病理生理学整理12.缺血再灌注损伤

缺血再灌注损伤缺血性损伤：由于各种原因造成组织血液灌注减少而使细胞发生损伤

缺血一再灌注损伤：恢复某些缺血组织器官的血液灌注及氧供反而会加重组织损伤的现象。

第一节原因及条件一、常见原因

1.组织器官缺血后恢复血液供应。

2.某些医疗技术的应用。

3,体外循环条件下的心脏手术、肺血栓切除手术、心肺复苏、脑复苏等。

二、常见条件
（一）缺血时间：缺血时间过短或过长都不易发生缺血再灌注损伤。

（二）侧支循环：主要见于缺血后侧枝循环不易形成者。

（三）需氧程度：氧需求高的组织器官（心、脑等）易发生再灌注损伤。

（四）再灌注的条件：一定程度低温、低压、低pH、低钠、低钙灌注液灌注，可减轻再灌注损伤，而高钠、高钙可诱发再灌注损伤。

第二节发生机制一、自由基增多

（一）自由基概念和分类概念：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。

表示方法：分子式后上方加一个点如：R? o分类：
1,氧自由基由于特殊的电子排列结构，氧分子（0D极易形成自由基，这些由氧分子形成的自由基统称为氧自由基。0H?是目前发现最活跃的氧自由基。

体内还有其他的化学性质活泼的含氧化合物，如过氧化氢、单线态氧（七2）、臭氧等，这些化合物与含氧自由基统称为活性氧。

2.其他自由基由氧自由基与多价不饱和脂肪酸作用后生成的中间代谢产物为脂性自由基。

（二）自由基的生成与清除.生成

（1）氧化磷酸化过程中单电子还原\比0

生理情况下，98%氧接受4个电子还原成水，同时释放能量，仅有1一2%的氧经单电子还原成自由基。

（2）其他反响生成体内许多酶促反响和非酶促反响可通过单电子转移而生成自由基。

1.清除

(1)抗氧化物质
(2)抗氧化酶

(三)缺血-再灌注导致自由基增多的机制.线粒体损伤：

缺氧时Ca2+进入线粒体增多，使线粒体功能受损，细胞色素氧化酶系统功能失调，以致进入细胞内的氧，经单电子还原而形成的氧自由基增多。

1.中性粒细胞聚集和激活中性粒细胞在吞噬活动中耗氧量增加，摄取的氧在NADPH酶和NADH酶催化下接受电子形成氧自由基，用以杀灭病原微生物。

缺血时自由基作用于细胞膜生成白三烯以及补体系统激活产生C3的片段具有很强趋化作用,使中性

粒细胞聚集激活。

再灌注时重新获得氧，激活的中性粒细胞产生大量的氧自由基，即呼吸爆发，造成组织细胞的损伤。

2.黄喋吟氧化酶形成增多缺血时，ATP减少，钙泵功能障碍，Ca?+进入细胞激活Ca?+依赖性蛋白水解酶使毛细血管内皮细胞内的黄喋吟脱氢酶(XD)转化为黄喋吟氧化酶(X0)；同时，ATP依次降解为ADP、AMP、次黄喋吟。

再灌注时，大量分子氧供应，X0催化次黄喋吟转变为黄喋吟再变为尿酸的两部反响中，都同时以分子氧为电子接受体，从而产生大量的尿素和H202o

「ATP合成1一钙泵活性—细胞内Ca2+f—Ca2+依瞿性蛋白水解的激活IYADP黄喋吟脱匆酣(XD)」-黄喋吟氧化酹(XO)I
IAMP 一腺喋吟核甘一次黄喋吟核首一次黄喋吟
^o2L黄喋吟+H2O2+O;

>尿酸+H2O2+O；.儿茶酚胺自身氧化增加

缺血-再灌注是一种应激反响，产生儿茶酚胺。一方面具有代偿调节作用，另一方面可自氧化产生

大量的氧自由基。

(四)自由基增多引起机体损伤的机制.膜脂质过氧化

自由基与不饱和脂肪酸作用引发脂质过氧化反响，使膜结构受损，功能障碍:

(1)细胞及细胞器膜结构损伤

(2)生物活性物质生成增多

(3)ATP生成减少.蛋白质功能抑制

自由基可使蛋白质分子中(酶)半胱氨酸的一SH(筑基)被氧化为二硫键。

1.核酸破坏与DNA断裂自由基可使碱基羟化或DNA断裂，导致染色体畸变或细胞死亡。这种作用的80%是0H.所致。

二、钙超载钙稳态定义：正常情况下，细胞通过一系列转运机制维持细胞内外Ca?+巨大的浓度梯度，保持细胞内低钙的状态。

Ca?+进入细胞的途径：

1.细胞膜对Ca"的低通透性。

2.细胞膜上有电压门控和受体门控的Ca?+通道。
3.细胞内肌浆网上有受体控制的Ca?+释放通道。

Ca?+出细胞的方式.细胞膜上的钙泵将Ca?+逆浓度梯度转运至细胞外。

1.通过细胞膜上的Na+-Ca?+交换,3Na+:1Ca2+o.Ca2+-M交换：[C，+]i升高时，Ca?+被线粒体摄取，线粒体中的M排至胞液。

2.细胞器膜上的钙泵和NaYa?+交换将胞质内的Ca?+贮存到内质网和线粒体内。

钙超载：各种原因引起的细胞内钙含量异常增多并导致细胞结构损伤和功能代谢障碍的现象。

(一)缺血-再灌注导致钙超载的机制LNa,-Ca?+交换异常

(1)直接激活缺血时ATP生成减少，导致钠泵活性降低，细胞内Na，含量明显升高。

再灌注时，细胞内高Na.直接激活钠泵，迅速激活Na+/Ca?+交换蛋白，反向转运使Na.出胞Ca?+进

胞，导致细胞内高钙引起组织损伤。

(2)间接激活缺血使细胞无氧呼吸产生大量H+,组织间液和细胞内PH降低。

再灌注时组织间液PH恢复，与细胞内低PH产生梯度差，激活M-Na.交换蛋白，M外流，Na+内流，导致细胞内高Na1细胞内高Nd直接激活钠泵，迅速激活Na7Ca?+交换蛋白，反向转运使Na.出胞Ca?+进胞，导致细胞内高Ca?+引起组织损伤。

3.蛋白激酶C(PKC)激活缺血再灌注时，儿茶酚胺释放增多。

一方面作用于a1肾上腺素能受体，激活PLC介导的细胞信号传导通路，促进PIP2分解成品和DG。艮促进内质网释放Ga2]DG激活PKC促进H=Na+,进而促进Na7Ca"交换，导致细胞内高Ca2+O另一方面作用于B肾上腺素能受体，激活AC增加L型钙通道的开发，促进Ca?+的内流。

4.生物膜损伤
(1)细胞膜损伤细胞内钙增加可激活磷脂酶，使膜磷脂成分受损而分解，细胞膜通透性增加，使细胞内钙增加，Ca?+超载本身与氧自由基的大量生成有因果关系。

(2)线粒体膜损伤再灌注时，产生的氧自由基可破坏线粒体结构，使线粒体肿胀，膜流动性降低，氧化磷酸化功能受损，ATP生成减少，细胞膜及肌浆网膜钙泵功能障碍，造成细胞内钙超负荷。 (3)内质网膜损伤自由基损伤和膜磷脂分解可造成肌浆网膜损伤，钙泵功能抑制，胞浆钙浓度升高。

(二)钙超载引起机体损伤的机制.能量代谢障碍
一方面，缺血/再灌注损伤使[Ca2+]i升高，线粒体对Ca?+的摄取也随之增加，而线粒体的摄Ca?+过程是依赖ATP的。

另一方面进入线粒体的Ca：与含磷酸根的化合物结合，形成磷酸钙沉积，破坏线粒体的结构和功能，干扰线粒体的氧化磷酸化，使能量代谢障碍，ATP生成减少。

1.细胞膜及结构蛋白分解细胞内Ca?+增加激活磷脂酶类，促进膜磷脂降解，造成细胞膜结构损伤。激活钙依赖性蛋白酶活性，促进细胞膜和结构蛋白的分解。

激活核酸内切酶，引起染色体的损伤。

缺血再灌注使线粒体渗透性转导孔开发，抑制线粒体呼吸功能，导致细胞色素C释放和凋亡蛋白酶释放，启动细胞凋亡。

缺血再灌注使溶酶体膜破裂，导致细胞自溶。

2.导致再灌注性心律失常细胞内钙增加，通过Na^Ca?+交换形成一过性内向离子流，称为暂时性内向

电流(ITi),ITi 主要以Na+介导，其它阳离子在心肌细胞动作电位后形成短暂后除极，到达阈电位水平，引起新的动作电位称之为触发激动，它是再灌注诱发心律失常的主要原因之一。

3.促进氧自由基生成钙超负荷使钙依赖性蛋白水解酶激活，促使黄喋吟脱氢酶转变为黄喋吟氧化酶，使自由基生成增加；磷脂酶A2的激活，使花生四烯酸(AA)生成增加，后者通过环氧化酶作用产生大
量H202和OH?。

4.肌原纤维过度收缩细胞内Ca?+浓度增高；再灌注使缺血期堆积的H.迅速移出，减轻或消除了M对心肌收缩的抑制作用。

5.加重酸中毒细胞能量代谢障碍，无氧呼吸增加，乳酸增多，细胞酸中毒；细胞内Ca?+增多导致细胞高能磷酸盐水解，释放大量H1加重细胞酸中毒。

三、炎症反响过度激活
（-）缺血-再灌注引起炎症反响过度激活的机制实验研究和临床观察证明：缺血-再灌注时，白细胞（主要是中性粒细胞）明显增加。

1.细胞黏附分子生成增多缺血损伤可刺激血管内皮细胞外表多种黏附分子表达增强，引起中性粒细胞沿内皮细胞外表滚动，甚至黏附聚集在血管内皮细胞上。

炎症反响引起大量趋化因子释放，可增加整合素的亲和力，促使中性粒细胞牢固黏附于血管壁上。

2.趋化因子与细胞因子生成增多组织损伤时，趋化因子与细胞因子生成增多，血细胞穿过血管壁迁移到感染或损伤区域，称为细胞渗出。

内皮细胞与白细胞分泌的趋化因子、选择素与整合素等可促进中性粒细胞与巨噬细胞的渗出。同时，细胞膜磷脂降解，花生四烯酸代谢产物如白三烯LT、LTB、血小板活化因子（PAF）、补体C5a片段及激肽等细胞因子增多，这些物质具有很强的趋化作用，吸引大量白细胞黏附于血管内皮或渗出到损伤组织区域。

（二）炎症反响引起机体损伤的机制.微血管损伤
1）微血管内血液流变学改变：中性粒细胞与血管内皮细胞粘附；血小板沉积；红细胞聚集。2）微血管口径的改变：血管内皮肿胀及中性粒细胞与血管内皮细胞粘附均可造成管腔狭窄。

3）微血管通透性增高，引发水肿：其机制可能与白细胞释放的某些炎症介质有关。无复流现象：恢复血液灌注后，缺血区依然得不到充分的血液灌注的现象。

1.细胞损伤激活的中性粒细胞与血管内皮细胞可释放大量的活性物质，改变了自身的结构和功能，造成周围组织细胞损伤。

第三节功能代谢变化一、心肌缺血一再灌注损伤

（一）再灌注性心律失常定义：缺血心肌再灌注过程中出现的心率失常，称为再灌注性心律失常。特点：.

①再灌区里功能上可恢复的心肌细胞越多，心律失常的发生率越高。

②缺血心肌数量多、缺血程度重、再灌注速度快，心律失常的发生率就高。

③心律失常以室性心律失常居多，如室性心动过速和心室纤颤等。

机制：.

1.再灌注心肌之间动作电位时程的不均一性。

2.再灌注时细胞内高Na.激活Na7Ca?+交换蛋白进行反向转运，使动作电位平台期进入细胞内的Ca"

增加，出现一个内向电流，在心肌动作电位后形成短暂除极，即延迟后除极，可造成传导减慢，触发多种心律失常。

3.自由基及活性氧增多改变心肌细胞膜的流动性及离子的通透性，导致细胞离子通道发生改变，诱发心律失常。

4.再灌注时内源性儿茶酚胺增多，激活心肌细胞膜Q受体，Ca?+进入细胞，自律性增高。

（二）心肌舒缩功能障碍.再灌注性心肌顿抑：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收缩功能降低的现象。目前认为，自由基生成增多、细胞内钙超载及炎症反响过度激活是心肌顿抑的主要发生机制。

1.微血管堵塞：缺血-再灌注可引起心肌微血管发生堵塞，发生严重的肿胀与内皮细胞损伤，腔内血栓形成，供血障碍。ATP合成减少，导致心肌舒缩功能障碍。

（三）心肌结构变化质膜破坏、肌原纤维结构破坏（出现严重收缩带或肌丝断裂、溶解）、线粒体损伤，既破坏膜磷脂也破坏蛋白质大分子及肌原纤维。受损最严重的是生物膜结构，细胞膜、线粒体膜和内质网膜等被氧化而变性，通透性增大、离子分布和运转异常，尤其是钙离子大量流入细胞内。细胞内一些酶可以通过膜而漏到细胞间隙，进而经淋巴和静脉到血液中。

二、脑缺血一再灌注损伤的变化三、其他器官缺血一再灌注损伤的变化

第四节防止的病理生理基础一、尽快恢复血流与控制再灌注条件

二、清楚与减少自由基、减轻钙超载三、应用细胞保护剂与抑制剂四、激活内源性保护机制