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1、1,氧反常（oxygen paradox）：用低氧溶液灌注组织器官 或在缺氧条件下培养细胞一定时间后，再恢复正常氧供应， 组织及细胞损伤不仅未能恢复，反而更趋严重的现象。,第十章 缺血再灌注损伤,概述 缺血再灌注损伤（ischemiareperfusion injury IRI）： 血液再灌注后缺血性损伤进一步加重的现象。,钙反常（calcium paradox）：预先用无钙溶液灌流大 鼠心脏2min，再用含钙溶液进行灌流时，心肌细胞酶释放 增加，肌纤维过度收缩及心肌电信号异常。,2,pH反常（ pH paradox）：在再灌注时迅速纠正缺血组 织的酸中毒，反而会加重缺血再灌注损伤。 这提示氧
2、、钙和PH可能参与缺血再灌注损伤的发生、 发展。,第一节 缺血再灌注损伤的原因及条件 一、原因 1、组织器官缺血后恢复血液供应，如休克时微循环的疏 通，冠状动脉痉挛的缓解，心脏骤停后心脑肺复苏等。,3,2、动脉搭桥术，冠脉血管成形术（PTCA）、溶栓 疗法等血管再通术后，心脏外科体外循环术，器官移植 及断肢再植术后。,二、影 响 因 素 1、缺血时间 2、侧枝循环 3、需氧程度 4、再灌注条件,4,第二节 缺血再灌注损伤的发生机制,一、自由基的作用,（一）自由基的概念与类型,5,自由基（free radial，FR）：是在外层电子轨道上 含有单个不配对电子的 原子、原子团和分子的总称。,自由基
3、的种类很多，主要包括：, 2、活性氧（reactive oxygen，RO）： 为化学性质较 基态氧活泼的含氧物质，包括氧自由基和非自由基的含氧 产物，如 H2O2，1O2。,单线态氧（1O2）是一种激发态氧，易氧化不饱和脂肪酸。,6,2、脂性自由基：指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，如烷自由基（L），烷氧自由基（LO）烷过氧自由基（ LOO ）等 。,3、其它：氯自由基（CI）、甲基自由基（CH3 ）和NO等自由基的性质极为活泼，易于失去电子而氧化，或获得电子而还原，特别是其氧化作用很强，故具有强烈的引发脂质化作用。,7, （二）氧自由基生成增多的机制,1.黄嘌呤氧化酶
4、的形成增多,8,2O2+NADPH,2、中性粒细胞 中性粒细胞在吞噬活动时耗氧量增加,组织缺氧可激活补体系统，或经细胞膜分解产生多种具有趋化 活性的物质，如C3片段，LTs等，吸引、激活中性粒细胞。再 灌注期组织重新获得O2供应，激活的中性粒细胞耗氧量显著增 加，产生大量氧自由基，称呼吸爆发或氧爆发（respiratory or oxygen burst）。,9,3、线粒体,缺血缺氧时，使ATP含量减速少，钙进入线粒体增多， 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氧自由基增多，而经 4价还原生成的水减少。,4、儿茶酚胺的自身氧化,缺血缺氧可刺激机体
5、释放大量儿茶酚胺，过量的儿茶酚胺特别是它的氧化物可产生具有细胞毒性的氧自由基。,自由基可与各种细胞成分，如膜磷脂、蛋白质、核酸等发生反应，造成细胞结构损伤和功能障碍。,（三）自由基的损伤作用,10,1、膜脂质过氧化物增强,自由基对磷脂膜的损伤作用主要表现其可与膜内多价 不饱合脂肪酸作用使之发生过氧化，造成多种损害：,破坏膜的正常结构 脂质过氧化使膜不饱和脂肪酸减少，不饱和脂肪酸/蛋白质的比例失调，使膜的液态性、流动性降低，通透性增加，细胞外Ca2+内流增加。, 间接抑制膜蛋白的功能 脂质的过氧化反应使膜脂肪发 生交联与聚和，这可间接抑制膜蛋白，如钙泵、钠泵及 Na+/Ca2+交换系统等功能，导
6、致胞浆Na+，Ca2+浓度升高，造 成细胞肿胀和钙超载。膜液态性的降低和膜成分的改变影响 信号转导分子在膜内的移动，抑制受体、G蛋白与效应器的偶联，造成细胞信号转导障碍。,11,3 破坏核酸染色体 自由基可使碱基羟化或DNA断裂， 从而引起染色体畸变或细胞死亡。,促进自由基和其它生物活性物质生成 脂质过氧化可激 活磷脂酶C、磷脂酶D，进一步分解膜磷脂，催化花生四烯酸代 谢反应，在增加生由基生成和脂质过氧的同时，形成多种生物 活性物质，如前列腺素、血栓素、白三烯等，促进再灌注损伤。,减少ATP生成 线粒体膜脂质过氧化，导致线粒体功能 抑制，ATP生成减少，细胞能量代谢障碍。,2 蛋白质功能抑制
7、自由基可使酶的巯基氧化，形成二硫 键。也可使氨基酸残基氧化，胞浆及膜蛋白和某些酶的交联形 成二聚体或更大的聚合物，直接抑制蛋白质的功能。膜离子通 道蛋白的抑制与膜磷脂微环境的改变一起，共同导致膜离子梯 度异常。自由基可损伤肌纤维蛋白，抑制心肌收缩力。肌浆网 钙运蛋白受自由基的损伤，钙调节功能异常。,12,二、钙超载,13,14,（一）细胞内钙超载的机制 钙超载主要发生在再灌注期，且主要原因是由于钙内流增加，而不是钙外流减少。 1、 Na/ H交换异常 Na/ H交换蛋白是缺氧-再灌注损伤和钙反常时大量Ca2进入细胞的主要途径。,15,（1）细胞内高Na直接对Na/ Ca2交换蛋白激活：缺血使细
8、胞ATP含量减少，钠泵活性降低，造成细胞内钠含量增高。再灌注时，缺血细胞重新获得氧及营养物质供应，细胞内高Na除激活钠泵外，还迅速激活的Na/ Ca2交换蛋白，以加速Na向细胞外转运，同时将大量钙运入胞浆。,16,（3）蛋白激活C活化对Na/ Ca2交换蛋白的间接激活 缺血再灌注损伤时，内源性儿茶酚胺释放增加。1肾上腺能受体 激活G蛋白磷脂酶C介导的细胞信号转导通路，促进磷脂酰肌醇分解，生成三磷酸肌醇和甘油二酯。三磷酸肌醇促进细胞内Ca2释放；甘油二酯经激活蛋白激酶C促进Na/ H交换，进而增加Na/ Ca2交换，使胞浆Ca2浓度升高。,17,此外，肾上腺素能受体兴奋可通过增加L型钙通道（受体
9、操纵性钙通道）的开放促进Ca2+内流，可能也是细 胞外Ca2+进入胞浆造成钙超载的途径之一。,2、生物膜损伤,（1）细胞膜损伤：钙反常时可有明显的细胞膜结构损伤， Ca2+的通透性大大增加，细胞外Ca2+顺浓度差内流增加。Ca2+增加可激活磷酯酶，促进膜磷脂降解，进一步增加膜通透性。再灌注时生成大量的自由基，使细胞膜脂质过氧化，加重膜结构的破坏。,（2）线粒体及肌浆网损伤：自由基损伤和膜磷酯分解可 造成肌浆网损伤，钙泵功能抑制使肌浆网摄Ca2+减少，胞浆 钙浓度升高。线粒体损伤抑制氧化磷酸化，使ATP生成减少， 和肌浆网钙泵能量供应不足，促进钙超载的发生。,18,（二）钙超载引起缺血再灌注损伤
10、的机制,1、线粒体功能障碍 再灌注后，胞浆内Ca2+浓度 明显增加，刺激线粒体钙泵摄钙，使胞浆内Ca2+向线粒体 转移。线粒体过多摄入Ca2+，除增加ATP消耗外， Ca2+ 与线粒体内含磷酸根的化合物结合，形成不溶性磷酸钙， 干扰线粒体的氧化磷酸化，使ATP生成减少。,2、激活磷脂酯酶：细胞内钙浓度升高可激活多种磷 脂酶，促进膜磷脂分解，使细胞膜和细胞器结构均受到损伤。此外，膜磷脂降解产物生四烯酸、溶血磷脂等增多，亦可加重细胞紊乱 。,19,3、缺血再灌注性心律失常、通过Na+/Ca2+交换形成一过性内向离子流，在心肌动作电位后形成迟后除极，成为引起心律失常的原因之一。,4、促进氧自由基生成
11、 细胞内Ca2+增加可通过增 强钙依赖性蛋白酶活性，加速黄嘌呤脱氢酶（XD）转化 为黄嘌呤氧化酶（XO），从而促进氧自由基生成。,5、肌原纤维过度收缩,缺血再灌注使缺血细胞重新获得能量供应，在胞 浆存在高浓度Ca2+的条件下，肌原纤维发生过度收缩。这 种肌纤维过度甚至是不可逆性缩短可损伤细胞骨架结构， 引起心肌纤维断裂。,缺血再灌注使缺血期堆积的H+迅速移出，减轻或消除了H+对心肌收缩的抑制作用。,20,三、微血管损伤和白细胞的作用 （一）再灌注时血管内皮细胞与白细胞激活 粘附分子（adhesion molecule，AM）：是指由细胞合成的，可促进细胞与细胞之间，细胞与细胞外基质之间粘附的一
12、大类分子的总称。如整合素、选择素、细胞间粘附分子、血管细胞粘附分子及血小板内皮粘附分子等，在维持细胞结构完整和细胞信号转导中起重要作用。 血管内皮细胞激活表现在：在缺血再灌注早期，血管内皮细胞内原先储存的一些蛋白质前体活化，释放多种细胞粘附分子，促进中性粒细胞粘附和聚集；在再灌注数小时后，血管内皮细胞内一些蛋白质在转录水平上表达增加，大量合成细胞粘附分子等。,21,再灌注损伤可使细胞膜磷酯降解，花生四烯酸代谢产物增多，其中有些物质，如白三烯具有很强的白细胞趋化作用，能吸引大量中性粒细胞粘附于血管内皮细胞并进入组织。中性粒细胞与血管内皮细胞粘附后进一步激活，自身合成释放多种具有趋化作用的炎性介质
13、，使白细胞侵润进一步加重。,（二）血管内皮细胞与中性粒细胞介导的缺血再灌注损伤 无复流现象（no-reflow phenomenon）：结扎狗冠状动脉造成心肌局部缺血后，再开放结扎动脉，重新恢复血流，部分缺血区并不能得到充分的血液灌注现象。,22, 激活的血管内皮细胞与白细胞相互作用，对微血管和 细胞损伤产生的重要影响，是无复流现象的病理生理基础。 1、微血管损伤 （1）微血管血液流变学改变：在心肌缺血和再灌注早期， 即可见中性粒细胞粘附在血管内皮细胞上。随后，有血小 板沉积和红细胞缗钱状聚集，造成毛细血管阻塞。再灌注 期，激活的血管内皮细胞和中性表面可表达选择素，增强 血管内皮与白细胞之间的
14、亲和力，使白细胞在微血管内流 速减慢，造成“滚动”现象。随着再灌注时间延长，中性粒 细胞，血管内皮细胞表面的粘附分子表达进一步增加，中 性粒细胞与内皮细胞发生粘附，粘附的中性粒细胞可释放 化学趋化介质，如LTS、TXA2、PAF等，加重细胞间粘附 和微血管堵塞。,23,（2）微血管口径的改变：再灌注时，损伤的血管内皮细胞肿胀，可导致管腔狭窄，阻碍血液灌流。激活的血管内皮细胞和中性粒细胞可释放大量的缩血管物质，如ET、ATII、TAX2等，而扩血管物质的合成与释放减少，造成微血管舒缩功能改变。缺血细胞肿胀使微血管受压，也可促进无复流现象的发生，加重细胞的损伤与坏死。,2 细胞损伤 激活的血管内皮
15、细胞与中性粒细胞释放的大量生物活性物质，如自由基、蛋白酶、细胞因子等，不但可改变自身的结构和功能，而且使周围组织细胞受到损伤。,（3）微血管通透性增高：自由基损伤和中性粒细胞粘附是微血管通透性增高使细胞间质水肿。而中心粒细胞从血管内渗出并粘附于心肌细胞，直接释放细胞毒性介质到心肌细胞表面造成其损伤。,24,一、心脏缺血再灌注损伤的变化 （一）心功能变化 1、缺血再灌注心律失常：在心肌缺血再灌注过 程中出现的心律失常称为再灌注性心律失常。其中以室 性心律失常，如室性心动过速和心室颤动最为多见。 缺血再灌注心律失常的发生与缺血再灌注前心 肌缺血的时间长短有关。缺血时间过短，心肌损伤不明 显；缺血时
16、间过长，心肌丧失电活动，二者均不易出现 缺血再灌注性心律失常。,第三节 缺血再灌注损伤时机体的功能及代谢变化,25,此外，心律失常的发生还与缺血心肌的数量，缺血和 程度，再灌注血流的速度及电解质紊乱等因素有关。 缺血一再灌注性心律失常的发生是多因素的，自由基 和钙超载造成的心肌损伤及ATP减少使ATP敏感性钾通道激活等均可改变心肌电生理特性。,2 心肌舒缩功能降低 缺血一再灌注导致的心肌可逆性或不可逆性损伤均 造成心肌舒缩功能降低,表现为心输出量减少,心室内压 最大变化速率(dp/dtmax)降低，左室舒张末期压力 (LVEDP)升高等。,26, 心肌顿抑（myocardial stunning)：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。 心肌顿抑是缺血一再灌
