第十章缺血再灌注损伤

缺血-再灌注损伤Ischemia-reperfusioninjury缺血-再灌注损伤的概念和原因缺血-再灌注损伤的发生机制自由基钙超载白细胞心脏的再灌注损伤防治的病理生理基础内容患者，男，54岁，因突发心前区疼痛、胸闷7小时入院。心电图和心肌酶检查证实急性心肌梗死。入院后行冠脉造影，左冠状动脉主干狭窄75%，予球囊扩张并植入支架1只。临床案例血管再通后22分钟，患者突发室性心动过速，血压波动，继而发生室颤，经及时抢救后恢复。问题：为什么冠脉血管再通后患者反而发生室颤？一、缺血-再灌注损伤的概念和原因(一)概念因供给细胞的血流量减少或细胞对氧的需求量增加超过其动脉供血量而引起细胞代谢、功能和结构改变。缺血性损伤1955年Sewell报道结扎狗冠状动脉后，如突然解除结扎恢复血流出现室颤1960年Jennings提出心肌再灌注损伤的概念报道脑、肾、肺、肠缺血-再灌注损伤研究历史缺血-再灌注损伤缺血细胞在恢复血液灌注后缺血性损伤进一步加重的现象，称为缺血-再灌注损伤。（二）缺血-再灌注损伤发生的原因全身循环障碍后恢复血液供应特点：多器官受累，休克、心脏骤停、心脏外科体外循环组织器官缺血后血流恢复特点：单个器官受累，器官移植及断肢再植术后某一血管再通后特点：局部组织受累,溶栓疗法、脑梗塞、冠脉痉挛缓解后（三）缺血-再灌注损伤发生的条件缺血时间的长短组织器官缺血前的功能状态（缺氧耐受性，侧支循环，高胆固醇血症，糖尿病，高血压）再灌注时灌流液的条件（灌注液的成分，灌流温度，压力等)概念氧反常：组织缺氧后用正常氧灌注器官损伤反而更趋严重。pH反常：器官缺血后用pH正常的液体再灌注细胞损伤加重的现象。钙反常：器官在无钙溶液灌流后恢复正常含钙溶液灌流导致的细胞损伤加重的现象。二、缺血-再灌注损伤的发生机制自由基的作用钙超载白细胞的作用在外层电子轨道含有一个或多个不配对电子的原子、原子团或分子的总称。为表达不配对电子，常常在其分子式后方或上方加一个点（如R·）。1.自由基的概念（一）自由基的概念与种类活性氧（ROS):一类由氧形成的、化学性质较基态氧活泼的含氧代谢物质超氧阴离子单线态氧(1O2)羟自由基过氧化氢(H2O2）氧自由基:由氧衍生的自由基超氧阴离子（O2）羟自由基（OH·）-·2.自由基的种类脂性自由基:氧自由基与不饱和脂肪酸作用后生成的中间代谢产物其它:如氯自由基(Cl·),甲基自由基(CH3·),一氧化氮(NO),过氧亚硝基(OONO-)烷自由基（L·）烷氧自由基（LO·）烷过氧自由基（LOO·）（二）再灌注时氧自由基生成增多的机制缺血时组织含氧量减少，作为电子受体的氧不足，再灌注恢复组织氧供应，同时提供了大量电子受体，使氧自由基在短时间内爆发性增多。再灌注时主要通过以下途径产生氧自由基：BeckerLB.CardiovascRes61(2004):461–470活性氧与缺血-再灌注损伤线粒体中性粒细胞黄嘌呤氧化酶活性氧生成增加的途径1.线粒体e-O2O2·e-+2H+e-+H+OH•H2O2e-+H+H2OH2O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％～2％生成活性氧。2.中性粒细胞途径呼吸爆发或氧爆发：再灌注期激活的中性粒细胞耗氧量显著增加，产生大量氧自由基的现象。O2在还原型辅酶Ⅱ(NADPH)氧化酶和还原型辅酶Ⅰ(NADH)氧化酶的催化下，接受电子形成氧自由基3．黄嘌呤氧化酶途径黄嘌呤+O2H2O2蛋白酶OH次黄嘌呤ATPAMP黄嘌呤氧化酶黄嘌呤脱氢酶O2-..（三）氧自由基损伤发生机制破坏膜的正常结构抑制蛋白质的功能破坏核酸及染色体活性氧造成膜脂质过氧化的损伤作用活性氧膜脂质过氧化膜不饱和脂肪酸减少膜流动性降低膜通透性增加胞浆Ca2+、Na+升高细胞损伤抑制细胞信号转导激活磷脂酶生成炎症因子抑制线粒体功能ATP生成减少小结：缺血再灌注损伤的概念氧自由基的来源氧自由基损伤发生的机制缺血-再灌注损伤的概念和原因缺血-再灌注损伤的发生机制自由基钙超载白细胞心脏的再灌注损伤防治的病理生理基础内容2.钙超载机制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。概念钙超载的发生机制:生物膜损伤缺血缺氧钙超载膜通透性细胞膜:肌浆网:钙泵排Ca2+Ca2+内流贮Ca2+Ca2+通透性钙泵Ca2+释出缺血缺氧钙超载引起缺血再灌注损伤的机制损伤细胞膜：激活Ca2+依赖性的磷脂酶，分解膜磷脂促进ROS生成：激活Ca2+依赖性的蛋白酶，加速黄嘌呤氧化酶生成抑制线粒体功能：大量Ca2+在线粒体内沉积，干扰氧化磷酸化，ATP生成减少细胞钙超载对多种酶的作用线粒体胞浆Ca2＋ATP酶磷脂酶氧化酶蛋白酶核酶ATP磷脂分解活性氧膜和骨架染色体损伤生成增加蛋白破坏损伤刺激肌浆网各种Ca2+依赖性酶的激活3.白细胞的作用缺血组织内有中性粒细胞聚集再灌注时炎症反应明显增加（1）中性粒细胞激活的机制：再灌注损伤降解膜磷脂，释放大量趋化因子，吸引中性粒细胞聚集于缺血区的血管内并进入组织再灌注期，激活的中性粒细胞释放具有趋化作用的炎性介质，促进更多的白细胞聚集和浸润（2）白细胞激活的损伤作用微血管损伤：激活的中性粒细胞与血管内皮细胞相互作用是造成微血管损伤的主要决定因素。微血管内血液流变学改变微血管口径的改变微血管通透性增高炎症反应是引起微血管床及血液流变学改变和产生无复流现象的病理生理学基础。再灌注后，尽管较大分支的血管得到血液灌注，但部分缺血区的微循环并不能得到充分的血液灌流的现象。无复流的概念缺血-再灌注损伤是多种因素共同作用的结果。缺血-再灌注时生成的自由基可促进钙超载，而胞浆内游离钙增加又加速自由基的产生，共同导致再灌注损伤。中性粒细胞作为自由基、细胞黏附分子的重要来源，在再灌注损伤的发生发展中也发挥重要作用。四、心脏的再灌注损伤再灌注性心律失常心肌舒缩功能降低心肌凋亡和坏死(一)再灌注性心律失常在心肌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，特别是室性心动过速和心室颤动最为常见。1.再灌注性心律失常的发生机制心律失常可由缺血直接引起，也可由再灌注触发。心肌动作电位时程的不均一性电解质紊乱再灌注心肌动作电位时程的不均一性：再灌注期心肌动作电位迅速恢复，但缺血区和缺血边缘区动作电位的恢复不同，有的幅度高，持续时间长；有的幅度低而时间短。这种再灌注后缺血区和缺血边缘区心肌动作电位时程的不一致性增强了心肌折返，是发生室颤的主要因素。缺血20～30min正是心肌发生可逆性或不可逆性损伤的交叉点，细胞的不均一性最强。此时再灌注，在缺血区存在多个兴奋折返环路，心室纤颤发生率最高。电解质紊乱：再灌注时细胞Na＋、K＋、H＋、乳酸等代谢产物影响缺血区周边区心肌的电生理特性。患者，男，54岁，因突发心前区疼痛、胸闷7小时入院。心电图和心肌酶检查证实急性心肌梗死。入院后行冠脉造影，左冠状动脉主干狭窄75%，予球囊扩张并植入支架1只。临床案例血管再通后22分钟，患者突发室性心动过速，血压波动，继而发生室颤，经及时抢救后恢复。问题：为什么冠脉血管再通后患者反而发生室颤？（二）心肌舒缩功能降低再灌注引起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，左室舒张末期压力升高等。不稳定性心绞痛和冠脉痉挛的患者，心肌血流恢复后，心室壁运动要几天才恢复；心脏搭桥手术后，约50％～100％的患者有严重的心功能抑制。心肌顿抑心肌并未因缺血发生坏死，但在再灌注血流已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。缺血-再灌注损伤活性氧↑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↓Ca2+敏感性↓心肌舒缩功能↓胞浆Na+超载Na+/Ca2+反向交换↑心肌顿抑的发生机制心肌坏死和凋亡缺血和再灌注心肌存在坏死和凋亡两种细胞死亡形式，其中心肌细胞凋亡主要发生在再灌注时期，进一步扩大心肌的梗死面积，是再灌注损伤引起细胞功能障碍和结构改变的一个重要的病理生理基础。四、缺血-再灌注损伤防治的病理生理基础缩短缺血时间控制再灌注条件控制再灌注条件低压低流：避免因灌注氧和液体量骤增引起自由基过量生成及组织水肿；低温：降低组织代谢率，减少耗氧量和代谢产物聚积；低pH：减轻细胞内液碱化，抑制磷脂酶和蛋白酶对细胞的分解，低钠：减少心肌内钠聚积，减轻细胞肿胀；低钙：减轻钙超载造成的细胞损伤。清除氧自由基应用钙拮抗剂使用白细胞抑制剂再灌注损伤的防治20世纪70年代：调节心肌血氧的供需平衡，降低心肌负荷，增加冠状动脉血流和促进侧支循环80年代：控制再灌注条件，低压、低流、低温、低pH、低钠及低钙液灌注均可减轻再灌注损伤90年代后：细胞保护剂，自由基清除剂、钙拮抗剂多次短暂缺血能显著减轻随后长时间缺血引起的再灌注损伤。缺血预适应1986年Murry等发现，5min缺血/5min再灌注，重复4次，能使持续缺血40min引起的狗心肌梗死面积明显减少。概念：缺血-再灌注损伤是指缺血细胞在恢复血液灌注后缺血性损伤进一步加重的现象。发病机制：氧自由基损伤、钙超载和白细胞激活引起的细胞损伤小结心脏是发生缺血-再灌注损伤的常见器官，可导致心律失常、心肌舒缩功能降低（心肌顿抑）和心肌坏死和凋亡。应严密观察病情变化，及时治疗。小结