一、 评估心肌保护效果的指标
　　（一） 心脏泵功能机血液动力学
　　心脏泵功能及血动力学检查临床上可分为无创及有创方法。其监测可通过力学、电学、声学、热学、核医学等技术手段。指标有心输出量，射血分数，舒张期压力、容积及顺应性，动脉血压、中心静脉压、左心房压、肺动脉压等。尤其近年将食道超声心电图技术应用于心脏外科后，发现其特殊价值，如心室壁运动异常，心室壁厚度，左心整体功能等。
　　（二） 心电图
　　心房心室不停地进行有顺序、协调的收缩、舒张交替活动，是心脏实现泵血功能、维持血液循环的必要条件，因此心电图的频率、节律、各波段的形状与压力可反应心脏不同部位及不同程度的异常，是简单、易行而有价值指标。再灌注心律失常包括快速性及缓慢性两种类型，前者有室速、室颤、房速、房颤等。后者有房室传递阻滞，窦性心动过缓，心脏停搏等，另外有各种类型的期前收缩。再灌注性心律失常与缺血性心律失常不同，前者发生在再灌注即刻，而且室颤发生率较高，治疗也较困难。除常规心电图外还可利用动态心电图，连续记录24～72小时，在诊断心脏功能方面有特殊价值。
　　（三） 心肌能量代谢及血浆内生化改变
　　再灌注时，心脏出现明显的收缩及舒张功能障碍的同时，伴有能量代谢、血清酶及心肌结构蛋白异常。缺血缺氧时心肌ATP、CP含量迅速下降，尤以CP明显，由于ATP的降解使ADP、AMP增加，腺苷降解为核苷类及次黄嘌呤在心肌中可急剧上升，再灌注时由于血液的冲洗，核苷类明显下降。ATP的恢复不仅由于心肌线粒体合成ATP功能障碍，也由于再灌注时合成核苷酸类物质底物的不足，缺血后线粒体合成ATP能力下降，再灌注后由于Ca＋＋的进入而进一步加重。ATP水平的降低再灌注可引起线粒体的严重水肿。矗能量代谢紊乱外，在血浆和心肌可查出心肌损伤酶的出现及增高，其中如谷氨酸草酰乙酸转氨酶，乳酸脱氢酶，肌酸激酶及其同功酶，血浆内丙二醛等。心肌损伤坏死时，心肌内一些蛋白质类物质也会从心肌内逸出而出现在周围循环血液中，近来不少学者强调血清中心肌肌钙蛋白Troponin T ( TN-T )的上升和下降，在心肌损伤时的诊断意义，有观察心肌梗塞后3小时即可出现，最长可延续3～4天，是敏感性高，特异性强的指标。CK－MB则是早期生化标志物。
　　（四） 心肌超微结构变化
　　有人将临床病人按不同阻断心肌血流时间分为三组，最短30分钟，最长120分钟，虽都应用了常规的心肌保护方法，但经电镜检查都存在不同程度的损伤。再灌注超微结构损伤包括基底膜缺失、质膜破坏、肌原纤维结构，包括收缩带、肌丝断裂、溶解、线粒体肿胀、嵴断裂、溶解、空泡形成、基质内致密物增多等，既破坏膜磷脂也破坏蛋白质分子及肌原纤维。
　　（五） 临床经过
　　用药种类和药量多少，术后恢复顺利与否，在ICU内停留时间长短，手术后有无并发症或严重程度，生活质量等等。
　　二、 手术中心肌保护措施及研究热点
　　（一） 心脏停跳液组成成分
　　自从50年代到80年代，晶体停跳液是心外科心肌保护的主要方法，直到现在，不少心外科医生仍在应用，只是对晶体停跳液，根据心肌代谢、细胞活动、超微结构添加些有益成份不断改进。如增加能量物质，消除代谢产物，清除氧自由基，加入钙拮抗剂等等。具体加入有氧气、天门冬氨酸盐、硫氮卓酮、镁、磷酸肌酸、辅酶Q10、硫蛋白，有的中国学者加入丹参、葛根等各种中药成份都取得良好效果。
　　早在1978年就有Follete等将含血停跳液应用于临床，但未引起重视，直到80年代才逐渐普及，90～91年美国统计72.4％的医生选用含血停跳液，随着认识的变化和灌注装置的改进，国内应用含血停跳液单位在逐年增多。含血停跳液增加心肌氧供应，补充心肌能量物质，有较生理的胶渗压，含血液有形成份有利于微循环功能的维持。阜外医院于1991年开始在大心脏瓣膜手术及搭桥手术中采用含血停跳液，取得十分满意效果。我们在临床进行了晶体停跳液和含血停跳液对比研究，随机选择成年换瓣手术病人，一组常规晶体停跳液灌注，首次剂量8～10ml/kg，每30分钟或心电出现时复灌，每次约500ml，含血组晶体液与血液比为1:4，其中钾含量及灌注方法同对照组。结果冠状动脉血流恢复5分钟、15分钟，冠脉血乳酸摄取率虽两组均增加，但含血组增加明显。冠状动脉血流恢复后2、24、48小时血浆肌酸磷酸激酶及同工酶，含血组明显少，而且恢复快。在超微结构方面用Flameng分级法对两组阻断升主动脉前5分钟，开放升主动脉后10分钟各取左房心肌组织电镜比较，结果阻断升主动脉前无差别，线粒体结构均以0、1级为主，开放后10分钟对照组线粒体改变以3、4级为主，占84％，而含血组以2、3级为主，占82％，差别显著。对照组自动复跳率44.9％，含血组为60.4％。可见无论从心功能恢复，心肌酶漏出及超微结构比较，含血停跳液都优于晶体停跳液。自1994年在成人CPB中普及应用冷血停跳液。从另一个角度，血液中白细胞是体外循环中激活机体炎性反应的主要肇事者，因此出现了白细胞滤过器，尤其用于血液停跳液，阜外医院曾在换瓣手术中比较心停跳液灌注时应用白细胞滤器（美国Pall公司）的效果，结果除血浆中CK、CK－MB酶漏出较少外，电镜心肌线粒体损伤也较轻微。说明可进一步保护心肌。
　　（二） 心脏停跳液灌注方法
　　心停跳液灌注方法各单位、外科医生都不相同，由于不同的病种、手术、经验、条件造成。从升主动脉顺行灌注是最常采用的方法，单独应用90％有效，有的医生采用单纯冠状静脉窦逆行灌注。阜外医院自1991年在搭桥手术中采用灌状静脉窦逆灌注。美国明尼苏达研究所对7000例观察，认为单独用逆灌心肌保护与顺/逆灌结合同样有效。许多专家建议顺行灌注与逆行灌注相结合对冠心外科最为有利。美国Seton Hall大学在冠心外科时认为室颤加间断升主动脉钳夹，心肌保护效果优于顺灌或顺/逆结合灌注方法。经升主动脉或冠状静脉窦间断灌注或持续灌注根据手术种类和外科医生经验选择。在间断灌注方法中以冷晶体或冷血停跳液占多数，近年将温血经升主动脉间断灌注，无论国外、国内均有成功报导。从灌注方式可总结有以下种类：

　　（三） 心脏停跳液温度
　　降低心肌温度可减少氧耗皆无异议，因此数十年来，冷停跳液被广泛采用，但低温存在缺点或并非越低越好已被证实，深低温使钠/钾ATP转运抑制产生水肿，使血小板、白细胞改变，细胞膜稳定性改变，微血管阻力上升，15℃停跳液可增加心肌ATP、CP消耗，术后有较多心律失常及肺并发症。常温下心脏停跳可减少氧需90％，22℃减少97％。G.D.Buckberg提出，对围梗塞期心源性休克病人用标准冷停跳液死亡率30％～70％，而如加上温诱导及开放前温灌注则可使死亡率降至10％以下。对于诱导停跳时的温度，阜外医院麻醉科曾进行过实验研究，用犬分成三组，均在常规浅低温CPB下阻断心肌血流90分钟，心表冰屑覆盖，升主动脉灌注停跳液20ml/kg，灌注压8.0～9.3kPa（60~70mmHg）。I组（对照组）用4℃～6℃晶体停跳液诱导停跳，每30分钟重复灌注。II组4℃～6℃晶体停跳液诱导停跳，每30分钟重复灌注，主动脉开放前用36℃～37℃血停跳液灌注。III组36℃～37℃血停跳液诱导停跳后，立即用4℃～6℃晶体停跳液，每30分钟重复晶体停跳液灌注，主动脉开放前再用36℃～37℃血停跳液灌注。结果心肌组织三磷酸腺苷（ATP），在心脏停跳后、主动脉开放前、III组高于I、II组，开放后1小时II、III组高于I组。心肌组织二磷酸腺苷（ADP），主动脉开放后1小时，II、III组无变化，I组明显降低。心肌组织一磷酸腺苷（AMP）主动脉开放后1小时，II、III组高于I组，II、III组间无区别。心肌肌酸磷酸含量，心停跳后I、II组均明显低于III组，主动脉开放前，I组明显低于II、III组。开放后1小时，I组收缩、舒张功能均明显降低，II组收缩功能及dp/dtmax 变化不明显，但LVEDP升高，只有III组收缩、舒张功能无变化。上述结果证明诱导停跳及开放前温灌注能较好地保护心肌代谢、心脏收缩及舒张功能。在动物实验基础上，1993年在临床换瓣手术中进行了验证，30例分为三组，每组10例，I组单纯用冷晶体停跳液，II组用冷血停跳液，III组在II组基础上开放升主动脉前温血灌注。结果开放升主动脉后5分钟，心肌氧、乳酸摄取率III组>II组>I组。开放升主动脉后4小时，CK及CK－MB漏出量III组<II组<I组。取心肌超微结构检查，三组在阻断前无区别，开放后10分钟，I组损伤最重，II组有改变，III组最轻微。心脏自动复跳率I、II、III组分别为10％、70％、100％。术后应用多巴胺>2μg/kg min，I、II、III组分别为7、3、2例。可看出含血停跳液优于晶体停跳液，开放前温血灌注又优于冷血灌注，而温诱导加开放前温灌注心肌保护效果最好。1991年Lichtenstein等首先在心脏手术中应用持续温血灌注，但随之进行的常温体外循环带来的问题如：需要较高流量灌注、并发症的预防以及手术野不清晰等负面影响需要解决。有人提出温血间断灌注，使心肌在常温下获得充分氧供，利用能量基质补充能量储备，关键是两次灌注的时间间隔，尽量缩短心肌缺血时间，如在10分钟左右则效果十分满意。
　　从停跳液温度变化有以下不同方法：
　　常温
　　中度低温
　　深低温
　　冷诱导停跳→冷灌注
　　冷诱导停跳→冷灌注→开放升主动脉前温灌注
　　温诱导停跳→冷灌注→开放升主动脉前温灌注
　　（四） 阻断及开放升主动脉时，减低灌注流量和压力
　　升主动脉阻断前如心脏处于跳动状态，阻断后高灌注流量和压力可使心脏排出阻力增加，严重损伤心肌，如心脏处于室颤状态，则高灌注流量和压力使已无排血能力的心脏膨胀，心肌拉长，受到损伤，因此，阻断升主动脉同时，应降低灌注流量和压力，保护心肌，而且在阻断后应立即进行心肌灌注。心脏手术完毕，开放升主动脉再灌注心脏时，也应采用低流量和低压力，使缺氧心肌不至于立即膨胀，也使氧供应不至于突然增加而引起大量氧自由基产生加重损伤。心脏复苏后，需在心室壁张力低、心脏空虚条件下跳动一段时间，根据心肌收缩力量逐渐增加心室容量。
　　（五） 灌注心脏停跳液最佳流率
　　灌注停跳液时最佳流率，有人进行不同流率观察和比较，他们在搭桥手术时，用温停跳液进行逆灌和静脉桥正灌，认为至少要200ml/min的灌注流率才能较好地冲洗代谢产物并增强心室功能。
　　（六） 在心脏跳动下或微创手术时心肌保护
　　不阻断升主动脉在心脏跳动下手术，从根本上防止心肌缺血缺氧，从而也防止了缺血再灌注带来的损伤，这是医生们为达到心脏手术时保护心肌的最高理想，但对手术而言却带来困难和技术上高要求。某些手术在心脏跳动下进行较易完成如简单先心病，二尖瓣置换等在我国不少单位开展已有数千例。近年来微创手术的发展，使不用体外循环搭桥手术逐日增多，在新情况下，心肌保护也进入新的境界，如麻醉医生需开展单侧支气管插管，改变麻醉用药及方法，应用药物诱导性心动过缓使外科医生便于冠状动脉吻合术，同时要维持心脏前、后负荷，维持心脏氧供氧耗的平衡和全身良好的血液循环，如心率太慢以致影响血压，为保证全身血流供应，可采用微型轴流泵，此微型泵从左室心尖或升主动脉送入左室内，通过泵高速旋转排出血液维持全身循环，临床已有成功报道。如用小切口微创体外循环手术时，需从颈内静脉放入两个带球囊导管，作为逆灌注心停跳液及肺动脉测压之用。
　　（七） 先心病小儿心肌保护
　　小儿心脏无论在结构和功能方面都与成人有许多不同，紫绀先心病与非紫绀病儿心脏又有区别。许多实验及临床研究都证实，成人心停跳液配方并不适合小儿，小儿心肌保护应当有其特殊性，目前尚无一致公认的理想配方，也是目前研究的热点。近年十分重视体外循环中高氧带来的损伤，这方面有不少动物实验和临床研究。Allen B S等观察28例新生儿先天性心脏病手术，其中7例非紫绀性心脏病，体外循环机预充液用100％氧合，使达到PO2400~550mmHg，体外循环运转开始后下降并维持PO2在200～300mmHg。紫绀者（血氧饱和度低于85％）分为三组，一组（高氧合组）7例，机器预充液也用100％氧合，使PO2达到400～550mmHg，体外循环运转开始后下降，使PO2维持200～300mmHg。二组（低氧合组）6例，用21％氧使预充液达到PO2140~150mmHg，体外循环后5～10分钟使PO2上升并维持在200～300mmHg。三组（白细胞过滤组）在预充液及体外循环动脉端用Pall RC－400白细胞滤过器。以上病人在体外循环前，体外循环后10分及20分，阻断升主动脉前取右房组织测定MDA含量。结果非紫绀病儿MDA增加40％，一组MDA上升407％，二组MDA上升227％，三组MDA仅上升19％。以上结果说明在紫绀先心病儿，不用白细胞滤器者，体外循环中给氧愈多，右房心肌MDA上升愈明显，心肌受损伤愈重。体外循环中减少氧浓度或应用白细胞滤除都可减轻心肌损伤。在缺氧未成熟心脏动物模型研究也表明：由于心脏存在缺氧，减少了抗氧化剂保存能力，对高氧再氧合损伤更为敏感，损伤出现在再氧合时期，引入分子氧导致进一步减少抗氧化剂保存能力，增加脂质过氧化和CPK，减弱心肌收缩力，如果不采用高氧而采用常氧合或加入氧自由基清除剂时，这些再氧合损伤会减轻，心缩力会加强。Ihnken K等在成年病人也有同样观察，40例冠脉搭桥病人，体外循环中用高氧（400mmHg）及用常氧（140mmHg），观察体外循环开始及终了时冠状静脉窦血内弹性蛋白酶，肌酸激酶，乳酸脱氢酶，丙二醛含量。结果在高氧组以上物质增高，肺功能下降。此观察也证明高氧体外循环在成人也导致心肌损伤，使脂质过氧化，酶释放，NO产生，抗氧化剂保存减低，以及引起肺损伤。以上研究提示，不但在成人体外循环中应采用常氧，尤其在紫绀病儿，体外循环时应采用与他在体外循环前近似的低氧合水平，通过采用低氧预充和体外循环中控制氧合以减轻再氧合损伤。含血停跳液虽可减轻缺血再灌注损伤，但却不能避免缺氧再氧合损伤。
　　（八） 超级化停跳液
　　高钾停跳液在心外科应用已有20余年历史，它的效果得到肯定，但现认识到它存在一些问题。它使心肌细胞膜电位去极化，从静息膜电位－80mv提高到－50mv，使快Na+通道失活，造成舒张性停跳，在这种膜电位下，可使细胞内Ca++增加，通过钙窗口电位引起收缩，膜去极化可激活慢Ca++通道，尤其当钠泵抑制，低温和缺血时，使Ca++内流，细胞内Ca++超载。应用极化或超极化停跳，静息膜电位可达－70mv，可避免或减少去极化后，由于离子不平衡带来的损害，增加高能磷酸盐的保持，减少心肌再灌注损伤，能更好地保护心肌。
　　（九） 预处理
　　1983年Barber等观察在短暂多次阻断犬冠状动脉前降支后，心电图的变化轻于第一次阻断后。1986年Murry 等首先报道缺血预处理有保护心肌对抗随后持续缺血的侵袭。许多研究证实，在大鼠、兔、猪、犬等动物模型上都存在缺血预处理的保护作用，它可重复，并有效。这种早期的保护作用表现在使心肌梗死范围缩小，改善心脏舒缩功能和抗心律失常。其机制虽尚未清楚，但支持与下列有关：①腺苷及其受体，Liu等1991年报道腺苷在缺血预处理中的重要作用，缺血心肌细胞产生大量腺苷，进入细胞间隙与心肌细胞表面的腺苷A1受体结合，从而激活细胞内G蛋白，进一步激活蛋白激酶C（PKC），起到保护效果。②热休克蛋白（HSP），在应激状态下，生物都可产生此种蛋白，它是一组分子量不等的酸性蛋白质，编码HSP70的基因，在应激状态下，可迅速激活，合成大量HSP，以抵抗各种应激原的作用，心肌缺血可激活HSP基因，使心肌细胞内HSP70浓度增加，可能通过开放ATP敏感钾通道，抗氧化等作用起到保护作用。
　　1992年Yamashita 等首次报道心肌缺血预处理的延迟保护作用，他们用犬实验，缺血预处理后，闭塞冠脉前降支90'，再灌注5小时，以心肌梗死区占危险区的百分比作为指标，观察结果，在预处理早期，梗死范围从对照的39.0％±3.7％～42.0％±7.2％降至14.4％±2.0%～12.5％±4.0％，降低了63%～70%。24小时后重新又出现心肌保护作用，梗死范围从36.2％±4.8％～35.1％±4.6%降至18.8％±6.7％～18.3％±3.4％，降低了46％～48％，表现出心肌的延迟保护作用。Marber及Currie等在兔及大鼠实验均有同样结果。这种延迟保护作用在缺血再灌注后24小时出现，可 持续数十小时至数日。其机制多数学者认为HSP和SOD的合成增多是主要内源性物质。这给人们以启示，采用某种药物，使起到与腺苷或热休克蛋白等物质同样作用，对缺血再灌注损伤起到早期和延迟心肌保护作用，展示药物预处理广阔的前景，将对冠心病治疗，包括手术治疗产生极大影响。
　　三、 缺血再灌注损伤机制研究
　　身体某器官或组织发生缺血后恢复血流供应，如冠状动脉痉挛后缓解，新医疗技术的应用，包括心脏手术，冠脉搭桥，断肢再植，器官移植，溶栓再通等等，使组织缺血后重新得到血液再灌注。但再灌注有两重性，多数情况下，使器官或组织功能得到改善或恢复，但有时不仅不能使器官功能恢复，反而加重功能障碍和结构的损伤，称为再灌注损伤。这种变化在临床及动物实验都得到证实。身体各器官如心脏、脑、肺、肝、肾、胃肠、肌肉、皮肤等都可发生，是一种普遍存在的复杂病理生理过程。影响缺血再灌注损伤程度有以下因素：①缺血时间，时间愈长损伤愈重；②缺血组织对氧需求程度，需求愈高，形成氧自由基愈多，损伤愈重；③侧枝循环，侧枝循环易于形成，损伤减轻；④电解质环境，实验证明高钾、高镁对灌注损伤有保护作用，而钠、钙浓度增高有损伤作用。
　　缺血再灌注损伤机制，目前虽未彻底明了，但日益深入，目前已认识到的有以下方面。
　　（一） 自由基（free radical）增多
　　自由基是外层轨道上有单个不配对电子的原子、原子团和分子的总称。机体内的自由基有两大类：一是氧诱发的氧自由基；二是由氧自由基与多聚不饱和脂肪酸作用后生成的中间代谢产物为脂性自由基。氧自由基包括超氧阴离子自由基（O2）、羟自由基（OH）及单线态氧（O2）。脂性自由基包括烷自由基（L）、烷氧自由基（LO）、烷过氧自由基（LOO）等。自由基化学性质活泼，氧化作用很强，一旦形成即能迅速攻击组成生物膜的脂类、糖、蛋白质及细胞内的核酸，使其遭受损伤。H2O2不是自由基，但氧化作用也很强，所以将H2O2和氧自由基统称为活性氧。正常情况下，细胞在代谢过程中，仅产生少量自由基，同时还产生内源性抗氧化物（endogenous antioxidant），包括超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（Catalase）、谷胱甘肽过氧化物酶（GPX）、维生素C、维生素E、类胡萝卜素、辅酶Q（CoQ）等。这些内源性抗氧化物能及时清除自由基及过氧化物，保护细胞免受损伤。缺血时，氧自由基生成增多，这种平衡被打破，从而产生自由基损伤。再灌注时氧自由基生成进一步增加，其主要生成途径有：
　　1、 缺血时细胞内ATP分解产物次黄嘌呤大量积聚同时由于胞浆中Ca2+含量增加，使黄嘌呤脱氢酶激活转变为黄嘌呤氧化酶，再灌注时，提供了O2，使次黄嘌呤氧化成黄嘌呤继而又将黄嘌呤氧化成尿酸，这两个过程都有电子转移，O2得到电子生成超氧阴离子自由基（O2）。
　　2、 线粒体是细胞内O2和H2O2主要生产源，缺血时线粒体电子传递系统发生障碍，再灌流时提供了分子氧，接受电子后，产生大量自由基。
　　3、 再灌流可以促进前列腺素的合成。通过花生四烯酸的级联反应，产生自由基。
　　4、 在缺血损伤区域，再灌流带来的中性粒细胞被激活，它含有的NADPH氧化酶即与NADPH作用，在氧存在下产生O2，所生成的O2可进一步生成H2O2及OH，H2O2在有CI-存在下又可通过OCI-生成单线态氧（O2）。
不管是细胞内生成还是白细胞产生的活性氧，一旦超过体内抗氧化和自由基清除能力，则对细胞造成损伤。损伤主要是使膜磷脂结构内的不饱和脂肪酸过氧化而直接损害膜系统，生成的脂质过氧化物和其他脂质水解产物进一步加重膜的损伤。活性氧还可使蛋白质变性，使线粒体功能障碍，严重者破坏膜的完整性，促进细胞内钙超载，最终造成细胞死亡。
　　（二） 钙超载（Calcium overload）及钙振荡（Calcium oscillation）
　　缺血可引起细胞内Ca2+浓度的增高，这是公认的事实。当缺血10～15分钟时即可看到细胞内Ca2+浓度的明显升高。再灌注后，细胞内Ca2+进一步增加，细胞内Ca2+增加的量与缺血的严重程度相平行，缺血后再灌注所引起的细胞内Ca2+的蓄积是一个非常迅速的过程，大约在再灌注后10分钟之内即已接近其最高值。在电镜下可见到细胞内有钙盐沉着的致密小体，心脏缺血再灌注时Ca2+沉积可见于血管内皮细胞和心肌细胞。细胞内钙超载可引起一系列的障碍，如激活膜磷脂酶，促进膜磷脂分解，使细胞质膜及细胞器膜均受损伤；膜磷脂分解过程中产生的溶血磷脂，进入线粒体内，抑制ATP的合成，而钙离子又激活ATP酶，促进ATP分解，造成能量急剧减少，加速加重了细胞的损伤。
　　近来的实验研究中还观察到再灌注时细胞内发生的"钙振荡"（Calcium oscillation）现象。由于再灌注后迅速激活了细胞内两个阳离子泵：肌浆网上的钙泵（Ca2+ -ATP酶）和肌纤维膜上的钠泵（Na+ -ATP酶），Ca2+泵激活后使细胞浆中的Ca2+被泵入肌浆网（SR）池中（肌浆网为Ca2+的储存器），若泵入的Ca2+数量超过SR的容量，则Ca2+又从SR中释放到细胞浆，造成胞浆Ca2+浓度时低时高，如此反复，形成自发的"振荡"一直到多余的Ca2+能排到细胞外为止。而Ca2+的排出又有赖于Na+/Ca2+交换体能充分激活，从细胞浆把Ca2+排到细胞外的能力取决于细胞内外的Na+的浓度梯度。而足够大的跨膜Na+浓度梯度又靠膜上Na+泵不断把胞浆内的Na+泵出到细胞外来维持。
　　钙超载和钙振荡都可以引起心肌细胞的"过收缩"（hypercontraction）这是由于胞浆内Ca2+浓度过高，激活肌纤维导致不可控制的过多的力的产生，此时细胞骨架单元变性，细胞缩短超过其正常可逆性收缩时的短缩程度，这种不可逆的细胞缩短叫"过缩性"。相邻的心肌细胞的过收缩可导致细胞相互分离和坏死。
　　（三） 细胞内pH和渗透压变化
　　缺血时，由于ATP产生的破坏和无氧代谢，胞浆内[H+]增加，导致细胞内和细胞间的酸中毒，再灌注时，细胞间pH迅速恢复正常，而细胞内仍维持高的[H+]，从而形成细胞外的[H+]梯度，继而激活Na2+/H+交换体，导致两个后果：①细胞内酸中毒迅速减低，而细胞内酸中毒可抑制肌纤维的收缩，也就是在再灌注的早期，细胞内酸中毒具有保护作用，若快速排出细胞内的[H+]，也就是排出了有力的保护剂。②Na+/H+交换体的激活在H+排出的同时导致Na+流入细胞内，此时又需要Na+泵将过量的Na+泵出到细胞外，若Na+过负荷超过Na+泵的能力则可继发地激活Na+/Ca2+交换机制，在Na+外流的同时又造成Ca2+的内流，从而又造成细胞内钙超载。这两个后果都有利于心肌的"过收缩"导致心肌细胞的不可逆性损伤。
在细胞容量调节中Na+/H+交换体起重要作用，在缺血心肌，无氧代谢的中末产物的堆积增加了细胞内渗透压负荷，当再灌注时细胞外的代谢产物迅速被冲洗掉，从而在细胞内外形成渗透压梯度，造成水分进入细胞，细胞膜经受机械拉伸，机械脆性增加，增加了细胞损伤。
　　（四） 内皮细胞激活
　　80年代早期，Pober小组引入了内皮细胞激活的概念，他们提出在缺血缺氧及炎性因子的刺激下，血管内皮细胞表面性质（受体和配体）发生数量上的改变以使内皮细胞执行新的功能。这种内皮细胞表型的改变就叫?quot;内皮细胞激活"。
　　当冠脉完全闭塞造成心肌梗塞时，在3～6小时即可见激活的内皮处有中性粒细胞的聚集，峰值在血管闭塞后2天。当在梗死前再灌注时，中性粒细胞更易聚集，再灌注3分钟即开始，峰值出现在2～3hr，缺血程度越严重，中性粒细胞聚集越严重。中性粒细胞一旦粘附于内皮细胞，则被激活并释放出氧自由基，氧自由基又进一步激活内皮细胞，促成机体炎性反应的正反馈，从而造成损伤。这些中性粒细胞随后穿过内皮细胞，游出到血管外，参与对心肌及血管的缺血再灌注损伤。
中性粒细胞和内皮细胞的相互作用对于白细胞迁移到损伤区是必需的，内皮细胞被激活后，立即从胞浆内的Weibel-Palade小体中释放P选择素到内皮细胞表面，P选择素（P-S）和白细胞表面的L选择素（L-S）相结合，使白细胞松松地粘附在内皮细胞的表面，以比正常速度慢100倍以上的速度缓慢地向前滚动，这是白细胞渗出的第一步。由于滚动延长了白细胞和内皮细胞的接触时间，有利于内皮细胞释放的血小板活化因子（PAF）和白细胞介素－8（IL－8）发挥激活白细胞的作用。此时白细胞由园变扁，L-S随即自白细胞表面脱落，此时内皮细胞表面新表达的细胞间粘附分子－1（ICAM－1）与白细胞表面的β2一整合素结合，造成白细胞与内皮细胞的牢固粘附，粘附后，在细胞因子与化学趋化物质的作用下，白细胞可穿过内皮细胞的间隙向内皮下移行。在内皮细胞的连接处有上调表达的血小板内皮细胞粘附分子－1（PECAM－1），PECAM－1和白细胞表面的β2一整合素相结合，介导了白细胞的游出运动。
　　（五） 中性粒细胞介导的损伤
　　虽然激活内皮细胞的分子信号在缺血期间即已发生，但是并不引起白细胞介导的损伤。直到再灌注时才表现出白细胞介导的损伤。经过粘附和穿过内皮细胞的移行，白细胞被激活造成对心肌细胞的严重的非特异的损伤。组织学上表现为收缩带形成。由于游出到血管外的白细胞膜突然破裂，释放出大量自由基和其他毒性物质作用于内皮细胞和心肌细胞的膜脂质和核酸，导致功能障碍、水肿直至细胞死亡。氧自由基还可以与不饱和脂肪酸反应形成脂质过氧化物和过氧化氢，这些产物又抑制许多连接在膜上的酶系统，引起肌浆膜完整性的破坏，这就导致在细胞水平的细胞内钙超载和心肌兴奋一收缩脱偶联。在临床水平表现为心脏顿仰（Stunring）。自由基刺激内皮细胞释放血小板活化因子（PAF），（PAF）反过来又进一步激活白细胞促进白细胞渗出，构成一个逐步放大的正反馈。被激活的白细胞还可以释放许多蛋白分解酶，破坏心肌细胞和细胞外基质。在缺血心肌中可以查出白细胞释放的酶类增加，包括弹性蛋白酶，随过氧化物酶等，这些酶都可以破坏内皮的障碍功能，导致水肿和心肌细胞的功能障碍。
　　血小板和白细胞一样，在缺血再灌注损伤的组织聚集并导致内皮细胞和实质细胞的损伤。其机制也是通过与内皮细胞表面的P选择素相粘附，滚动并聚集成膜，血小板膜上的P选择素还促进血小板和白细胞的相互作用，激活的血小板释放有力的促炎化学因子并调整白细胞的功能。血小板与内皮细胞的相互作用与白细胞和内皮细胞的相互作用有所不同的是不但在小静脉存在，在小动脉也很明显。这是因为血小板直径比白细胞小，在靠近血管壁处所受切应力也小，所以即使内皮细胞P选择素和血小板的P选择素相互粘附作用较弱，也不致受到影响。而且小动脉靠近血管壁处血小板数量也比小静脉中多。
　　（六） 无再流现象和微血管损伤
　　在缺血再灌注的研究中，Kloner等用染料标记物经血管注射到再灌注的心肌，发现一些再灌注区域没有染料渗入。他定义这种"经过缺血的心肌，当供应这些组织的动脉恢复血流后不能得到灌注"的现象叫"无再流"（no－reflow）现象。通过研究已明确其机制是：①由于大量白细胞粘附到被激活的内皮细胞上，造成毛细血管栓塞；②渗出的白细胞释放的蛋白水解酶消化了内皮下的基底膜，导致内皮细胞水肿、分离、血管通透性增加，组织的水肿造成血管受压，内皮细胞水肿造成毛细血管管腔变窄，加之有分离的细胞和细胞碎片共同造成微血管的阻塞；③受缺氧和氧自由基激活的内皮细胞释放组织因子（TF）和血小板活化因子促进血小板的聚集和凝血反应造成血管内微栓形成；④微血管收缩也起作用。正常的血管张力的调节是依靠内皮细胞释放前列腺素I2（PGI2）腺苷和NO等舒张血管的物质，使血管舒张。在缺血再灌注损伤后，通过下调或灭活这些血管舒张物质，同时氧自由基也抑制NO，从而造成血管收缩。另外缺氧后再氧合可使内皮细胞释放内皮素－1增加1倍，花生四烯酸代谢产物白三烯B4和内皮细胞释放的血栓素A2都可引起血管收缩。
微血管的再灌注损伤包括：①内皮细胞依赖的血管舒张功能减弱，即内皮功能障碍；②无或低再流；③微血管通透性增加。
　　（七） 细胞因子（Cytokines）转录因子（NF-KB）
　　在再灌注前，缺血的心肌中即有补体激活，可检出C5a的存在，在梗死的邻接带可以看到经C5a刺激的肥大细胞，释放出肿瘤坏死因子（TNFa）和组织胺。当再灌注一开始，TNFa和组织胺都可以刺激内皮细胞，内皮细胞受刺激后有两种反应：一是即时反应，即从Weibel-Palade小体中释放出P选择素到细胞表面，介导和白细胞的粘附及白细胞的滚动。这种反应一般在数分钟到10分钟消失。另一种是延迟反应，在细胞内需经历蛋白质的从头合成过程，然后表达有关粘附分子和细胞因子到细胞表面或释放到细胞外。这需要数小时的时间，一般表达高峰在刺激后4～6小时出现。其具体机制是细胞外的刺激（如缺氧，TNF，IL－1等）作用于细胞膜后，通过蛋白激酶途径而激活细胞质中的转录因子NF-KB，NF-KB为细胞中重要的基因转录调节因子，涉及许多炎性细胞因子、趋化因子、干扰素、MHC蛋白、生长因子、细胞粘附分子和病毒的基因转录。正常情况下，NF-KB与一种抑制蛋白（I-KB）相结合，呈无活性状态，当蛋白激酶脱磷酸化而使I-KB磷酸化并与NF-KB解离，使NF-BK活化，NF-KB即可自由地进入细胞核，启动相应的基因开始转录，I-KB则进一步降解。这一过程大约需要4小时，峰值在8～24小时。被激活的内皮细胞经过信号传导，NF-KB激活，经过从头合成，在细胞表面表达E选择素、ICAM-I、组织因子、IL-1、IL-8，E选择素和ICAM-1介导白细胞和内皮细胞的粘附，IL-1则又刺激相邻的内皮细胞，激活NF-KB，形成正反馈，放大内皮细胞激活反应。IL-8为重要的白细胞趋化因子，吸引中性粒细胞并激活它，诱导其脱颗粒，造成组织损伤。在再灌注的第5或第6小时开始有IL-10的表达，峰值在96～120hr，IL-10可以下调促炎细胞因子的表达，对细胞有保护作用，有利于组织损伤的修复。
　　综上所述，缺血再灌注损伤是许多因素密切联系互相影响、综合作用的复杂病理生理过程。细胞和组织经受缺血侵袭后，产生适应性改变，当缺血的程度和持续时间超过一定限度时，细胞和组织受损甚至死亡。再灌注既是对缺血的一种恢复过程，又带来了新的变化，从而形成再灌注损伤。从分子水平观察，主要是自由基生成过多和细胞内钙超载，造成细胞损伤。从细胞水平观察，有白细胞和内皮细胞的激活，造成白细胞粘附、渗出、释放活性氧、蛋白酶等一系列毒性物质，内皮细胞激活后有粘附分子的表达和细胞因子的释放，进一步促进炎性反应和凝血反应。从组织水平观察则有微循环障碍，微血管通透性增加，无再流现象等。从器官水平观察则表现为再灌注性心律失常，心肌顿抑等功能障碍。