缺血-再灌注损伤

缺血再灌注的概念，原因及条件，损伤发生的机制，代谢的变化，防治，组织器官缺血后恢复血液供应，冠脉搭桥术，支架，溶栓治疗，体外循环

缺血-再灌注损伤

• 概 念
  • 缺血-再灌注损伤
    • 在缺血基础上恢复血流后组织损伤反而加重，甚至发生不可逆损伤的现象。
• 第三节 缺血-再灌注损伤时 器官的功能、代谢变化
  • 自学
    • 一、心脏缺血-再灌注损伤的变化
      • （一）心功能变化
        • • 心肌顿抑
            • 缺血心肌在恢复血 液灌注后一段时间 内出现可逆性舒缩 功能降低的现象。 自由基和细胞内钙 超载是心肌顿抑的 主要机制 。
        • 2、再灌注性心律失常
          • 发生机制：
            • 再灌注心肌之间动作电位时程的不均一
            • Ca2+超载
            • 自由基增多
            • 纤颤阈降低
      • （二）心肌能量代谢变化
      • （三）心肌结构的变化
        • 心肌纤维结构破坏（出现严重收缩带、肌丝断裂、溶解）。
        • 线粒体极度肿胀、嵴断裂、溶解，空泡形成、基质内致密物增多。
      • 心肌缺血性损伤和再灌注性损伤的主要表现
    • 二、脑缺血-再灌注损伤的变化
      • （一）脑能量代谢变化
      • （二）脑组织形态学变化
        • 特征：脑水肿，脑细胞坏死、凋亡
      • （三）缺血-再灌注引起脑损伤的机制
        • 1、兴奋性氨基酸毒作用
        • 2、自由基的作用
        • 3、钙超载的作用
    • 三、其他
      • （一）肺缺血— —再灌注损伤的改变
      • （二）肠缺血— —再灌注损伤的改变
      • （三）肾缺血— —再灌注损伤的改变
      • （四）肝缺血— —再灌注损伤的改变
• 第四节 缺血-再灌注损伤防治的病理生理基础
  • 自学
    • 尽早恢复血流与控制再灌注条件
      • 采用低压、低温、低pH、低钙、低钠再灌注液
    • 清除自由基与减轻钙超载
    • 应用细胞保护剂与细胞抑制剂
    • 应用缺血预适应与缺血后适应
    • （1）缺血预适应与机制
      • 缺血预适应（preconditioning)
        • 在缺血前短暂、间歇地阻断冠状动脉，
          • 可以减轻因长时间缺血所造成的组织损伤
            • 以及心肌梗塞的范围，称为缺血预适应。
      • 机制可能包括：
        • ①激活PKC通路
        • ②激活磷脂酰肌醇-3激酶(PI-3K)/Akt通路
        • ③内源性腺苷释放增多
    • （2）缺血后适应与机制
      • 缺血后适应（postconditioning） 在缺血后短暂、间歇地阻断动脉供血，可减轻再灌注损伤及梗塞范围，从而获得与缺血预适应相似的效果，称为缺血后适应。
      • 机制可能包括：
        • ①激活PI-3K/Akt信号通路
        • ②激活丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）信号通路
        • ③通过机械信号转导和压力感受器调节血液重新分布
• 第二节 缺血-再灌注损伤的发生机制
  • 自由基的作用
    • （一）自由基的概念
      • 自由基 (free radical)：指外层电子轨道上含有单个不配对电子的原子、原子团或分子的总称。
      • 化学性质活泼：易于失去电子（氧化）或夺取电子（还原）
      • 氧化作用强：强烈的引发脂质过氧化作用
      • 半衰期短：平均寿命仅1ms
    • （二）自由基的种类
      • 1.非脂性自由基
        • 主要指氧自由基(oxygen free radical, OFR)， 如超氧阴离子（O2·）、羟自由基（OH · ）。
        • 氧自由基 (oxygen free radical)
          • 以氧为中心的自由基称为氧自由基。
          • 包括：超氧阴离子(O2· )、羟自由基(OH·)。
        • Haber-Weiss反应
          • Slow
        • Fenton反应
          • Fast
          • OH·是体内最活跃的氧自由基，对机体危害最大。
      • 2.脂性自由基
        • 指氧自由基与多不饱和脂肪酸作用后生成的中间代谢产物，如：烷自由基（ LO· ）、烷氧自由基（LO·）、烷过氧自由基（LOO·）等。
        • 多聚不饱和脂肪酸
          • → 氧自由基
            • 烷自由基（L·） 脂氧自由基 （LO·） 脂过氧自由基（LOO·）
      • 3.其他自由基
        • 如：氯自由基（Cl·）、甲基自由基（CH3·）、一氧化氮（NO·）等。
        • 一氧化氮（NO·）
          • NO是L-精氨酸在NOS催化下产生的一种气体自由基，能生成过氧亚硝基阴离子（ONOO –）
          • NO的作用具有双重性，由内皮型NOS合成的NO具有保护作用，由诱导型NOS合成的NO显示毒性作用。
    • （三）自由基的代谢
      • 在缺血再灌注损伤中最重要的是氧自由基，它是其它自由基生成的基础。
      • 另外：血红蛋白、肌红蛋白、儿茶酚胺及黄嘌呤氧化过程中也可产生超氧阴离子。
      • 生理情况下，抗氧化防御系统及时清除自由基； 病理条件下，由于活性氧产生过多或抗氧化酶类活性下降，引发氧化应激反应损伤细胞，使细胞死亡。
        • 体内主要的内源性抗氧化剂和作用
    • （四）缺血-再灌注导致自由基生成增多的机制
      • 线粒体损伤
        • ATP↓→ 钙超载→氧化磷酸化功能障碍→细胞 ↓ 色素氧化酶系统功能失调 锰-超氧化物歧化酶减少
      • 中性粒细胞聚集及激活
        • 呼吸爆发(respiratory burst )中性粒细胞在吞噬活动时伴耗氧量显著增加的现象。
        • 产生氧自由基用以杀灭病原微生物
      • 黄嘌呤氧化酶形成增多·
        • 主要存在于毛细血管内皮细胞
        • • 缺氧时胞内Ca增多
        • • 再灌注提供大量O2和ATP
      • 儿茶酚胺自氧化增加
      • 诱导型NOS表达增强
        • eNOS→NO→维持血管功能的保护因子 iNOS→NO→对机体有一定的毒副作用
        • 缺血-再灌注导致iNOS表达上调，导致NO大量生成。 NO及其代谢产物过氧亚硝酸根 (OONO—)、过氧亚硝酸 (HOONO)、羟自由基 (·OH) 都可导致组织损伤。
      • 体内清除自由基的能力下降
        • 抗氧化酶·
        • 非酶性抗氧化物
          • 维生素E
            • 还原O2 、1O2、脂性自由基
          • 维生素A
            • 清除1O2，抑制脂质过氧化
          • 维生素C
            • GSH(谷胱甘肽过氧化物酶)
              • 协助维持维生素E的活性状态
    • （五）自由基引起缺血-再灌注损伤的机制
      • 自由基的作用
        • 自由基能和膜磷脂、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。
        • 1、膜脂质过氧化增强
          • （1）破坏膜的正常结构
            • 细胞膜及细胞器膜（线粒体、溶酶体）的液态性、流动性降低及通透性升高，可使细胞外Ca2+内流增加。
              • 细胞水肿以及钙超载
          • （2）生物活性物质生成增多
            • 磷脂酶C、D被激活，膜磷脂被降解，催化花生四烯酸代谢，在增加自由基生成和增强脂质过氧化的同时，导致前列腺素、白三烯等生成增多，促进损伤。
          • （3）ATP的生成减少
            • 线粒体膜脂质过氧化导致线粒体功能抑制，ATP生成减少，细胞能量代谢障碍加重。
        • 2、蛋白质功能抑制
          • 使蛋白质变性、聚合、降解或肽链断裂，使酶、受体、离子通道等产生功能障碍。
          • （1）直接抑制作用
            • ① 使蛋白和酶的巯基氧化
            • ② 使氨基酸残基氧化
            • ③ 使胞浆及膜蛋白交联形成
          • （2）间接抑制作用
            • 细胞信号转导障碍
              • 与效应器的偶联
                • 脂质过氧化抑制膜受体、G蛋白
        • 3、核酸破坏与DNA断裂
          • 造成核酸及染色体破坏的自由基主要是OH·
          • 主要表现为
            • ①染色体畸变
            • ②核酸碱基改变
            • ③DNA断裂
  • 钙超载的作用
    • 指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，严重时可造成细胞死亡。
      • 电压依赖性钙通道
        • 膜电位达一定程度时开放
      • 受体操纵性钙通道
        • 与激动剂结合后开放
      • 细胞内钙库释放：IP3敏感和不敏感两类钙库
    • （二）缺血-再灌注导致钙超载的机制
      • Na+– Ca2+交换异常
        • 直接激活（细胞内高钠直接促进Na+-Ca2+交换）
          • 缺血 ATP减少 钠泵功能障碍 胞内 [Na+]↑ 钠钙交换蛋白 Na+向细胞外转移 Ca2+向细胞内转移
        • 间接激活（细胞内高[H+] 促进Na+-Ca2+交换）
          • 缺血缺氧 胞内[H+]↑ 再灌注 胞外低[H+] 胞内高[H+] H+-Na+交换蛋白 H+-Na+交换↑ 胞内[Na+]↑ 钠钙交换蛋白 Na+-Ca2+交换增加
      • 蛋白激酶C（PKC）激活
        • 蛋白激酶C对Na+/Ca2+交换蛋白的激活
          • （1）α1受体使PLC激活→产生IP3、甘油二酯(DG)
            • *IP3→内质网、肌浆网钙的释放
            • *DG→激活PKC 促进H+-Na+交换
              • Na+-Ca2+ 交换↑ 胞外Ca2+内流
          • （2）β受体使腺苷酸环化酶活化
            • 激活腺苷酸环化酶
              • 增加L-型钙通道开放
                • 促进钙内流
      • 生物膜损伤
        • 细胞膜和细胞内膜性结构是维持细胞内、外以及细胞内各间区离子平衡的重要结构。生物膜损伤可使其通透性增强，Ca2+顺浓度差进入胞浆，引起钙超载。
        • 细胞膜损伤
          • ① 缺血可造成细胞膜正常结构的破坏。
          • ② 再灌注时生成的大量自由基的作用。
          • ③ 细胞内钙增加可激活磷脂酶，膜磷 脂被降解，进一步损伤膜结构。
        • 线粒体膜损伤
          • 正常时线粒体内Ca2+含量为胞质的500倍，是细胞内的钙库。因此线粒体膜损伤后Ca2+顺浓度差进入胞浆，可引起钙超载。
          • ① 钙盐的沉积使线粒体产能障碍。
          • ② 线粒体渗透性转导孔开放，抑制其功能。
          • ③自由基损伤及磷脂酶降解损伤线粒体膜。
        • 肌浆网膜损伤
          • 内质浆网钙摄取是逆浓度差的主动转运过程，肌浆网膜损伤后对Ca2+的摄取减少，可引起钙超载。
          • 自由基作用及磷脂酶降解可损伤肌浆网膜。
      • 缺血期间细胞内Ca2+开始增高，再灌注时又通过上述机制，既可加重细胞Ca2+转运障碍，又随血流运送来大量Ca2+，造成钙超载。
    • (三) 钙超载引起机体损伤的机制
      • 1、能量代谢障碍
        • ATP生成减少
        • ATP消耗增加
        • 线粒体摄取Ca2+时消耗大量ATP，同时进入线粒体的Ca2+与含磷酸根的化合物结合，形成不溶性磷酸钙，既干扰线粒体的氧化磷酸化，使ATP生成减少，又损伤线粒体膜而加重细胞能量代谢障碍。
      • 2、细胞膜及结构蛋白分解
        • 细胞内Ca2+增加→
          • 激活磷脂酶类，促使膜磷脂降解，细胞膜结构受损；
          • 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。
      • 3、加重酸中毒
        • (1) 细胞能量代谢障碍，有氧氧化减弱，无氧酵解增强，乳酸增多，细胞酸中毒；
        • （2）钙超载→激活ATP酶→高能磷酸盐水解，释放H+
  • 炎症反应过度激活
    • （一）缺血-再灌注时白细胞增多的机制
      • 1、黏附分子生成增多
        • 黏附分子：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黏附的一类分子的总称，如整合素、选择素、细胞间黏附分子（ICAM-1）、血管细胞黏附分子等。
        • 功能
          • 维持细胞结构完整
          • 细胞信号转导
      • 2、趋化因子生成增多
        • 细胞膜磷脂降解，花生四烯酸代谢产物LTB4、PAF↑；
        • 血浆炎症介质C3a、C5a和激肽↑；
        • 白细胞本身释放具有趋化作用的炎症介质，如IL-8等。
    • (二)白细胞介导缺血-再灌注损伤的机制
      • 微血管损伤
        • 微血管血流动力学改变
        • 微血管通透性增高
      • 细胞损伤
      • 无复流现象(no-reflow phenomenon )
        • 恢复血液灌注后，缺血区依然得不到充分血流灌注的现象，称无复流现象。主要原因可能是白细胞黏附、聚集所致的机械阻塞。
• 第一节 缺血-再灌注损伤的原因及条件
  • 一、常见的原因
    • 组织器官缺血后恢复血液供应
      • 休克微循环再通、断肢再植和器官移植等
    • 某些新的医疗技术的应用
      • 冠脉搭桥术、经皮腔内冠脉血管成形术以及溶栓疗法等
    • 体外循环下心脏手术，心、肺、脑复苏等
  • 二、常见条件
    • 1. 缺血时间
      • 缺血时间短—恢复血供后再灌注损伤不明显；
      • 缺血时间长—恢复血供后再灌注损伤明显；
      • 缺血时间过长—缺血器官发生不可逆性损伤、甚至坏死，观察不到再灌注损伤。
    • 2. 侧支循环·
      • 缺血后侧枝循环容易形成者，因缩短缺血时间和减轻缺血程度，不易发生再灌注损伤。
    • 3. 需氧程度
      • 心、脑等需氧量高的器官容易发生缺血-再灌注损伤。
    • 4. 再灌注的条件
      • 与再灌注时的压力、温度、pH值以及电解质浓度有关：低温、低压、低pH、低钠、低钙-减轻；适当增加灌注液K+、Mg2+含量，有利于减轻再灌注损伤