缺血再灌注损伤本科

缺血再灌注损伤本科第1页/共80页2本章要点■

掌握缺血-再灌注损伤的概念及有关的概念■掌握缺血-再灌注损伤的重要发生机制■熟悉心肌、脑等组织在缺血-再灌注损伤时的变化

第2页/共80页3概述1原因及条件2发生机制3机体功能及代谢的改变4防治原则5outline第3页/共80页4缺血-再灌注损伤：

缺血的基础上恢复血流后，组织器官的损伤反而加重的现象称为ischemiareperfusioninjury（IRI）。

一、概述第4页/共80页5缺血-再灌第5页/共80页6

1955年Sewell报道，结扎狗冠脉后，如突然解除结扎恢复血流，部分动物立即发生室颤而死亡。

1960年Jennings发现在心肌缺血恢复血流后，

缺血心肌的损伤反而加重，第一次提出了MIR概念1967年Bulkley和Hutchins发现冠脉搭桥血管再通后的病人发生心肌细胞反常性坏死。1968年Ames率先报道了脑IRI1972年Flore肾IRI1978年Modry肺IRI1981年Greenberg肠IRI。证实猫小肠缺血3小时后再灌注时，粘膜损伤更严重。第6页/共80页7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仅未能恢复，反而更趋严重。第7页/共80页8二、原因和条件（一）原因

——在组织器官缺血基础上的血液再灌注1、组织器官缺血后恢复血液供应：如休克，冠状动脉痉孪的缓解2、血管再通术后：冠脉搭桥术，PTCA，溶栓疗法等3、心、肺、脑复苏4、其他：断肢再植，器官移植第8页/共80页第9页/共80页10缺血时间第10页/共80页11大鼠缺血-再灌注性心律失常05101520min第11页/共80页12大鼠缺血-再灌注性心律失常05101520min第12页/共80页13Ischemictime(min)Incidentrate(%)缺血时间对大鼠再灌注心律失常的影响第13页/共80页14缺血的严重程度与侧枝循环第14页/共80页15对氧的依赖程度第15页/共80页16三、发生机制(一)自由基的作用(二)钙超载(三)白细胞的作用第16页/共80页171.概念自由基（freeradical）

——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。O22.类型：(1)氧自由基(O2.-、OH·)

(2)脂性自由基(L·、LO·、LOO·)

(3)其它如氯自由基（Cl·）、甲基自由基（CH3·）和一氧化氮等。(一)自由基的作用概念和分类第17页/共80页18（1）氧自由基(oxygenfreeradical,OFR)

概念：由氧诱发的自由基。种类：超氧阴离子（O2·-）羟自由基（OH·）

O2第18页/共80页19O·-2形成：①自然氧化如CytC、Hb、Mb、CA等在自然氧化过程中可生成O2·-HbFe2+HbFe3++O2·-②酶氧化XO、NADPH氧化酶、醛氧化酶第19页/共80页20O·-2形成：③线粒体O2·-生成的主要场所之一正常:O2+4e+4H+→H2O+ATP

病理:O2+e→O2·-

+e+2H+→H202+e+H+→OH·+e+H+→H20④毒物作用CCl4、白草枯（除草剂）

O·-2的生成是其他自由基或活性氧生成的基础H20第20页/共80页21Haber-Weiss反应

(无

Fe3参与

)

O2－

+H2O2O2+OH+OHSLOWOH·的生成第21页/共80页22Fenton型Haber-Weiss反应

Fe3

O2－

+H2O2O2+OH+OHFASTOH·是活性氧中毒性最强的一种OH·的生成第22页/共80页23

活性氧（reactiveoxygenspecies,ROS）：氧化还原过程中产生的具有高活性的一系列中间产物。（1O2和H2O2）

单线态氧1O2：是一种激发态氧（在光敏剂存在下作用于O2激发而产生），反应活性较强，参与许多化学反应，可由O2·-

自发歧化产生，也可在髓过氧化物酶（MPO）作用下，由H2O2氧化卤化物产生。第23页/共80页24（2）脂质氧自由基

概念：OFR与多价不饱和脂肪酸作用后生成的中间产物。

种类：烷自由基（L·）烷氧自由基（LO·）烷过氧自由基（LOO·）（3）其它：一氧化氮自由基（NO·）、CL·、CH3·生理情况下，自由基的生成与清除处于动态平衡

如果ROS生成过多或机体抗氧化能力不足，

均可造成组织细胞损伤。第24页/共80页25自由基生成增多的机制1、黄嘌呤氧化酶的形成增多2、中性粒细胞聚集和激活3、线粒体损伤4、儿茶酚胺的自身氧化第25页/共80页261.黄嘌呤氧化酶增多（血管内皮源性）黄嘌呤氧化酶(XO)10%

黄嘌呤脱氢酶(XD)90%XO——xanthineoxidaseXD——xanthinedehydrogenase

Ca2+敏蛋白酶毛细血管内皮细胞第26页/共80页27ATP→ADP→↓↓↓AMP腺嘌呤核苷次黄嘌呤核苷次黄嘌呤缺血期

XDXOCa2+依赖性蛋白酶黄嘌呤+O2·-+H2OO2XO+H2O2尿酸+OH·再灌注期O2O2·-第27页/共80页28缺血时:

补体激活或细胞释放炎症介质如白三烯(LTB4)→白细胞在缺血区浸润。再灌时：浸润的白细胞耗氧量显著↑,产生的OFR↑↑,称呼吸爆发NADPH（烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸）：还原型辅酶Ⅱ

NADPH氧化酶NADPH+2O22O2·-+NADP++H+NADH氧化酶NADH+O2+2H+H2O2+NAD+2.中性粒细胞聚集和激活第28页/共80页29第29页/共80页30第30页/共80页31O2O2H2O2第31页/共80页32缺血缺氧ATP↓线粒体内Ca2+↑线粒体功能受损氧自由基↑细胞色素氧化酶系统功能失调再灌注O2+Mn-SOD↓3

线粒体功能障碍第32页/共80页33缺血缺氧儿茶酚胺↑CA氧化产物氧自由基再灌注O2+肾上腺素肾上腺素红+O24、儿茶酚胺的自身氧化第33页/共80页341、生物膜脂质过氧化增强2、蛋白质功能抑制3、破坏核酸及染色体自由基引起缺血-再灌注损伤的机制第34页/共80页351、生物膜脂质过氧化增强（1）破坏膜的正常结构及功能

液态性、流动性↓、通透性↑→

Ca2+内流↑（2）间接抑制膜蛋白功能

离子泵功能障碍：钙泵、钠-钾泵细胞信号转导功能障碍（3）促进FR及其它生物活性物生成

激活磷脂酶C、D，分解磷脂膜，形成TXA2，

LTB4等活性物质（4）减少ATP生成

线粒体功能受抑制第35页/共80页36破坏膜的结构Ca2+超载第36页/共80页372、蛋白质功能抑制（1）自由基使蛋白质和酶分子聚合、交联、肽链断裂→蛋白质变性、酶的活性丧失→受体、离子通道功能障碍

蛋白质交联脂质-蛋白质交联脂质-脂质交联蛋白质-胶原交联（2）自由基可使酶的巯基氧化成二硫键，AA残基氧化第37页/共80页38第38页/共80页393、破坏核酸及染色体

OH·

DNA/碱基DNA断裂染色体畸变细胞死亡/凋亡主要原因：OH·易与脱氧核酸及碱基反应并使其结构改变自由基可使碱基羟化或DNA断裂，从而引起染色体畸变或细胞死亡。第39页/共80页4080%由OH所致第40页/共80页41

(二)钙超载（calciumoverload）钙超载——各种原因引起细胞内钙含量异常增多并导致细胞结构损伤和功能代谢障碍的现象。正常:

细胞外[Ca2+]10-3mol/L

细胞内[Ca2+]10-7mol/L细胞外[Ca2+]是细胞内[Ca2+]10000倍维持因素细胞膜依赖ATP的钙泵钠钾泵Na+-Ca2+交换系统细胞内肌浆网（SR）钙结合蛋白（CaBP)线粒体摄取第41页/共80页第42页/共80页43

1．Na+／Ca2+交换异常

（l）细胞内高Na+对Na+／Ca2+交换蛋白的直接激活（2）细胞内高H+对Na+／Ca2+交换蛋白的间接激活（3）蛋白激酶C（PKC）活化对Na+／Ca2+交换蛋白的间接激活钙超载发生的机制第43页/共80页441.Na+-Ca2+交换异常（钙超载时进入细胞的主要途径）正常：3个Na+1个Ca2+

可进行双相转运影响因素：（1）跨膜钠浓度梯度（2）细胞内的氢浓度此外还有Ca2+,ATPMg2+Ca2+3Na+2K+3Na+第44页/共80页451.Na+-Ca2+交换异常（1）细胞内高Na+直接激活Na+-Ca2+交换蛋白K+Na+3Na+Ca2+ATP↓Na+↑Ca2+↑缺血细胞内ATP↓钠泵活性↓细胞内Na+

↑再灌注激活钠泵、Na+/Ca2+交换蛋白

Na+向外转运↑Ca2+运入细胞↑ATP↑第45页/共80页46缺血再灌注无氧代谢H+生成↑组织间液、细胞内pH↓↓组织间液H+↓↓，而细胞内H+仍很高跨膜H+浓度梯度差激活Na+/H+交换蛋白H+外流↑、Na+内流↑

继发性激活Na+/Ca2+交换蛋白Ca2+内流↑钙超载(2)细胞内高H+间接激活Na+-Ca2+交换蛋白质膜Na+/H+交换蛋白主要受细胞内[H+]的变化调节Na+H+第46页/共80页473Na+Ca2+3Na+2K+H+Na+再灌时H+↓H+↑Na+↑Ca2+↑缺血时H+↑第47页/共80页48（3）PKC间接激活Na+-Ca2+交换蛋白

如α1肾上腺素能受体激活G蛋白-PLC→H+/Na+交换激活第48页/共80页49GqPLCα1第49页/共80页50钙超载发生的机制1.Na+-Ca2+交换异常2.生物膜损伤（2）线粒体及肌浆网膜损伤（l）细胞膜损伤通透性↑；离子分布异常。第50页/共80页51细胞膜损伤无钙液灌流细胞膜外板和糖被膜分离肌膜失去屏障Ca2+通透性↑↑正常浓度的含钙液灌流（再灌注）细胞外Ca2+顺浓度差内流↑激活磷脂酶膜磷脂降解↑自由基生成↑细胞膜脂质过氧化膜结构破坏↑++第51页/共80页52线粒体及肌浆网膜损伤缺血-再灌注自由基损伤、膜磷脂分解肌浆网膜损伤钙泵功能抑制肌浆网摄钙↓胞浆钙浓度↑线粒体膜损伤ATP生成↓细胞膜、肌浆网钙泵能量供应不足第52页/共80页53钙超载引起缺血-再灌注损伤的机制1.促进氧自由基生成Ca2+(+)Ca2+依赖性蛋白酶(XD→XO)2.加重酸中毒

某些ATP酶激活，引起高能磷酸盐水解3.激活磷脂酶、蛋白酶、核酶细胞膜和细胞器膜的损伤、染色体损伤Ca2+(+)磷脂酶膜磷脂分解膜受损花生四烯酸、溶血磷脂第53页/共80页544.线粒体功能障碍线粒体摄Ca2+↑消耗ATP磷酸钙↓抑制氧化磷酸化ATP↓5.肌原纤维过度收缩胞内Ca2+收缩再灌注第54页/共80页55(三)白细胞的作用研究表明用无白细胞的血液进行再灌注，可以防止水肿和减轻再灌注损伤，反之再灌注损伤加重。用补体抑制药降低补体或减少白细胞浸润后可减轻组织损伤。因此，白细胞在缺血/再灌注损伤中的作用日益受到重视。第55页/共80页56(1)粘附分子生成增多(2)趋化因子生成增多

1.缺血-再灌注白细胞增多的机制第56页/共80页57

(1)粘附分子生成增多粘附分子(adhesionmolecule,CAMs):

是指由细胞合成的、可促进细胞与细胞之间、细胞与细胞外基质之间粘附的一大类分子的总称。

包括：整合素、选择素、细胞间粘附分子、血管细胞粘附分子及血小板内皮细胞粘附分子等。

在维持细胞结构完整和细胞信号转导中起重要作用。第57页/共80页58机制：PMNVEC缺血-再灌注损伤释放CAMsPMN与VEC粘附白细胞浸润趋化因子第58页/共80页白细胞组织浸润的机制第59页/共80页60

(2)趋化因子生成增多组织损伤膜磷脂降解LT、PAF、补体、激肽WBC与VEC粘附、白细胞浸润第60页/共80页611.微血管损伤

表现：无复流现象（no-reflowphenomenon）：在再灌注时放开结扎动脉，重新恢复血流，部分缺血区并不能得到充分的血液灌流的现象。

机制：（1）微血管血液流变学改变：白细胞粘附，微血管血流阻塞（2）微血管口径改变：内皮肿胀；缩血管物质的释放（3）微血管通透性增高2.组织细胞损伤

激活的VEC和PMN可释放大量生物活性物质

如FR、蛋白酶、细胞因子2.白细胞介导的缺血-再灌注损伤第61页/共80页62无复流现象示意图第62页/共80页63四、机体的功能及代谢变化心肌缺血-再灌注损伤的变化（一）心功能变化1.心肌舒缩功能↓表现为：心输出量↓，心室内压最大变化速率(±dp/dtmax)↓，左室舒张末期压力（LVEDP）↑，出现心肌顿抑。心肌顿抑（myocardialstunning），又称迟呆心肌指心肌短时间缺血后恢复再灌一段时间内心肌出现的可逆性收缩功能降低的现象。自由基的作用和钙超载是心肌顿抑的主要发生机制。第63页/共80页可逆性缺血-再灌注损伤胞浆Na+超载Na+/Ca2

+交换↑脂质过氧化蛋白质及酶失活O2H2O2OH肌浆网钙转运蛋白↓质膜通透性↑离子泵活性↓线粒体损伤收缩蛋白损伤钙超载ATP生成↓Ca2

+敏感性↓心肌收缩功能↓心肌顿抑的发生机制第64页/共80页652.再灌注性心律失常

特点：室性心律失常为主电生理改变：兴奋性、传导性↓ECG改变：缺血心肌对应部位ST段抬高，R波振幅↑；再灌使R波振幅迅速↓，ST段高度恢复原水平，Q波出现。发生条件：再灌注区有可恢复的心肌细胞缺血心肌的数量缺血时间、程度再灌注恢复的速度第65页/共80页66第66页/共80页67（二）心肌代谢变化

缺血期心肌ATP及磷酸肌酸含量↓，ADP、AMP及其降解产物含量↑。

再灌注后心肌ATP及磷酸肌酸↓↓，ADP、AMP及其降解产物↓。自由基、钙超载→线粒体损伤第67页/共80页68（三）心肌超微结构的变化肌纤维孪缩，严重时有收缩带形成，肌丝断裂，溶解；线粒体损伤(空泡形成，嵴肿胀，断裂，溶解等。)第68页/共80页69第69页/共80页70再灌注cAMP↑↑cGMP↓↓病理性慢波加重兴奋性神经递质↓抑制性神经递质↑脑缺血-再灌注损伤的变化（一）