第十三章缺血-再灌注损伤Ischemia-reperfusion injury1955年, Sewell结扎狗冠 状动脉后(缺血），如突然 解除结扎，恢复血流（再 灌注），动物因心室颤动 而死亡。简简 史史认识就从这简单现象开始年，Jennings第一次提出 心肌再灌注损伤的概念。在心肌缺血恢复血流后， 缺血心肌的损伤反而加重。6年，Bulkley 和Hutchins发 现冠脉搭桥血管再通术后的病人发生 心肌细胞反常性坏死。 年，Greenberg等证实猫小 肠缺血3小时后再灌注时，粘膜损伤 更严重。临床：休克微循环再通; 冠脉解痉、各种动脉搭桥术; 心脑血管栓塞再通（经皮腔内冠脉血管成形术-PTCA); 断肢再植、器官移植血供恢复等。缺血-再灌注损伤概念 ：缺血的组织 、器官经恢复血液灌注后不但不能使 其功能和结构恢复，反而加重其功能 障碍和结构损伤的现象称为缺血-再 灌注损伤(ischemia-reperfusion injury)。从实践到理论地总结缺血-再灌注损伤特点：(1).比缺血性损伤更严重的损伤。(2).具有器官普遍性。缺血-再灌注损伤是指:A.缺血后引起的损伤。 B.微循环灌流量减少引起的细胞损伤。 C.缺血后代谢性酸中毒所致的功能代谢紊乱。 D.缺血后恢复血流损伤加重 。 E.不可逆性损伤。 答案 1、原因先缺血，后再灌注。 2、影响因素 (1) 缺血、缺氧时间:过长或过短，不易。过短 功能恢复;过长 坏死.第一节 原因及条件(2) 需氧程度：需求高易发生。(3) 侧支循环：容易形成者，不易发生。(4) 再灌注条件：低温、低压、低PH、低钙，不易；反之，亦然。下列哪一种因素易诱发缺血再灌注损伤?A、缺血时间过长 B、组织侧支循环丰富 C、对氧的需求程度低 D、高压灌流E、低PH值灌流答案：氧自由基的作用 钙超载 白细胞的作用 高能磷酸化合物生成障碍第二节第二节 发病机制发病机制1、自由基 (free radical)：指外层电子 轨道上含有单个不配对电子的原子、原 子团和分子的总称。特点： 化学性质活 泼 氧化性强 半衰期短种类：氧自由基脂性自由基氮中心自由基一、一、自由基的作用的作用 （一）自由基和活性氧的概念和种类氧自由基单线态氧(1O2) 过氧化氢(H2O2) 2、活性氧(ROS)：指化学性质活泼的含氧代谢物。一氧化氮脂类过氧化物 及其裂解产物 氧自由基（oxygen free radical）：以氧为中心的自由基。如：超氧阴离子（O2 ）、羟自由基（OH ）脂类自由基：指氧自由基与多不饱和脂肪酸作用后生成的中间代谢产物，包括：烷自由基（L）、烷氧自由基（LO）、烷过氧自由基（LOO）等。O2 氮中心自由基: 包括一氧化氮（NO）、过氧亚硝基阴离子（ONOO-）。L-精氨酸iNOSNADPHNADP+L-胍氨酸 + NOO2NO + O2 ONOO-ONOO- NO2 + OH + H+ H2O单线态氧：一种激发态氧，氧分子 在紫外光谱中呈现一条单线。成因：氧分子外层电子轨道中的两 个电子发生反向自旋改变，使氧分子的反应能力大大增加。O2均裂自氧化 酶氧化单电子还原（二）活性氧的产生和清除 细胞色素C 血红蛋白 肌红蛋白 儿茶酚胺 甲状腺素黄嘌呤氧化酶 醛氧化酶 H:O:H H+ + OH- H:O:H H + OH异裂电离均裂能量 水分子的均裂与异裂1、活性氧的产生98%1-2%4e- + 4H+细胞色素氧化酶系统SODO2 + H2O2 O2 + OH + OHHaber-Weiss反应 (without Fe 3 )SLOWFenton 型Haber-Weiss反应Fe 3 O2 + H2O2 O2 + OH +OHFASTSOD 过氧化物酶2H2O2 2H2O + O2CAT清除H2O2O2. + O2. + 2H+ H2O2 +O2SOD2、活性氧的清除 （1）酶性清除（2）非酶性抗氧化物维生素E维生素A半胱氨酸 维生素C GSH自由基的清除还原O2、1O2、脂性自由基清除1O2，抑 制脂类过氧化协助维持维生 素E的活性状态ROS are tightly controlled resulting in a physiological balance between their production and eliminationROS:ROS:OO2 2, H, H2 2OO2 2 , , 1 1OO2 2 OH, HOClOH, HOClEnzymes: Enzymes: SOD, SOD, CATCAT, , etc.etc. Non-enzyme Non-enzyme antioxidants:antioxidants:vitaminesvitamines (E,A,C), (E,A,C), GSHGSH etc. etc.1. 线粒体内单电子还原生成氧自由基增加. 2. 血管内皮细胞内黄嘌呤氧化酶形成增加. 3. 白细胞呼吸爆发产生大量活性氧.4. 儿茶酚胺的自身氧化.5. 体内清除活性氧的能力下降 .（三）缺血-再灌注时活性氧增多的机制 1、线粒体内单电子还原生成氧自由基2血管内皮细胞内黄嘌呤氧化酶生成增加 黄嘌呤氧化酶(XO) 10%黄嘌呤脱氢酶(XD) 90%Ca2+依赖性蛋白酶3、白细胞呼吸爆发产生大量活性氧呼吸爆发：白细胞吞噬时伴耗氧量显著增加的现象。 (+)(+)缺血、缺氧补体 趋化物质中性粒细胞 聚集、耗氧 氧经NADPH氧 化酶和NADH 氧化酶催化生 成大量氧自由 基中性粒细胞 的呼吸爆发 (respiratory burst)缺氧交感-肾上腺髓质系统兴奋儿茶酚胺分泌增多代偿调节作用氧化产生氧自由基4、儿茶酚胺的自身氧化MAOROS:ROS:OO2 2, H, H2 2OO2 2 , ,1 1OO2 2, , OH, HOClOH, HOClEnzymes:Enzymes: SOD,GPX,CAT SOD,GPX,CATNon-enzyme antioxidants:Non-enzyme antioxidants: vitaminesvitamines (E,A,C), (E,A,C), thiolsthiols, , uric acid, ceruloplasmin, uric acid, ceruloplasmin, transferrin, albumin, etc.transferrin, albumin, etc.5、体内清除活性氧的能力下降 （四）活性氧的损伤作用1、膜脂类过氧化2、蛋白质失活3、DNA损伤1膜脂质过氧化（ lipid peroxidation） LH + OH L + H2OLOOLOO + LH LOOH + LLOOH + Fe 2+ LO + OH + Fe 3+ ( 类Fenton反应）O2蛋白质 断裂蛋白质-蛋 白质交联-S-S-CH3-S- 脂质-脂质交联O二硫交联脂质-蛋白 质交联氨基酸 氧化OH HO脂肪酸氧化OH HO从氧化的脂肪 酸释出的 丙二醛MDA 细胞膜结构和功能破坏 细胞器膜结构破坏 A、溶酶体破裂释放溶酶体酶，破坏细胞； B、线粒体肿胀、功能障碍，产能减少； C、肌浆网Ca 2+ -ATP酶活性降低使摄取的Ca 2+ 减少，导致细胞内钙超负荷。 脂类信号分子生成异常：肌醇磷脂的过氧化会使前列腺素、三磷酸肌醇和甘油二酯等生成障碍，导致细胞信号转导异常。 蛋白质 断裂蛋白质-蛋 白质交联-S-S-CH3-S-O二硫交联脂质-蛋白 质交联氨基酸 氧化OH HO脂肪酸氧化OH HO2、蛋白质失活：变性3、DNA损伤：DNA及染色体的断裂。80%由OH所致Na + -Ca 2+载体Ca2+ B Pr线粒体肌浆网Ca 2+ Ca 2+ Ca2+泵 Ca2+Ca2+二、钙超载 (一)细胞内Ca 2+的稳态调节Ca2+e：10-3MCa2+i：10-7MVOCROC（二）细胞内钙超载引起缺血再灌注损伤1、定义： 各种原因引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障碍的现象，称为钙超载。 定义(1)(2) Na+/Ca2+交换增加(3)儿茶酚胺增多(4)活性氧产生增加2、细胞内钙超载的产生机制 3、钙超载引起组织细胞损伤的机制 （1） 线粒体功能障碍胞浆Ca2+ 线粒体摄钙磷酸钙形成 ATP消耗、生成。 （2）激活磷脂酶（PLC）分解膜磷脂 细胞膜和细胞器膜的损伤。（3）再灌注性心律失常 （4）促进氧自由基生成：激活XO （5）使肌原纤维过度收缩 胞浆内高Ca2+。 再灌注期消除了H+对心肌收缩的抑制作用。SELECTINSProgressive ActivationINTEGRINSCapture Slow RollingFirm AdhesionTransmigrationRolling三、白细胞的作用 (一）白细胞聚集的机制趋化因子粘附分子（adhesion molecule)（二）白细胞聚集在缺血-再灌注损伤 中的作用1释放活性氧：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。2释放各种颗粒成分：包括酶性成分和非酶性成分。3、产生各种细胞因子：如TNF、IL1 。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 流灌注的现象称无复流现象 . 机制：细胞粘附、聚集、堵塞血管无复流 血管通透性增加组织水肿四、高能磷酸化合物生成障碍 原因：1、线粒体受损2ATP合成的前身物质减少 Ca2+氧自由基钙超载血管内皮- 白细胞代谢、能量生成改变钙超载是细胞不可逆死亡的共同通路IRI机制小结OO2 2 - - H H2 2OO2 2HOClHOCl OOH Hgutgutheart & heart & vesselsvesselsairwaysairwaysbrain &brain & nervesnerves第三节 机体主要器官的缺血-再灌注损伤 一、心脏缺血-再灌注损伤 、缺血-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。自由基和钙 超载造成的 心肌损伤及 再灌注后细 胞内外离子 分布紊乱2、心脏舒缩功能下降心肌顿抑（myocardial stunning):指心肌经短暂 缺血并恢复供血后，在一段较长时间内处于“低 功能状态”，常需数小时或数天才可恢复正常功 能的现象。 微血管顿抑（microvascular stunning）是指心肌 冠状血管经短暂缺血并恢复供血后，在一段较长 时间内对扩血管物质反应迟钝的现象。 3、心肌结构的变化A、肌纤维孪缩，严重时有收缩带形成，肌丝断裂，溶解。B、线粒体损伤（空泡形成，嵴肿胀，断裂，溶解等