病理生理教研室马小茹

缺血 - 再灌注损伤Ischemia-reperfusion injury I/R

教 学 目 标1 掌握缺血 - 再灌注损伤的概念及英语

词汇2 掌握缺血 - 再灌注损伤的发生机制3 熟悉心肌、脑缺血 - 再灌注损伤的变

化4 了解其他内容

血液再灌注后缺血性损伤进一步加重的现象

I/R 是在临床实践中采用了一些新技术、新方法后出现的一新课题。这些新技术、新方法在临床的应用大多取得预期的疗效，取得较满意的效果。但是也出现同一技术或同一方法治疗同一种疾病不仅未取得预期疗效，反而使原来缺血的组织出现更为严重的损伤。

因此，临床工作需要迫切解决这一课题。这也是本章讨论的重点。

概 念

研究背景

溶栓疗法

器官移植体外循环

PTCA冠脉搭桥

治疗手段的改进

I/R 研究概况：1955 年 Sewell 报道，结扎狗冠脉后，如突然解

除结扎恢复血流，部分动物立即发生室颤而死亡。1960 年 Jennings 第一次提出了心肌 I/R 概念1968 年 Ames 率先报道了 脑 I/R1972 年 Flore 肾 I/R1978 年 Modry 肺 I/R1981 年 Greenberg 肠 I/R

氧反常

钙反常

pH 反常

低氧 / 缺氧 正常氧供

无钙 含钙 损伤加重

酸中毒 纠正酸中毒

第一节 缺血 - 再灌注损伤的原因及条件

组织器官缺血后恢复血液供应 休克时微循环的疏通 冠脉痉挛缓解 心脑肺复苏

术后 动脉搭桥 溶栓疗法 PTCA

体外循环 器官移植 断指再植

原 因

缺血再灌注损伤的发生条件 为什么同一种疾病使用同一种治疗措施会出现

相反的结果呢？这就是要介绍的缺血再灌注损伤的发生条件。

（一）缺血时间： 　　实验证明结扎大鼠冠状动脉时间少于 5 分钟

再解除结扎不会发生心肌损伤；结扎时间在 5 ～10 分钟之内再解除结扎发生心肌损伤。如果结扎时间超过 10 分钟再解除结扎也不发生心肌损伤。因为结扎时间短心肌未受影响，而结扎时间过长，心肌已发生了最为严重的损伤－坏死。

（二）侧枝循环

（三）组织对缺氧的耐受性： 　 耗氧耗能多的组织对缺氧敏感，也即对缺氧不耐

受。一旦发生缺血缺氧，组织的代谢、功能首先发生改变。

　　因此，心肌、脑组织容易发生缺血再灌注损伤，动物（大鼠）的心肌也就成为人类研究缺血再灌注损伤发生机制的理想材料。

　　本教材中有关缺血再灌注损伤发生机制的认识大多来源于动物实验。

　　相反，对缺氧耐受的组织不容易发生缺血再灌注损伤。

（四）再灌注条件： 低压、低温、低 PH 、低钠、低钙液灌流，可使

心肌再灌注损伤减轻，反之加重再灌注损伤。

第二节 缺血 - 再灌注损伤的发生机制

的作用

自由基

钙超载

的作用

白细胞

一、自由基的作用㈠ 自由基的概念与类型

外层轨道上含有单个不配对电子 的原子、原子团和分子的总称

1. 氧自由基： O2· － OH ·

2. 脂性自由基： L · LO · LOO ·

3. 其它： Cl · CH3 · NO

概念

类型

体内主要活性氧的生物效应及其清除剂

活性氧 生物效应 清除剂或阻断剂超氧阴离子 引发脂质过氧化 超氧化物歧化酶 \ VE和 V

Ａ \别嘌呤醇 \钨

羟自由基 氧化 /还原其它生物活性物质

二甲基亚砜 \甘露醇 \VC\VE\谷胱甘肽

过氧化氢 产生羟自由基 , 过氧化氢酶 \谷胱甘肽过氧化物酶 \髓过氧化物酶 \VC

单线态氧 强氧化剂 , 使脂肪酸自氧化

谷胱甘肽 \金 \尿酸 \VC\VE

烷过氧基 抑制酶活性 磷脂氢过氧化物谷胱

烷氧基 使生物活性物质交联 磷脂氢过氧化物谷胱

O2 O2· － OH ·H2O2

H2Oe- e-+2H+ e-+H+e-+H+

H2O

㈡ 自由基生成增多的机制

1. 血管内皮细胞内黄嘌呤氧化酶的形成增多 2. 中性粒细胞 3. 线粒体 4. 儿茶酚胺的自身氧化 5.诱导型 NOS表达增强 6. 体内清除活性氧的能力下降

ATP→ADP→AMP

缺血

期

再灌注

期

腺嘌呤核苷

次黄嘌呤核苷

次黄嘌呤

黄嘌呤脱氢酶

黄嘌呤氧化酶

黄嘌呤＋ O2· －＋H2O2

O2O2

黄嘌呤氧化酶

尿酸 +O2· －＋H2O

2

OH ·

Ca2+

1. 黄嘌呤氧化酶的形成增多黄嘌呤氧化酶的形成增多

组织缺血ATP降解

ADPAMP腺苷肌酐

次黄嘌呤

细胞内钙超载

激活钙依赖的蛋白水解酶

黄嘌呤脱氢酶

黄嘌呤氧化酶

黄嘌呤 尿酸

脱电子

O2接受电子 氧自由基

损伤组织

2. 中性粒细胞：呼吸爆发

3. 线粒体

4. 儿茶酚胺的自身氧化 单胺氧化酶肾上腺素 肾上腺素红 + O2· －5.诱导型 NOS表达增强， NO 生成增多6. 体内清除活性氧的能力下降

缺血 激活补体系统

细胞膜分解 趋化物质激活中性粒细胞

细胞色素氧化酶系统功能失调Ca2+进入线粒体使 Mn-SOD减少，清除 OFR 的能力↓

㈢ 自由基的损伤作用

1. 膜脂质过氧化

2. 蛋白质的功能抑制

3. 破坏核酸和染色体

4. 细胞间基质破坏

1. 膜脂质过氧化

① 破坏膜的正常结构 ② 间接抑制膜蛋白的功能 ③ 促进自由基及其它生物活性物质生成 ④ 减少 ATP 的生成

穿膜糖 蛋白

膜表面蛋白

-SHSH-

CH3-S- 磷脂

蛋白质断裂

蛋白质 -蛋白质交联

-S-S-

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

OHHO

脂肪酸氧化

OHHO

从氧化的脂肪酸释出的

丙二醛

1. 膜脂质过氧化

① 破坏膜的正常结构 ② 间接抑制膜蛋白的功能 ③ 促进自由基及其它生物活性物质生成 ④ 减少 ATP 的生成

2. 蛋白质的功能抑制

蛋白质断裂

蛋白质 -蛋白质交联

-S-S-

CH3-S-

O

二硫交联脂质 -蛋白 质交联

氨基酸 氧化

3. 破坏核酸和染色体 碱基羟化 / DNA 断裂 染色体畸变 / 细胞死亡 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，这种作用 80% 为 OH. 所致，因 OH. 易与脱氧核酸及碱基反应并使其结构改变。

4. 细胞间基质破坏细胞间基质破坏 自由基可使透明质酸酶降解、胶原蛋白交自由基可使透明质酸酶降解、胶原蛋白交联，从而使细胞间基质变得疏松，弹性减退。联，从而使细胞间基质变得疏松，弹性减退。

第二节 缺血 - 再灌注损伤的发生机制

的作用

自由基

钙超载

的作用

白细胞

二、钙超载（ calcium overload ） 各种原因引起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。 正常 :细胞外 [Ca2+] 10-3mol/L

细胞内 [Ca2+] 10-7mol/L

细胞外 [Ca2+] 是细胞内 [Ca2+] 10000倍 依赖 ATP 的钙泵

钠钾泵 Na+-Ca2+交换系统 肌浆网（ SR ） 钙结合蛋白（ CaBP)

线粒体摄取

细胞膜

细胞内

维持因素

二、钙超载（ calcium overload ）㈠ 细胞内钙超载的机制1. Na+/Ca2+交换异常 （ 1 ） [Na+]↑ 直接激活 Na+/Ca2+交换蛋白缺血→ ATP↓→Na+泵↓→细胞内 Na+↑→ 激活 Na+-Ca2+交换蛋白→ Ca2+ 进入细胞

（ 2 ） [H+] ↑ 间接激活 Na+/Ca2+交换蛋白 缺血时：无氧代谢↑→产生 H+增多 再灌时：组织间液 H+迅速减少→细胞内外较高的 H+浓度差→激活 Na+/H+交换蛋白→细胞内 [Na+]↑ 激活钠泵 激活 Na+/Ca2+交换蛋白

（ 3 ） PKC活化 间接激活 Na+/Ca2+交换蛋白

Na+/H+

α1

去甲肾上腺素

Gq PLCP1

IP3

Ca2+ Ca2+

肌浆网

DGPKC

H+

Na+

Ca2+

肌丝

(3)PKC 对 Na+/Ca2+交换蛋白的间接激活如如 α1α1 肾上腺素能受体激活肾上腺素能受体激活 GG蛋白蛋白 -PLC →H + /Na +-PLC →H + /Na + 交换激活交换激活

二、钙超载㈠ 细胞内钙超载的机制1.Na+/Ca2+交换异常 2. 生物膜损伤 细胞膜损伤 线粒体及肌浆网膜损伤 缺血组织因能量不足，细胞膜及肌浆网膜的钙离子

泵活性降低，不能有效将细胞内的钙离子泵至细胞外或摄入肌浆网，胞浆中钙离子增多。

自由基损伤细胞膜，细胞外钙离子顺浓度差进入细胞内 。

以上是缺血组织内钙离子超载的发生机制。

㈡ 钙超载引起缺血 - 再灌注损伤的机制 1. 线粒体功能障碍

2. 激活磷脂酶：加重膜损伤 3. 心律失常

4. 促进自由基生成

5. 肌原纤维过度收缩 (1)胞浆内高 Ca2+

(2) 再灌注期消 除了 H+ 对心肌收缩的抑制作用

Ca2++PO33+→Ca3(PO3)2

(黄嘌呤脱氢酶→黄嘌呤氧化酶 )

ATP↓

Na+/Ca2+ → 一过性内向离子流

第二节 缺血 - 再灌注损伤的发生机制

的作用

自由基

钙超载

的作用

白细胞

三、白细胞的作用 1.血管内皮细胞与白细胞激活 粘附分子（ adhesion molecule ）：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细胞粘附分子等。在维持细胞 结构完整和细胞信号转导中起重要作用。

内皮释放粘附分子

白细胞释放趋化介质

白细胞

内皮细胞

2.介导的损伤 ① 微血管损伤 (无复流现象， no-reflow phenomenon)机制：（ 1 ）微血管血液流变学改变：白细胞粘附 （ 2 ）微血管口径改变：内皮肿胀；缩血管物质的释放 （ 3 ）微血管通透性增高 ② 细胞损伤 激活的 VEC和 N可释放大量生物活性物质如 FR 、蛋白酶、细胞因子

微血管通透性↑自由基、粒细胞

血液流变学改变白细胞粘附聚集、血流缓慢

微血管口径的改变内皮细胞肿胀缩血管物质↑扩血管物质↓

第三节 缺血 - 再灌注损伤时机体的功能及代谢变化

一、心脏缺血 - 再灌注损伤的变化 ㈠ 心功能变化 1. 心律失常

电生理改变：兴奋性、传导性↓ECG 改变 : 缺血心肌对应部位 ST 段抬高， R波振幅↑ 再灌使 R波振幅迅速↓， ST 段高度恢复原水平， U波 出现 心律失常

发生率： 50-80% 室性心律失常多见

与缺血 t 、缺血范围、缺血程度、再灌 V 、电解质紊乱有关兴奋折返、 α-R兴奋→自律性↑、纤颤阈↓电解质紊乱

2. 心肌舒缩功能降低

心肌顿抑myocardial

stunning可逆性

损伤

不可逆性损伤

心肌舒缩功能↓

器质性损伤

心肌顿抑 : 在再灌注血流已恢复后一定时间内，心机出现的可逆性收缩功能降低的现象。

可逆性 I-R 损伤

胞浆 Na+ 超载

Na+/Ca2+ ：↑

O2.- H2O2

OH.

脂质过氧化 蛋白质及酶失活

肌浆网钙转运蛋白

质膜通↑离子泵↓

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↓

(可逆性抑制可持续 12 小时 )

心肌顿抑的发生机制 :

(二 )心肌代谢变化（ ATP↓） (三 )心肌超微结构的变化 线粒体损伤 基质内 Ca2+蓄积→颗粒增多 肌原纤维断裂

二、脑缺血 - 再灌注损伤的变化

㈠ 细胞代谢的变化

㈡ 组织学变化

三、其它器官缺血 - 再灌注损伤的变化

如肾，线粒体损伤，急性肾小管坏死 急性肾衰或肾移植失败

乳酸堆积、 cAMP↑ 、氧化脂质生成↑

脑水肿、脑细胞坏死

第四节 防治原则1. 尽早恢复血流、控制再灌注条件 低压、低流、低温、低 PH 、低钠、 低钙2. 改善缺血组织的代谢 补充糖酵解底物：葡萄糖、 ATP 、 氢醌、 CytC

3. 清除自由基（ 1 ）低分子清除剂 :VitE VitA VitC 半胱氨酸 GSH和 NADP

H等。（ 2 ）酶性清除剂： SOD CAT 。 CAT 能清除 H2O2 ， SOD

能岐化 O·-2 。4. 减轻钙超载 Ca2+离子阻断剂 ：维拉帕米5. 其他 内外源性细胞保护剂 缺血预处理 IPC 、药物预处理等

复习思考题名词解释：缺血 - 再灌注损伤、钙反常 、 Oxygen paradox

pH 反常 、 Free radical 、活性氧、粘附分子心肌顿抑、钙超载、 no-reflow phenomenon

再灌注性心律失常 1. 缺血再灌注时氧自由基生成增多的机制是什么？2. 简述自由基的损伤作用。 3. 论述缺血 - 再灌注损伤细胞内 Ca2+ 超载的机制？4. 灌注损伤时氧自由基的增多与钙超载的关系如何？

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谢 谢 !病理生理教研室