+ +caca2+2+交换蛋白的直接激活交换蛋白的直接激活 缺血缺血细胞内细胞内atp钠泵活性钠泵活性细胞内细胞内nana+ + 缺血缺血-再灌注再灌注激活钠泵、激活钠泵、nana+ + /caca2+2+交换蛋白交换蛋白 nana+ +向外转运向外转运， caca2+2+运入细胞运入细胞。细胞重新获细胞重新获得氧、营养得氧、营养物质

12、供应物质供应+细胞内高细胞内高h h+ +对对 nana+ +caca2+2+交换蛋白的间接激活交换蛋白的间接激活 缺血缺血缺血缺血-再灌注再灌注无氧代谢无氧代谢h h+ +生成生成组织间液、细组织间液、细胞内胞内ph组织间液组织间液h h+ + ，而细胞，而细胞内内h h+ +仍很高仍很高跨膜跨膜h h+ +浓浓度梯度差度梯度差激活激活nana+ + /h h+ +交换蛋白交换蛋白h h+ +外流外流、 nana+ +内流内流 继发性激活继发性激活nana+ + /caca2+2+交换交换蛋白蛋白caca2+2+内流内流钙超载钙超载gqplc1ca2+ca2+ip3dgpkch+3na+ca

13、2+na+肌肌丝丝肌浆网肌浆网去甲肾上腺素去甲肾上腺素pip2蛋白激酶蛋白激酶c c对对nana+ +/ca/ca2+2+交换蛋白的间接激活示意图交换蛋白的间接激活示意图（2 2）线粒体及肌浆网膜损伤）线粒体及肌浆网膜损伤2 2生物膜损伤生物膜损伤 （l l）细胞膜损伤）细胞膜损伤 通透性通透性；离子分布离子分布异常。异常。线粒体及肌浆网膜损伤线粒体及肌浆网膜损伤缺血缺血-再灌注再灌注自由基自由基损伤、损伤、膜磷脂膜磷脂分解分解肌浆网肌浆网膜损伤膜损伤钙泵功钙泵功能抑制能抑制肌浆网肌浆网摄钙摄钙胞浆钙浓度胞浆钙浓度线粒体线粒体膜损伤膜损伤atpatp生生成成细胞膜、肌细胞膜、肌浆网钙泵能浆网钙

14、泵能量供应不足量供应不足1. 1.线粒体功能障碍线粒体功能障碍线粒体线粒体摄摄caca2+2+消耗消耗atpatp磷酸钙磷酸钙抑制氧化抑制氧化磷酸化磷酸化2.2.激活磷脂酶激活磷脂酶caca2+2+(+)(+)atpatp磷脂酶磷脂酶膜磷脂分解膜磷脂分解膜受损膜受损花生四烯酸、溶血磷脂花生四烯酸、溶血磷脂(二二) 钙超载引起缺血再灌注损伤的机制钙超载引起缺血再灌注损伤的机制(mechanism of ischemia-reperfusion injury induced by calcium overload)3.3.致心肌心律失常致心肌心律失常nana+ +-ca-ca2+2+交换交换cac

15、a2+2+入致入致一一过性内向过性内向离子流离子流迟后除极迟后除极4.4.促进氧自由基生成促进氧自由基生成caca2+2+(+)(+)caca2+2+依赖性蛋白酶依赖性蛋白酶(xdxo)(xdxo)5.5.肌原纤维过度收缩肌原纤维过度收缩胞内胞内caca2+2+收缩收缩再灌注再灌注h h+ +h h+ +对心肌收缩的抑制对心肌收缩的抑制三、微血管损伤和白细胞的作用三、微血管损伤和白细胞的作用 研究表明研究表明 用除去白细胞的血液进行再灌注，可以防用除去白细胞的血液进行再灌注，可以防止水肿和减轻再灌注损伤，反之再灌注损伤加止水肿和减轻再灌注损伤，反之再灌注损伤加重，用补体抑制药降低补体，减少白细

16、胞浸重，用补体抑制药降低补体，减少白细胞浸 润，可减轻组织损伤。因此，白细胞在缺血润，可减轻组织损伤。因此，白细胞在缺血/ /再再灌注损伤中的作用日益受到重视。灌注损伤中的作用日益受到重视。 （一）再灌注时白细胞激活机制（一）再灌注时白细胞激活机制1 1、再灌注时可使细胞膜磷脂降解释放促大量趋化因、再灌注时可使细胞膜磷脂降解释放促大量趋化因子，如白三烯（子，如白三烯（ltslts）、血小板活化因子（）、血小板活化因子（pafpaf）、）、补体和激肽等。补体和激肽等。2 2、激活中性粒细胞可释放具有趋化作用的炎症介质，、激活中性粒细胞可释放具有趋化作用的炎症介质，如白三烯。如白三烯。3 3、再灌

17、注时中性粒细胞和血管内皮细胞表达粘附分、再灌注时中性粒细胞和血管内皮细胞表达粘附分子增加，加剧了缺血组织内白细胞聚集和激活。子增加，加剧了缺血组织内白细胞聚集和激活。（二）血管内皮细胞与中性粒细胞介导的（二）血管内皮细胞与中性粒细胞介导的 缺血缺血- -再灌注损伤再灌注损伤 1 1、微血管损伤、微血管损伤 （l l）微血管血液流变学改变）微血管血液流变学改变 微血管血流阻塞微血管血流阻塞 （2 2）微血管口径的改变）微血管口径的改变 口径变小口径变小 （3 3）微血管通透性）微血管通透性 无复流现象无复流现象（no-reflow phenomenonno-reflow phenomenon）

18、是指组织缺血后，重新恢复血流，部分缺血是指组织缺血后，重新恢复血流，部分缺血 区并不能得到充分的血液灌流区并不能得到充分的血液灌流 。无复流现象示意图无复流现象示意图 激活的血管内皮细胞与中性粒细激活的血管内皮细胞与中性粒细胞释放的大量生物活性物质，不但胞释放的大量生物活性物质，不但可改变自身的结构和功能，而且使可改变自身的结构和功能，而且使周围组织细胞受到损伤。周围组织细胞受到损伤。2 2、细胞损伤、细胞损伤（一）心功能变化（一）心功能变化 2 2、心肌舒缩功能、心肌舒缩功能 一、心脏缺血一、心脏缺血- -再灌注损伤的变化再灌注损伤的变化1 1、缺血、缺血- -再灌注性心律失常再灌注性心律失

19、常 机制：机制：自由基自由基、钙超载、钙超载、 atpatp、纤颤阈值、纤颤阈值、电解质紊乱。、电解质紊乱。1 1、心律失常、心律失常 （室速、室颤）影响因素：影响因素：缺血时间、缺血心肌的数量、缺血时间、缺血心肌的数量、 缺血的程度、再灌注血流的速度、缺血的程度、再灌注血流的速度、 电解质紊乱等。电解质紊乱等。 2 2心肌舒缩功能心肌舒缩功能 表现为：心输出量表现为：心输出量，心室内压，心室内压最大变化速率最大变化速率 ( (dp/dtdp/dtmaxmax)，左，左室舒张末期压力（室舒张末期压力（lvedplvedp），出现，出现心肌顿抑心肌顿抑(myocardial stunning)(

20、myocardial stunning)。 心肌顿抑心肌顿抑（myocardial stunningmyocardial stunning） 定义：定义：心肌缺血心肌缺血- -再灌注，血流已恢复或基再灌注，血流已恢复或基 本恢复正常后，一定时间内心肌出本恢复正常后，一定时间内心肌出 现可逆性收缩功能现可逆性收缩功能的现象。的现象。 机制：机制：自由基生成自由基生成、钙超载。、钙超载。 可逆性缺血可逆性缺血-再灌注损伤再灌注损伤胞浆胞浆na+超载超载na+/ca2 +交换交换脂质过氧化脂质过氧化蛋白质及酶失活蛋白质及酶失活o2h2o2oh肌浆网钙转肌浆网钙转运蛋白运蛋白质膜通透性质膜通透性离离子

21、泵活性子泵活性线粒体线粒体损伤损伤收缩蛋收缩蛋白损伤白损伤钙超载钙超载atp生成生成ca2 +敏敏感性感性心肌收缩功能心肌收缩功能心肌顿抑的心肌顿抑的发生机制发生机制 （二）心肌代谢变化（二）心肌代谢变化 缺血期缺血期心肌心肌atpatp及磷酸肌酸含量及磷酸肌酸含量，adpadp、ampamp及其降解产物含量及其降解产物含量。 再灌注后再灌注后心肌心肌atpatp及磷酸肌酸及磷酸肌酸，adpadp、ampamp及其降解产物及其降解产物。自由基、钙自由基、钙超载超载线粒线粒体损伤体损伤血流冲洗血流冲洗（三）（三） 心肌超微结构的变化心肌超微结构的变化 表现为：细胞膜破坏，线粒体肿胀、表现为：细胞

22、膜破坏，线粒体肿胀、嵴断裂、溶解、空泡形成，基质内致密嵴断裂、溶解、空泡形成，基质内致密颗粒颗粒，肌原纤维断裂、节段性溶解，肌原纤维断裂、节段性溶解，出现收缩带，出现收缩带， 心肌出血、坏死。心肌出血、坏死。 二、脑缺血二、脑缺血- -再灌注损伤的变化再灌注损伤的变化（）脑缺血（）脑缺血- -再灌注损伤时细胞代谢的变化再灌注损伤时细胞代谢的变化atp、cp、gs、糖原、糖原乳酸乳酸campcgmp病理性慢波病理性慢波缺血缺血再灌注再灌注campcgmp病理性慢波加重病理性慢波加重兴奋性神经递质兴奋性神经递质抑制性神经递质抑制性神经递质（二）脑缺血（二）脑缺血- -再灌注损伤时组织学变化再灌注损

23、伤时组织学变化最明显的组织学变化是：最明显的组织学变化是： 脑水肿脑水肿 及脑细胞坏死及脑细胞坏死。脂质过氧化脂质过氧化膜结构破坏；膜结构破坏；钠泵功能障碍。钠泵功能障碍。 三、其它器官缺血三、其它器官缺血- -再灌注损伤的变化再灌注损伤的变化 肠：肠：粘膜功能障碍与损伤：粘膜功能障碍与损伤：肠管肠管cap.cap.通透性通透性 间质性水肿间质性水肿上皮与绒毛分离、坏死、固有层破损、出血及溃疡。上皮与绒毛分离、坏死、固有层破损、出血及溃疡。 肾：肾：以急性肾小管坏死最为严重，可导致以急性肾小管坏死最为严重，可导致 急性肾功能衰竭或肾移植失败。急性肾功能衰竭或肾移植失败。 表现：表现：线粒体线粒体高度肿胀、变形、嵴减少，排列紊乱，甚至高度肿胀、变形、嵴减少，排列紊乱，甚至 崩解，空泡形成等。血清肌酐崩解，空泡形成等。血清肌酐。 骨骼肌：骨骼肌：肌肉微血管和细胞损伤，自由基生成肌肉微血管和细胞损伤，自由基生成， 脂质过氧化脂质过氧化。一、减轻缺血性损伤，控制再灌注条件一、减轻缺血性损伤，控制再灌注条件二、改善缺血组织的代谢二、改善缺血组织的代谢三、清除自由基三、清除自由基 （一