缺血-再灌注损伤 （Ischemia-reperfusion injury) 新疆医科大学 病理生理学教研室

【案例10-1】 患者男，48岁。因胸痛约1小时入院。经心电图诊断为急性心肌梗死(前间壁)。 查体：血压100/75mmHg，心率37次/分钟，律齐，意识淡漠。既往有高血压病史10年。给予吸氧、心电监护，同时急查心肌酶、凝血因子、电解质、血常规等。入院后约1小时给予尿激酶150万静脉溶栓(30分钟滴完)。用药完毕患者胸痛即消失，但约10分钟时心电监护显示出现室性早搏、室上性心动过速及室颤，血压90/65mmHg。 治疗：立即给予除颤，同时给予利多卡因、小剂量异丙肾上腺素，监护显示渐为窦性心律、血压达正常范围。复查心电图为广泛前壁心肌梗死。 【思考题】 为什么患者在溶栓治疗胸疼症状消失后又出现严重的心律失常、血压下降?

简 史 认识就从这简单现象开始 1９５５年，Sewell结扎狗冠状动脉后，如突然解除结扎，恢复血流，部分动物室颤而死亡，临床类同

１９６０年，Jennings第一次提出心肌再灌注损伤的概念 在心肌缺血恢复血流后， 缺血心肌的损伤反而加重 证实再灌注会引起心肌超微结构不可逆性坏死，包括爆发性水肿，组织结构崩解，收缩带形成和线粒体内磷酸钙颗粒形成。

尸检未发现新的血栓与栓塞情况。 作者认为再灌注所致。 1975年Schaffer对234例急性心肌梗死病人插入心导管到冠状动脉，注入溶栓剂治疗，并对缓解后的病人追踪观察了5个月，发现其中89例病人因复发室颤而死亡。 尸检未发现新的血栓与栓塞情况。 作者认为再灌注所致。

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 1968年由Ames率先报道脑缺血-再灌注损伤。 通过几十年的观察研究，人们逐渐认识了这种缺血、恢复血流灌注后反常的有害现象，对其进行了较为深入的研究。

1978年Modry报道了肺再灌注综合征 １９８１年，Greenberg等证实猫小肠缺血3小时后再灌注时，粘膜损伤更严重 1972年Flore研究肾缺血-再灌注损伤

临床： 冠脉解痉、各种动脉搭桥术 心脑血管栓塞再通（溶栓治疗、自然再通） 心肺手术体外循环后心肺复苏 断肢再植、器官移植血供恢复等 休克、DIC微循环再通 冠脉解痉、各种动脉搭桥术 心脑血管栓塞再通（溶栓治疗、自然再通） 心肺手术体外循环后心肺复苏 断肢再植、器官移植血供恢复等

缺血-再灌注损伤概念 ：在缺血的基础上恢复血流后，组织器官的损伤反而加重的现象称为~ 从实践到理论地总结 缺血-再灌注损伤概念 ：在缺血的基础上恢复血流后，组织器官的损伤反而加重的现象称为~ (ischemia-reperfusion injury)

缺血-再灌注损伤特点： 1.可逆损伤  不可逆损伤 2.具有器官普遍性

无钙溶液灌流心脏后再用含钙液体灌流，心肌细胞损伤加重 氧反常（oxygen paradox) 组织细胞 缺氧后再恢复氧供，组织细胞损伤反而加重。 钙反常（calcium paradox) 无钙溶液灌流心脏后再用含钙液体灌流，心肌细胞损伤加重 pH 反常（pH paradox) 缺血时发生代谢性酸中毒，但再灌注时迅速纠正酸中毒， 反而加重细胞损伤。

第一节 原因和影响因素 一 原因 先缺血，后复灌 二 影响因素 1 .缺血时间 2 .侧支循环 3 .需氧程度 4 .再灌注条件

缺血时间对大鼠再灌注心律失常的影响 室早，速，颤

第二节 发生机制

一、自由基的作用 O2

（一）自由基的概念与类型 自由基(free radical)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。 主要包括： 氧自由基：由氧诱发的自由基。 活性氧：化学性质较基态氧活泼的含氧物质 活性氧的生成： 活性氧 氧自由基 非自由基的含氧产物 单线态氧(1O2) O2.- OH- · H2O2 O2 OH· H2O 自由基(free radical)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。 主要包括： 1．氧自由基 2．脂性自由基 3．其它 自由基的生成与降解处于动态平衡，对机体并无有害影响。 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， 烷自由基(L·) 烷氧自由基(LO·) 烷过氧自由基(L00·) 如氯自由基(Cl·)、甲基自由基(CH·)和NO等。

主要活性氧的生成和代谢 H20 MPO:髓过氧化物酶 HOCl:次氯酸 O2 O2.- H2O2 OH· H2O Fe2+ HOCl N02 SOD Fe2+ HOCl N02 NO 精氨酸 MPO CAT ONOO- NOS NADPH氧化酶 黄嘌呤氧化酶 P450 H20 MPO:髓过氧化物酶 HOCl:次氯酸

Haber-Weiss反应 (without Fe3 ) O2－ + H2O2 O2 + OH +OH  SLOW

Fenton 型Haber-Weiss反应 O2－ + H2O2 O2 + OH +OH  FAST

氧自由基的清除 （1）低分子清除剂 胞浆：还原性辅酶Ⅱ 细胞内外水相： 半胱氨酸、Vit C、谷胱甘肽 细胞脂质： Vit E、 Vit A

酶性清除剂 过氧化氢酶(CAT) 超氧化物歧化酶 MnSOD CuZnSOD 过氧化物酶（H2O2）

（二）缺血-再灌注时氧自由基生成增多的机制

1 黄嘌呤氧化酶增多（血管内皮源性） 黄嘌呤氧化酶(XO) 10% 黄嘌呤脱氢酶(XD) 90% XO —— xanthine oxidase XD —— xanthine dehydrogenase Ca+2敏蛋白酶    

黄嘌呤氧化酶的形成增多 ATP ADP AMP 腺嘌呤核苷 缺血期 黄嘌呤脱氢酶 次黄嘌呤核苷 黄嘌呤氧化酶 黄嘌呤+ O2.- + H2O2 次黄嘌呤 黄嘌呤脱氢酶 O2 O2 再灌注期 尿酸+ O2.- + H2O2 OH·

2.中性粒细胞激活（白细胞源性） H+ + O-2·+H2O2 NADH(I) NADPH(II) + O2 NADH氧化酶 

细胞缺血 补体激活 C3 膜磷脂分解 白三烯 激活 再灌注时 O2 NADPH、NADH 活性氧 大量 白细胞

3. 线粒体功能障碍 O2 H2O 缺血缺氧 ATP Ca2+进入线粒体 Pm O2 呼吸链受抑 NADH蓄积供电子 线粒体 线粒体功能受损 细胞色素氧化酶系统功能失调 4 价还原 O2 H2O Pm O2 呼吸链受抑 NADH蓄积供电子 单电子还原 氧自由基 线粒体

4. 儿茶酚胺 Adr 甲基转移酶 单胺氧化酶 香草扁桃酸（正常代谢） 肾排出 应激时80%O2 肾上腺素红 O-2·

（三）OFR的损伤机制 4造成生物膜损害

自由基的损伤作用 1．膜脂质过氧化(1ipid peroxidation)增强 2．蛋白质功能抑制 3．破坏核酸及染色体 不饱和脂肪酸／蛋白质的比例失调，膜的液态性、流动性降低，通透性增加，细胞外Ca2＋内流增加； 自由基的损伤作用 膜脂质过氧化可激活磷脂酶C、磷脂酶D→花生四烯酸代谢反应 →增加自由基生成和脂质过氧化 →前列腺素、血栓素、白三烯 脂质过氧化使膜脂质之间形成交联和聚合 离子泵：钠钙内流 信号传递蛋白： 酶的巯基氧化，形成二硫键； 使氨基酸残基氧化 胞浆及膜蛋白和某些酶交联形成二聚体或更大的聚合物。 巯基氧化使肌纤维蛋白对Ca2+反应性降低，抑制心肌收缩力。 肌浆网钙转运蛋白受损，钙调节异常。 1．膜脂质过氧化(1ipid peroxidation)增强 磷脂膜　膜内多价不饱和脂肪酸 ①破坏膜的正常结构。 ②间接抑制膜蛋白功能。 ③促进自由基及其它生物活性物质生成。 ④减少ATP生成。 2．蛋白质功能抑制 3．破坏核酸及染色体 线粒体膜脂质过氧化 碱基羟化或DNA断裂 80％为OH·所致，因OH·易与脱氧核糖核酸及碱基反应并使其结构改变。

蛋白质断裂 蛋白质-蛋白质交联 CH3-S- 脂质-脂质交联 O 二硫交联 脂质-蛋白 质交联 氨基酸 氧化 脂肪酸氧化 -S-S- 氨基酸 氧化 OH HO 脂肪酸氧化 从氧化的脂肪酸释出的 丙二醛MDA

自由基对膜的损伤 正常血细胞 自由基损伤 严重自由基损伤

二、钙超载（calcium overload） ——细胞内钙积聚 Ca 2+ Ca 2+ Ca2+ B Pr Ca2+泵 Ca2+ 1 钠-钙交换过程： 钙跨膜转运机制顺着某些离子的浓度梯度弥散。 2 影响交换的因素： 决定因素：细胞外Na+浓度 影响细胞外Na+浓度的因素： Na+-K+交换 “钠-钙交换过程是可逆的。 1 钙泵（calcium pump) （耗能） 2 钠-钙交换(Na+-Ca2+ exchange) （间接耗能） 3 钙通道（calcium channels) Ca2+ SR Na + -Ca 2+载体 Mt

钙超载(calcium overload) 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，严重者可造成细胞死亡。

(一) 钙超载的机制 1. Na+ -Ca2+异常交换 胞内Na+↑、H+↑、NE- 1R- PLC-PKC 2. 细胞膜损伤，通透性↑ ↑ 疏松、膜磷脂降解、OFR 3. 线粒体受损 4. 儿茶酚胺增多？-R glycocalyx

●细胞内高钠对 Na+/Ca2+交换蛋白的直接激活 ●细胞内高 H+对 Na+/ Ca2+交换蛋白的间接激活 1. Na+/Ca2+交换异常 Ca2+内流 ●细胞内高钠对 Na+/Ca2+交换蛋白的直接激活 ●细胞内高 H+对 Na+/ Ca2+交换蛋白的间接激活 ●蛋白激酶 C 活化对 Na+/ Ca2+交换蛋白的间接激活 细胞内酸中毒，再灌注时细胞外酸中毒被缓解，H+外流增加→钠内流增加→细胞内钠增加→进而激活钠钙交换→钙内流增加。

ß肾上腺素能受体促进Ca2+内流 AC cAMP PKA Ca2+ ATP β 儿茶酚胺

PKC间接激活Na+-Ca2+交换蛋白 如α1肾上腺素能受体激活G蛋白-PLC →H + /Na +交换激活

2. 细胞膜损伤，通透性↑ ↑ 疏松、膜磷脂降解、OFR 细胞膜外板和糖被膜由Ca2+紧密联结在一起。 细胞膜脂质过氧化

3. 线粒体受损 自由基损伤 肌浆网损伤、钙泵障碍 膜磷脂分解 肌浆网摄 Ca2+ 胞浆 Ca2+ 线粒体膜损伤 ATP 自由基损伤 肌浆网损伤、钙泵障碍 膜磷脂分解 肌浆网摄 Ca2+ 胞浆 Ca2+ 线粒体膜损伤 ATP 细胞膜和肌浆网钙泵障碍 不能排出和摄取胞浆钙

（二）钙超载引起损伤的机制 1．线粒体功能障碍 2．钙依赖性降解酶的激活 3．心律失常 4．促进氧自由基生成 5．肌原纤维过度收缩 先与CaM 蛋白水解酶 核酸内切酶 磷脂酶 促进膜磷脂分解； 膜磷脂降解产物花生四烯酸、溶血磷脂等增多 Ca2+向线粒体转移： 早期代偿意义。 线粒体过多摄人Ca2+ 增加ATP消耗 磷酸钙沉积干扰氧化磷酸化 1．线粒体功能障碍 2．钙依赖性降解酶的激活 3．心律失常 4．促进氧自由基生成 5．肌原纤维过度收缩 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。 XH →XO 磷脂酶A2→AA→环加氧酶、脂加氧酶→H2O2、OH· ①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。可引起心肌纤维断裂。 ②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。

三 、白细胞的作用 无复流现象(no-reflow phenomenon) 结扎狗冠状动脉造成心肌局部缺血一段时间后，再开放节扎动脉恢复血流，部分缺血区并不能得到充分的血液灌流。 病生基础：中性粒细胞激活及其致炎细胞因子的释放。

（一）再灌注时血管内皮细胞与白细胞激活 趋化物质 VEC 花生四烯酸 WBC 粘附分子 聚集增多的机制 WBC通过毛细血管

（一）再灌注时白细胞的激活 白细胞激活和聚集的主要机制： 再灌注期细胞膜磷脂降解趋化因子（LT、PAF、补体、激肽） 吸引中性粒细胞于缺血区组织。 再灌注期，中性粒细胞激活炎症介质（如IL) 促进更多的白细胞聚集和浸润。 再灌注期，中性粒细胞和内皮细胞表达粘附分子增加加剧白细胞粘附与集聚。

(一）再灌注时血管内皮细胞与白细胞激活 血管内皮细胞 白细胞 缺血-再灌注损伤 膜磷脂 细胞粘附分子 白细胞与血管内皮细胞粘附、浸润 激活 降解 激活 炎症介质 白介素-8 膜磷脂 细胞粘附分子 花生四烯酸代谢产物 （白三烯，强趋化作） 促进 白细胞与血管内皮细胞粘附、浸润

粘附分子（adhesion molecules,AM） 是指介导细胞与细胞间或细胞与基质间相互接触和结合的一类分子，大都为糖蛋白，分布于细胞表面或细胞外基质（extracellular matrix,ECM）中。 目前按粘附分子的结构特点，可将其分为粘合素超家族的粘附分子、免疫球蛋白超家族的粘附分子、选择凝集素家族粘分子、钙离子依赖的细胞粘附素家族粘附分子及其它未归类的粘附分子

粘附分子参与机体许多重要的生理和病理过程 ①通过表达于白细胞粘附分子CD11a/CD18、CD11b/CD18、 CD11c/CD18、VLA-4、L-selectin、CD15、CD15s、和P-selectin相互粘附，参与炎症的发生； ②通过表达于淋巴细胞上的归巢(Iymphocyte homing receptor,LHR)、L-selectin、CLA、LFA-1、VLA-4、CD44、LPAM-2分别与表达于血管内皮细胞上的定居素（addressin）PNAd、E-selectin、ICAM-1、ICAM-2、VCAM-1、MAd、CAM相互粘附使淋巴细胞向外周淋巴器官，皮肤炎症部位或粘膜相关淋巴组织的回归；

③通过CD/MHCⅡ类分子非多态部分、CD8/MHC1类分子非多态部分LFA-1/ICAM-1、LFA-2/LFA-3、CD28/B7的相互作用参与免疫应答中APC呈提抗原、抗原识别、免疫细胞相互协作以及CTL杀伤靶细胞等多个环节； ④通过Cadherin、N-CAM、CD31等分子的自身粘附，以及某些粘附分子与细胞外基质的粘附，参与细胞的发育、分化、附着及移动； ⑤E-Cadherin、家庭些成员以及CD44分子等与肿瘤的浸润、转移有关； ⑥通过血小板表达的粘附分子参与动脉、静脉中血栓形成以及其它形式的凝血过程。 、

（二）血管内皮细胞与中性粒的损伤作用 1 ．微血管损伤 （ 1 ）微血管血液流变学改变 激活的中性粒细胞与血管内皮细胞相互作用所致。 在心肌缺血和再灌注早期，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活性氧内皮细胞表面表达P-选择素 ，与中性粒细胞表面受体结合白细胞在微血管内流速减慢并与内皮细胞发生间歇性结合，造成“滚动”现象。损伤的加重，整合素、E-选择素等粘附分子的表达增加，中性粒细胞与内皮细胞发生固定粘附，导致微血管机械性堵塞。 四 磷酸化合物缺乏 （一）缺乏的机制 1线粒体受损 →ATP生成↓。 2合成ATP的前体物质↓。 （二）缺乏引起再灌注损伤的机制 1钠泵、钙泵功能障碍→钙超载。 2氧自由基↑。 卅四 磷酸化合物缺乏

（ 1 ）微血管血液流变学改变 白细胞粘附内皮细胞 化学趋化介质 血管腔变窄阻塞 血小板和红细胞的聚集 缺血-再灌注 白细胞沿血管内皮细胞表面滚动 白细胞粘附内皮细胞 化学趋化介质 血管腔变窄阻塞 （+） 血小板和红细胞的聚集

（ 2 ）微血管口径的改变 再灌注时 损伤的血管内皮肿胀 缩血管物质 扩血管物质 微血管受压 血管口径变窄

（ 3 ）微血管通透性增高 缺血-再灌注损伤 自由基损伤和中性白细胞粘附 微血管通透性增高

2．细胞损伤 缺血-再灌注时 中性粒细胞与血管内皮细胞被激活   大量生物活性物质（自由基、蛋白酶） 损害组织细胞

缺血-再灌注损伤的主要发病机制 缺血 再灌注 O2 Ca2+ 中 性 粒 细 胞 钙超载 氧自由基 细 胞 损 伤 细胞坏死 缺血损伤恢复 中 性 粒 细 胞 钙超载 氧自由基 无复流 致炎因子 细 胞 损 伤

第三节 机体的变化

心脏再灌注损伤的变化 （一）心肌功能变化 ●再灌注性心律失常。 ●心舒缩功能降低 (心肌顿抑) （二）心肌代谢变化 心肌细胞能量代谢低下 （二）心肌代谢变化 心肌细胞能量代谢低下 （三）心肌超微结构变化

缺血-再灌注性心律失常的发生机制 缺血-再灌注 心律失常 自由基 钙超载 心肌损伤、 ATP 钾通道激活 心肌电生理 特性改变     缺血-再灌注性心律失常的发生机制 缺血-再灌注 自由基 钙超载 心肌损伤、 ATP 钾通道激活 心肌电生理 特性改变 心律失常 儿茶酚胺 ↑ →α受体 → 自律性↑ 纤颤阈↓ 电解质紊乱

心肌舒缩功能降低 心肌顿抑(myocardial stunning)是指心肌缺血后没有发生不可逆性损伤，但在恢复血流后一定时间内心肌出现可逆性收缩功能降低的现象。

心肌舒缩功能降低 …… 心肌舒缩功能 心室内压最大变化 速率（±dp/dtmax ） 不可逆性 左室舒张末 压力（LVEDP） 可逆性 (心肌顿抑)

心肌顿抑的发病机制 自由基的毒性作用 钙超载

可逆性缺血—再灌注损伤 脂质过氧化 蛋白质及酶失活 心肌收缩功能↓ H2O2 O2－. 胞浆 Na+超载 OH · Na+/Ca+ 交换↑ 线粒体损伤 收缩蛋白损伤 肌浆网钙转运蛋白↓ 质膜通透性↑离子泵活性↓ ATP 生成↓ Ca+敏感性↓ 钙超载 心肌收缩功能↓

心肌细胞能量代谢低下 ①能量合成障碍 ②底物不足 ③耗氧增加 ④细胞内钙超载使ATP分解增强

心肌代谢变化 缺血-再灌注 线粒体损伤 血流的冲洗 ATP及磷酸肌酸 ADP、AMP及其降解产物

心肌超微结构变化 缺血-再灌注 心肌出血坏死 肌原纤维断裂 溶解、出现收缩带 线粒体损害 细胞膜破裂

（一）脑缺血-再灌注损伤时细胞代谢的变化        脑缺血-再灌注损伤的变化 （一）脑缺血-再灌注损伤时细胞代谢的变化 脑内ATP 、葡萄糖 cGMP 乳酸 、cAMP 脑缺血 磷脂 激活 再灌注 cAMP 磷脂酶 游离脂肪酸 +自由基 兴奋性氨基酸↓ 抑制性氨基酸↑ 过氧化脂质

（二）脑缺血-再灌注损伤时组 织学变化 膜脂质过氧化→膜结构破坏、钠泵功能障碍→脑水肿、脑细胞坏死

其它器官缺血-再灌注损伤的变化 吸收障碍 有害物质 肠缺血-再灌注 粘膜屏障通透性 进入机体 肾缺血-再灌注 急性肾功能衰竭 线粒体损害 肠粘膜损伤 急性肾功能衰竭 肾缺血-再灌注 急性肾小管坏死 线粒体损害

第四节 缺血-再灌注损伤防治原则 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 三、清除自由基 第四节 缺血-再灌注损伤防治原则 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 三、清除自由基 四、减轻钙超载：钙拮抗剂、钙通道阻断剂

减轻缺血性损伤，控制再灌注条件 缺血-再灌注损伤 缺血预处理 尽早恢复血流 缩短组织缺血时间 低压、低流、低温、 低Ph、低钠及低钙

改善缺血组织的代谢 提供外源性ATP 补充糖酵解底物 改善代谢 应用氢醌、细胞色素C等治疗

清除自由基 1. 低分子清除剂 能还原O2·ˉ、 细胞脂质部分：维生素E和A 1O2、脂质自由基 低分子清除剂 能还原H2O2 、 1. 低分子清除剂 能还原O2·ˉ、 1O2、脂质自由基 细胞脂质部分：维生素E和A 低分子清除剂 细胞内外水相：半胱氨酸、抗坏血酸、 还原型谷胱甘肽（GSH）和NADPH 能还原H2O2 、 过氧化脂质、 二硫化物等

过氧化氢酶(CAT)及过氧化物酶(POD) 2. 酶性清除剂 过氧化氢酶(CAT)及过氧化物酶(POD) 清除H2O2 酶性清除剂 超氧化物岐化酶（SOD） CuZn-SOD（胞浆） Mn-SOD（线粒体） 清除O2·ˉ CAT 2H2O2 2H2O+O2

如Na + /Ca2+ 、Na + /H +交换抑制剂 减轻钙超载 抑制钙超载 在再灌注前或即刻应用钙拮抗剂 如Na + /Ca2+ 、Na + /H +交换抑制剂 再灌注损伤减轻

其它 再灌注损伤减轻 抗血清、抗粒细胞代谢产物等 内源性抗损伤 抑制中性粒细胞激活 缺血预适应等 保护剂腺苷等 内源性细胞 保护细胞 外源性细胞保护剂 牛磺酸、金属硫蛋白等

本章要点 1.掌握缺血-再灌注损伤概念及相关英语词汇 2 .掌握缺血-再灌注损伤的重要发生机制 3 .熟悉心肌、脑缺血-再灌注损伤的变化 4. 了解其他内容

思考题 1. 缺血—再关注损伤常见的原因有那些？ 2. 哪些因素影响缺血—再灌注损伤的发生？ 3. 氧自由基有哪些生成途径？ 1. 缺血—再关注损伤常见的原因有那些？ 2. 哪些因素影响缺血—再灌注损伤的发生？ 3. 氧自由基有哪些生成途径？ 4. 试述自由基再缺血—再灌注损伤中的作用。 5. 细胞内钙超负荷怎样引起再灌注损伤？ 6. 缺血—再灌注损伤时白细胞增多的机制如何？ 7. 白细胞如何介导缺血—再灌注？ 8. 如何解释无复流现象？ 9. 缺血—再灌注损伤时心功能有何改变？