缺血-再灌注损伤

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1、缺血-再灌注损伤一、缺血-再灌注损伤的研究简史和现状早在1955年Sewell报道，在结扎狗冠 状动脉后，如突然解除结扎，恢复血流， 部分动物立即发生心室纤颤而死亡。1960 年，Jennings第一次提出心肌缺血-再灌注 损伤的概念，即在心肌缺血恢复血流后， 缺血心肌的损伤反而加重。1967年， 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。此后发现几乎所有的器官都可能发生缺血 再灌注损伤。在临床中，休克时微循环的 疏通、冠状动脉痉挛的缓解、心脑血管栓 塞再通（经皮腔内冠脉血管成形术-PTCA) 、心肺手术体外循环后和心脏骤停后心肺 脑复苏、断肢再植

2、、器官移植血供恢复等 都可能发生再灌注损伤。在20世纪80年代 ，缺血-再灌注损伤发生机制的研究是一个 热点。二、缺血-再灌注损伤的定义缺血的组织、器官经恢复血液灌注后 不但不能使其功能和结构恢复，反而加重 其功能障碍和结构损伤的现象称为缺血-再 灌注损伤。缺血-再灌注损伤不等于缺血-再 灌注，后者是治疗缺血性疾病的主要措施 之一。缺血后再灌注，绝大部分缺血的组 织器官功能和结构可以恢复，只有少部分 情况下会发生缺血-再灌注损伤，缺血-再灌 注损伤并不是不可逆的。第一节 缺血-再灌注损伤的原因和条件 一、原因 缺血-再灌注损伤发生的前提是缺血，所以 凡能引起组织器官缺血的因素都可能成为 缺血-

3、再灌注损伤的原因。 1、全身循环障碍后恢复血液供应：休克微 血管痉挛解除后 2、组织器官缺血后血流恢复：器官移植 3、某一血管再通后：溶栓疗法二、条件 1、缺血时间：再灌注前组织缺血时间长短 和再灌注损伤的发生关系密切，缺血时间 过短或过长均不易发生再灌注损伤。 2、侧枝循环：侧枝循环丰富的组织不易发 生缺血再灌注损伤。 3、需氧程度：对氧需求较高的组织易发生 再灌注损伤，如心脏和大脑。 4、再灌注条件：一定程度的低温、低压、 低pH、低钠、低钙灌流液灌注，可减轻再 灌注损伤，而高钠、高钙可诱发再灌注损 伤。第二节 缺血-再灌注损伤的发生机制缺血-再灌注损伤是一种反常现象，它 的发生与氧自由基

4、大量产生、细胞内钙超 载、白细胞激活有关。一、自由基的作用 （一）自由基的概念和类型 自由基是指外层轨道上含有单个不配对电 子的各种原子、原子团或分子。由氧诱发 的自由基称为氧自由基。分为 1、非脂质自由基 ：超氧阴离子自由基、 羟自由基(OH )、NO。 2、脂质自由基 ：氧自由基和多价不饱和 脂肪酸作用后产物。脂氧自由基（LO） 、脂过氧自由基（LOO）等。活性氧是指一类由氧形成的、化学性质 较基态氧活泼的含氧代谢物质，包括氧 自由基和非自由基的物质，如单线态氧 （1O2）、H2O2 （二）自由基的代谢 生理状态下98%的氧通过细胞色素氧化酶 系统接受4个电子还原成水，同时释放能量 。1-

5、2%的氧通过单电子还原产生超氧阴离 子自由基、H2O2和OH。 自由基参与人体内的电子转移、杀菌和 物质代谢。生理情况下，细胞内的抗氧化 物质可以及时清除自由基，使其对机体无 有害影响。病理情况下，活性氧生成过多 或机体氧化能力不足，可引发氧化应激反 应，导致细胞损伤甚至死亡。（三）缺血-再灌注时氧自由基生成增多的机制 1、黄嘌呤氧化酶途径：黄嘌呤氧化酶 (XO)、黄嘌呤脱氢酶(XD)主要存在于毛细 血管内皮细胞内。正常时，90%以XD的形 式存在， XO仅占10%。组织缺血时，细胞内Ca2+增多，激活 Ca2+依赖性蛋白酶，使XD大量转化为 XO；同时，由于ATP降解，次黄嘌 呤生成增加。

6、再灌注提供了大量的氧，使缺血时积 聚的次黄嘌呤在黄嘌呤氧化酶的作用 下生成黄嘌呤，后者再在黄嘌呤氧化 酶作用下生成尿酸，这两个过程都有 活性氧生成。2、白细胞呼吸爆发产生大量活性氧白细胞在吞噬活动时耗氧量增加，其摄入 氧的70%-90%在NADPH氧化酶和NADH 氧化酶的催化下，接受电子形成氧自由基 ，用于杀灭病原微生物。组织缺血可激活白细胞。再灌注期组织重 新获得氧供应，激活的白细胞耗氧量显著 增加，产生大量氧自由基，称为呼吸爆发 ，造成细胞损伤。 白细胞呼吸爆发产生大量活性氧3、线粒体：缺血缺氧使ATP含量减少， Ca+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，导致

7、 进入细胞内的氧经单电子还原形成的氧 自由基增多，而经4价还原生成的水减少 。缺血-再灌注时线粒体产生活性氧示意图(四)自由基的损伤作用 活性氧可以和膜磷脂、蛋白质、核酸 等多种细胞成分发生反应，破坏细胞 的结构和功能，造成细胞损伤。 活性氧使脂质、蛋白质、核酸氧化Mitochondria 线粒体 Chromosome 染色体1. 膜脂质过氧化（ lipid peroxidation） 生物膜（细胞膜、线粒体膜、溶酶 体膜和内质网膜）是活性氧攻击的主要 部位。生物膜的主要成分是极性脂质（ 磷脂、胆固醇）和膜蛋白（酶、受体、 离子通道等）。膜磷脂富含多价不饱和 脂肪酸，易发生脂质过氧化。（1）细

8、胞膜结构破坏：质膜脂质过氧化使 细胞膜不饱和性改变，继之发生膜流动性 降低、脆性增加、受体失活、离子通道变 构、酶活性改变，从而引起细胞功能和结 构变化。 （2）细胞器膜结构破坏：溶酶体破裂释 放溶酶体酶，引起细胞结构损坏；线粒 体肿胀、功能障碍，产能减少；肌浆网 Ca2+-ATP酶活性降低使摄取的Ca2+减少， 导致细胞内钙超负荷。2. 蛋白质失活： 活性氧对酶活性的影响包 括：破坏氧化酶的活性中心巯基； 破坏酶活性所必须的脂质微环境；在酶 蛋白之间发生交联形成多聚物；攻击酶 活性中心部位的氨基酸；激活磷脂酶A2 使膜磷脂释放出花生四烯酸，导致前列腺 素、白三烯生成增多，炎症反应加剧。 3.

9、 DNA损伤： 活性氧可以与核酸反应从而 使碱基发生修饰、断裂和交联。造成DNA 损伤的活性氧是OH（占80%）和NO。二、钙超载 （一）细胞内钙超载的产生机制1966年Zimmerman和Hulsmann发现 ，用无Ca2+的“生理盐溶液”灌注大鼠离体 心脏，短时间内即发生肌膜损伤，随后灌 注正常含钙的生理溶液，心脏发生更为严 重的结构和功能改变，这称为钙反常。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， 称为钙超载（calcium overload）。 1.Na+-Ca2+交换异常 缺血缺氧时，细胞内pH降低（细胞内酸 中毒），恢复灌注使细胞内外形成pH梯

10、 度差，Na+-H+交换增强，使细胞内Na+增 加，从而使Na+-Ca2+交换发生反向转运， 细胞外Ca2+大量内流，造成细胞内钙超 载。（正常情况下， Na+-Ca2+ 交换蛋白 以正向转运的方式将胞浆Ca2+运出细胞 ）2、生物膜损伤 （1）细胞膜损伤：缺血造成细胞膜外板与 糖被分离，使细胞膜对钙的通透性大大增 加；细胞内Ca2+增加又可激活磷脂酶，使 膜磷脂降解，细胞膜通透性进一步增高。 当再灌注时，钙离子顺细胞内外的浓度差 大量进入细胞内。 （2）线粒体及肌浆网膜损伤：活性氧还可 以损伤线粒体膜，导致ATP生成减少，抑 制钙泵活性；损伤肌浆网和内质网，影响 钙的转运，加剧细胞内钙超载。

11、 （二）钙超载引起细胞损伤的机制1. 线粒体功能障碍：胞浆内高浓度的 Ca2+使线粒体摄取Ca2+增加， Ca2+浓度增 高使线粒体内形成磷酸钙沉积，影响ATP 合成，导致ATP合成减少。2. 激活钙依赖性降解酶 ：Ca2+浓度增高 可激活多种钙依赖性降解酶。磷脂酶激活 促进膜磷脂水解，造成细胞膜及细胞器质 膜受损；蛋白酶和核酸内切酶激活可引起 细胞骨架和核酸分解，导致细胞损伤。3. 促进活性氧生成 钙超载激活Ca2+依赖性蛋白酶，促使黄嘌 呤脱氢酶转变为黄嘌呤氧化酶，致使活性 氧生成增加，损害组织细胞。 4、肌原纤维过度收缩（破坏细胞骨架） (1)再灌注使缺血细胞重新获得能量供应， 在胞浆存

12、在高浓度Ca+的条件下，肌原纤维 过度收缩。(2)再灌注形成细胞内外H+浓度 差，促使H+细胞内移出，减轻对心肌收缩 的抑制作用。三、白细胞的作用 (一)再灌注时白细胞的激活 正常情况下，微血管内皮细胞仅表达少量 黏附分子（黏附分子是指由细胞合成的， 并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分子的总称，如整合 素、选择素、细胞间粘附分子、血管细胞 黏附分子及血小板内皮细胞黏附分子等） ，故血管内皮细胞和血液中流动的中性粒 细胞互相排斥保证血流通畅。 缺血-再灌注后数分钟内，血管内皮细胞和 白细胞表达大量黏附分子，如P-选择素表 达增加，使白细胞沿内皮细胞表面缓慢滚 动，形成不稳

13、定黏附。再灌注4h后，整合 素表达增加，白细胞和内皮细胞出现牢固 黏附。同时，再灌注损伤时，内皮细胞和 白细胞释放具有趋化作用的炎症介质如 LTB4，这些趋化因子吸引大量白细胞穿过 血管壁游走到细胞间隙，从而导致白细胞 黏附聚集。 （二）中性粒细胞介导的再灌注损伤 1、微血管损伤 （1）微血管血液流变学改变：白细 胞黏附造成微血管阻塞。 （2）微血管口径改变：激活的中性 粒细胞和血管内皮细胞可释放大量缩 血管物质。（3）微血管通透性增高：白细胞呼吸 爆发会释放超氧阴离子、过氧化氢、 次氯酸等活性氧，损伤微血管壁。 2、细胞损伤 激活的中性粒细胞与血管内皮细胞可 释放大量的致炎物质，如自由基、蛋

14、 白酶、细胞因子等。第三节 机体主要器官的缺血-再灌注损伤 一、 心脏缺血-再灌注损伤 1. 缺血-再灌注性心律失常：心肌缺血-再灌 注过程中心律失常发生率较高，多为室性 心动过速和心室颤动。自由基和钙超载造 成的心肌损伤及ATP减少使ATP敏感性钾 通道激活是缺血-再灌注性心律失常发生的 主要原因。2. 心肌舒缩功能下降：心肌舒缩功能下降 表现为心肌顿抑（myocardial stunning） ，后者是指心肌经短暂缺血并恢复供血后 ，在一段较长时间内处于“低功能状态”， 常需数小时或数天才可恢复正常功能的现 象。心肌顿抑是心肌缺血-再灌注损伤的表 现形式之一。心肌顿抑的产生与活性氧生 成、

15、钙超载、白细胞活化、合成高能磷酸 化合物能力降低以及微血管灌注障碍有关 。3.心肌结构的变化：表现为心肌细胞水肿 、心内膜下出血或出血性梗死。二、脑缺血-再灌注损伤1. 临床表现：感觉、运动或意识严重障碍2. 脑电图：病理性慢波3. 组织学变化：脑水肿4、发生机制的特点： （1） 兴奋性氨基酸（谷氨酸和门冬氨酸 ）随缺血-再灌注的时间延长逐渐降低，抑 制性氨基酸逐渐增加。 （2） 脑细胞更易受活性氧损伤第四节 防治的病理生理学基础一、尽早恢复血流，减少缺血时间：这是 防治缺血-再灌注损伤的基本原则。 二、采用低压、低温、低流、低钙再灌注 液。 三、清除活性氧 四、钙拮抗剂的使用 五、抗白细胞疗法 六、补充能量及促进能量生成