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病理生理 缺血-再灌注損傷的發(fā)生機(jī)制

  一、自由基的作用

  (一)自由基的概念與類型

  自由基(freeradical)的化學(xué)性質(zhì)極為活潑,易于失去電子(氧化)或獲得電子(還原),特別是其氧化作用強(qiáng),故具有強(qiáng)烈的引發(fā)脂質(zhì)過氧化的作用。生理情況下,細(xì)胞內(nèi)存在的抗氧化物質(zhì)可以及時(shí)清除自由基,使自由基的生成與降解處于動態(tài)平衡;對機(jī)體并無有害影響。病理情況下,由于活性氧生成過多或機(jī)體抗氧化能力不足,則可引發(fā)鏈?zhǔn)街|(zhì)過氧化反應(yīng)損傷細(xì)胞膜,進(jìn)而使細(xì)胞死亡。其種類很多,主要包括:

  1.氧自由基

  2.脂性自由基

  3.其它

  (二)氧自由基生成增多的機(jī)制

  1.黃嘌呤氧化酶的形成增多黃嘌呤氧化酶(xanthineoxidase,XO)及其前身黃嘌呤脫氫酶(xanthinedehydrogenase,XD)主要存在于毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)。正常情況下,90%以XD的形式存在,XO僅占10%。1)當(dāng)組織缺血缺氧時(shí),由于ATP含量降低,離子轉(zhuǎn)運(yùn)功能障礙,Ca2+進(jìn)入細(xì)胞激活Ca2+依賴性蛋白酶,促使XD大量轉(zhuǎn)變?yōu)閄O.

  2)由于ATP分解,ADP、AMP含量升高,并依次分解生成次黃嘌呤,醫(yī)學(xué)教|育網(wǎng)|收集整理故缺血組織中次黃嘌呤大量堆積。再灌注時(shí),大量分子氧隨血液進(jìn)入缺血組織,XO在催化次黃嘌呤轉(zhuǎn)變?yōu)辄S嘌呤并進(jìn)而催化黃嘌呤轉(zhuǎn)變?yōu)槟蛩岬膬刹椒磻?yīng)中,釋放出大量電子,為分子氧接受后產(chǎn)生O-2和H2O2.H2O2在金屬離子參與下形成更為活躍的OH.,使組織O-2、OH.、H2O2等活性氧大量增加。

  2.中性粒細(xì)胞中性粒細(xì)胞在吞噬活動時(shí)耗氧量增加,其攝人O2的70%-90%在NADPH氧化酶和NADH氧化酶的催化下,接受電子形成氧自由基,用于殺滅病原微生物。組織缺血可激活補(bǔ)體系統(tǒng),或經(jīng)細(xì)胞膜分解產(chǎn)生多種具有趨化活性的物質(zhì),如C3片段、白三烯等,吸引、激活中性粒細(xì)胞。再灌注期組織重新獲得O2供應(yīng),激活的中性粒細(xì)胞耗氧量顯著增加,產(chǎn)生大量氧自由基,稱為呼吸爆發(fā)(respiratoryburst)或氧爆發(fā)(oxygenburst),造成細(xì)胞損傷。

  (三)自由基的損傷作用

  自由基發(fā)生劑可使正常及缺血組織細(xì)胞受到嚴(yán)重?fù)p傷,自由基清除劑則可有效減輕缺血-再灌注損傷。自由基具有極為活潑的反應(yīng)性,自由基一旦生成,即可經(jīng)其中間代謝產(chǎn)物不斷擴(kuò)展生成新的自由基,形成連鎖反應(yīng)。自由基可與各種細(xì)胞成分,如膜磷脂、蛋白質(zhì)、核酸等發(fā)生反應(yīng),造成細(xì)胞結(jié)構(gòu)損傷和功能代謝障礙。

  1.膜脂質(zhì)過氧化(1ipidperoxidation)增強(qiáng):自由基對磷脂膜的損傷作用主要表現(xiàn)在其可與膜內(nèi)多價(jià)不飽和脂肪酸作用使之發(fā)生過氧化,造成多種損害:①破壞膜的正常結(jié)構(gòu)。脂質(zhì)過氧化使膜不飽和脂肪酸減少,不飽和脂肪酸/蛋白質(zhì)的比例失調(diào),膜的液態(tài)性、流動性降低,通透性增加,細(xì)胞外內(nèi)流增加;②間接抑制膜蛋白功能。③促進(jìn)自由基及其它生物活性物質(zhì)生成。形成多種生物活性物質(zhì),如前列腺素、血栓素、白三烯等,促進(jìn)再灌注損傷;④減少ATP生成。線粒體膜脂質(zhì)過氧化,導(dǎo)致線粒體功能抑制,ATP生成減少,細(xì)胞能量代謝障礙加重。

  2.蛋白質(zhì)功能抑制自由基可使酶的巰基氧化,形成二硫鍵;也可使氨基酸殘基氧化,胞漿及膜蛋白和某些酶交聯(lián)形成二聚體或更大的聚合物,直接損傷蛋白質(zhì)的功能

  3.破壞核酸及染色體自由基可使堿基羥化或DNA斷裂,從而引起染色體畸變或細(xì)胞死亡。

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