脊柱再充血損傷缺血再灌注損傷

1、缺血再灌注損傷是怎麼導致的？

缺血再灌注損傷的發生源於氧自由基，有時又叫活性氧這一反應發生在移植組織的細胞內和受區組織的中性粒細胞內，氧自由基可以說是所有細胞的毒葯，會嚴重影響組織的損傷，只有回到身體才可以結束損傷。

2、再灌注損傷是什麼？有什麼影響？類型是什麼？

缺血再灌注損傷是指對組織造成損傷的主要因素，不是缺血本身，而是恢復血液供應後，過量的自由基攻擊這部分重新獲得血液供應的組織內的細胞造成的，這種損傷，叫做「組織缺血再灌注損傷」。
目錄
1基本簡介
2相關信息
基本簡介

缺血所引的組織損傷是致死性疾病的主要原因，諸如冠動脈硬化導致的心肌梗死、腦卒中等。在缺血性疾病搶救和治療過程中，醫學家們漸漸發現，對組織造成損傷的主要因素，不是缺血本身，而是恢復血液供應後，過量的自由基攻擊這部分重新獲得血液供應的組織內的細胞造成的，這種損傷，叫做「組織缺血再灌注損傷」。

相關信息

有許多證據說明僅僅缺血還不足以導致組織損傷，而是在缺血一段時間後又突然恢復供血(即再灌注)時才出現損傷。在創傷性休克、外科手術、器官移植、燒傷、凍傷和血栓等血液循環障礙時，都會出現缺血後再灌注損傷。缺血組織再灌注時造成的微血管和實質器官的損傷主要是由活性氧自由基引起的，這已在多種器官中得到的證明。在缺血組織中具有清除自由基的抗氧化酶類合成能力發生障礙，從而加劇了自由基對缺血後再灌注組織的損傷。使用SOD清除自由基對缺血再灌流組織損傷有保護作用。

心肌缺血的損傷是因為心肌缺氧、缺營養成分所造成心肌細胞壞死或暫時功能受損，多部分會發生傳導阻滯下壁心肌梗死可能會導致完全性右束枝阻滯。而缺血再灌注損傷是因為血液HbO2中的氧與受損心肌細胞或壞死心肌細胞的溶解物質反應形成氧自由基對部分心肌有損傷作用。可分為3種類型：心肌頓抑、再灌注性心律失常和心肌壞死。表現為心肌細胞壞死、凋亡，線粒體功能障礙，脂質過氧化物增加，自由基大量生成，並導致惡性心律失常發生，左心室收縮力減弱，室內壓下降等心肌功能的抑制。

3、脊髓缺血再灌注損傷的脊髓缺血再灌注損傷機制研究

脊髓缺血再灌注損傷的具體機制尚不清楚，但氧自由基介導的脂質過氧化反應、鈣離子超載、興奮性氨基酸、前列腺素等因素在脊髓損傷機制中起重要的作用已得到公認。近年來在損傷機制研究方面取得了很多進展，較為引人注意的有以下幾個方面。 Kluchova D[8]發現脊髓缺血再灌注後，NADH脫氫酶明顯存在於背角、中心周圍區、骶副交感神經核中，4天後出現於中央灰質區及神經核壞死區。Marsala J[9]使用銀染色發現脊髓灰質中NADPH-硫辛醯胺脫氫酶強陽性染色的神經元能對抗缺血。在腹主動脈結扎後40min或再灌注1天後，該強陽性染色的神經元及其軸突主要位於下腰髓Ⅰ～Ⅲ、Ⅹ層，骶2副交感神經元中。盡管Ⅳ～Ⅶ層神經元廣泛壞死，但此區域內大量陽性染色的神經元未發生壞死。其對抗缺血的機制尚不明確，推測與一氧化氮（NO）的擴血管作用有關。
體內活性蛋白C（APC）是一種抗凝因子，Hirose K等[10]在大鼠SCII的研究中發現在靜脈給予APC組和使用氮芥類葯物造成白細胞減少組，SCII後TNF-α、IL-8、過氧化酶等升高的水平較其它組明顯減低。其實驗表明APC對抗SCII的作用是通過抑制中性粒細胞來實現的，具體機制可能是抑制了中性粒細胞的一活性因子TNF-α，且絲氨酸蛋白酶的活性在其中起重要作用。
脊髓缺血再灌注損傷的病理機制復雜，人們對此的認識尚正逐漸深入。如近年來，人們已逐漸對內皮素-1（ET-1）在SCII中的作用有了一定程度的認識，不少實驗表明ET-1參與SCII的致傷機制，並是傷後4～24h的重要損害因子之一。隨著對脊髓缺血損傷病理機制的逐漸認識，人們在脊髓缺血再灌注損傷的防治方法上也取得了較多的進展。

4、脊髓缺血再灌注損傷的脊髓缺血再灌注損傷防治方法的研究進展

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5、脊髓缺血再灌注損傷的脊髓缺血再灌注損傷模型

自Stenonis(1667年)以來，脊髓缺抄血損傷襲(Spinal Cord Ischemia Injury，SCII)動物模型的製作是SCII研究中首先面臨的一個重要課題。目前此模型多以阻斷腹主動脈致SCII為代表[1]，經腹膜後左腎動脈下腹主動脈阻斷造成SCII模型，亦被廣泛的應用；後來有學者經股動脈插氣囊或液囊導管阻斷腹主動脈製作模型。這些模型均存在一共同的不足之處，即同時導致了腹腔及下肢等廣泛的缺血損傷，這無疑影響了對研究脊髓損傷後的行為功能學的評估。伍亞民等[2]應用選擇性阻斷日本大耳白家兔腰動脈製作脊髓缺血損傷輕、中、重度模型獲得很好的效果。徐明在數字減影(DSA)設備監視下行選擇性脊髓動脈造影和栓塞，建立急性SCII動物模型，這在國內外尚少有報道。他發現小顆粒聚乙烯醇 (PVA，直徑118～154μm)經椎間動脈注入後，滯留於脊髓前、後縱行動脈鏈內，能有效阻斷局部脊髓血供。這是制備SCII動物模型的一種較為實用的方法。

6、缺血再灌注損傷的機制是啥?

（一）、細胞內鈣超載的發生機制
1． Na+ /Ca2+ 交換異常 生理條件下， Na+/Ca2+ 交換蛋白轉運方向是將細胞內 Ca2+ 運出細胞，與細胞膜鈣泵共同維持心肌細胞靜息狀態的低鈣濃度。 Na+ /Ca2+ 交換蛋白以 3 個 Na+ 交換 1 個 Ca2+ 的比例對細胞內外 Na+ 、 Ca2+ 進行雙相轉運。 Na+ /Ca2+ 交換蛋白的活性主要受跨膜 Na+ 濃度的調節，此外還受 Ca2+ 、 ATP 、 Mg2+ 、H+ 濃度的影響。已有大量的資料證實， Na+/Ca2+ 交換蛋白是缺血- 再灌注損傷和鈣超載時鈣離子進入細胞的主要途徑。
(1) 細胞內高 Na+ 對 Na+ /Ca2+ 交換蛋白的直接激活作用：缺血使細胞內 ATP 含量減少，鈉泵活性降低，造成細胞內鈉含量增高。再灌注時缺血的細胞重新獲得氧及營養物質供應，細胞內高 Na+ 除激活鈉鉀泵外，還迅速激活 Na+ /Ca2+ 交換蛋白，以加速 Na+ 向細胞外轉運，同時將大量 Ca2+ 轉入細胞內，造成細胞內 Ca2+ 超載。
(2) 細胞內高 H+ 對 Na+ /Ca2+ 交換蛋白的間接激活作用：質膜 Na+ /H+ 交換蛋白主要受細胞內 H+ 濃度的變化，以 1:1 的比例將細胞內的 H+ 排出胞外，而將 Na+ 攝入細胞，這是維持細胞內 PH 穩定的重要機制。缺血缺氧期，由於細胞的無氧代謝增強使 H+ 生成增加，組織間液和細胞內液 PH 明顯降低。再灌注使組織間液 H+ 濃度迅速下降，而細胞內 H+ 濃度很高，形成跨膜 H+ 濃度梯度。細胞膜兩側 H+ 濃度差可激活心肌 Na+ /H+ 交換蛋白，促進細胞內 H+ 排出，而使細胞外 Na+ 內流。如果內流的 Na+ 不能被鈉泵充分排出，細胞內高 Na+ 可繼發性激活 Na+ /Ca2+ 交換蛋白，促進 Ca2+ 內流，加重細胞鈣超載。
(3) 蛋白激酶 C （ PKC ）活化對 Na+/Ca2+ 交換蛋白的間接激活作用：生理條件下，心功能主要受 β 腎上腺素能受體調節， α1 腎上腺素能受體的調節作用較小。但缺血 - 再灌注損傷時，內源性兒茶酚胺釋放增加， α 1 腎上腺素能受體的調節相對起重要作用。 α1 腎上腺素能受體激活 G 蛋白 - 磷脂酶 C （ PLC ）介導的細胞信號轉導通路，促進磷脂醯肌醇分解，生成三磷酸肌醇（ IP3 ）海二脂（ DG ），促進細胞內 Ca2+ 的釋放； DG 經激活 PKC 促進 Na+ /H+ 交換，進而促進 Na+/Ca2+ 交換，使胞漿 Ca2+ 濃度增加。
2．生物膜損傷
(1) 細胞膜損傷：生理情況下，細胞膜外板和糖被膜（ glycocalyx ）由 Ca2+ 緊密聯結在一起。①當 Ca2+ 反常時，可使細胞糖被膜受損；②當細胞缺血缺氧時可導致細胞膜受損、破裂；③心肌缺血缺氧時，一方面使交感 - 腎上腺髓質系統興奮，血中兒茶酚胺含量增加。兒茶酚胺能產生氧自由基，從而損傷細胞膜；另一方面，心肌缺血部位 α 腎上腺素能受體上調， α 腎上腺素能受體興奮可導致 Ca2+ 內流增加。
(2) 線粒體及肌漿網膜損傷： 自由基增加和膜磷脂分解增強可造成肌漿網膜損傷，鈣泵功能抑制使肌漿網攝 Ca2+ 減少，胞漿 Ca2+ 濃度升高。線粒體損傷抑制氧化磷酸化過程，使 ATP 生成減少，細胞膜和肌漿網膜鈣泵能量供應不足，促進鈣超載的發生。
（二）、鈣超載引起再灌注損傷的機制
1．線粒體功能障礙 再灌注後，胞漿中Ca2+濃度大量增加，可刺激線粒體和肌漿網的鈣泵攝取鈣，使胞漿中的 Ca2+ 向線粒體和肌漿網中轉移 。這在再灌注早期具有一定的代償意義，可減少胞漿中鈣超載的程度。但細胞內鈣增多使肌漿網及線粒體消耗大量 ATP ；同時，線粒體內的 Ca2+ 離子與含磷酸根的化合物反應形成磷酸鈣，干擾線粒體氧化磷酸化，使能量代謝障礙， ATP 生成減少。二者均使細胞能量供應不足。
2．激活磷脂酶 細胞內 Ca2+ 超載可激活多種磷脂酶，促進膜磷脂的分解，使細胞膜及細胞器膜均受到損傷。此外，膜磷脂的降解產物花生四烯酸、溶血磷脂等增多，增加了膜的通透性，進一步加重膜的功能紊亂。
3．通過 Na+/Ca2+ 交換蛋白形成一過性內向離子流（ transicent inward current ） 在心肌動作電位後形成遲後除極（ delayed after depolarization ）而引起心律失常。
4．促進自由基形成 細胞內鈣超載使鈣依賴性蛋白水解酶活性增高，促進黃嘌呤脫氫酶轉變為黃嘌呤氧化酶，使自由基生成增多，損害組織細胞。
5．使肌原纖維攣縮、斷裂，生物膜機械損傷，細胞骨架破壞 其發生機制為：①缺血 - 再灌注使缺血細胞重新獲得能量供應，在胞漿存在高濃度 Ca2+ 的條件下，肌原纖維發生過度收縮。這種肌纖維過度甚至不可逆性縮短可損傷細胞骨架結構 ，引起心肌纖維斷裂；②再灌注使缺血期堆積的 H+ 迅速移出，減輕或消除了 H+ 對心肌收縮的抑製作用。
三、白細胞的作用
（一）、白細胞增加的機制
1．趨化物質的作用 組織缺血使細胞膜受損，再灌注損傷可使膜磷脂降解，花生四烯酸代謝產物增多，其中有些物質，如白三烯具有很強趨化作用，吸引大量的白細胞進入組織或吸附於血管內皮。白細胞與血管內皮細胞粘附後進一步被激活，本身也釋放具有趨化作用的炎症介質，如白三稀 B 4 （ LB 4 ），使微循環中白細胞進一步增多。
2．細胞粘附分子的作用 粘附分子（ adhesion molecule ）是指由細胞合成的、可促進細胞與細胞之間、細胞與細胞外基質之間粘附的一大類分子的總稱。實驗發現，在缺血組織內已有白細胞聚集，其數量可隨缺血時間的延長而增加；再灌注早期（數秒 - 數分鍾），血管內皮細胞內原先儲存的一些蛋白質前體被激活，釋放多種細胞粘附分子。
（二）、白細胞對組織損傷作用的機制
1．對血液流變學的作用 實驗證實，在缺血和再灌注早期白細胞即粘附於內皮細胞上，隨後有大量血小板沉積和紅細胞緡錢狀聚集，造成毛細血管阻塞。實驗表明，紅細胞解聚遠較白細胞與內皮細胞粘附的分離容易，提示白細胞粘附是微血管阻塞的主要原因。通過測量缺血和再灌注心肌的血流量，發現呈進行性下降趨勢，特別在心內膜層降低更明顯。由於血管的阻塞，平均氧彌散的距離增加，局部氧分壓可降低到零，一組毛細血管網阻塞，使所支配的細胞處於低氧環境中，造成細胞功能代謝的障礙。此外，缺血再灌注組織可見到無復流現象（ no-reflow phenomenon ），是指缺血再灌注時，部分或全部缺血組織不出現血液灌流的現象。
影響無復流現象的原因很多，包括缺血時間的長短、缺血程度、梗死灶大小等。無復流現象的可能機制為：①血管障礙及中性粒細胞栓塞；②血小板、血栓堵塞微血管；③細胞腫脹擠壓微血管；④血液粘滯性變化等。其中中性粒細胞引起的毛細血管栓塞可能是主要原因，因為用去中性粒細胞的血液灌流，能明顯減輕無復流現象。
2．產生自由基 白細胞能產生多種自由基，如活性氧，鹵氧化合物等，激發細胞膜的脂質過氧化，並損傷細胞內的重要成分。3．顆粒成分（ granule constitutes ）釋出 在缺血損傷區，從白細胞釋放酶性顆粒成分能導致細胞組織進一步損傷。中性粒細胞可釋放出 20 多種酶，其中 3 種引起組織損傷最大。一種是含絲氨酸蛋白酶的彈性硬蛋白酶（ elastase ），另外兩種是含金屬的蛋白酶即膠原酶（ collagenase ）和明膠酶（ gelatinase ）。彈性硬蛋白酶幾乎能降解細胞外液基質中的所有成分，裂解免疫蛋白、凝血因子，並攻擊完整的未受損的細胞，激活的膠原酶和明膠酶也能降解各種類型的膠原，導致細胞的損傷。
4．其他作用 白細胞一旦激活，也可激活磷脂酶 A2，游離出花生四烯酸，導致瀑布效應，產生許多血管活性物質，如白三烯，血小板激活因子等，使血管收縮，通透性增加，促進白細胞對血管壁的粘附等。
四、高能磷酸化合物缺乏
一些研究表明，心肌短時間缺血後，發生的損傷是可逆的，如果此時得到血液再灌，細胞不至死亡，但心肌收縮功能卻不能很快恢復。說明心肌能量代謝障礙。
通過實驗進一步觀察發現，再灌注時心肌的高能磷酸化合物明顯缺乏。說明缺血及再灌注損傷的心肌有氧代謝障礙，高能磷酸化合物缺乏。影響了心功能的恢復。
1．再灌注時高能磷酸化合物缺乏和總腺苷酸水平減少的原因：
(1) 線粒體受損 : 因缺血缺氧，線粒體產生氧自由基增多，再灌注時組織產生自由基也增多。二者均使線粒體膜發生脂質過氧化，使線粒體結構和功能受損， 表現為利用氧能力障礙，同時合成 ATP 減少。
(2)ATP 的前身物質減少 : 包括腺苷，肌苷，次黃嘌呤等，在再灌注時被血流沖洗出去，使總腺苷酸水平下降。因此如在再灌注液中補充肌苷或谷氨酸等可促進 ATP 的合成及心功能的恢復。
五、內皮素的作用
ET 促進心臟缺血再灌注損傷的機制與心肌膜上 ET 受體上調、促進胞內鈣超載、 PMN 聚集、粘附、氧自由基釋放及內皮細胞自穩態失衡有關。心肌缺血再灌注時，可引起心肌細胞膜上 ET 結合點密度增加。 ET 可通過蛋白 -IP 3 途徑導致胞內 Ca2+ 濃度的增高，胞內 Ca2+ 濃度增高，既可導致冠脈強烈收縮，又能激活磷脂酶，使膜磷脂降解，損傷細胞膜。 ET 具有明顯地促進 PMN 聚集和粘附的作用，其機制在於 ET-1 能促進 PMN 表面粘附分子 CD11/CD18 的表達，這種作用可被抗 CD18 抗體 ISI/18 阻斷 。
六、血管緊張素Ⅱ（ angiotension Ⅱ）的作用
Ang Ⅱ促進交感神經末梢釋放兒茶酚胺、收縮血管、刺激醛固酮分泌、促進心肌血管平滑肌增殖和肥厚等生理作用，主要由 AT 1 介導。 Ang Ⅱ與再灌注損傷關系密切。主要表現在再灌注過程中 Ang Ⅱ水平增高， AT 1 受體上調，以及應用 ACE 抑制劑或 Ang Ⅱ受體拮抗劑具有抗再灌注損傷的作用。

7、心肌缺血損傷與缺血再灌注損傷表現有何不同？

因為冠狀動脈供血的減少或中斷造成心肌因血液供應不足出現缺血缺氧。就會內造成心肌損傷，最常見的病容因就是冠狀動脈粥樣硬化性心臟病，也就是冠心病！典型的症狀可表現為胸骨後，或心前區的壓榨樣疼痛！往往存在血脂異常，高血壓的病人容易發生。也就是說因為養料供應不足造成心臟在長期運動下出現的一種疲勞性損傷。
如果冠狀動脈發生急性閉塞，也就是心肌梗死後。因為養料的絕對供應不足，心肌由疲勞損傷變成壞死。但還有少量心肌進入一種類似冬眠的狀態。在急性期進行溶栓治療，當閉塞消失血流在次快速通過後，出現心肌功能快速復甦，就可能會引起心律失常，也就是再灌注性心律失常。心律失常是典型表現就會已心悸，胸悶，血壓下降，總之就是因為血流動力學改變後出現的其他組織臟器供血不足的表現，不單單是心臟一個臟器出現養料缺乏的情況。當然心臟也會出現損傷，這時心肌的損傷就是在灌注性損傷了。
兩者有一個共同點就是都是因為心肌養料缺乏出現的，嚴重程度只能根據具體患者病情進行分析了。

8、缺血再灌注的損傷程度

但並不是所有缺血的器官在血流恢復後都會發生缺血一再灌注損傷，許多因素可以影響其發生及其嚴重程度，常見的有：
1缺血時間首先影響再灌注損傷的是缺血時間。缺血時間短，恢復血供後可無明顯的再灌注損傷．因為所有器官都能耐受一定時間的缺血。缺血時間長，恢復血供則易導致再灌注損傷。若缺血時間過長，缺血器官會發生不可逆性損傷，甚至壞死，反而不會出現再灌注損傷。例如，阻斷大鼠左冠狀動脈5~10min．恢復血供後心律失常的發生率很高．但短於2min或超過20min的缺血，心律失常較少發生。另外，不同動物、不同器官發生再灌注損傷所需的缺血時間不同，小動物相對較短，大動物相對較長。如家免心肌再灌注損傷所需的缺血時間一般為40min，腦一般為30min(全腦血流阻斷)，肝臟一般為45min(部分肝血流阻斷)，腎臟一般為60min，小腸大約為60min，骨骼肌甚至為4小時。
再灌注損傷與缺血時間的依賴關系，提示在缺血過程中組織發生的某些變化，是再灌注損傷發生的基礎，再灌注損傷實質上是將缺血期的可逆性損傷經恢復血流後進一步加重或轉化為不可逆性損傷。
2側支循環 缺血後側支循環容易形成者，可因縮短缺血時間和減輕缺血程度，不易發生再灌注損傷。
3需氧程度 因氧易接受電子，形成氧自由基增多．因此，對氧需求高者，較易發生再灌注損傷．如心、腦等。
4再灌注壓力愈高，造成的再灌注損傷愈嚴重；適當降低灌注液的溫度、pH值．則能減輕再灌注損傷；減少灌注液中的Ca』、Na』含量，或適當增加K』、M礦含量．有利於減輕再灌注損傷。
缺血再灌注損傷的發生機制尚未徹底闡明。目前認為自由基的作用、細胞內鈣超載和白細胞的激活是缺血一再灌注損傷的重要發病學環節。
缺血－再灌注損傷的原因及條件
一、原因
（一）、組織器官缺血後恢復血液供應如休克時微循環的疏通、冠狀動脈痙攣的緩解、心臟驟停後心腦肺復甦等。
（二）、動脈搭橋術、 PTCA 、溶栓療法等血管再通術後，心臟外科體外循環術、器官移植及斷肢再植等。
二、條件
並不是所有缺血的組織器官在血流恢復後都會發生缺血 - 再灌注損傷，但許多因素可影響其發生發展和嚴重程度，常見的原因有：
（一）、缺血時間 缺血時間的長短與再灌注損傷的發生與否相關，缺血時間過短或過長都不易發生再灌注損傷。例如：大鼠心肌缺血 2min 以內或 20min 以上進行再灌注，不易發生再灌注損傷；狗心肌缺血 15min 以內或 40min 以上進行再灌注，再灌注損傷不易發生，缺血 15-20min 再灌注，心肌再灌注損傷的發生率高達 25%-50% 。
（二）、側支循環 缺血後側支循環容易形成者，因可縮短缺血時間和減輕缺血程度，不易發生再灌注損傷，如肺臟。
（三）、需氧程度 對氧需求量高的組織器官，如心、腦等，易發生再灌注損傷。
（四）、再灌注條件 一定程度的低壓、低溫（ 25℃ ）、低pH 、低鈉、低鈣溶液灌流，可減輕組織器官的再灌注損傷、使其功能迅速恢復。反之，高壓、高溫、高鈉、高鈣灌注可誘發或加重再灌注損傷。
第二節 缺血再灌注損傷的發生機制
一、自由基的作用
（一）、自由基的概念及分類
自由基（ free radical ）是指在外層電子軌道上具有單個不配對電子的原子、原子團或分子的總稱，又稱游離基，如氯自由基（ Cl·）、羥自由基（ OH·）、甲基自由基（ CH3·）等。自由基的種類很多，主要包括非脂性自由基和脂性自由基，前者主要指氧自由基。
1．氧自由基 由氧誘發的自由基稱為氧自由基，屬於活性氧的一種，包括超氧陰離子和羥自由基。
過氧化氫本身不是自由基，是一種活性氧。 H2O2 在 Fe 或 Cu 的作用下可生成 OH . 或者通過 H2O2 的均裂產生 OH. ，這是 H2O2 造成細胞氧化應激的主要機制。
單線態氧也不是自由基，而是激發態的分子氧，也屬於活性氧的范疇 。
2．脂性自由基 指氧自由基與多價不飽和脂肪酸作用後生成的中間代謝產物，如烷自由基（ R ·），烷氧自由基（ RO ·），烷過氧自由基（ ROO·）等。
3．其他 如氯自由基（ Cl·）、甲自由基（ CH3·）和一氧化氮（ NO ）等。
（二）、缺血 - 再灌注時氧自由基生成增多的機制
1．黃嘌呤氧化酶形成增多 黃嘌呤氧化酶（ xanthine oxidase ， XO ）及其前身為黃嘌呤脫氫酶（ xanthine dehydrogenase, XD ），二者主要存在毛細血管內皮細胞內。正常時 XD 占 90% ， XO 只佔 10% 。當組織缺血缺氧時，由於 ATP 生成減少，膜泵失靈，鈣離子進入細胞增多，激活鈣依賴性蛋白酶，使 XD 大量轉變為 XO 。同時因缺血缺氧， ATP依次分解為 ADP、 AMP、腺苷、肌苷和次黃嘌呤（ hypoxanthine ），而次黃嘌呤自身不能代謝生成黃嘌呤（ xanthine ），使 XO 的底物堆積。再灌注時，缺血組織重新得到氧，在缺血時大量蓄積的次黃嘌呤在XO的作用下形成黃嘌呤，繼而又催化黃嘌呤轉化為尿酸，這兩步反應都是以分子氧作為電子受體，結果產生大量的 O2·- 和 H2O2 ， O2· - 和 H2O2 在金屬鐵參與下，形成 OH · 。
2．中性粒細胞的呼吸爆發 中性粒細胞被激活時耗氧量顯著增加，其攝入 O2 的 70%~90% 在還原型輔酶 Ⅱ 氧化酶（ NADPH oxidase ）和還原型輔酶 Ⅰ 氧化酶（ NADH oxidase ）的催化下，接受電子形成氧自由基，以殺滅病原微生物。另外組織缺血可激活補體系統，或經細胞膜分解產生多種具有趨化活性的物質， 如 C 3 片段、白三烯等，吸引、激活中性粒細胞。再灌注期間組織重新獲得氧供應，激活的中性粒細胞耗氧顯著增加，產生大量氧自由基，稱為呼吸爆發（ respiratory burst ）或氧爆發（ oxygen burst ），可損傷組織細胞。
3．線粒體功能受損 因缺血、缺氧使 ATP 減少，鈣進入線粒體增多，使線粒體功能受損，細胞色素氧化酶系統功能失調，進入細胞的氧經 4 電子還原成水減少，而經單電子還原生成氧自由基增多。而鈣離子進入線粒體可使錳 ~ 超氧化物歧化酶減少，對自由基的清除能力降低，使氧自由基生成進一步增加。
4．兒茶酚胺自身氧化增加 各種應激性刺激，包括缺血、缺氧，均可使交感腎上腺髓質系統興奮產生大量的兒茶酚胺。兒茶酚胺一方面具有重要的代償調節作用，另一方面在單胺氧化酶的作用下，通過自氧化可產生大量的自由基。
（三）、自由基對細胞的損傷作用
1．對膜磷脂的損傷作用 ①破壞膜的組分，使膜磷脂減少，膜膽固醇和膽固醇 / 磷酸比值增加；②由於膜組分改變使膜的流動性降低；③使與膜結合的酶的巰基氧化，導致酶活性下降；④形成新的離子通道，當細胞膜兩層磷脂中的磷脂過氧化氫沿膜長軸以相互吸引的方向作用時，同一層的磷脂過氧化氫聚集，並進一步形成跨膜過氧化物，從而形成新的離子通道。⑤使膜脂質和蛋白質之間、蛋白質和蛋白質之間交聯或聚合，促進膜損傷；⑥促進「脂質三聯體」（ lipid triad ）形成。膜脂質過氧化、磷脂酶活化及過量的有利脂肪酸和溶血磷脂的「去污劑」作用（即具有破壞膜結構和功能的作用）合稱 「脂質三聯體」 的作用。膜脂質過氧化能促進 「 脂質三聯體 」 的形成，因為膜脂質過氧化能使細胞內 Ca 含量增加，促進磷脂酶活化。磷脂酶活化水解膜磷脂導致了溶血磷脂及游離脂肪酸的聚集，進而引起細胞膜的損傷。此外自由基還可減少 ATP 生成，導致線粒體的功能抑制，使細胞的能量代謝障礙加重。
2．對蛋白質的損傷作用 自由基可引起蛋白質的交聯、聚合和肽鏈的斷裂，也可使蛋白質與脂質結合形成聚合物，從而使蛋白質功能喪失。
3．對核酸的破壞作用 自由基可作用於 DNA ，與鹼基發生加成反應，而造成對鹼基的修飾，從而引起基因突變；並可從核酸戊糖中奪取氫原子而引起 DNA 鏈的斷裂。自由基還可引起染色體的畸變和斷裂。
4．對細胞外基質的破壞 自由基可使細胞外基質中的膠原纖維的膠原蛋白發生交聯，使透明質酸降解，從而引起基質變得疏鬆，彈性下降。
二、鈣超載的作用
各種原因引起的細胞內鈣濃度明顯增多並導致細胞結構損傷和功能代謝障礙的現象稱為鈣超載（ calcium overload ）。
（一）、細胞內鈣超載的發生機制
1． Na /Ca 交換異常 生理條件下， Na/Ca 交換蛋白轉運方向是將細胞內 Ca 運出細胞，與細胞膜鈣泵共同維持心肌細胞靜息狀態的低鈣濃度。 Na /Ca 交換蛋白以 3 個 Na 交換 1 個 Ca 的比例對細胞內外 Na 、 Ca 進行雙相轉運。 Na /Ca 交換蛋白的活性主要受跨膜 Na 濃度的調節，此外還受 Ca 、 ATP 、 Mg 、H 濃度的影響。已有大量的資料證實， Na/Ca 交換蛋白是缺血- 再灌注損傷和鈣超載時鈣離子進入細胞的主要途徑。
(1) 細胞內高 Na 對 Na /Ca 交換蛋白的直接激活作用：缺血使細胞內 ATP 含量減少，鈉泵活性降低，造成細胞內鈉含量增高。再灌注時缺血的細胞重新獲得氧及營養物質供應，細胞內高 Na 除激活鈉鉀泵外，還迅速激活 Na /Ca 交換蛋白，以加速 Na 向細胞外轉運，同時將大量 Ca 轉入細胞內，造成細胞內 Ca 超載。
(2) 細胞內高 H 對 Na /Ca 交換蛋白的間接激活作用：質膜 Na /H 交換蛋白主要受細胞內 H 濃度的變化，以 1:1 的比例將細胞內的 H 排出胞外，而將 Na 攝入細胞，這是維持細胞內 PH 穩定的重要機制。缺血缺氧期，由於細胞的無氧代謝增強使 H 生成增加，組織間液和細胞內液 PH 明顯降低。再灌注使組織間液 H 濃度迅速下降，而細胞內 H 濃度很高，形成跨膜 H 濃度梯度。細胞膜兩側 H 濃度差可激活心肌 Na /H 交換蛋白，促進細胞內 H 排出，而使細胞外 Na 內流。如果內流的 Na 不能被鈉泵充分排出，細胞內高 Na 可繼發性激活 Na /Ca 交換蛋白，促進 Ca 內流，加重細胞鈣超載。
(3) 蛋白激酶 C （ PKC ）活化對 Na/Ca 交換蛋白的間接激活作用：生理條件下，心功能主要受 β 腎上腺素能受體調節， α1 腎上腺素能受體的調節作用較小。但缺血 - 再灌注損傷時，內源性兒茶酚胺釋放增加， α 1 腎上腺素能受體的調節相對起重要作用。 α1 腎上腺素能受體激活 G 蛋白 - 磷脂酶 C （ PLC ）介導的細胞信號轉導通路，促進磷脂醯肌醇分解，生成三磷酸肌醇（ IP3 ）和甘油二脂（ DG ），促進細胞內 Ca 的釋放； DG 經激活 PKC 促進 Na /H 交換，進而促進 Na/Ca 交換，使胞漿 Ca 濃度增加。
2．生物膜損傷
(1) 細胞膜損傷：生理情況下，細胞膜外板和糖被膜（ glycocalyx ）由 Ca 緊密聯結在一起。①當 Ca 反常時，可使細胞糖被膜受損；②當細胞缺血缺氧時可導致細胞膜受損、破裂；③心肌缺血缺氧時，一方面使交感 - 腎上腺髓質系統興奮，血中兒茶酚胺含量增加。兒茶酚胺能產生氧自由基，從而損傷細胞膜；另一方面，心肌缺血部位 α 腎上腺素能受體上調， α 腎上腺素能受體興奮可導致 Ca 內流增加。
(2) 線粒體及肌漿網膜損傷： 自由基增加和膜磷脂分解增強可造成肌漿網膜損傷，鈣泵功能抑制使肌漿網攝 Ca 減少，胞漿 Ca 濃度升高。線粒體損傷抑制氧化磷酸化過程，使 ATP 生成減少，細胞膜和肌漿網膜鈣泵能量供應不足，促進鈣超載的發生。
（二）、鈣超載引起再灌注損傷的機制
1．線粒體功能障礙 再灌注後，胞漿中Ca濃度大量增加，可刺激線粒體和肌漿網的鈣泵攝取鈣，使胞漿中的 Ca 向線粒體和肌漿網中轉移 。這在再灌注早期具有一定的代償意義，可減少胞漿中鈣超載的程度。但細胞內鈣增多使肌漿網及線粒體消耗大量 ATP ；同時，線粒體內的 Ca 離子與含磷酸根的化合物反應形成磷酸鈣，干擾線粒體氧化磷酸化，使能量代謝障礙， ATP 生成減少。二者均使細胞能量供應不足。
2．激活磷脂酶 細胞內 Ca 超載可激活多種磷脂酶，促進膜磷脂的分解，使細胞膜及細胞器膜均受到損傷。此外，膜磷脂的降解產物花生四烯酸、溶血磷脂等增多，增加了膜的通透性，進一步加重膜的功能紊亂。
3．通過 Na/Ca 交換蛋白形成一過性內向離子流（ transicent inward current ） 在心肌動作電位後形成遲後除極（ delayed after depolarization ）而引起心律失常。
4．促進自由基形成 細胞內鈣超載使鈣依賴性蛋白水解酶活性增高，促進黃嘌呤脫氫酶轉變為黃嘌呤氧化酶，使自由基生成增多，損害組織細胞。
5．使肌原纖維攣縮、斷裂，生物膜機械損傷，細胞骨架破壞 其發生機制為：①缺血 - 再灌注使缺血細胞重新獲得能量供應，在胞漿存在高濃度 Ca 的條件下，肌原纖維發生過度收縮。這種肌纖維過度甚至不可逆性縮短可損傷細胞骨架結構 ，引起心肌纖維斷裂；②再灌注使缺血期堆積的 H 迅速移出，減輕或消除了 H 對心肌收縮的抑製作用。
三、白細胞的作用
（一）、白細胞增加的機制
1．趨化物質的作用 組織缺血使細胞膜受損，再灌注損傷可使膜磷脂降解，花生四烯酸代謝產物增多，其中有些物質，如白三烯具有很強趨化作用，吸引大量的白細胞進入組織或吸附於血管內皮。白細胞與血管內皮細胞粘附後進一步被激活，本身也釋放具有趨化作用的炎症介質，如白三稀 B 4 （ LB 4 ），使微循環中白細胞進一步增多。
2．細胞粘附分子的作用 粘附分子（ adhesion molecule ）是指由細胞合成的、可促進細胞與細胞之間、細胞與細胞外基質之間粘附的一大類分子的總稱。實驗發現，在缺血組織內已有白細胞聚集，其數量可隨缺血時間的延長而增加；再灌注早期（數秒 - 數分鍾），血管內皮細胞內原先儲存的一些蛋白質前體被激活，釋放多種細胞粘附分子。
（二）、白細胞對組織損傷作用的機制
1．對血液流變學的作用 實驗證實，在缺血和再灌注早期白細胞即粘附於內皮細胞上，隨後有大量血小板沉積和紅細胞緡錢狀聚集，造成毛細血管阻塞。實驗表明，紅細胞解聚遠較白細胞與內皮細胞粘附的分離容易，提示白細胞粘附是微血管阻塞的主要原因。通過測量缺血和再灌注心肌的血流量，發現呈進行性下降趨勢，特別在心內膜層降低更明顯。由於血管的阻塞，平均氧彌散的距離增加，局部氧分壓可降低到零，一組毛細血管網阻塞，使所支配的細胞處於低氧環境中，造成細胞功能代謝的障礙。此外，缺血再灌注組織可見到無復流現象（ no-reflow phenomenon ），是指缺血再灌注時，部分或全部缺血組織不出現血液灌流的現象。
影響無復流現象的原因很多，包括缺血時間的長短、缺血程度、梗死灶大小等。無復流現象的可能機制為：①血管障礙及中性粒細胞栓塞；②血小板、血栓堵塞微血管；③細胞腫脹擠壓微血管；④血液粘滯性變化等。其中中性粒細胞引起的毛細血管栓塞可能是主要原因，因為用去中性粒細胞的血液灌流，能明顯減輕無復流現象。
2．產生自由基 白細胞能產生多種自由基，如活性氧，鹵氧化合物等，激發細胞膜的脂質過氧化，並損傷細胞內的重要成分。
3．顆粒成分（ granule constitutes ）釋出 在缺血損傷區，從白細胞釋放酶性顆粒成分能導致細胞組織進一步損傷。中性粒細胞可釋放出 20 多種酶，其中 3 種引起組織損傷最大。一種是含絲氨酸蛋白酶的彈性硬蛋白酶（ elastase ），另外兩種是含金屬的蛋白酶即膠原酶（ collagenase ）和明膠酶（ gelatinase ）。彈性硬蛋白酶幾乎能降解細胞外液基質中的所有成分，裂解免疫蛋白、凝血因子，並攻擊完整的未受損的細胞，激活的膠原酶和明膠酶也能降解各種類型的膠原，導致細胞的損傷。
4．其他作用 白細胞一旦激活，也可激活磷脂酶 A2，游離出花生四烯酸，導致瀑布效應，產生許多血管活性物質，如白三烯，血小板激活因子等，使血管收縮，通透性增加，促進白細胞對血管壁的粘附等。
四、高能磷酸化合物缺乏
一些研究表明，心肌短時間缺血後，發生的損傷是可逆的，如果此時得到血液再灌，細胞不至死亡，但心肌收縮功能卻不能很快恢復。說明心肌能量代謝障礙。
通過實驗進一步觀察發現，再灌注時心肌的高能磷酸化合物明顯缺乏。說明缺血及再灌注損傷的心肌有氧代謝障礙，高能磷酸化合物缺乏。影響了心功能的恢復。
1．再灌注時高能磷酸化合物缺乏和總腺苷酸水平減少的原因：
(1) 線粒體受損 : 因缺血缺氧，線粒體產生氧自由基增多，再灌注時組織產生自由基也增多。二者均使線粒體膜發生脂質過氧化，使線粒體結構和功能受損， 表現為利用氧能力障礙，同時合成 ATP 減少。
(2)ATP 的前身物質減少 : 包括腺苷，肌苷，次黃嘌呤等，在再灌注時被血流沖洗出去，使總腺苷酸水平下降。因此如在再灌注液中補充肌苷或谷氨酸等可促進 ATP 的合成及心功能的恢復。
五、內皮素的作用
ET 促進心臟缺血再灌注損傷的機制與心肌膜上 ET 受體上調、促進胞內鈣超載、 PMN 聚集、粘附、氧自由基釋放及內皮細胞自穩態失衡有關。心肌缺血再灌注時，可引起心肌細胞膜上 ET 結合點密度增加。 ET 可通過蛋白 -IP 3 途徑導致胞內 Ca 濃度的增高，胞內 Ca 濃度增高，既可導致冠脈強烈收縮，又能激活磷脂酶，使膜磷脂降解，損傷細胞膜。 ET 具有明顯地促進 PMN 聚集和粘附的作用，其機制在於 ET-1 能促進 PMN 表面粘附分子 CD11/CD18 的表達，這種作用可被抗 CD18 抗體 ISI/18 阻斷 。
六、血管緊張素Ⅱ（ angiotension Ⅱ）的作用
Ang Ⅱ促進交感神經末梢釋放兒茶酚胺、收縮血管、刺激醛固酮分泌、促進心肌血管平滑肌增殖和肥厚等生理作用，主要由 AT 1 介導。 Ang Ⅱ與再灌注損傷關系密切。主要表現在再灌注過程中 Ang Ⅱ水平增高， AT 1 受體上調，以及應用 ACE 抑制劑或 Ang Ⅱ受體拮抗劑具有抗再灌注損傷的作用。
第三節 缺血 - 再灌注損傷時機體的功能及代謝變化
一、心肌缺血再灌注損傷的變化
（一）、心肌缺血再灌注損傷的發病機制
具體機制為①激活心肌興奮收縮耦聯過程，導致肌原纖維攣縮，不但加速能量的消耗，其攣縮力可使肌纖維膜破裂；② Ca 能以磷酸鈣的形式沉積於線粒體，損傷線粒體功能，使 ATP 產生障礙；③激活鈣依賴性的酶，進一步損傷細胞膜；④ Ca 能促進血小板粘附、聚集以及釋放等反應，促進血栓的形成。
（二）、再灌注對心肌電活動的影響
心肌細胞急性缺血時的電生理改變為靜息電位降低，動作電位上升的速度變慢，時值縮短，興奮性和傳導性均降低，一些快反應細胞轉變為慢反應細胞。在心電圖上表現為缺血心肌對應部位 ST 段抬高， R 波振幅增加。再灌注使缺血中心區 R 波振幅迅速降低， ST 段高度恢復到原水平， Q 波很快出現，從而出現再灌注性心律失常。心肌缺血後對激動的傳導時間延長，自律性增強，都為心律失常創造了條件。再灌注後心臟由竇性心律轉變為心室顫動，或出現室性心動過速轉變為室顫，這是由規律、迅速、反復的室性異位活動的結果。動物實驗發現，缺血再灌注性心律失常失常的發生率可達 50%~70% ，臨床上解除冠狀動脈痙攣及溶栓療法後缺血再灌注性心律失常的發生率也高達 50%~70% 。
（三）、再灌注對心功能的影響
短期缺血後再灌注心功能可得到恢復，若阻斷冠脈 1 小時後再灌注，血流動力學常常進一步惡化，早在 70 年代就發現，夾閉狗冠狀動脈 15min 並不引起心肌壞死，但缺血 - 再灌注後心肌收縮功能抑制可持續 12h 。這種短期缺血早期恢復灌注時，心肌收縮功能不能迅速恢復，在較長一段時間內（數天到數周），心肌收縮功能低下，甚至處於無功能狀態（ nonfunction state ），稱為心肌頓抑（ myocardial stunning ）。心肌頓抑是缺血-再灌注損傷的表現形式之一，其發病機制與自由基爆發性生成和鈣超載有關。
（四）、再灌注對心肌代謝的影響
短時間的缺血再灌注，可使心肌代謝迅速改善並恢復正常，但缺血時間較長後再灌注反而使心肌代謝障礙更為嚴重， ATP/ADP 的比值進一步降低， ATP 和 CP 含量迅速下降，氧化磷酸化障礙，線粒體不再對 ADP 反應。這是因為再灌注時自由基和鈣超載等對線粒體的損傷使心肌能量合成減少；加之再灌注血流的沖洗， ADP 、 AMP 等物質含量比缺血期降低，造成合成高能磷酸化合物的底物不足。
（五）、再灌注對心肌超微結構的影響
缺血 - 再灌注損傷時，超微結構可見細胞水腫，細胞膜損傷加重，細胞攣縮加重，某些線粒體嵴破裂消失，線粒體內 Ca 大量沉積，形成緻密顆粒，肌原纖維斷裂，節段性溶解和收縮帶形成。
再灌注也可使毛細血管內皮細胞腫脹加重，胞漿形成突起物伸向管腔，內質網擴張成大小不一的空泡，引起管腔變窄，甚至阻塞，同時血小板、白細胞聚集、聚集、阻塞在微循環中。上述變化使心肌恢復灌流後，可使心肌得不到血液供應，出現無復流現象。
二、腦缺血再灌注損傷
（一）、對代謝的影響
1．代謝障礙 缺血時細胞內 ATP 、 CP 產生嚴重減少，影響 Na 泵、 Ca 泵的功能。由於鈉鉀泵功能降低，膜離子梯度不能維持，細胞外鉀離子濃度升高，而細胞內鈉水瀦留。再灌注時，氧自由基產生加重了膜損傷，使細胞腫脹，同時細胞內細胞器也腫脹，影響各種細胞器功能的發揮。由於毛細血管管外水腫壓迫，管內細胞的腫脹的堵塞作用，影響了腦微循環，加重腦損傷。
2．細胞內酸中毒 缺血時糖酵解增強產生大量乳酸，造成更嚴重的組織損傷。
3．鈣穩態破壞 鈣超載能觸發下列的反應：①突觸前興奮性氨基：谷氨酸及 N- 甲基 -D- 天門冬氨酸（ gluthamate and N-methyl-D-aspartate ）釋放，引起受體依賴性通道中 N 型鈣通道釋放。在某些神經元上存在 N- 甲基 -D- 天門冬氨酸（ NMDA ）受體，在有毒的興奮性氨基酸的作用下，受體興奮可引起受體依賴的 Ca 內流。②激活磷脂酶 A 2 ，引起膜磷脂降解，游離的花生四烯酸增多，再灌注後，花生四烯酸進一步代謝，生成前列腺素類、白三烯類和血小板激活因子，並在氧自由基的作用下，啟動膜脂質過氧化，形成脂性自由基，並進一步促進鈣受體通道興奮性氨基酸的釋放。③激活蛋白酶，核酸內切酶，導致神經元降解，微管解聚，細胞骨架破壞。④使突出前膜和突出後膜蛋白質過度磷酸化，使線粒體滯留鈣作用降低，神經末梢去極化，谷氨酸釋放增多，中性蛋白酶激活， Ca 大量內流，線粒體 Ca 濃度緩慢增高，最終導致神經元遲發性死亡。
4．鐵依賴性脂質過氧化 在腦缺血期，內皮細胞及其他細胞內鐵池破裂， Fe 從鐵池中釋出，使 OH . 形成大大增加，引起脂質過氧化，使細胞受損。
（二）、對腦功能的影響
腦缺血 - 再灌注也可造成腦功能嚴重受損。腦缺血時腦細胞生物電發生改變，出現病理性慢波，缺血一定時間後再灌注，慢波持續並加重。如在夾閉雙側椎動脈和雙側頸總動脈的兔腦缺血再灌注損傷模型中發現，顳葉組織內神經遞質性氨基酸代謝發生明顯變化，即興奮性氨基酸（谷氨酸和天門冬氨酸）隨缺血 - 再灌注時間延長而逐漸降低，抑制性氨基酸（丙氨酸、 γ- 氨基丁酸、牛黃酸和甘氨酸）在缺血 - 再灌注早期明顯升高。缺血再灌注損傷時間越長，興奮性遞質含量越低，腦組織超微結構改變越明顯。
（三）、對超微結構的影響
腦缺血再灌注後，線粒體腫脹，有鈣鹽沉積，並可見線粒體嵴斷裂、核染色質凝集、內質網高度腫脹，結構明顯破壞、星型細胞腫脹， Nissl 體完整性破壞、膠質細胞、血管內皮細胞腫脹，周圍間隙增大並有淡紅色水腫液、白質纖維間隙疏鬆，血管內由微血栓、髓鞘分層變性，呈現不可逆損傷 。
三、肺缺血 - 再灌注損傷
（一）、對代謝的影響
肺缺血再灌注後， ATP 下降明顯， ATP/ADP 比值降低，糖原含量下降，乳酸堆積， DNA 合成降低。
（二）、對肺功能的影響
再灌注後可造成肺動脈高壓，非心源性肺水腫，肺淋巴迴流增加，低氧血症，肺順應性降低，肺分流率增加，造成急性呼吸衰竭。
（三）、超微結構改變
肺缺血再灌注後，線粒體腫脹、嵴消失，內質網擴張，Ⅱ型細胞的板層體消失。內皮細胞和基底膜腫脹，Ⅰ型上皮細胞腫脹，在出血區多數毛細血管肺泡呼吸膜嚴重破壞，有嚴重的不可逆性細胞損傷。
四、其它器官缺血 - 再灌注損傷的變化
腸缺血時液體通過毛細血管濾出而形成間質水腫。再灌注後，腸道毛細血管通透性更加升高，嚴重腸缺血 - 再灌注損傷的特徵為腸粘膜損傷。其特徵表現為廣泛的上皮與絨毛分離，上皮壞死，固有層破損，出血及潰瘍形成。這可導致腸道的吸收功能障礙及粘膜的通透性升高，使大分子溶質得以通過。此外，損傷的腸道還可成為多種有害生物活性物質的來源。
腎缺血 - 再灌注時，血清中肌酐含量明顯增加，表示腎功能嚴重受損。缺血 - 再灌注時腎組織學損傷較單純缺血時更明顯，表現為線粒體高度腫脹、變形、嵴減少，排列紊亂，甚至線粒體崩解，空泡形成等，以急性腎小管壞死最為嚴重，可導致急性腎功能衰竭。
此外，骨骼肌缺血-再灌注可導致肌肉微血管和細胞損傷，自由基增多，脂質過氧化增強。