病理生理学二12缺血再灌注损伤

第十二章

缺血-再灌注损伤(ischemia-reperfusioninjury)吕雷患者男，58岁，上午8时起床后感到胸闷，30min后突感心胸前区剧烈绞痛，9时入急诊病房。体查：血压75/50mmHg，意识淡漠，心率65次/min，律齐。

心电图示Ⅲ度房室传导阻滞。冠状动脉造影：右冠状动脉上段85%狭窄，中段78%狭窄。入院治疗：立即给予阿托品、多巴胺、低分子右旋糖酐等进行扩冠治疗。上午10时静脉点滴尿激酶。10:30分患者出现阵发性室颤，立即给予除颤，到下午13时反复发生室性心动过速、室颤，共计6次。到下午16时，经给予利多卡因、小剂量异丙肾上腺素后心律转为窦性，血压平稳，意识清楚。Case

为什么在溶栓后出现严重的心律失常?

Greenberg等证实猫小肠缺血3小时后

再灌注，粘膜损伤更严重简

史(BriefhistoryofIRI)1955Sewell结扎狗冠状动脉后，如突然

解除结扎恢复血流，动物室颤而死亡1960Jennings第一次提出心肌再灌注损伤Bulkley和Hutchins发现冠脉搭桥血管

再通后的病人发生心肌细胞反常性坏死1968Ames率先报道脑缺血-再灌注损伤

实验与临床资料证明：冠脉重新恢复血流后，有可能造成更严重的心肌损伤15304560min损伤程度加重单纯缺血缺血再灌注缺

血-再

灌

注→损

伤

缺血-再灌注损伤的概念缺血-再灌注损伤(ischemia-reperfusioninjury，IRI)是指缺血后再灌注，不仅未能使组织器官功能恢复,反而使缺血所致功能代谢障碍和结构破坏进一步加重的现象。第一节IRI的原因及条件(causesandinfluencefactorsofischemia-reperfusioninjury)

原因：组织器官缺血后恢复血供第一节IRI的原因及条件全身循环障碍后恢复血液供应

休克、DIC的治疗，心脏骤停后的心肺脑复苏器官缺血后血流恢复

断肢再植、器官移植某一血管堵塞后再通

溶栓、冠脉搭桥术(体外循环)、经皮腔内冠脉血管成形术

心

脏

介

入

手

术经皮冠状动脉腔内成形术(PTCA)普通支架→涂药支架

冠

脉

支

架

置

入

前

后PTCA结合支架治疗冠心病患者，成功率及长期生存率较高

影响IRI及其严重程度的因素第一节IRI的原因及影响因素1、缺血时间(durationofischemia)缺血时间过短或过长均不易发生IRI不同器官、动物发生IRI所需的缺血时间不同

第一节IRI的原因及影响因素2、侧支循环：形成的难易3、需氧程度：心、脑容易发生IRI4、再灌注条件：低压、低温、低pH、

低钠、低钙、高钾、高镁灌流液第二节IRI的发生机制(Mechanismsofischemia-reperfusioninjury)

缺血期：ATP生成↓、嘌呤碱↑

酸性代谢产物↑

再灌期：

自由基的作用

细胞内钙(Ca2+)超载白细胞的激活

自由基(freeradical)：是指在外层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。

一、自由基的损伤作用(injuryoffreeradicals)

一、自由基的损伤作用自由基的化学性质极为活泼，特别是其氧化作用强。(一)自由基的分类（categoriesoffreeradicals）氧自由基：由氧诱发的自由基称为氧自由基

(oxygenfreeradical，OFR)

如：O2·、OH·

，为非脂性自由基

指单线态氧1O2和过氧化氢H2O2，ROS氧化作用强，不属于自由基。活性氧(reactiveoxygenspecies,ROS)脂性自由基：L·、LO·、LOO·其他：Cl·、CH3·、NO·NO·+O2·→ONOO-→NO2·+OH·H+

O2线粒体98~99%ATP1~2%黄嘌呤氧化酶NADPH氧化酶P450细胞色素氧化酶超氧阴离子O2-羟自由基OH·单线态氧

1O2SODH2O2谷胱甘肽过氧化物酶过氧化氢酶(CAT)髓过氧化物酶(MPO)清除(二)自由基的代谢活性氧生成↑/抗氧化能力↓→氧化应激(oxidativestress)e-+H+H2Oe-_•O2e-+2H+H2O2e-+H+H2OOH•O2(二)自由基的代谢细胞线粒体内活性氧生成的反应式单电子还原双电子还原三电子还原Fenton反应：O2·+H2O2OH·Fe2+或Cu2+_(三)IRI导致OFR生成增多的机制(MechanismofoxygenfreeradicalsgenerationinIRI)ADP黄嘌呤脱氢酶(XD)xanthinedehydrogenase次黄嘌呤核苷Hypoxanthinenucleoside黄嘌呤氧化酶(XO)xanthineoxidaseAMP次黄嘌呤Hypoxanthine1、黄嘌呤氧化酶途径（xanthineoxidase,XOpathway）毛细血管内皮细胞缺血期IschemiaphaseATP腺嘌呤核苷AdeninenucleosideCa2+依赖性蛋白酶Reperfusionphase尿酸uricacid+次黄嘌呤黄嘌呤++H2O_•O2OH•O2黄嘌呤氧化酶

+H2O2_•O2O2黄嘌呤氧化酶

再

灌

注

期2、中性粒细胞途径(neutrophilpathway)自由基→LT,补体↑→中性粒C趋化、激活再灌注期，组织重新获得O2供应的短时间内，激活的中性粒细胞耗氧量显著增加，在NADPH氧化酶和NADH氧化酶的催化下，产生大量氧自由基，称为呼吸爆发(respiratoryburst)或氧爆发(oxygenburst)

呼

吸

爆

发(respiratoryburst)22+H+缺血期：缺氧、钙超载→细胞色素氧化酶系统功能失调+Mn-SOD减少再灌注期：进入细胞内的氧经单电子还原而形成的氧自由基增多3、线粒体途径(mitochondrionpathway)4、儿茶酚胺自氧化增加→自由基产生↑(四)自由基引起IRI损伤的机制自由基性质极为活泼，可经连锁反应不断扩展生成新的自由基。自由基可与膜磷脂、蛋白质、核酸等发生反应，损伤细胞。

膜损伤是自由基损伤细胞的早期表现

自由基＋磷脂膜内多价不饱和脂肪酸→脂质自由基和过氧化物→脂质交联1、膜脂质过氧化作用增强(enhancedlipidperoxidationofmembrane)1、膜脂质过氧化作用增强(enhancedlipidperoxidationofmembrane)破坏膜的正常结构：细胞膜及细胞器膜的液态性、流动性↓，通透性↑→钙内流↑间接抑制膜蛋白功能：跨膜物质转运及信号转导功能障碍→细胞肿胀，钙超载促进自由基及其他生物活性物质的生成：激活PLC和PLA2→TXA2、LT↑减少ATP生成：线粒体膜脂质过氧化2、抑制蛋白质的功能3、破坏核酸及染色体

巯基氧化、氨基酸氧化、蛋白交联

碱基羟化或DNA断裂80%为OH·所致二、钙超载（CalciumOverload）

各种原因引起的细胞内钙含量异常增多并导致细胞功能代谢障碍和结构损伤的现象，严重时可造成细胞死亡。(一)细胞内钙超载的机制(Mechanismofcalciumoverload)钙超载主要发生在再灌注期，其主要原因是由于钙内流增加机制：Na+/Ca2+交换异常，生物膜损伤Ca2+ATPNa+H+Ca2+生理条件下，Na+/Ca2+交换蛋白（3:1）(exchanger)正向转运（forwardmode）,将Ca2+运出细胞，与钙泵共同维持心肌细胞静息状态时的低钙浓度。缺血-再灌注损伤时，Na+/Ca2+交换蛋白反向转运（reversemode）增强是导致Ca2+超载的最主要途径。⑴细胞内高Na+的直接激活作用⑵细胞内高H+

的间接激活作用⑶蛋白激酶C(PKC)活化的间接激活1、Na+/Ca2+交换异常3Na+Ca2+Na+K+H+Na+再灌注Na+↑Na+↑Ca2+↑缺血时ATP↓钠泵活性↓3Na＋Ca2＋

蛋白激酶C(PKC)

活化的间接激活PIP2PKCGqIP3DGPLCβNEα1受体

Ca2＋Ca2＋H+Na+3Na+Ca2+肌浆网肌肉收缩β-R＋Ca2+内流↑←L型钙通道开放↑AC(+)2、生物膜损伤(injuryofmembrane)⑴细胞膜损伤：

Ca2+通透性增加缺血缺氧自由基使膜脂质过氧化内钙增加激活磷脂酶→膜磷脂降解⑵线粒体和肌浆网膜损伤：钙泵抑制(二)细胞内钙超载引起IRI的机制(Mechanismofischemia-reperfusioninjuryinducedbycalciumoverload)

钙超载引起再灌注损伤的机制1.激活各种酶，导致…2.线粒体功能障碍：ATP生成↓3.肌原纤维过度收缩：出现收缩带4.再灌注性心律失常：延迟后除极

线粒体肌浆网损伤刺激肌浆Ca2+↑ATP酶ATP↓酸中毒↑磷脂酶膜磷脂分解细胞膜损伤蛋白酶自由基↑蛋白分解核酶染色体损伤钙超载引起再灌注损伤的机制三、白细胞的作用(effectsofneutrophils)缺血组织恢复血流后，部分缺血区并不能得到充分的血液灌流，称为无复流现象（no-reflowphenomenon）。中性粒细胞激活及致炎细胞因子的释放→微血管床及血液流变学改变→无复流现象(一)再灌注时白细胞激活的机制1.细胞膜磷脂降解，释放大量趋化因子2.激活的中性粒细胞亦可释放趋化介质3.中性粒细胞和VEC表达黏附分子增加

黏附分子的概念是指由细胞合成、可促进细胞与细胞之间、细胞与细胞外基质之间黏附的一类大分子的总称（如整合素、选择素、细胞间黏附分子等），其在维持细胞结构完整和细胞信号传导中具有重要作用。(二)中性粒细胞介导的再灌注损伤

(reperfusioninjuryinducedbyneutrophils)微血管损伤(injuryofmicrovessel)

2.细胞损伤(injuryofcells)

1、微血管损伤(1)微血管血液流变学改变白细胞黏附、嵌塞微循环血小板黏附、微血栓形成血液浓缩微血管内血液流变学改变

1、微血管损伤(2)微血管口径的改变：管腔狭窄缩血管物质↑：内皮素、TXA2等扩血管物质↓：PGI2、NO血管内皮细胞肿胀(3)微血管通透性增高←自由基、炎症介质周围组织细胞炎症反应释放致炎物质：OFR、细胞因子、蛋白酶2、细胞损伤(cellsinjury)激活的中性粒细胞与VEC第三节

IRI时器官的功能及代谢变化(Functionalandmetabolicchangesduringischemia-reperfusioninjury)

IRI

时器官的功能及代谢变化(Ischemia-reperfusioninjuryofmyocardium)(一)心功能变化

一、心肌缺血-再灌注损伤1、心肌舒缩功能降低2、再灌注性心律失常

心肌并未因缺血发生不可逆损伤，但在再灌注血流已恢复或基本恢复正常后一定时间内，心肌出现的可逆性舒缩功能降低的现象。1、心肌顿抑的概念及其机制（myocardialstunning）心肌舒缩功能降低的指标心输出量心室收缩峰压（VP-SP）

心室舒张末期压力(VEDP)细胞内高Na+细胞内高H+PKC激活可逆性缺血-再灌注损伤自由基爆发性生成脂质过氧化蛋白质及酶失活肌浆网钙转运蛋白↓质膜通透性↑离子泵活性↓线粒体损伤收缩蛋白损伤钙超载ATP生成↓Ca2+敏感性↓Na+/Ca2+交换↑心肌收缩功能↓氧自由基↑2、再灌注性心律失常(reperfusionarrhythmia)

是指在心肌缺血-再灌注过程中出现的心律失常，以室性心律失常，特别是室性心动过速和心室纤颤最为常见，是造成猝死的重要原因。

再灌注性心律失常的发生机制①再灌注心肌间动作电位时程的不均一性→折返↑②Na+/Ca2+交换蛋白反向转运↑→延迟后除极③自由基↑→ATP↓→ATP敏感性钾离子通道激活④再灌注时冲出的儿茶酚胺刺激β受体→自律性↑⑤再灌注时细胞外K+、乳酸被冲走⑥纤颤阈降低←NO↓(二)心肌代谢变化缺血期AMP、腺苷等降解产物↑再灌注时ATP、CP含量不升反降：

线粒体损伤＋底物不足

(三)心肌超微结构的变化二、脑的缺血-再灌注损伤(Ischemia-reperfusioninjuryofbrain)

病理性慢波lipidperoxidationinjury脑水肿、脑细胞坏死

1968年由Ames率先报道脑的缺血-再灌注损伤脑的缺血-再灌注损伤ATP↓、葡萄糖↓乳酸↑cGMP↓

自由基、钙超载的作用兴奋性氨基酸毒作用

脑的缺血-再灌注损伤的机制谷氨酸+AMPA-R→钠、水内流谷氨酸+NMDA-R→钙内流↑

粘膜损伤为主要特征:上皮细胞损伤、炎性细胞浸润、出血和溃疡黄嘌呤酶氧化酶活性高再灌时产生大量自由基1981年Greenberg介绍了肠缺血-再灌注损伤三、小肠的缺血-再灌注损伤粘膜屏障通透性菌血症或内毒素血症肠缺血-再灌注损伤的变化

1972年Flore研究肾缺血-再灌注损伤：表现为线粒体的损伤，导致急性肾小管坏死1978年Modry报