第二节 缺血-再灌注损伤的发生机制

　　目前主要认为与氧自由基生成、钙超载和白细胞激活有关。

　　一、自由基作用

　　(一)自由基概念、类型

　　自由基：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。

　　类型：非脂质氧自由基—超氧阴离子和羟自由基(OH·)，NO。

　　脂质自由基--氧自由基与多不饱和脂肪酸作用后产生的中间代谢产物，如脂氧自由基(LO·)、脂过氧自由基(LOO·)

　　活性氧：一类由氧形成、化学性质较基态氧活泼的含氧代谢物质，包括氧自由基和非自由基物质，如单线态氧(1O2)和H2O2。H2O2氧化能力很强，易接受一个电子生成OH·。

　　(二)自由基代谢

　　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，仅1%-2%的氧经单电子还原成超氧阴离子，这是其他自由基和活性氧产生的基础。

　　Fenton反应：超氧阴离子可在Fe3+或Cu2+的催化下与H2O2反应生成OH·，这种由金属离子催化的反应称为Fenton反应。

　　自由基参与体内的电子转移、杀菌和物质代谢。

　　(三)缺血-再灌注时氧自由基生成增多的机制

　　1、黄嘌呤氧化酶途径：

　　黄嘌呤氧化酶及其前身黄嘌呤脱氢酶主要存在于毛细血管内皮细胞内。

　　组织缺氧时，黄嘌呤脱氢酶在Ca2+的存在下，转变为黄嘌呤氧化酶。黄嘌呤氧化酶在催化次黄嘌呤转变为黄嘌呤并进而催化黄嘌呤转变为尿酸的两步反应中，释放出大量电子，生成大量自由基(超氧阴离子和H2O2。H2O2经过Fenton反应转变成活性更强的OH·。

　　2、中性粒细胞：中性粒细胞在吞噬活动增加时耗氧量增加，其摄入O2的大部分在NADPH氧化酶和NADH氧化酶催化下，接受电子形成氧自由基，杀灭病原微生物。

　　呼吸爆发：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，称为呼吸爆发(respiratory burst)或氧爆发，造成细胞损伤。

　　3、线粒体：再灌注时，线粒体氧化磷酸化功能障碍，损伤的电子传递链成为氧自由基的重要来源。

　　(四)自由基的损伤作用

　　1、膜脂质过氧化增强：

　　膜损伤是自由基损伤细胞的早期表现。

　　自由基对磷脂膜的损伤作用主要表现--与膜内多价不饱和脂肪酸作用，形成脂质自由基和过氧化物，造成损害。

　　膜脂质过氧化的主要损害表现：

　　(1)破坏膜的正常结构：使膜不饱和脂肪酸减少，不饱和脂肪酸/蛋白质比例失调，细胞外Ca2+内流增加

　　(2)间接抑制膜蛋白功能：使脂质之间形成交联和聚合，间接抑制膜蛋白功能，导致胞浆Na+，Ca2+浓度升高，造成细胞肿胀和钙超载。还可以影响细胞信号转导。

　　(3)促进自由基及其他生物活性物质生成：激活磷脂酶C、D，进一步分解膜磷脂，催化花生四烯酸代谢反应，并形成多种生物活性物质—前列腺素等

　　(4)减少ATP生成。损伤线粒体。

　　2、抑制蛋白质功能：自由基使蛋白和酶的巯基氧化，形成二硫键。血中氧化性谷胱甘肽含量升高，是氧自由基攻击蛋白质巯基的代谢标志。

　　3、破坏核酸及染色体：80%是由OH·所致。

　　通过检测丙二醛的含量可以反映脂质过氧化的程度。

　　二、钙超载

　　细胞内钙主要存储于在线粒体和肌浆网，胞浆游离钙浓度低于0.1μmol/L.

　　钙超载：各种原因引起的细胞内含钙量异常增多并导致细胞结构损伤和功能代谢障碍的现象。

　　(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+/Ca2+交换异常：正常生理条件下，Na+/Ca2+交换蛋白以正向转运的方式将胞浆Ca2+运出细胞，与肌浆网和细胞膜钙泵一同维持心肌细胞静息状态时的低钙浓度。在细胞内Na+明显升高或膜正电位的情况下，Na+/Ca2+交换蛋白以反向转运的方式将细胞内Na+排出，Ca2+进入细胞。在正常细胞，反向转运的模式仅在动作电位达到峰值时短暂发生。

　　但在缺血-再灌注损伤和钙反常时，Na+/Ca2+交换蛋白反向转运增强，成为Ca2+进入细胞内的主要途径。

　　(1)细胞内Na+升高可直接激活Na+/Ca2+交换蛋白(这是再灌注时激活Na+/Ca2+交换蛋白的主要因素);

　　(2)细胞内H+升高间接激活Na+/Ca2+交换蛋白(高H+首先激活Na+/H+交换蛋白);

　　(3)蛋白激酶C(PKC)活化间接激活Na+/Ca2+交换蛋白。缺血-再灌注损伤时，内源性儿茶酚胺释放增加，α1肾上腺素能受体激活G蛋白-磷脂酶C介导的信号转导通路，促进磷脂酰肌醇分解，生成IP3和DG。IP3促进细胞内Ca2+释放，DG经激活PKC促进Na+/H+交换，进而增加Na+/Ca2+交换蛋白，使胞浆内Ca2+浓度升高。

　　β肾上腺素能受体兴奋通过激活L型钙通道，引起钙超载。

　　2、生物膜损伤：细胞膜损伤—膜通透性增加;线粒体及肌浆网膜损伤。

　　(二)钙超载引起再灌注损伤的机制

　　1、线粒体功能障碍：线粒体过多摄入Ca2+，增加ATP消耗，同时Ca2+与含磷酸根的化合物结合，形成不溶性磷酸钙，干扰氧化磷酸化，使ATP生成减少。

　　2、激活多种酶：促进膜磷脂分解等。

　　3、再灌注性心律失常：通过Na+/Ca2+交换形成一过性内向电流，在心肌动作电位后形成延迟后除极。

　　4、促进氧自由基生成。细胞内Ca2+增加，增强了黄嘌呤氧化酶活性。

　　5、肌原纤维过度收缩。

　　三、白细胞的作用

　　无复流现象(no-reflow phenomenon)：心肌局部缺血一段时间后，恢复血流时，部分缺血区并不能得到充分的血液灌流。中性粒细胞激活及其致炎细胞因子的释放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。

　　(一)再灌注时白细胞激活

　　白细胞激活的主要机制：

　　1、再灌注损伤，大量趋化因子，吸引中性粒细胞聚集于缺血区的血管内。

　　2、再灌注期，激活的中性粒细胞也释放具有趋化作用的炎性介质，如白介素等。

　　3、再灌注期：中性粒细胞和血管内皮细胞表达黏附分子增加。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大类分子的总称。如整合素、选择素、细胞间黏附分子、血管细胞黏附分子等。

　　(二)中性粒细胞介导的再灌注损伤

　　1、微血管损伤：

　　(1)白细胞黏附--微血管血流阻塞

　　(2)血管内皮细胞肿胀--微血管狭窄

　　(3)自由基损伤和中性粒细胞黏附—微血管通透性增加。

　　2、细胞损伤：大量致炎物质的释放。