缺血-再灌注损伤

1、第七章第七章（Ischemia Reperfusion injury） 中南大学病理生理学教研室中南大学病理生理学教研室张华莉张华莉患者，男，患者，男，5454岁，因胸闷、大汗岁，因胸闷、大汗1h1h入急诊病房。体入急诊病房。体查：血压查：血压65/40mmHg65/40mmHg，意识淡漠，心率，意识淡漠，心率3737次次/min/min，律齐。既往有高血压病史律齐。既往有高血压病史1010年，否认冠心病史。心电年，否认冠心病史。心电图示图示度房室传导阻滞。给予阿托品、多巴胺、低度房室传导阻滞。给予阿托品、多巴胺、低分子右旋糖酐等进行扩冠治疗。入院上午分子右旋糖酐等进行扩冠治疗。入院上午101

2、0时用尿激时用尿激酶静脉溶栓。酶静脉溶栓。1010时时4040分出现阵发性心室颤动（室分出现阵发性心室颤动（室颤），立即给予除颤，至颤），立即给予除颤，至11 11时时2020分反复发生室性心动分反复发生室性心动过速、室颤，共除颤过速、室颤，共除颤7 7次，同时给予利多卡因、小剂次，同时给予利多卡因、小剂量异丙肾上腺素后心律转为窦性，血压平稳，意识量异丙肾上腺素后心律转为窦性，血压平稳，意识清楚。冠状动脉造影证实：右冠状动脉上段清楚。冠状动脉造影证实：右冠状动脉上段85%85%狭狭窄，中段窄，中段78%78%狭窄。狭窄。病例分析病例分析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

3、律失常? ?认识就从这简单现象开始认识就从这简单现象开始 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从实践到理论地总结从实践到理论地总结活性氧的作用活性氧的作用钙超载钙超载白细胞的作用白细胞的作用高能磷酸化合物生成障碍高能磷酸化合物生成障碍（一）活性氧和自由基的概念和种类（一）活性氧和自由基的概念和种类氧自由基氧自由基 单线态氧单线态氧( (1O2) ) 过氧化氢过氧化氢( (H2O2) ) 1 1、活性氧、活性氧(reactive oxygen species, ROS) 指化学性质活泼的含氧代谢物。指化学性质活泼的含氧代谢物。脂氢过氧化物脂氢过

4、氧化物及其裂解产物及其裂解产物一、活性氧的作用一、活性氧的作用2 2、自由基、自由基 (free radical):指外层电子轨道上含指外层电子轨道上含 有单个不配对电子的原子、原子团和分子有单个不配对电子的原子、原子团和分子 的总称。的总称。化学性质活化学性质活泼泼氧化性强氧化性强半衰期短半衰期短Reactive species Half-life (s)Hydroxyl radical ( OH)Alcoxyl radical (RO )Singlet oxygen (1O2)Peroxynitrite anion (ONOO-)Peroxyl radical (ROO )Nitric o

5、xide ( NO)Semiquinone radicalHydrogen peroxide (H2O2)Superoxide anion (O2 -)Hypochlorous acid (HOCl)10-910-610-50.05 1.071 - 10minutes/hoursspontan. hours/days(accelerated by enzymes)spontan. hours/days(by SOD accel. to 10-6)dep. on substratePhysiol conc. (mol/l)10-910-9 - 10-710-12 - 10-112 2、自由基、自

6、由基 ( (free radical): ):指外层电子轨道上含指外层电子轨道上含 有单个不配对电子的原子、原子团和分子有单个不配对电子的原子、原子团和分子 的总称。的总称。种类：种类：氧自由基氧自由基 脂性自由基脂性自由基 氮中心自由基氮中心自由基98% 1-2%4e- + 4H+细胞色素氧化酶系统细胞色素氧化酶系统 SOD氧自由基氧自由基 (oxygen free radical)：以氧为以氧为 中心的自由基称为氧自由基。如：超氧中心的自由基称为氧自由基。如：超氧 阴离子阴离子(O2 )、羟自由基羟自由基(OH )O2SLOW2FAST2脂性自由基指氧自由基与多不饱和脂肪脂性自由基指氧自由

7、基与多不饱和脂肪 酸作用后生成的中间代谢产物，包括酸作用后生成的中间代谢产物，包括 烷自由基烷自由基（L）、）、烷氧自由基烷氧自由基（LO）、）、 烷过氧自由基烷过氧自由基（LOO）等。等。 氮中心自由基氮中心自由基: : 包括一氧化氮（包括一氧化氮（NO）、）、 过氧亚硝基阴离子（过氧亚硝基阴离子（ONOO-）L-精氨酸精氨酸iNOSNADPHNADP+L-胍氨酸胍氨酸 + NOO2NO + O2 ONOO-ONOO- NO2 + OH + H+H2O双自由基双自由基半衰期很短半衰期很短半衰期较长半衰期较长抗氧化酶抗氧化酶SODCAT过氧化物酶过氧化物酶2H2O2 2H2O + O2CAT清

8、除清除H2O2O2. . + + O2. . + 2H + 2H+ + H H2 2O O2 2 +O +O2 2SOD( (二二) )活性氧的清除活性氧的清除Mn-SODCuZn- SOD霍金与霍金与CuZn- SODCuZn- SOD突变所致的脊髓侧索硬化症突变所致的脊髓侧索硬化症非酶性抗氧化物非酶性抗氧化物半胱氨酸半胱氨酸维生素维生素C CGSHGSH还原还原OO2 2、1 1OO2 2、脂质自由基脂质自由基清除清除1 1OO2 2，抑，抑制脂质过氧化制脂质过氧化协助维持维生协助维持维生素素E E的活性状态的活性状态H2O2 + 2GSH 2H2O + GSSGGSHpx1. 1. 线粒

9、体内单电子还原生成氧自由基增加线粒体内单电子还原生成氧自由基增加 2. 2. 血管内皮细胞内黄嘌呤氧化酶形成增加血管内皮细胞内黄嘌呤氧化酶形成增加 3. 3. 白细胞呼吸爆发产生大量活性氧白细胞呼吸爆发产生大量活性氧 4. 4. 儿茶酚胺的自身氧化儿茶酚胺的自身氧化5. 5. 体内清除活性氧的能力下降体内清除活性氧的能力下降 1 1、线粒体内单电子还原生成氧自由基增加、线粒体内单电子还原生成氧自由基增加 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%CaCa+2+2依赖性蛋白酶依赖性蛋白酶白细胞吞噬时伴耗氧量显著增加的现象

10、，称白细胞吞噬时伴耗氧量显著增加的现象，称呼吸爆发呼吸爆发。 缺氧缺氧交感交感- -肾上腺髓质系统兴奋肾上腺髓质系统兴奋儿茶酚胺分泌增多儿茶酚胺分泌增多代偿调节作用代偿调节作用氧化产生氧自由基氧化产生氧自由基4 4、儿茶酚胺的自身氧化、儿茶酚胺的自身氧化 5 5、体内清除活性氧的能力下降、体内清除活性氧的能力下降 （四）活性氧的损伤作用（四）活性氧的损伤作用1. 膜脂质过氧化（膜脂质过氧化（ lipid peroxidation） -S-S-CH3-S-脂质脂质- -脂质交联脂质交联OOHHO脂肪酸氧化脂肪酸氧化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MDAMDA 细胞膜

11、结构破坏细胞膜结构破坏 细胞器膜结构破坏细胞器膜结构破坏 溶酶体破裂释放溶酶体酶，破坏细胞溶酶体破裂释放溶酶体酶，破坏细胞 线粒体肿胀、功能障碍，产能减少线粒体肿胀、功能障碍，产能减少 肌浆网肌浆网Ca Ca 2+2+ -ATP -ATP酶活性降低使摄取的酶活性降低使摄取的 Ca Ca 2+2+ 减少，导致细胞内钙超负荷减少，导致细胞内钙超负荷 脂质信号分子生成异常脂质信号分子生成异常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脂肪酸氧化脂肪酸氧

12、化OHHO2. 2. 蛋白质失活蛋白质失活 80%80%由由OHOH所致所致活性氧的作用活性氧的作用钙超载钙超载白细胞的作用白细胞的作用高能磷酸化合物生成障碍高能磷酸化合物生成障碍( (一一) )细胞内细胞内Ca Ca 2+2+的稳态调节的稳态调节Na Na + + -Ca -Ca 2+2+载体载体Ca2+2+ B Pr线粒体线粒体肌浆网肌浆网Ca 2+2+ Ca 2+2+ Ca2+泵Ca2+Ca2+Ca2+e：10-3MCaCa2+2+ii：1010-7-7M MVOCROC二、钙超载二、钙超载（二）细胞内钙超载的产生机制（二）细胞内钙超载的产生机制 各种原因引起的细胞内钙含量异常各种原因引

13、起的细胞内钙含量异常增多并导致细胞结构损伤和功能代谢增多并导致细胞结构损伤和功能代谢障碍的现象，称为障碍的现象，称为钙超载（钙超载（calcium overload） 定义定义12 Na2 Na+ +/Ca/Ca2+2+交换异常交换异常3 3 儿茶酚胺增多儿茶酚胺增多4 4 活性氧产生增加活性氧产生增加1 1、线粒体功能障碍、线粒体功能障碍2 2、激活钙依赖性降解酶、激活钙依赖性降解酶 3 3、促进活性氧生成、促进活性氧生成 4 4、破坏细胞骨架、破坏细胞骨架 活性氧的作用活性氧的作用钙超载钙超载白细胞的作用白细胞的作用高能磷酸化合物生成障碍高能磷酸化合物生成障碍（一）（一）白细胞聚集的机制白

14、细胞聚集的机制SELECTINSProgressive ActivationINTEGRINSCaptureSlow RollingFirm AdhesionTransmigrationRolling趋化因子趋化因子粘附分子（粘附分子（adhesion molecule)三、白细胞的作用三、白细胞的作用 粘附分子（粘附分子（adhesion molecule) 指细胞合成的、可促进细胞与细胞之间、细指细胞合成的、可促进细胞与细胞之间、细胞与细胞外基质之间粘附的一类大分子的总称，胞与细胞外基质之间粘附的一类大分子的总称，如整合素、选择素、细胞间粘附分子、血管细胞如整合素、选择素、细胞间粘附分子、

15、血管细胞粘附分子及血小板内皮细胞粘附分子等。粘附分子及血小板内皮细胞粘附分子等。功能：维持细胞结构完整功能：维持细胞结构完整 细胞信号转导细胞信号转导 无复流现象无复流现象(no-reflow phenomenon ) 恢复血液灌注后，缺血区依然得不到充分血恢复血液灌注后，缺血区依然得不到充分血流灌注的现象称无复流现象流灌注的现象称无复流现象 . （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. 阻塞微循环阻塞微循环 2 2释放活性氧释放活性氧 3 3释放各种颗粒成分释放各种颗粒成分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

16、碍四、高能磷酸化合物生成障碍1 1线粒体受损线粒体受损 2 2ATPATP合成的前身物质减少合成的前身物质减少Ca2+ROSROS钙超载钙超载血管内皮血管内皮- -白细胞白细胞代谢、能量改变代谢、能量改变IRI机制小结机制小结一、心脏缺血一、心脏缺血- -再灌注损伤再灌注损伤心肌顿抑（心肌顿抑（myocardial stunning):myocardial stunning):指心肌经短暂指心肌经短暂缺血并恢复供血后，在一段较长时间内处于缺血并恢复供血后，在一段较长时间内处于“低功能状态低功能状态”，常需数小时或数天才可恢复，常需数小时或数天才可恢复正常功能的现象。正常功能的现象。 自由基和钙自由基和钙超载造成的超载造成的心肌损伤及心肌损伤及再灌注后细再灌注后细胞内外离子胞内外离子分布紊乱分布紊乱 心肌缺血性损伤和再灌注