缺血-再灌注损伤

1、l1 1年，年，SewellSewell结结扎狗冠状动脉后，如扎狗冠状动脉后，如突然解除结扎，恢复突然解除结扎，恢复血流，动物室颤而死血流，动物室颤而死亡，临床类同亡，临床类同认识就从这简单现象开始认识就从这简单现象开始l年，年，JenningsJennings第一次第一次提出提出心肌再灌注损伤心肌再灌注损伤的概念的概念 在心肌缺血恢复血流后，在心肌缺血恢复血流后，缺血心肌的损伤反而加重缺血心肌的损伤反而加重l6 6年，年，BulkleyBulkley 和和HutchinsHutchins发现发现冠脉搭桥血管再通后的病人冠脉搭桥血管再通后的病人发生心肌细胞反常性坏死发生心肌细胞反常性坏死l年，

2、年，GreenbergGreenberg等证实等证实猫小肠缺血猫小肠缺血3 3小时后再灌注时，小时后再灌注时，粘膜损伤更严重粘膜损伤更严重l 休克、休克、DICDIC微循环再通微循环再通l 冠脉解痉、各种动脉搭桥术冠脉解痉、各种动脉搭桥术l 心脑血管栓塞再通（溶栓治疗、自心脑血管栓塞再通（溶栓治疗、自然再通）然再通）l 心肺手术体外循环后心肺复苏心肺手术体外循环后心肺复苏l 断肢再植、器官移植血供恢复等断肢再植、器官移植血供恢复等l概念概念 ：在缺血的基础上恢复血流在缺血的基础上恢复血流后，组织器官的损伤反而加重的后，组织器官的损伤反而加重的现象称为缺血现象称为缺血- -再灌注损伤再灌注损伤

3、(ischemia-reperfusion injury) 注意：注意：缺血缺血- -再灌注不等于缺血再灌注不等于缺血- -再灌注损伤再灌注损伤! !从实践到理论地总结从实践到理论地总结缺血缺血- -再灌注损伤特点：再灌注损伤特点： 1. 1.可逆损伤可逆损伤 不不可逆损伤可逆损伤 2.2.具有器官普遍性具有器官普遍性l “ “钙反常钙反常”（ calcium paradox )calcium paradox )l “ “氧反常氧反常”（ oxygen paradox )oxygen paradox )l “ “pHpH反常反常” ” （ pH paradox )pH paradox )钙反常

4、钙反常（calcium paradoxcalcium paradox）：）：以无钙溶液灌流离体大鼠心脏以无钙溶液灌流离体大鼠心脏2 2分钟后再以含钙溶液灌注分钟后再以含钙溶液灌注时，心肌电信号异常、心脏功能、代谢及形态结构发生时，心肌电信号异常、心脏功能、代谢及形态结构发生异常变化，这种现象称为钙反常异常变化，这种现象称为钙反常。氧反常氧反常（oxygen paradoxoxygen paradox）：）：预先用低氧溶液灌注组织器官或在缺氧条件下培养细胞预先用低氧溶液灌注组织器官或在缺氧条件下培养细胞一定时间后，再恢复正常氧供应，组织及细胞的损伤不一定时间后，再恢复正常氧供应，组织及细胞的损伤

5、不仅未能恢复，反而更趋严重，称为氧反常。仅未能恢复，反而更趋严重，称为氧反常。 pHpH反常反常（pH paradoxpH paradox）：）：再灌注时迅速纠正缺血组织的酸中毒，反而加重细胞损伤，再灌注时迅速纠正缺血组织的酸中毒，反而加重细胞损伤，称为称为pHpH反常。反常。 0.13l一一 原因原因l 先缺血先缺血，后复灌，后复灌l二二 影响因素影响因素 l1 1 缺血时间缺血时间 l2 2 侧支循环侧支循环 l3 3 需氧程度需氧程度 氧易接受电子，形成氧自由基增多氧易接受电子，形成氧自由基增多l4 4 再灌注条件再灌注条件 低温、低压、低低温、低压、低pHpH、低钠、低钙灌流、低钠、低

6、钙灌流液灌注，可减轻再灌注损伤，而高钠、高钙可诱发再灌注液灌注，可减轻再灌注损伤，而高钠、高钙可诱发再灌注损伤。损伤。 0 0101020203030404050506060707080809090100100发生率（% ）发生率（% ）5min5min10min10min30min30min缺血时间（m i n )缺血时间（m i n )RVARVARVTRVTRVFRVFO2自由基自由基外层轨道上具有单个不配对外层轨道上具有单个不配对电子的原子、原子团和分子的总称电子的原子、原子团和分子的总称l1. 1.氧自由基氧自由基l2.2.脂性自由基脂性自由基l3.3.其它其它 1. 1.氧自由基氧

7、自由基( oxygen free radical,OFR)( oxygen free radical,OFR)l由氧诱发的自由基由氧诱发的自由基l种类：种类： 超氧阴离子（超氧阴离子（O O- -2 2） 羟自由基（羟自由基（OHOH） 单线态氧（单线态氧（1 1O O2 2） 氧自由基氧自由基 H H2 2O O2 2 活性氧活性氧2 .2 .脂性自由基：脂性自由基： 氧自由基与多价不饱和脂肪酸作用后氧自由基与多价不饱和脂肪酸作用后生成的中间产物生成的中间产物 l种类：种类： 烷自由基（烷自由基（L L） 烷氧基（烷氧基（LOLO） 烷过氧基（烷过氧基（LOOLOO）3.3.其它其它: Cl

8、: Cl、CHCH3 3 、NO NO 自由基性质活泼，具有强烈的引发自由基性质活泼，具有强烈的引发脂质过氧化作用脂质过氧化作用1. 1. OO- -2 2的来源：的来源： （1 1）线粒体）线粒体（2 2）某些物质自然氧化）某些物质自然氧化 儿茶酚胺、血红蛋白等儿茶酚胺、血红蛋白等（3 3）酶催化）酶催化 黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶（4 4）毒物作用于细胞）毒物作用于细胞 CCLCCL4 4 百草枯（除草剂）百草枯（除草剂）O2 + eO2 O2+ 2e + 2H+ H2O2H2O2O2 + 3 e + 3H+HO + H2OO2 + 4 e + 4H+2 H2OCytaa3 SODnsens

9、e氧单电子还原氧单电子还原 3 3 氧自由基的清除氧自由基的清除 （1 1）低分子清除剂）低分子清除剂 胞浆：还原性辅酶胞浆：还原性辅酶细胞内外水相：细胞内外水相：半胱氨酸、半胱氨酸、VitVit C C、谷胱甘肽谷胱甘肽细胞脂质：细胞脂质：Vit EVit E、 VitVit A A（2 2）酶性清除剂）酶性清除剂 过氧化氢酶过氧化氢酶(CAT)(CAT)过氧化物酶（过氧化物酶（H H2 2OO2 2）超氧化物歧化酶超氧化物歧化酶MnSODCuZnSOD 黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶( (XOXO) ) 10%10% 黄嘌呤脱氢酶黄嘌呤脱氢酶( (XDXD) 90%) 90%XOXO xanth

10、ine oxidase xanthine oxidaseXDXD xanthine dehydrogenase xanthine dehydrogenase CaCa+2+2敏蛋白酶敏蛋白酶 缺血缺血: : ATPATP被消耗被消耗次黄嘌呤堆积次黄嘌呤堆积 再灌注再灌注: : (1)(1)钙超载钙超载蛋白酶激活蛋白酶激活 XO （2 2）恢复供氧）恢复供氧 黄嘌呤黄嘌呤 + + OO- -2 2+ + H H2 2OO2 2OO- -2 2+ + H H2 2OO2 2 + +尿酸尿酸 O2O2XDOH XOXO在在OFROFR形成中作用形成中作用NADH(I)NADH(I)NADPH(II)

11、NADPH(II)+ O2NADPHNADPH氧化酶氧化酶H+ + O-2+H2O2NADHNADH氧化酶氧化酶C C3 3,LTB,LTB4 4激活中粒激活中粒己糖旁路活化己糖旁路活化呼吸爆发呼吸爆发 呼吸爆发呼吸爆发 中性粒细胞在趋化物质中性粒细胞在趋化物质（C C3 3,LTB,LTB4 4）的作用下，大量聚集并激活，的作用下，大量聚集并激活，尤其再灌注期间组织重新获得氧，激活的尤其再灌注期间组织重新获得氧，激活的中性粒细胞耗氧量显著增加，产生大量的中性粒细胞耗氧量显著增加，产生大量的氧自由基氧自由基CaCa2+2+进入线粒体进入线粒体 氧经单电子还原氧经单电子还原nO-2缺氧缺氧 Mn

12、SOD Adr甲基转移酶甲基转移酶单胺氧化酶单胺氧化酶香草扁桃酸（正常代谢）香草扁桃酸（正常代谢）肾排出肾排出应激时应激时80%O80%O2 2肾上腺素红肾上腺素红O O- -2 2 1. 1. 膜脂质过氧化膜脂质过氧化(lipid peroxidation(lipid peroxidation) ) 自由基同膜脂质不饱和脂肪酸作用引发脂质自由基同膜脂质不饱和脂肪酸作用引发脂质过氧化反应，使膜结构受损、功能障碍过氧化反应，使膜结构受损、功能障碍（1 1）膜）膜脂质微环境改变脂质微环境改变 不饱和脂肪酸不饱和脂肪酸/ /蛋白质比例失调，液态性、蛋白质比例失调，液态性、流动性降低，通透性升高流动性

13、降低，通透性升高（2 2）膜蛋白功能受抑）膜蛋白功能受抑 间接抑制钙泵、钠泵及间接抑制钙泵、钠泵及NaNa+ +/Ca/Ca2+2+交换系统交换系统抑制膜受体、抑制膜受体、G G蛋白与效应器的偶联，引起细蛋白与效应器的偶联，引起细胞信号转导功能障碍胞信号转导功能障碍（3 3）促自由基及其他生物活性物质生成）促自由基及其他生物活性物质生成（4 4）线粒体膜）线粒体膜 ：ATPATP生成障碍生成障碍蛋白质蛋白质断裂断裂蛋白质蛋白质- -蛋蛋白质交联白质交联-S-S-CH3-S-脂质脂质- -脂质交联脂质交联O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OHHO脂肪酸氧

14、化脂肪酸氧化OHHO从氧化的脂肪从氧化的脂肪酸释出的酸释出的 丙二醛丙二醛MDAMDA2. 2. 细胞成分交联细胞成分交联 脂质脂质- -蛋白质蛋白质- -胶原胶原3. 3. 破坏染色体及核酸破坏染色体及核酸 染色体畸变、核酸碱基改变或染色体畸变、核酸碱基改变或DNADNA断裂断裂80%80%由由OHOH所致所致Na Na + + -Ca -Ca 2+2+载体载体Ca2+2+ B PrMtSRCa 2+2+ Ca 2+2+ 细胞内钙积聚细胞内钙积聚Ca2+泵Ca2+Ca2+ 钙超载钙超载 是指是指CaCa2+2+在细胞内大量在细胞内大量聚集，引起细胞受损，组织器官聚集，引起细胞受损，组织器官功

15、能障碍。功能障碍。 1 1. . NaNa+ + -Ca -Ca2+2+异常交换异常交换细胞内细胞内NaNa+ +对对Na+/Ca2+交换蛋白的直接激活：反向转运细胞内高细胞内高H H+ +对对Na+/Ca2+交换蛋白的间接激活： H H+ +/ / Na+交换，使细胞内，使细胞内Na+ ，又促进，又促进Na+/Ca2+交换 PIPPIP2 2PKCPKCGqGqIPIP3 3DAGDAGPLCPLCNENE11受体受体 CaCa2 2CaCa2 2H H+ +NaNa+ +3Na3Na+ +CaCa2+2+蛋白激酶蛋白激酶C(PKC)C(PKC)活化对活化对Na+/Ca2+交换蛋白的间接激活

16、NE-NE- 1R- PLC-1R- PLC-PKCPKC：激活：激活G G蛋白磷脂酶介导的细胞信号转导通路蛋白磷脂酶介导的细胞信号转导通路l -R-R激活腺苷酸活化酶，激活腺苷酸活化酶，L L型通道开放，促进胞外型通道开放，促进胞外CaCa内流内流2. 细胞膜损伤，通透性细胞膜损伤，通透性 缺血造成细胞膜外板与糖被分离，使细胞膜对钙的通透性缺血造成细胞膜外板与糖被分离，使细胞膜对钙的通透性 ；细胞内细胞内Ca2+ 又可激活磷脂酶，使膜磷脂降解，细胞膜通透性又可激活磷脂酶，使膜磷脂降解，细胞膜通透性 疏疏松、膜磷脂降解、松、膜磷脂降解、OFROFR3. 3. 线粒体受损线粒体受损4.4.肌浆网

17、膜损伤肌浆网膜损伤5. 5. 儿茶酚胺增多儿茶酚胺增多l通过通过-R-R激活磷脂酶激活磷脂酶C C，产生三磷酸肌醇（，产生三磷酸肌醇（IP3IP3），导致），导致内质网内质网/ /肌浆网上钙通道开放，使细胞内钙库释放钙。肌浆网上钙通道开放，使细胞内钙库释放钙。l -R-R激活腺苷酸活化酶，激活腺苷酸活化酶，L L型通道开放，促进胞外型通道开放，促进胞外CaCa内流内流缺血-再灌注损伤时钙超载的机制1 1. .促进自由基生成促进自由基生成 黄嘌呤氧化酶增加黄嘌呤氧化酶增加2.2.加重加重酸中毒酸中毒3.3.线粒体功能障碍线粒体功能障碍ATPATP生成生成 4.4.激活膜磷脂酶激活膜磷脂酶生物膜损

18、害生物膜损害 5.5.引起心律失常引起心律失常 6.6.使肌原纤维挛缩，断裂，细胞破坏使肌原纤维挛缩，断裂，细胞破坏 （一）再灌注时血管内皮细胞与白细胞激活（一）再灌注时血管内皮细胞与白细胞激活粘附分子粘附分子花生四烯酸花生四烯酸趋化物质趋化物质VECWBC 1 1. . 微血管损伤微血管损伤 引起无复流引起无复流(no-reflow phenomenon)(no-reflow phenomenon)现象现象 血流变、管径、壁通透性改变血流变、管径、壁通透性改变 2. 细胞损伤细胞损伤 OFROFR、溶酶、细胞因子、溶酶、细胞因子 细胞粘附、聚集、细胞粘附、聚集、堵塞血管堵塞血管 增加血管通透

19、性增加血管通透性组织水肿组织水肿 无复流无复流（二）白细胞聚集在缺血（二）白细胞聚集在缺血- -再灌注损伤中的作用再灌注损伤中的作用1. 1. 阻塞微循环阻塞微循环 恢复血液灌注后，缺血区依然得不到充分血流灌注的现象恢复血液灌注后，缺血区依然得不到充分血流灌注的现象称称无复流现象。无复流现象。2. 2. 释放活性氧释放活性氧 在自由基学说中，白细胞呼吸爆发会释放超氧阴离子、过在自由基学说中，白细胞呼吸爆发会释放超氧阴离子、过氧化氢、次氯酸等活性氧。氧化氢、次氯酸等活性氧。3. 3. 释放各种颗粒成分释放各种颗粒成分 白细胞活化后将释放许多颗粒成分，包括酶性成分和非酶性成分白细胞活化后将释放许多

20、颗粒成分，包括酶性成分和非酶性成分4. 4. 产生各种细胞因子产生各种细胞因子 四、高能磷酸化合物生成障碍四、高能磷酸化合物生成障碍 有实验证明，心脏再灌注20min后ATP仅为正常值的一半，再灌注24h仍维持在低水平1线粒体受损：线粒体受损： 线粒体对氧利用能力下降，合成ATP 能力下降2 2ATPATP合成的前身物质减少合成的前身物质减少 ： ATP合成的前身物质（如腺苷、肌苷、次黄嘌呤等）在再灌注时被冲洗出去，使缺血区组织失去再合成高能磷酸化合物的底物。OFROFR钙超载钙超载血管内皮血管内皮- -中粒细胞中粒细胞？代谢、能量改变代谢、能量改变钙超载是细胞不可逆死亡的共同通路钙超载是细胞

21、不可逆死亡的共同通路IRI机制机制小结小结（一）心功能变化（一）心功能变化- -心舒缩功能心舒缩功能 心肌舒缩功能下降表现为心肌舒缩功能下降表现为心肌顿抑心肌顿抑（myocardial myocardial stunningstunning），后者是指心肌经短暂缺血并恢复供血后，），后者是指心肌经短暂缺血并恢复供血后，在一段较长时间内处于在一段较长时间内处于“低功能状态低功能状态”，常需数小时，常需数小时或数天才可恢复正常功能的现象。心肌顿抑是心肌缺或数天才可恢复正常功能的现象。心肌顿抑是心肌缺血血- -再灌注损伤的表现形式之一。心肌顿抑的产生与再灌注损伤的表现形式之一。心肌顿抑的产生与活性氧

22、生成、钙超载、白细胞活化、合成高能磷酸化活性氧生成、钙超载、白细胞活化、合成高能磷酸化合物能力降低以及微血管灌注障碍有关合物能力降低以及微血管灌注障碍有关。 （二）心电变化（二）心电变化- -再灌注性心律失常再灌注性心律失常 心肌缺血心肌缺血- -再灌注过程中心律失常发生率较高，多为室性心动再灌注过程中心律失常发生率较高，多为室性心动过速和心室颤动。过速和心室颤动。1.1.再灌注心肌之间动作电位时程的不均一性再灌注心肌之间动作电位时程的不均一性2.2.再灌注心肌动作电位后延迟后除极的形成再灌注心肌动作电位后延迟后除极的形成 NaNa+ +/Ca/Ca2+2+交换反向转运，出现一个持续性内向电流

23、交换反向转运，出现一个持续性内向电流3.3.自由基和钙超载造成的心肌损伤及自由基和钙超载造成的心肌损伤及ATPATP减少使减少使ATPATP敏感性钾通敏感性钾通道激活道激活4.4.再灌注可使颤动阈降低再灌注可使颤动阈降低5.5.体内体内NONO水平下降有关水平下降有关（三）心肌超微结构变化（三）心肌超微结构变化表现为心肌细胞水肿、心内膜下出血或出血性梗死。表现为心肌细胞水肿、心内膜下出血或出血性梗死。（四）心肌能量代谢变化（四）心肌能量代谢变化 IRI对心功能的影响 再灌注性再灌注性 心律失常心律失常心肌动作电位时程不均一心肌动作电位时程不均一心肌动作电位后延迟后除极心肌动作电位后延迟后除极的形成的形成心肌电生理特性改变心肌电生理特性改变纤颤阈降低纤颤阈降低NONO减少减少 心功能心功能 变化变化 心