缺血再灌注损伤的发病机制

缺血-再灌注损伤的发病(fābìng)机制MechanismUnderlyingIschemia-ReperfusionInjury共五十三页Whatisreperfusioninjury?Whyisitimportant?

R.G.isa48-year-oldmanwhosufferedanacuteanteriormyocardialinfarctionandreceivedfibrinolytictherapy.Thepatientdied12hoursafterreperfusion.

K.R.isa68-year-olddiabeticwomanwhounderwentconventionalcoronaryarterybypassgraftsurgeryanddevelopedlowoutputsyndromeafterreperfusionpostoperatively.共五十三页概念(gàiniàn)(Concept)

缺血器官在恢复(huīfù)血液灌注后缺血性损伤进一步加重的现象，称为缺血-再灌注损伤.共五十三页概念(gàiniàn)(Concept)氧反常（oxygenparadox）：用低氧或无氧液灌注后再恢复正常氧供应器官的损伤不见恢复反而更趋严重。pH反常（pHparadox）：器官在再灌注时pH从酸性恢复到正常时细胞(xìbāo)损伤加重的现象。钙反常（calciumparadox）：器官在无钙溶液灌流后恢复正常含钙溶液灌流导致的细胞外钙离子大量内流而引起细胞损伤加重的现象。共五十三页缺血-再灌注损伤发生(fāshēng)的条件ConditionsPredisposingtoIschemia-Reperfusion(I/R)Injury缺血时间的长短再灌注时灌流液的条件（灌注液的成分，灌流温度，压力(yālì)等)

组织器官缺血前的功能状态（缺氧耐受性，侧枝循环，高胆固醇血症，糖尿病，高血压）共五十三页问题：缺血-再灌注损伤(sǔnshāng)？氧反常,钙反常,和pH反常？共五十三页缺血-再灌注(guànzhù)损伤的发生机制MechanismsofI/RInjury

自由基的损伤作用(zuòyòng)（InjurybyFreeRadicals）钙超载（CalciumOverload）血管内皮细胞和中性粒细胞间的相互作用（Interactionbetweenendothelialcellsandneutrophils）共五十三页

指在外层电子轨道含有(hányǒu)一个或多个不配对电子的原子、原子团或分子。为表达不配对电子，常常在其分子式后方或上方加一个点（如R·）。自由基（FreeRadicals)共五十三页氧自由基（OxygenFreeRadicals）活性氧（ReactiveOxygenSpecies,ROS):超氧阴离子,羟自由基,单线(dānxiàn)态氧(singletoxygen,1O2),过氧化氢(hydrogenperoxide,H2O2）.氧自由基:由氧衍生(yǎnshēnɡ)的自由基.超氧阴离子（superoxideanion,O2）羟自由基（hydroxylradical,OH·）-·共五十三页脂性自由基:氧自由基与不饱和脂肪酸作用后生成(shēnɡchénɡ)的中间代谢产物.烷自由基（L·）烷氧自由基（LO·）烷过氧自由基（LOO·）脂性自由基（LipidFreeRadicals）其它(qítā):如氯自由基(Cl·),甲基自由基(CH3·),一氧化氮(NO),过氧亚硝基(OONO-)共五十三页抗氧化物酶(AntioxidantEnzymes)OH.超氧物岐化酶过氧化氢酶O2_.H2O2H2OFe2+H2O2ROOHH2OROHNADP+谷胱甘肽氧化酶+H2O谷胱甘肽还原酶GSSGGSHNADPH

+H+共五十三页问题：氧自由基？活性氧？超氧物岐化酶,过氧化氢酶,谷胱甘肽氧化酶催化(cuīhuà)何种反应?共五十三页黄嘌呤氧化酶（XanthineOxidase）中性(zhōngxìng)粒细胞（Neutrophils）线粒体（Mitochondria）活性氧与缺血-再灌注(guànzhù)损伤ROS&I/RInjury共五十三页黄嘌呤氧化酶与缺血-再灌注(guànzhù)损伤XanthineOxidase&I/RInjury黄嘌呤+O2H2O2蛋白酶OH次黄嘌呤

ATPAMP黄嘌呤氧化酶黄嘌呤脱氢酶O2-..allopurinol

-共五十三页黄嘌呤氧化酶理论的一些(yīxiē)注意点SomeIssuesRelatedtotheXanthineOxidaseHypothesis动物种类，器官，组织分布差异（主要存在于肝和肠道。在人，猪和兔的心含量很低）。黄嘌呤脱氢酶转为氧化酶的量及时间(shíjiān)不能解释一些器官的I/R发生。黄嘌呤在黄嘌呤氧化酶作用下生成尿酸。尿酸为ROS,RNS清除剂。缺氧条件下黄嘌呤氧化酶可还原硝酸盐，亚硝酸盐为一氧化氮。一氧化氮可减轻I/R损伤。共五十三页中性(zhōngxìng)粒细胞与缺血-再灌注损伤Neutrophils

&I/RInjury呼吸(hūxī)爆发（respiratoryburst）或氧爆发（oxygenburst）：中性粒细胞在吞噬活动时耗氧量明显增加的现象。共五十三页线粒体与活性氧Mitochondria&ROS共五十三页线粒体与活性氧Mitochondria&ROSNADH(SiteI)Succinate(SiteII)CytochromeOxidaseFe-Sc1CytcUbiquinoneUbisemiquinoneUbiquinolO2H2O.O2_.H2O2泛醌泛半醌二氢泛醌hypoxianormoxiarotenone

myxothiazol

antimycinATTFA共五十三页线粒体与缺血-再灌注(guànzhù)损伤Mitochondria&I/RInjuryI/R增加ROS释放，抑制线粒体源的ROS生成可降低I/R损伤(sǔnshāng)。I/R降低线粒体超氧物岐化酶活性，含量，及mRNA。升高线粒体内ROS清除剂含量可降低I/R损伤。共五十三页Plasmamembrane:lipoxygenases,cyclooxygenases,NADPHoxidaseMitochondria:

electrontransportsystem Cytosol:xanthineoxidase,hemoglobin,catecholamines,riboflavin,Transitionmetals(Fe2+/3+,Cu1+/2+)Peroxisome:oxidases,flavoproteinsEndoplasmicreticulum:mixed-functionoxidasecytochromesP-450andb5CellularSourcesofFreeRadicals共五十三页氧自由基损伤(sǔnshāng)发生机制MechanismUnderlyingtheInjuryCausedbyOxygenFreeRadicals1.膜脂质过氧化膜结构破坏,膜蛋白质功能抑制,ATP生成减少2.蛋白(dànbái)质分子肽链断裂,酶的巯基氧化,蛋白(dànbái)及某些酶相互交联、聚合蛋白(dànbái)质变性和酶活性降低3.DNA断裂和染色体畸变4.诱导炎症介质产生共五十三页问题(wèntí)：氧自由基损伤发生的机制?共五十三页钙超载的发生机制(jīzhì):激活Na+/Ca2+交换MechanismofCalciumOverload:ActivationofNa+/Ca2+Exchanger缺血缺氧

无氧酵解

H+H+/Na+交换胞内Na+ATP

钠泵

Na+/Ca2+交换Ca2+内流

钙超载共五十三页钙超载的发生机制(jīzhì):生物膜损伤MechanismofCalciumOverload:MembraneInjury

缺血缺氧

钙超载Ca2+通透性细胞膜:肌浆网:钙泵排Ca2+

Ca2+内流

贮Ca2+Ca2+通透性钙泵Ca2+释出

缺血缺氧

共五十三页钙超载引起缺血再灌注损伤(sǔnshāng)的机制MechanismofI/RInjuryInducedbyCalciumOverload

激活Ca2+依赖性的磷脂酶膜磷脂分解,膜受损激活Ca2+依赖性的蛋白酶，①加速XD转化为XO，促进ROS生成;②膜受损大量Ca2+在线粒体内以磷酸钙的形式沉积，干扰(gānrǎo)氧化磷酸化过程，使ATP生成减少4.核酸内切酶核染色质受损共五十三页问题：钙超载发生的Na+/Ca2+交换(jiāohuàn)机制?共五十三页血管(xuèguǎn)内皮细胞和中性粒细胞间的相互作用InteractionbetweenEndothelialCellsandNeutrophils再灌注(guànzhù)时:趋化因子(chemokines)生成增多:膜磷脂分解LTs,PGs,PAF,补体,激肽.内皮细胞与中性粒细胞细胞黏附分子生成增多:如选择素（selectin）如整合素（integrin)等.中性粒细胞滚动,黏附,进入缺血组织。释放ROS.共五十三页MechanismsMediatingIncreasedLeukocyte-EndothelialAdhesion共五十三页共五十三页缺血-再灌注损伤时机体(jītǐ)的功能变化FunctionalChangesinI/RInjury一些其它(qítā)器官在缺血-再灌注损伤过程中的变化特点：心脏,脑，肺，胃肠道。共五十三页共五十三页缺血-再灌注(guànzhù)对心脏的损伤FunctionalChangesoftheHeartinI/RInjury无复流现象心肌顿抑再灌注性心律失常(xīnlǜshīchánɡ)心肌坏死共五十三页无复流现象(xiànxiàng)(No-ReflowPhenomenon)

解除缺血原因(yuányīn)后缺血组织得不到充分血液灌流。受损血管内皮细胞肿胀血小板及纤维蛋白栓塞中性粒细胞与内皮细胞黏附,嵌顿,堵塞毛细血管ROS中性粒细胞黏附,微血管通透性增高，组织水肿缺血组织收缩，微血管被挤压共五十三页GenesisofNo-FlowPhenomenonCoronaryocclusionReperfusionEndothelialdamageTissueedemaOxygenfreeradicalPlatelet/fibrinLeukocytesTissuecontracture共五十三页问题：无复流现象(xiànxiàng)及机制?共五十三页

心肌并未因缺血发生不可逆性损伤，但在再灌注血流已恢复或基本恢复正常后的一定时间内心肌出现(chūxiàn)的可逆性收缩功能降低的现象。心肌(xīnjī)顿抑（MyocardialStunning）共五十三页可逆性I/R损伤(sǔnshāng)OH.脂质过氧化，蛋白质及酶失活线粒体损伤收缩蛋白损伤肌浆网钙转运蛋白膜通透性离子泵活性钙超载ATP钙敏感性心肌收缩功能胞内Na+超载Na+/Ca2+交换心肌顿抑的发生(fāshēng)机制MechanismsofMyocardialStunning共五十三页再灌注(guànzhù)性心律失常ReperfusionArrhythmias缺血心肌和正常心肌之间因传导性和不应期存在差异，可导致兴奋折返的发生(fāshēng)增多的儿茶酚胺作用于α受体，使得心肌自律性增高、纤颤阈值降低活性氧和钙超载导致心肌细胞损伤、ATP生成减少、ATP敏感性钾通道激活等改变心肌电生理特性共五十三页问题：心肌顿抑的定义(dìngyì)及发生机制？共五十三页胃肠道在缺血-再灌注损伤过程中的变化(biànhuà)特点(I/R

InjuryofGastrointestinal

Tract)小肠血管内皮细胞中的黄嘌呤脱氢酶和黄嘌呤氧化酶活性为各脏器中最高，再灌注时易于产生(chǎnshēng)大量ROS。严重的肠I/R损伤的特征为广泛的肠上皮坏死，固有层破损、出血及溃疡，造成广泛的肠吸收功能障碍，肠黏膜通透性增高，大量细菌、内毒素等入血，造成菌血症或内毒素血症。共五十三页脑在缺血-再灌注损伤过程中的变化(biànhuà)特点(I/RInjuryoftheBrain)

脑对缺氧最敏感，其活动主要靠有氧氧化提供能量，缺血时间长可引起(yǐnqǐ)不可逆性损伤。脑是一个富含磷脂的器官，脂质过氧化是脑I/R损伤的主要原因。脑最明显的组织学变化是脑水肿及脑细胞坏死。脂质过氧化是脑水肿的主要原因。共五十三页肺在缺血-再灌注损伤过程(guòchéng)中的变化特点(I/RInjuryoftheLungs)

肺是全身静脉血液回流的滤器。创伤(chuāngshāng)和休克复苏时常导致代谢产物、炎症细胞及炎症介质等从缺血周围组织流出滞留于肺，产生大量ROS等毒性物质，造成肺损伤。肺I/R损伤主要表现为肺水肿和肺出血共五十三页缺血-再灌注损伤防治(fángzhì)的原则PrinciplesoftheTreatmentofI/RInjury)尽量缩短缺血时间控制再灌注条件(低压低流灌流可避免再灌注时因氧和液体量的供应突然增加而引起大量ROS生成及组织水肿；低温可降低减少代谢产物聚积；低pH可抑制磷脂酶和蛋白酶对细胞的分解(fēnjiě)，减轻Na+/H+交换的过度激活；低钙可减轻钙超载所致的细胞损伤)。共五十三页缺血-再灌注(guànzhù)损伤防治的原则PrinciplesoftheTreatmentofI/RInjury)清除氧自由基补充能量中性粒细胞抑制剂腺苷可通过①解除微血管痉挛；②抑制中性粒细胞粘附，减少ROS生成；③减少血小板聚集；④恢复内皮细胞和心肌细胞的能量贮备等机制(jīzhì)减轻I/R损伤。共五十三页缺血-再灌注(guànzhù)损伤防治的原则PrinciplesoftheTreatmentofI/RInjury)细胞保护剂,在缺血期使用山莨菪碱、牛磺酸、糖皮质激素等细胞保护剂或稳定细胞膜制剂，可减轻细胞I/R损伤。反复短暂的缺血可以(kěyǐ)调动机体组织的内在保护机制，使机体对随后出现的更长时间的严重缺血产生耐受性，称为缺血预处理（ischemicpreconditioning,IPC）。共五十三页

Thesizeofaninfarctresultingfroma40-minocclusionofabranchofadog’scoronaryarterycouldbegreatlyreducediftheheartweresubjectedto4briefperiodsof5minofischemiaand5minofreperfusionpriortosustainedischemia.Theheartadapteditselfwithinminutestobecomeresistanttoischemia-inducedinfarction.MurryCEetal.Preconditioningwithischemia:adelayoflethalcellinjuryinischemicmyocardium.Circulation74:1124–1136,1986.IschemicPreconditioning(PC,IPC)

共五十三页Acutepreconditioning:(classicalpreconditioning)within~2hproteinsynthesis-independentDelayedpreconditioning:(ischemictolerance)24h-72haftertheinitialinsultalteredgeneexpression→synthesisofproteins(antioxidantenzymes,NOsynthase,etc.).共五十三页LimitorspareinfarctsizeMitigatemyocardialstunningImproveArrhythmias

CardioprotectionsbyPC共五十三页Blunttheimpairedendothelial-dependentrelaxation.Amelioratecapillaryplugging,leukocyteadhesion,andem