缺血-再灌注損傷
缺血-再灌注損傷：恢復血液再灌注后，部分患者細胞功能代謝障礙及結構破壞反而加重，因而將這種血液再灌注使缺血性損傷進一步加重的現象稱為缺血-再灌注損傷。
氧反常（oxygen paradox）：實驗研究發現，用低氧溶液灌注組織器官或在缺氧條件下培養細胞一定時間后，再恢復正常氧供應，組織及細胞的損傷不僅未能恢復，反而更趨嚴重。
鈣反常（calcium paradox）：預先用無鈣溶液灌注大鼠心臟2分鐘，再用含鈣溶液進行灌注時，心肌細胞酶釋放增加、肌纖維過渡收縮及心肌電信號異常，稱為鈣反常。
pH反常（pH paradox）：缺血引起的代謝性酸中毒造成細胞功能及代謝紊亂，但在再灌注時迅速糾正缺血組織的酸中毒，反而會加重細胞損傷，這稱為pH反常。
第一節 缺血-再灌注損傷的原因及條件
一、原因：凡是在組織器官缺血基礎上的血液再灌注都可能成為缺血-再灌注損傷的發病原因。
二、條件：
1、缺血時間：過短與過長都不易發生再灌注損傷。
2、側支循環：缺血后側支循環容易形成者，不易發生再灌注損傷。
3、需氧程度：對氧需求高的器官，如心、腦等，易發生再灌注損傷。
4、再灌注條件：低壓、低溫（25度），低pH，低鈉，低鈣液灌流，可使心肌再灌注損傷減輕、心功能迅速恢復。
第二節 缺血-再灌注損傷的發生機制
目前主要認為與氧自由基生成、鈣超載和白細胞激活有關。
一、自由基作用
（一）自由基概念、類型
自由基：是在外層電子軌道上含有單個不配對電子的原子、原子團和分子的總稱。
類型：非脂質氧自由基—超氧陰離子和羥自由基（OH·），NO。
脂質自由基--氧自由基與多不飽和脂肪酸作用后產生的中間代謝產物，如脂氧自由基（LO·）、脂過氧自由基（LOO·）
活性氧：一類由氧形成、化學性質較基態氧活潑的含氧代謝物質，包括氧自由基和非自由基物質，如單線態氧（1O2）和H2O2。H2O2氧化能力很強，易接受一個電子生成OH·。
（二）自由基代謝
生理狀態下，98%的氧通過細胞色素氧化酶系統接受4個電子還原成水，同時釋放能量，僅1%-2%的氧經單電子還原成超氧陰離子，這是其他自由基和活性氧產生的基礎。
Fenton反應：超氧陰離子可在Fe3+或Cu2+的催化下與H2O2反應生成OH·，這種由金屬離子催化的反應稱為Fenton反應。
自由基參與體內的電子轉移、殺菌和物質代謝。
（三）缺血-再灌注時氧自由基生成增多的機制
1、黃嘌呤氧化酶途徑：
黃嘌呤氧化酶及其前身黃嘌呤脫氫酶主要存在于毛細血管內皮細胞內。
組織缺氧時，黃嘌呤脫氫酶在Ca2+的存在下，轉變為黃嘌呤氧化酶。黃嘌呤氧化酶在催化次黃嘌呤轉變為黃嘌呤并進而催化黃嘌呤轉變為尿酸的兩步反應中，釋放出大量電子，生成大量自由基（超氧陰離子和H2O2。H2O2經過Fenton反應轉變成活性更強的OH·。
2、中性粒細胞：中性粒細胞在吞噬活動增加時耗氧量增加，其攝入O2的大部分在NADPH氧化酶和NADH氧化酶催化下，接受電子形成氧自由基，殺滅病原微生物。
呼吸爆發：再灌注期組織重新獲得O2供應，激活的中性粒細胞耗氧量顯著增加，產生大量氧自由基，稱為呼吸爆發（respiratory burst）或氧爆發，造成細胞損傷。
3、線粒體：再灌注時，線粒體氧化磷酸化功能障礙，損傷的電子傳遞鏈成為氧自由基的重要來源。
（四）自由基的損傷作用
1、膜脂質過氧化增強：
膜損傷是自由基損傷細胞的早期表現。
自由基對磷脂膜的損傷作用主要表現--與膜內多價不飽和脂肪酸作用，形成脂質自由基和過氧化物，造成損害。
膜脂質過氧化的主要損害表現：
（1）破壞膜的正常結構：使膜不飽和脂肪酸減少，不飽和脂肪酸/蛋白質比例失調，細胞外Ca2+內流增加
（2）間接抑制膜蛋白功能：使脂質之間形成交聯和聚合，間接抑制膜蛋白功能，導致胞漿Na+，Ca2+濃度升高，造成細胞腫脹和鈣超載。還可以影響細胞信號轉導。
（3）促進自由基及其他生物活性物質生成：激活磷脂酶C、D，進一步分解膜磷脂，催化花生四烯酸代謝反應，并形成多種生物活性物質—前列腺素等
（4）減少ATP生成。損傷線粒體。
2、抑制蛋白質功能：自由基使蛋白和酶的巰基氧化，形成二硫鍵。血中氧化性谷胱甘肽含量升高，是氧自由基攻擊蛋白質巰基的代謝標志。
3、破壞核酸及染色體：80%是由OH·所致。
通過檢測丙二醛的含量可以反映脂質過氧化的程度。
二、鈣超載
細胞內鈣主要存儲于在線粒體和肌漿網，胞漿游離鈣濃度低于0.1μmol/L.
鈣超載：各種原因引起的細胞內含鈣量異常增多并導致細胞結構損傷和功能代謝障礙的現象。
（一）細胞內鈣超載的機制：
鈣超載主要發生在再灌注期，且主要原因是由于鈣內流增加，而不是鈣外流減少。
1、Na+/Ca2+交換異常：正常生理條件下，Na+/Ca2+交換蛋白以正向轉運的方式將胞漿Ca2+運出細胞，與肌漿網和細胞膜鈣泵一同維持心肌細胞靜息狀態時的低鈣濃度。在細胞內Na+明顯升高或膜正電位的情況下，Na+/Ca2+交換蛋白以反向轉運的方式將細胞內Na+排出，Ca2+進入細胞。在正常細胞，反向轉運的模式僅在動作電位達到峰值時短暫發生。
但在缺血-再灌注損傷和鈣反常時，Na+/Ca2+交換蛋白反向轉運增強，成為Ca2+進入細胞內的主要途徑。
（1）細胞內Na+升高可直接激活Na+/Ca2+交換蛋白（這是再灌注時激活Na+/Ca2+交換蛋白的主要因素）；
（2）細胞內H+升高間接激活Na+/Ca2+交換蛋白（高H+首先激活Na+/H+交換蛋白）；
（3）蛋白激酶C（PKC）活化間接激活Na+/Ca2+交換蛋白。缺血-再灌注損傷時，內源性兒茶酚胺釋放增加，α1腎上腺素能受體激活G蛋白-磷脂酶C介導的信號轉導通路，促進磷脂酰肌醇分解，生成IP3和DG。IP3促進細胞內Ca2+釋放，DG經激活PKC促進Na+/H+交換，進而增加Na+/Ca2+交換蛋白，使胞漿內Ca2+濃度升高。
β腎上腺素能受體興奮通過激活L型鈣通道，引起鈣超載。
2、生物膜損傷：細胞膜損傷—膜通透性增加；線粒體及肌漿網膜損傷。
（二）鈣超載引起再灌注損傷的機制
1、線粒體功能障礙：線粒體過多攝入Ca2+，增加ATP消耗，同時Ca2+與含磷酸根的化合物結合，形成不溶性磷酸鈣，干擾氧化磷酸化，使ATP生成減少。
2、激活多種酶：促進膜磷脂分解等。
3、再灌注性心律失常：通過Na+/Ca2+交換形成一過性內向電流，在心肌動作電位后形成延遲后除極。
4、促進氧自由基生成。細胞內Ca2+增加，增強了黃嘌呤氧化酶活性。
5、肌原纖維過度收縮。
三、白細胞的作用
無復流現象（no-reflow phenomenon）：心肌局部缺血一段時間后，恢復血流時，部分缺血區并不能得到充分的血液灌流。中性粒細胞激活及其致炎細胞因子的釋放是引起微血管床及血液流變學改變和產生無復流現象的病理生理學基礎。
（一）再灌注時白細胞激活
白細胞激活的主要機制：
1、再灌注損傷，大量趨化因子，吸引中性粒細胞聚集于缺血區的血管內。
2、再灌注期，激活的中性粒細胞也釋放具有趨化作用的炎性介質，如白介素等。
3、再灌注期：中性粒細胞和血管內皮細胞表達黏附分子增加。黏附分子指由細胞合成的、可促進細胞與細胞之間、細胞與細胞外基質之間黏附的一大類分子的總稱。如整合素、選擇素、細胞間黏附分子、血管細胞黏附分子等。
（二）中性粒細胞介導的再灌注損傷
1、微血管損傷：
（1）白細胞黏附--微血管血流阻塞
（2）血管內皮細胞腫脹--微血管狹窄
（3）自由基損傷和中性粒細胞黏附—微血管通透性增加。
2、細胞損傷：大量致炎物質的釋放。
第三節 缺血-再灌注損傷時機體的功能及代謝變化
一、心臟缺血-再灌注損傷的變化
（一）心功能變化
1、再灌注性心律失常：其中以室性心律失常，特別是室性心動過速和室顫最常見。
機制：可能與心肌Na+和Ca2+負荷過度及動作電位時程的不均一性。另外，再灌注時產生的磷脂肌醇通過作用于KATP促進心律失常的持續存在（KATP通道開放增加，使動作電位時程更加縮短）。
再灌注后缺血區和缺血邊緣區心肌動作電位時程的不一致性增強了心肌折返，可能是發生室顫的主要因素。缺血20-30分鐘正是心肌發生可逆性與不可逆性損傷的交叉點，細胞的不均一性最強，心室纖顫幾率最高。
2、心肌舒縮功能降低：心輸出量減少，LVEDP升高。
心肌頓抑(myocardial stunning)：心肌并未因缺血發生不可逆損傷，但在再灌注血流已經恢復或基本恢復正常后一定時間內心肌出現的可逆性收縮功能降低的現象。
心肌頓抑發生的機制主要是自由基爆發生成和鈣超載，另外與ATP減少和Ca2+敏感性增高也有關。
3、心肌代謝變化：ATP等高能磷酸化合物含量降低，AMP、腺苷等降解產物增加。氧化型谷胱甘肽含量進行性增加，還原型谷胱甘肽含量減少，提示再灌注時活性氧產生增多。
4、心肌超微結構的變化：出現各種損害。
二、腦缺血再灌注損傷的變化
1、細胞代謝變化：乳酸明顯增加。缺血期cAMP含量增加，而cGMP含量減少。再灌注后腦內cAMP進一步增加，cGMP進一步下降，提示缺血再灌注時脂質過氧化反應增強。
2、組織學變化：腦水腫及腦細胞壞死。
三、其他組織器官的損害
嚴重腸缺血-再灌注損傷的特征是粘膜損傷。
腎：血清肌酐明顯增高，表明腎功能嚴重受損。以急性腎小管壞死最為嚴重。
第四節 防治缺血-再灌注損傷的病理生理學基礎
一、減輕缺血性損傷，控制再灌注條件
低壓、低流、低溫、低pH、低鈉及低鈣液灌注可減輕損傷。
二、改善缺血組織代謝：外源性ATP，細胞色素C。
三、清除自由基
（一）低分子清除劑
1、存在于細胞脂質部分的自由基清除劑：維生素E和維生素A。
維生素E能還原超氧陰離子和單線態氧、脂質自由基等。
維生素A是單線態氧的有效清除劑并能抑制脂質過氧化。
2、存在于細胞內外水相中的自由基清除劑：半胱氨酸、維生素C，還原型谷胱甘肽和NADPH等。
（二）酶性清除劑：
1、過氧化氫酶（CAT）及過氧化物酶：細胞內，清除H2O2
2、超氧化物歧化酶（SOD）：金屬蛋白，歧化超氧陰離子生成H2O2。SOD作用的重要意義在于清除H2O2和OH·的前身超氧陰離子，從而保護細胞不受毒性自由基的損傷。
OH·清除劑：二甲基亞砜。
四、減輕鈣超負荷：鈣拮抗劑的使用。
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