缺血再灌注损伤 Ischemia-Reperfusion Injury,第十章,心脏介入手术,经皮冠状动脉腔内 成形术（PTCA）,放置支架,PTCA结合支架治疗冠心病患者，成功率较高，长期生存率较高,冠脉支架置入前后,实验与临床资料证明冠脉重新恢复血流后，有可能造成更严重的心肌损伤,1967年，Bulkley 和Hutchins发现冠脉血管再通后的病人发生心肌细胞反常性坏死。,经过一定时间缺血的组织器官的功能和结构,在得到血液再灌注时出现了明显的障碍,甚至发生了不可逆的损伤变化,这种现象称为。由此引起的临床疾病称再灌注综合征(reperfusion syndrome)机体的许多器官都可发生再灌注损伤。其中对心脏的研究较多。,缺血再灌注损伤（ischemia-reperfusion injury）,第一节 IRI原因和影响因素,原因引起血流重新恢复的因素：,影响因素1.缺血时间：一定范围2.侧支循环：建立难易3.对氧的需求程度 ：越大越易损伤4.再灌注条件：,休克、溶栓、心脏手术、心肺复苏、器官移植等,钙反常（calcium paradox）： 以无钙溶液灌流离体大鼠心脏2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异常变化,氧反常（oxygen 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,pH反常（pH 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，称为pH反常。,低压、低温、低流、低pH、低Ca2+、Na+、高Mg2+、K+,第二节 缺血再灌注损伤的发生机制,根据大量实验与临床研究，目前对再灌注损伤认为主要与自由基损伤及钙超载有关;而微血管损伤和白细胞激活在发病中起重要作用,一 自由基 (Free Radical)的作用,(一）自由基的概念、类型：自由基(Free Radical) ：在外层电子轨道上有单个不配对电子的原子、原子团和分 子的总称1.氧自由基：由氧诱发的自由基如：超氧阴离子（O 2. ） 、羟自由基（OH）等活性氧（reactive oxygen)：氧自由基、单线态氧1O2 、H2O2等。 2.脂性氧自由基：是氧自由基与多价不饱和脂肪酸作用生成的中间代谢产物 如：烷氧自由基 LO . ,烷过氧自由基 LOO . 3. 其它：氯自由基（Cl） 、甲基自由基（CH3）,单线态氧：氧分子吸收能量，使一个外层电子从基态进行电子自旋反转，从而形成不稳定的激发态电子。,细胞色素氧化酶： 98的氧通过线粒体细胞色素氧化酶系统获得4 个电子，还原成水，12经单电子还原生成O 2. ，这是其它自由基和活性氧产生的基础。,黄嘌呤氧化酶：催化的反应是O 2. 产生的另一重要来源,超氧化物岐化酶（superoxide dismutase, SOD）,OH是最活跃最强力的氧自由基,HaberWeiss反应： O2.和歧化物H2O2相互作用产生 OH的反应。（慢）Fenton反应: Fe3+或Cu2+离子催化的HaberWeiss反应。（快）,机体内抗氧化酶类：超氧化物歧化酶（superoxide dismutase, SOD ）； 谷胱甘肽过氧化物酶（glutathione peroxidase, GSH-PX ）过氧化氢酶（catalase, CAT ）,H2O2+2GSH 2H2O+GSSG,GSH-PX,2H2O2 2H2O+O2,CAT,非酶类抗氧化剂：维生素C、维生素E、类胡萝卜素等,（二）氧自由基生成增多的机制,黄嘌呤氧化酶（XO）形成增多中性粒细胞的大量聚集和激活线粒体功能受损儿茶酚胺增加和氧化,（二）氧自由基生成增多的机制1.黄嘌呤氧化酶（XO）的形成增多正常： XO (10%) / XD(90%)存在部位：毛细血管内皮细胞反应过程：缺血再灌 细胞内钙增加 激活钙依赖性蛋白酶 XD大量转变为XO；缺血 ATP ADP AMP 次黄嘌呤,（二）氧自由基生成增多的机制1.黄嘌呤氧化酶（XO）的形成增多正常： XO (10%) / XD(90%)存在部位：毛细血管内皮细胞反应过程：缺血再灌 细胞内钙增加 激活钙依赖性蛋白酶 XD大量转变为XO；缺血 ATP ADP AMP 次黄嘌呤,（二）氧自由基生成增多的机制1.黄嘌呤氧化酶（XO）的形成增多正常： XO (10%) / XD(90%)存在部位：毛细血管内皮细胞反应过程：缺血再灌 细胞内钙增加 激活钙依赖性蛋白酶 XD大量转变为XO；缺血 ATP ADP AMP 次黄嘌呤,（二）氧自由基生成增多的机制1.黄嘌呤氧化酶（XO）的形成增多正常： XO (10%) / XD(90%)存在部位：毛细血管内皮细胞反应过程：缺血再灌 细胞内钙增加 激活钙依赖性蛋白酶 XD大量转变为XO；缺血 ATP ADP AMP 次黄嘌呤,（二）氧自由基生成增多的机制1.黄嘌呤氧化酶（XO）的形成增多正常： XO (10%) / XD(90%)存在部位：毛细血管内皮细胞反应过程：缺血再灌 细胞内钙增加 激活钙依赖性蛋白酶 XD大量转变为XO；缺血 ATP ADP AMP 次黄嘌呤,（二）氧自由基生成增多的机制1.黄嘌呤氧化酶（XO）的形成增多正常： XO (10%) / XD(90%)存在部位：毛细血管内皮细胞反应过程：缺血再灌 细胞内钙增加 激活钙依赖性蛋白酶 XD大量转变为XO；缺血 ATP ADP AMP 次黄嘌呤,（二）氧自由基生成增多的机制1.黄嘌呤氧化酶（XO）的形成增多正常： XO (10%) / XD(90%)存在部位：毛细血管内皮细胞反应过程：缺血再灌 细胞内钙增加 激活钙依赖性蛋白酶 XD大量转变为XO；缺血 ATP ADP AMP 次黄嘌呤,（二）氧自由基生成增多的机制1.黄嘌呤氧化酶（XO）的形成增多正常： XO (10%) / XD(90%)存在部位：毛细血管内皮细胞反应过程：缺血再灌 细胞内钙增加 激活钙依赖性蛋白酶 XD大量转变为XO缺血 ATP ADP AMP 次黄嘌呤,XO在氧自由基生成增多中的作用,2.中性粒细胞的大量聚集和激活：,缺血 细胞膜损伤 释放趋化因子和炎症介质 中性粒细胞聚集、激活 释放大量氧自由基（此时氧耗量显著增加 呼吸爆发）,中性粒细胞激活时7090的氧经细胞内的NADPH氧化酶和NADH氧化酶的作用形成氧自由基，用于杀灭病原微生物,3. 线粒体功能受损,缺氧 ATP减少 线粒体Ca 2+超载 线粒体功能受损 细胞色素氧化酶系统功能失调 经单电子还原生成的氧自由基增多 经4电子还原形成的水减少。 锰-超氧化物歧化酶含量减少：自由基清除减少,4. 儿茶酚胺增加和氧化,缺血时儿茶酚胺释放增加； 儿茶酚胺的氧化可以产生氧自由基；,（三）自由基的损伤作用,1.细胞膜脂质过氧化（lipid peroxidation):,（三）自由基的损伤作用,a.破坏膜的正常结构：细胞膜流动性下降，通透性增加； b.间接抑制膜蛋白功能：钠泵、钙泵、细胞信 号转导； c.激活磷脂酶C、D，促进自由基及其它生物活性物质（PG、LTs、TX）生成； d.减少ATP生成：线粒体膜脂质过氧化,1.膜脂质过氧化（lipid peroxidation): 膜磷脂双键被氧化,2. 抑制蛋白质的功能：细胞结构蛋白、细胞内酶的巯基及氨基酸侧链氧化 蛋白质交联、酶活性受抑,3. 破坏核酸及染色体,主要表现为：碱基羟化、 DNA断裂，（脱氧核糖转变为核糖 复制障碍）导致染色体畸变，细胞死亡。这种作用80%为OH 所致,二、钙超载 （calcium overload),氧反常、钙反常、pH反常均可见细胞内钙浓度 增加，形成钙超载。 细胞内钙浓度与细胞受损程度成正相关 钙超载（calcium overload）：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。 目前认为细胞内外钙平衡失调是造成细胞内钙超负 荷的关键，主要原因是钙内流增加，而不是外流减少。,细胞内钙代谢：,细胞内钙代谢,内外浓度差：1万倍,钙超载的发生机制,（一）Na+Ca 2+交换增加：(主要机制)1.细胞内高Na+对Na+-Ca 2+交换蛋白的直接激活：缺血细胞内ATP 钠泵失活 Na+再灌注后恢复能量供应 Na+-Ca 2+交换2.细胞内高H+对Na+-Ca 2+交换蛋白的间接激活：缺血缺氧 细胞内酸中毒 增加，再灌注时细胞内外形成pH梯度差，激活-Na+交换,3. 蛋白激酶C(PKC)活化 Na+Ca 2+交换1受体激活蛋白Gq 磷脂酶C PIP2 分解IP3 、DG IP3 Ca 2+释放DG PKC激活Na+交换 Na+Ca 2+交换受体激活： ATPcAMP L-钙通道开放,PKC活化 Na+Ca 2+交换,（二）生物膜损伤，钙通透性增强：,细胞膜损伤：外板和糖被分离 Ca 2+ Ca 2+激活磷脂酶，膜磷脂降解，膜通透性自由基损伤膜通透性线粒体、肌浆网损伤：线粒体损伤，ATP生成减少，线粒体及肌浆网膜上钙泵失活，钙的摄取下降； 钠泵功能障碍使细胞内Na+增多， Na+Ca 2+交换增强；,1、激活钙依赖性蛋白酶：XD XO, 促进FR的生成; 2、激活ATPase, ATP水解增加，细胞内酸中毒； 3、激活蛋白酶和磷脂酶-造成细胞损害； 4、激活核酶，引起染色体损伤； 5、损伤线粒体,ATP生成减少； 6、再灌注性心律失常：Na+/Ca2+交换，迟后除极; 7、肌原纤维过度收缩： 恢复能量供应、钙超载-肌原纤维过度收缩缺血再灌注使缺血期堆积的H+迅速移出、 减少H+对心肌的抑制作用,钙超载引起再灌注损伤的可能机制,钙超负荷激活多种酶-造成细胞损害,在大多数可见细胞中，心肌纤维的横纹丢失，细胞核模糊。注意在纤维上有许多无规律暗红的呈波浪状的收缩带经过。,收缩带坏死：,三 微血管的损伤和白细胞的作用,（一）再灌注时，血管内皮细胞损伤与白细胞激活的机制：1、血管内皮细胞损伤的机制：2、白细胞激活的机制：1）粘附分子大量释放、合成增加； 2）膜磷脂降解,释放趋化因子:如白三烯、PAF；3）白细胞本身释放具有趋化作用的炎症介质；,粘附分子（adhesion molecule）：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，如整合素、选择素、细胞间粘附分子、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。,