病理生理学：12缺 血－再 灌 注 损 伤

1、缺缺 血再血再 灌灌 注注 损损 伤伤 Ischemia - reperfusion injuryIschemia - reperfusion injury Department of Department of PathophysiologyPathophysiology Ni Shi Ni Shi RongRong Case studyCase study 患者患者, ,男，男，5858岁，上午岁，上午8 8时，起床后感到胸闷，时，起床后感到胸闷，30min30min后后 突感心胸前区剧烈绞痛，突感心胸前区剧烈绞痛，9 9时入急诊病房。时入急诊病房。 体查体查：血压：血压75/50mmHg

2、75/50mmHg，意识淡漠，心率意识淡漠，心率6565次次/min/min，律，律 齐。心电图示齐。心电图示度房室传导阻滞。度房室传导阻滞。 冠状动脉造影冠状动脉造影：右冠状动脉上段：右冠状动脉上段85%85%狭窄，中段狭窄，中段78%78%狭窄。狭窄。 入院治疗：入院治疗：立即给予阿托品、多巴胺、低分子右旋糖酐等立即给予阿托品、多巴胺、低分子右旋糖酐等 进行进行扩冠扩冠治疗。上午治疗。上午1010时静脉点滴时静脉点滴尿激酶尿激酶。10:3010:30分患分患 者出现阵发性心室颤动（室颤），立即给予除颤，到下者出现阵发性心室颤动（室颤），立即给予除颤，到下 午午1313时反复发生室性心动过速

3、、室颤，共计时反复发生室性心动过速、室颤，共计6 6次。到下次。到下 午午1616时，经给予利多卡因、小剂量异丙肾上腺素后心律时，经给予利多卡因、小剂量异丙肾上腺素后心律 转为窦性，血压平稳，意识清楚。转为窦性，血压平稳，意识清楚。 QuestionQuestion 为什么在溶栓后出现严重的心律失常为什么在溶栓后出现严重的心律失常? ? ContentsContents IntroductioIntroductio n n Causes and conditions of IRICauses and conditions of IRI Mechanisms of IRIMechanisms o

4、f IRI Metabolic and functional alterationsMetabolic and functional alterations Prevention and treatment principlePrevention and treatment principle Animal experimentAnimal experiment l Ischemia - reperfusion injury was first described in Ischemia - reperfusion injury was first described in heart, Se

5、well, 1955 heart, Sewell, 1955 Animal experimentAnimal experiment lThe concept of ischemia-reperfusion injury was The concept of ischemia-reperfusion injury was proposed by Jennings for the first time in 1960 proposed by Jennings for the first time in 1960 lCerebralCerebral ischemia - reperfusion in

6、jury, Ames, 1968 ischemia - reperfusion injury, Ames, 1968 lRenal Renal ischemia - reperfusion injury,ischemia - reperfusion injury, Flore, Flore, 19721972 llung lung ischemia - reperfusion injury, ischemia - reperfusion injury, ModryModry, 1978, 1978 lintestine intestine ischemia - reperfusion inju

7、ry,ischemia - reperfusion injury, Greenberg, 1981 Greenberg, 1981 A Animal experimentnimal experiment Organ transplantationOrgan transplantation( (器官移植器官移植) ) Shock Shock ThrombolysisThrombolysis（溶栓治疗）（溶栓治疗） Cardiac bypass surgery Cardiac bypass surgery( (冠脉搭桥术冠脉搭桥术) ) PTCA(percutaneousPTCA(percutan

8、eous transluminaltransluminal coronary angioplasty) coronary angioplasty) Clinic Clinic Concept of IRIConcept of IRI blood reperfusion sometimes induces or blood reperfusion sometimes induces or aggravates the further reversible even irreversibleaggravates the further reversible even irreversible ce

9、ll damage, especially for a prolonged ischemia. cell damage, especially for a prolonged ischemia. 在缺血基础上恢复血流后在缺血基础上恢复血流后组织损伤反而组织损伤反而 加重，甚至发生不可逆性损伤的现象加重，甚至发生不可逆性损伤的现象。 IRI IRI 特特 点点 特特 点点 可逆损伤可逆损伤 不不可逆损伤可逆损伤 具有器官具有器官 普遍性普遍性 Causes and Conditions of IRICauses and Conditions of IRI Causes: Causes: 先缺血先

10、缺血（ischemiaischemia），），后复灌后复灌（reperfusionreperfusion） 全身循环障碍后恢复血液供应全身循环障碍后恢复血液供应( (shockshock) ) 组织器官缺血后血流恢复组织器官缺血后血流恢复( (organ transplantation)organ transplantation) 某些新的医疗技术的应用某些新的医疗技术的应用 ( (thrombolyticthrombolytic therapy, PTCA, cardiac therapy, PTCA, cardiac bypass surgery bypass surgery) ) 1 1

11、 2 23 34 4 Duration of Duration of IschemiaIschemia ( (缺血时间缺血时间) ) Collateral Collateral CirculationCirculation ( (侧枝循环侧枝循环) ) Dependency Dependency on oxygen on oxygen SupplySupply ( (需氧程度需氧程度) ) Condition of Condition of ReperfusionReperfusion ( (再灌注条件再灌注条件) ) Causes and conditions of IRICauses an

12、d conditions of IRI Conditions:Conditions: 1 Free radicalsFree radicals ( (自由基自由基) ) 2 Calcium Calcium overloadoverload ( (钙超载钙超载) ) 3 NeutrophilsNeutrophils activationactivation ( (白细胞激活白细胞激活) ) Mechanisms of IRIMechanisms of IRI 再再 灌灌 注注 损损 伤伤 的的 “三三 剑剑 客客” Definition and categories of FRDefinitio

13、n and categories of FR ( (概念、分类概念、分类) ) Generation of FRGeneration of FR （代（代 谢）谢） Source of FR during IRISource of FR during IRI （增多的机制）（增多的机制） Alterations induced by FRAlterations induced by FR （损伤的机制）（损伤的机制） 自由基自由基( (free radicalfree radical) )的概念的概念 外外 层层 电电 子子 轨轨 道道 上上 含含 有有 单单 个个 不不 配配 对对 电电 子

14、子 的的 原原 子、原子、原 子子 团团 和和 分分 子子 的的 总总 称。称。 Free radicalFree radical are a highly reactive group of atoms, molecules or radicals, which carry unpaired are a highly reactive group of atoms, molecules or radicals, which carry unpaired electron in outer orbital electron in outer orbital） 化学性质活泼化学性质活泼 氧化性强

15、氧化性强 半衰期短半衰期短 Half-life of Half-life of some rsome reactive eactive s speciespecies R Reactiveeactive species species Half-life Half-life (s)(s) PhysiolPhysiol conc. conc. ( (mol/lmol/l) ) Hydroxyl radical (OHHydroxyl radical (OH ) ) 1010-9 -9 Singlet oxygen (Singlet oxygen (1 1O O2 2) ) 1010-5 -5 P

16、eroxynitrite anion (ONOOPeroxynitrite anion (ONOO- -) )0 0. .05 105 1. .0 0 Nitric oxide (NONitric oxide (NO ) ) 1 - 101 - 10 1010-9 -9 Hydrogen peroxide (HHydrogen peroxide (H2 2O O2 2) ) s spontpontan. hours/an. hours/daysdays ( (accelerated by accelerated by enzymeenzymes s) ) 1010-9 -9 - 10- 10-

17、 -7 7 Superoxide anion (OSuperoxide anion (O2 2 ) ) s spontpontan. hours/an. hours/daysdays ( (by SOD by SOD accelaccel. . to to 1010-6 -6) ) 1010- -12 12 - 10 - 10- -11 11 categoriescategories 分分 类类 其他其他 氧自由氧自由 基基 Oxygen free Oxygen free radicalsradicals 脂性自由基脂性自由基 Lipid radicalsLipid radicals O O2

18、 2 mitochrondrimitochrondri a a 9899% 12% 超氧阴离子超氧阴离子 O O2 2 过氧化氢过氧化氢 H H2 2O O2 2 羟自由基羟自由基 OHOH ATPATP SODSOD H H2 2O O2 2 谷胱甘肽过氧化物酶（谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-PXGSH-PX） 过氧化氢酶（过氧化氢酶（CATCAT） 髓过氧化物酶（髓过氧化物酶（MPOMPO） 清清 除除 Generation of FRGeneration of FR Source of FR during IRISource of FR during IRI XanthineXanthin

19、e oxidaseoxidase pathway pathway ( (黄嘌呤氧化酶形成增多黄嘌呤氧化酶形成增多) ) NeutrophilsNeutrophils pathway pathway ( (中性粒细胞呼吸爆发中性粒细胞呼吸爆发) ) Mitochondria pathwayMitochondria pathway ( (线粒体功能受损线粒体功能受损) ) Catecholamine auto-oxidation pathwayCatecholamine auto-oxidation pathway ( (儿茶酚胺自身氧化儿茶酚胺自身氧化) ) XanthineXanthine o

20、xidaseoxidase pathway pathway ATPATP降解降解 ADP AMPADP AMP 腺苷肌酐腺苷肌酐 次黄嘌呤次黄嘌呤 细胞内钙超载细胞内钙超载 钙依赖性蛋白水解酶钙依赖性蛋白水解酶 黄嘌呤脱氢酶（黄嘌呤脱氢酶（XDXD） 黄嘌呤氧化酶（黄嘌呤氧化酶（XOXO） 黄嘌呤黄嘌呤 尿酸尿酸 脱电子脱电子 O O2 2 接受电子接受电子 OFROFR 损伤组织损伤组织 10%10% 组织缺血组织缺血 + NeutrophilsNeutrophils pathway pathway NADPHNADPH oxidaseoxidase NADPHNADPH NADPNADP+

21、 + Respiration burstRespiration burst Mitochondria pathwayMitochondria pathway Mitochondria pathwayMitochondria pathway Catecholamine auto-oxidation pathwayCatecholamine auto-oxidation pathway ischemiaischemia CAsCAs调节作用调节作用 氧化产物氧化产物 OFROFR reperfusionreperfusion O O2 2 + + Alterations induced by FR

22、Alterations induced by FR Alterations induced by FRAlterations induced by FR Enhanced lipid Enhanced lipid peroxidationperoxidation of membrane of membrane 膜脂质过氧化增强膜脂质过氧化增强 Protein denaturalizationProtein denaturalization 蛋白质功能抑制蛋白质功能抑制 DNA disruption and chromosome aberrationDNA disruption and chro

23、mosome aberration 核酸及染色体破坏核酸及染色体破坏 IRIIRI 自自 由由 基基 对对 膜膜 的的 损损 伤伤 正常血细胞正常血细胞自由基损伤自由基损伤严重自由基损伤严重自由基损伤 -SHHS-SHHS- CHCH3 3-S-S- 磷脂磷脂 穿膜糖穿膜糖 蛋白蛋白 膜表面蛋白膜表面蛋白 正正 常常 细细 胞胞 膜膜 结结 构构 示示 意意 图图 OHOH OOHOOH OHOH HOOHOO OHOH HOOHOO OHOH HOHO HOOHOO OHOH HOHO OHOH CH3-S-CH3-S- O O - -S-S-S-S- 蛋白质蛋白质 断裂断裂 蛋白质蛋白质-

24、 -蛋白质蛋白质 交联交联 二硫交联二硫交联脂质脂质- -蛋白蛋白 质交联质交联 氨基酸氨基酸 氧化氧化 从氧化的脂肪酸从氧化的脂肪酸 释出的释出的丙二醛丙二醛 脂质脂质- -脂脂 质交联质交联 脂肪酸脂肪酸 氧化氧化 Enhanced lipid Enhanced lipid peroxidationperoxidation of membrane of membrane Destruction of the normal membrane structureDestruction of the normal membrane structure( (膜结构破坏膜结构破坏) ) Alter

25、the normal function of blood vesselsAlter the normal function of blood vessels ( (改变血管的功能改变血管的功能) ) Promote the generation of FRPromote the generation of FR( (促进自由基生成促进自由基生成) ) Generation of ATPGeneration of ATP (ATP(ATP生成减少生成减少) ) Protein denaturalizationProtein denaturalization 蛋白质断裂蛋白质断裂 蛋白质蛋白质-

26、-蛋白质交联蛋白质交联 -S-S-S-S- CHCH3 3-S-S- O O 二硫交联二硫交联 氨基酸氧化氨基酸氧化 OHOH HOHO OHOH HOHO 蛋白质蛋白质- -脂质交联脂质交联 蛋白质变性、酶的活性丧失蛋白质变性、酶的活性丧失 受体、离子通道功能障碍受体、离子通道功能障碍 自自 由由 基基 DNA disruption and chromosome aberrationDNA disruption and chromosome aberration 80%80%由由OHOH所致所致 Concept of Concept of calcium overloadcalcium ov

27、erload The phenomenon of cellular structure damage and The phenomenon of cellular structure damage and dysfunction which caused by intracellular calciumdysfunction which caused by intracellular calcium increasing abnormally is increasing abnormally is termed”calciumtermed”calcium overload” overload”

28、 细细 胞胞 内内 钙钙 含含 量量 异异 常常 增增 多，多， 并并 导导 致致 细细 胞胞 结结 构构 损损 伤伤 和和 功功 能、代能、代 谢谢 障障 碍碍 的的 现现 象。象。 MitoMito SRSR CaCa2+ 2+ 细细 胞胞 内内 外外 钙钙 分分 布布 50%50% （1010-3 -3mol/L mol/L） （1010-7 -7mol/L mol/L） 1%1% 5%5% 14%14%30%30% MitoMito SRSR CaCa2+ 2+ 钙钙 泵泵 CaCa2+ 2+ 3Na3Na+ + NaNa+ +-Ca-Ca2+ 2+ 交换体交换体 Mechanism

29、of calcium overloadMechanism of calcium overload 1. 1. Disorder of Na Disorder of Na+ +/Ca/Ca2+ 2+ exchange exchange (Na (Na+ + - Ca - Ca2+ 2+ 交 交 换换 异异 常常) ) 3. 3. Membrane permeability damageMembrane permeability damage ( (生生 物物 膜膜 损损 伤伤) ) 2. Activation of Protein 2. Activation of Protein kinasek

30、inase C C ( (蛋蛋 白白 激激 酶酶 C C 激激 活活) ) 钙超载时进入细胞的主要途径钙超载时进入细胞的主要途径 正常：正常：3 3个个NaNa+ + 1 1个个CaCa2+ 2+ 可进行双向转运可进行双向转运 CaCa2+ 2+ 3Na3Na+ + K K+ + NaNa+ + NaNa+ +-Ca-Ca2+ 2+交换异常 交换异常 NaNa+ +-Ca-Ca2+ 2+交换异常 交换异常 细细 胞胞 内内 高高 NaNa+ + 直直 接接 激激 活活 K K+ + NaNa+ + 3Na3Na+ + CaCa2+ 2+ ATPATP NaNa+ + CaCa2+ 2+ isc

31、hemia reperfusion NaNa+ +-Ca-Ca2+ 2+交换异常 交换异常 细细 胞胞 内内 高高 H H+ + 间间 接接 激激 活活 H H+ + NaNa+ + H H+ + H H+ + 3Na3Na+ + CaCa2+ 2+ NaNa+ + K K+ + ischemia reperfusion H H+ + NaNa+ + Ca2+ H H+ + NaNa+ + 3Na3Na+ + CaCa2+ 2+ PKCPKC CaCa2+ 2+ CaCa2+ 2+ 肌浆网肌浆网 1 GPGPPLCPLC PIPPIP2 2 DGDG IPIP3 3 去甲肾上腺素去甲肾上腺素

32、1 1 Ca2+ 蛋白激酶蛋白激酶C(PKC)C(PKC)激活激活 u 细细 胞胞 膜膜 通通 透透 性性 增增 加加 u 线线 粒粒 体体 和和 肌肌 浆浆 网网 膜膜 损损 伤伤 生生 物物 膜膜 损损 伤伤 MitoMito SRSR CaCa2+ 2+ 钙钙 泵泵 NaNa+ +-Ca-Ca2+ 2+ 交换体交换体 CaCa2+ 2+ 3Na3Na+ + MitoMitoXD XOXD XO 蛋白酶蛋白酶 OFROFR 核酶核酶 CaCa2+ 2+ 磷脂酶磷脂酶 CaCa2+ 2+ CaCa2+ 2+ 钙超载是细胞不可逆死亡的共同通路！钙超载是细胞不可逆死亡的共同通路！ 钙超载引起钙超

33、载引起IRIIRI的机制的机制 NeutrophilsNeutrophils activation activation 黏附分子黏附分子趋化因子趋化因子 白细胞白细胞 内皮细胞内皮细胞 白白 细细 胞胞 增增 多多 机机 制制 NeutrophilsNeutrophils activation activation 微血管通透性微血管通透性 粒细胞游出损伤细胞粒细胞游出损伤细胞 血液流变学改变血液流变学改变 白细胞粘附聚白细胞粘附聚 集、血流缓慢集、血流缓慢 微血管口径的改变微血管口径的改变 内皮细胞肿胀内皮细胞肿胀 缩血管物质缩血管物质 扩血管物质扩血管物质 白细胞介导的损伤机制白细胞介导

34、的损伤机制 无复流现象无复流现象(no-reflow phenomenon)(no-reflow phenomenon) SummarySummary FRFR CaCa2+ 2+ overload overloadneutrophilsneutrophils Metabolic and functional alterationsMetabolic and functional alterations Ischemia-reperfusionIschemia-reperfusion IntestineIntestine LungLung BrainBrain HeartHeart Liver

35、Liver Alteration of metabolism and functionAlteration of metabolism and function Myocardial ischemia-reperfusion injuryMyocardial ischemia-reperfusion injury 心功能心功能 变化变化 心肌能心肌能 量代谢量代谢 变化变化 心肌超心肌超 微结构微结构 变化变化 u 心心 肌肌 舒舒 缩缩 功功 能能 u 再再 灌灌 注注 性性 心心 律律 失失 常常 心心 功功 能能 变变 化化 1. 1. 心心 肌肌 舒舒 缩缩 功功 能能： 静静 止止

36、张张 力力 VEDPVEDP 发发 展展 张张 力力 VPSPVPSP，dp/dtdp/dtmax max 心肌顿抑（心肌顿抑（myocardial stunningmyocardial stunning） 迟呆心肌迟呆心肌 指心肌短时间缺血后恢复再灌流一段时间内心肌指心肌短时间缺血后恢复再灌流一段时间内心肌 出现的出现的可逆性可逆性收缩功能降低，常需数小时或数天才收缩功能降低，常需数小时或数天才 可恢复正常功能的现象可恢复正常功能的现象. . 条条 件：件： u 再灌区必须存在有功能上可以恢复的心肌细胞再灌区必须存在有功能上可以恢复的心肌细胞 u 缺血时间缺血时间 u 缺血心肌的数量、缺血程

37、度、再灌注恢复速度缺血心肌的数量、缺血程度、再灌注恢复速度 Characteristics: Characteristics: ventricular tachycardia and fibrillationventricular tachycardia and fibrillation 2. 2. 再灌注性心律失常再灌注性心律失常( Reperfusion arrhythmias )( Reperfusion arrhythmias ) Ischemia-reperfusion injury in heartIschemia-reperfusion injury in heart 正正 常常

38、 延延 迟迟 后后 除除 极极 （再灌注性心律失常）（再灌注性心律失常） Principles of Prevention and TreatmentPrinciples of Prevention and Treatment 控制再灌注条件控制再灌注条件 清除自由基清除自由基 减轻钙超载减轻钙超载 改善缺血组织代谢改善缺血组织代谢 Lower Lower concentration concentration of calciumof calcium and sodium and sodium Lower Lower pressurepressure Lower Lower flowflow

39、 speed speed Lower Lower temperaturetemperature Lower Lower pHpH Relieve reperfusion Relieve reperfusion injuryinjury Control the reperfusion conditionsControl the reperfusion conditions enzymesenzymes Scavengers of Scavengers of free radicalsfree radicals Non-enzyme Non-enzyme substancessubstances

40、enzymesenzymes CATCAT ( (catalasecatalase ) ) SODSOD ( (superoxidesuperoxide dismutasedismutase) ) GSH-GSH-PxPx (glutathione (glutathione peroxidaseperoxidase) ) l 2O2+2H+ H2O2+O2 l 2H2O2 H2O+O2 l H2O2+2GSH 2H2O+O2 CATCAT GSH-GSH-PxPx SODSOD MnSODMnSOD CuZnSODCuZnSOD 霍金与霍金与CuZnCuZn-SOD-SOD突变所致的脊髓侧索硬

41、化症突变所致的脊髓侧索硬化症 Non-enzyme Non-enzyme substancessubstances Vitamin CVitamin Callopurinolallopurinol Vitamin EVitamin E DMSODMSO ( (dimethyldimethyl sulfoxidesulfoxide) ) - -caritinoidcaritinoid glutathioneglutathione Cell Cell protectorsprotectors The The energy energy suppleme-suppleme- ntationntati

42、on PreconditPrecondit -ioning-ioning ABC Requirement of this chapterRequirement of this chapter l掌握掌握缺血缺血- -再灌注损伤、钙超载、无复流现象概念；再灌注损伤、钙超载、无复流现象概念； IRIIRI的的三大重要发生机制；自由基清除剂。三大重要发生机制；自由基清除剂。 l熟悉熟悉缺血缺血- -再灌注损伤的原因及条件再灌注损伤的原因及条件。 l了解了解脏器缺血脏器缺血- -再灌注损伤的变化；防治病生基础。再灌注损伤的变化；防治病生基础。 急性中风溶栓手术前后急性中风溶栓手术前后 Coronary

43、 artery bypass grafting (CABG)Coronary artery bypass grafting (CABG) 冠冠 状状 动动 脉脉 搭搭 桥桥 术术 1967,Favaloro1967,Favaloro 1995,Benetti1995,Benetti ClintonClinton Yeltsin Yeltsin PTCAPTCA ( (percutaneouspercutaneous transluminaltransluminal coronary angioplasty)coronary angioplasty) Place a devicePlace a

44、device 经皮冠状动脉成形术经皮冠状动脉成形术 u 缺血时间过短或过长都不易发生再灌注损伤。缺血时间过短或过长都不易发生再灌注损伤。 u 不同动物、不同器官再灌注损伤所需的缺血时间不同。不同动物、不同器官再灌注损伤所需的缺血时间不同。 动物：小动物较短，而大动物和人类较长动物：小动物较短，而大动物和人类较长 大鼠在体心大鼠在体心IRIR时缺血时间对时缺血时间对IRIIRI的影响的影响 缺血时间缺血时间 (min)(min) 再灌注再灌注 时间时间 (min)(min) N N 心律心律 不齐不齐 (%)(%) 异位异位 节律节律 (%)(%) 室颤室颤 (%)(%) 死亡率死亡率 (%)(%) 2 2101010100 00 00 0 5 510102121808038.138.147.647.625.825.8 10101010101060604040404010.010.0 1515101011119 99.0