缺血缺血- -再灌注损伤再灌注损伤Ischemia-reperfusion injury 第一节第一节概述概述一、一、 概念概念 缺血的基础上恢复血流后，组织器官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缺血的损伤反而加重的现象称为缺血-再灌注损伤再灌注损伤ischemia reperfusion injury（IRI）。 IRIIRI研究概况：研究概况： 1955 1955年年 SewellSewell报道，结扎狗冠脉后，如突报道，结扎狗冠脉后，如突 然解除结扎恢复血流，部分动物立然解除结扎恢复血流，部分动物立 即发生室颤而死亡。即发生室颤而死亡。 19601960年年 JenningsJennings第一次提出了第一次提出了MIRMIR概念概念19681968年年 AmesAmes率先报道了脑率先报道了脑IRIIRI19721972年年 Flore Flore 肾肾IRIIRI19781978年年 Modry Modry 肺肺IRIIRI19811981年年 Greenberg Greenberg 肠肠IRIIRI氧氧反反常常：用用低低氧氧溶溶液液灌灌注注组组织织器器官官或或在在缺缺氧氧条条件件下下培培养养细细胞胞一一定定时时间间后后，再再恢恢复复正正常常氧氧供供应应，组组织织及及细细胞胞的的损损伤伤不不仅仅未未能能恢恢复复，反反而而更更趋趋严严重，这种现象称为氧反常重，这种现象称为氧反常oxygen paradox。钙钙反反常常：预预先先用用无无钙钙溶溶液液灌灌流流大大鼠鼠离离体体心心脏脏2分分钟钟，再再用用含含钙钙溶溶液液进进行行灌灌流流，心心肌肌细细胞胞酶酶释释放放增增加加，肌肌纤纤维维过过度度收收缩缩及及心心肌肌电电信信号号异异常常，称称为钙反常为钙反常calcium paradox。pH反反常常：缺缺血血引引起起的的代代谢谢性性酸酸中中毒毒是是细细胞胞功功能能及及代代谢谢紊紊乱乱的的重重要要原原因因，但但在在再再灌灌注注时时迅迅速速纠纠正正缺缺血血组组织织的的酸酸中中毒毒，反反而而会会加加重重缺缺血血/再再灌灌注注损损伤，称为伤，称为pH反常反常pH paradox。二二 缺血缺血- -再灌注损伤的原因和条件再灌注损伤的原因和条件（一）原因（一）原因 在组织器官缺血基础上的血液再灌在组织器官缺血基础上的血液再灌注。注。1、 组织器官缺血后恢复血液供应：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，如休克，冠状动脉痉孪的缓解，2、血管再通术后：冠脉搭桥术，、血管再通术后：冠脉搭桥术，PTCA，溶栓疗法等，溶栓疗法等,3、其他：断肢再植，器官移植、其他：断肢再植，器官移植. （二）影响因素（二）影响因素 1 缺血时间缺血时间 2 侧枝循环侧枝循环 3 需氧程度需氧程度 4 再灌注条件再灌注条件第二节第二节 发生机制发生机制一、自由基的作用一、自由基的作用（一）概念与分类（一）概念与分类 自由基（自由基（free radical） 外层轨道上具有单个不配对电子的原子、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。原子团和分子的总称。分类分类（1） 氧自由基氧自由基( oxygen free radical OFR) 概念：由氧诱发的自由基。概念：由氧诱发的自由基。 种类：种类：超氧阴离子（超氧阴离子（O-2）羟自由基（）羟自由基（OH） 生成：生成：OO- -2 2形成：形成：自然氧化自然氧化 如如CytC、Hb、Mb、CA等在自然等在自然 氧化过程中可生成氧化过程中可生成O-2 HbFe2+ HbFe3+ O-2酶氧化酶氧化 XO、NADPH氧化酶、醛氧化酶氧化酶、醛氧化酶线粒体线粒体 O-2生成的主要场所之一生成的主要场所之一 正常正常:O2+4e+4H+H2O+ATP 病理病理:O2+e O-2 +e +2H+H202+e+H+ OH +e+H+H20毒物作用毒物作用 CCL4、白草枯（除草剂）、白草枯（除草剂）OO- -2 2的生成是其他自由基或活性氧生成的基础的生成是其他自由基或活性氧生成的基础H20OHOH的生成的生成 O-2+ O-2+2H+ H2O2+O2单纯性单纯性Haber-Weiss反应：反应： 反应很慢，很难产生反应很慢，很难产生 O-2+H2O2 OH + OH+O2Fenton型型Haber-Weiss反应：反应： O-2 H2O2 OH + OH- OHOH是活性氧中毒性最强的一种是活性氧中毒性最强的一种SODSODSODFe2+ Fe3+活性氧（活性氧（reactive oxygen species,ROS）：）： 氧化还原过程中产生的具有高活性的一系列中氧化还原过程中产生的具有高活性的一系列中间产物。（间产物。（ OFR 、 1O2和和H2O2）单线态氧单线态氧1O2：是一种激发态氧（在光敏剂存：是一种激发态氧（在光敏剂存在下作用于在下作用于O2激发而产生），反应活性较强，激发而产生），反应活性较强，参与许多化学反应，可由参与许多化学反应，可由O-2 自发歧化产生，自发歧化产生，也可在髓过氧化物酶（也可在髓过氧化物酶（MPO）作用下，由）作用下，由H2O2氧化卤化物产生。可分为两种：氧化卤化物产生。可分为两种：1 gO2和和1gO2 O2 1gO2 O-2 1 gO2 几种氧气的最高占有分子轨道几种氧气的最高占有分子轨道*2p2p（2） 脂性自由基脂性自由基概念：概念：OFR与不饱和脂肪酸作用后生成的中间与不饱和脂肪酸作用后生成的中间 产物。产物。种类：烷自由基（种类：烷自由基（L）烷氧基（）烷氧基（LO）烷过氧基）烷过氧基 （LOO）（3）其它：一氧化氮（）其它：一氧化氮（NO）、）、 CL、CH3生理情况下，自由基的生成与清除处于动态平衡生理情况下，自由基的生成与清除处于动态平衡如果如果ROSROS生成过多或机体抗氧化能力不足，生成过多或机体抗氧化能力不足，均可造成组织细胞损伤。均可造成组织细胞损伤。（二）缺血（二）缺血 再灌注时再灌注时OFROFR增多的机制增多的机制 1 黄嘌呤氧化酶形成黄嘌呤氧化酶形成 2 中性粒细胞呼吸爆发中性粒细胞呼吸爆发 3 线粒体的损伤线粒体的损伤 4 儿茶酚胺的自身氧化儿茶酚胺的自身氧化11黄嘌呤氧化酶（黄嘌呤氧化酶（XOXO）的形成增多）的形成增多XO的作用：的作用：次黄嘌呤次黄嘌呤+O2 XO 黄嘌呤黄嘌呤+ O-2 +H2O2XO尿酸尿酸+ O-2 +H2O2氧自由基的生成需要三个条件：氧自由基的生成需要三个条件： XO 次黄嘌呤次黄嘌呤 O2OH正常时：正常时：VEC内内 黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶(xanthine oxidase,XO) 10% 黄嘌呤脱氢酶黄嘌呤脱氢酶(xanthine dehydrogenase, XD)90% 缺血时：缺血时：ATPCa2+入胞入胞 ATPADPAMP腺苷、肌苷腺苷、肌苷次黄嘌呤次黄嘌呤再灌注时：带来再灌注时：带来O2 次黄嘌呤次黄嘌呤+O2 黄嘌呤黄嘌呤+ O-2 +H2O2 XO 尿酸尿酸+O-2+H2O2XDXOXOO22 2中性粒细胞的作用中性粒细胞的作用缺血时缺血时: 补体激活或补体激活或 细胞释放炎症介质如细胞释放炎症介质如LTB4 白细胞在缺血区浸润。白细胞在缺血区浸润。再灌时：浸润的白细胞耗氧量显著再灌时：浸润的白细胞耗氧量显著： NADPH +2O2 2O-2 +NADP+H+ NADH+O2+2H+ H2O2+NAD+NADPHNADPH氧化酶氧化酶NADHNADH氧化酶氧化酶33线粒体功能障碍线粒体功能障碍l缺血后缺血后ATP 的产生的产生Ca2+进入线粒体进入线粒体细胞色素氧化细胞色素氧化酶的功能失调酶的功能失调 O2+4eH2O+ATPO2+e O-2 +e H202+e OH +eH20 +O2+e O-2 lCa2+进入线粒体使进入线粒体使Mn-SOD减少减少 清除清除OFR的能力的能力44儿茶酚胺的增加儿茶酚胺的增加 肾上腺素肾上腺素 肾上腺素红肾上腺素红+ O-2 单胺氧化酶单胺氧化酶（三）（三）OFROFR的损伤作用的损伤作用1 1、生物膜脂质过氧化（、生物膜脂质过氧化（lipid peroxidation)lipid peroxidation)增强增强（1）破坏膜的正常结构及功能）破坏膜的正常结构及功能 液态性、流动性液态性、流动性 、通透性、通透性（2）间接抑制膜蛋白功能）间接抑制膜蛋白功能 离子泵功能障碍离子泵功能障碍细胞信号转导功能障碍细胞信号转导功能障碍（3）促进）促进OFR及其它生物活性物生成及其它生物活性物生成 激活磷脂酶激活磷脂酶C、D（4）减少减少ATP生成生成2 2、蛋白质功能抑制、蛋白质功能抑制（1）自自由由基基使使蛋蛋白白质质和和酶酶分分子子聚聚合合、交交联联、肽肽链链断断裂裂 蛋蛋白白质质变变性性、酶酶的的活活性性丧丧失失 受受体体、离子通道功能障碍离子通道功能障碍（2）自由基可使酶的巯基氧化，自由基可使酶的巯基氧化，AA残基氧化残基氧化3 3、破坏核酸及染色体、破坏核酸及染色体 自自由由基基可可使使碱碱基基羟羟化化或或DNA断断裂裂，从从而而引引起起染染色色体体畸畸变变或或细细胞胞死死亡亡，这这种种作作用用80%为为OH. 所所致致，因因OH.易与脱氧核酸及碱基反应并使其结构改变。易与脱氧核酸及碱基反应并使其结构改变。 4.4.破坏细胞间基质破坏细胞间基质自由基可使透明质酸降解、胶原蛋白发生交联自由基可使透明质酸降解、胶原蛋白发生交联 细胞间基质变得疏松细胞间基质变得疏松 二、二、 钙超载（钙超载（calciumoverloadcalciumoverload） 各种原因引起细胞内钙含量异常增多并导致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。细胞结构损伤和功能代谢障碍的现象。 正常正常:细胞外细胞外Ca2+ 10-3mol/L 细胞内细胞内Ca2+ 10-7mol/L细胞外细胞外Ca2+ 是细胞内是细胞内Ca2+ 10000倍倍 依赖依赖ATP的钙泵的钙泵 钠钾泵钠钾泵 Na+-Ca2+交换系统交换系统 肌浆网（肌浆网（SR） 钙结合蛋白（钙结合蛋白（CaBP) 线粒体摄取线粒体摄取细胞膜细胞膜细胞内细胞内维维持持因因素素MitoSRCa2+Ca2+ATPPi+ADPCa2+Ca2+B细胞内钙代谢示意图细胞内钙代谢示意图电压依赖性钙通道结合于质膜糖被的钙膜磷脂的极性头部钙泵Na+-Ca2+交换体钙超载发生的机制钙超载发生的机制1 Na+-Ca2+交换异常（交换异常（钙超载时进入细胞的钙超载时进入细胞的主要途径）主要途径）正常：正常：3个个Na+ 1个个Ca2+ 可进行双相转运可进行双相转运影响因素：影响因素：（1）跨膜钠浓度梯度跨膜钠浓度梯度（2）细胞内的氢浓度）细胞内的氢浓度此外还有此外还有Ca2+ , ATP Mg2+Ca2+3Na+K+Na+机制机制: :（1）细胞内高）细胞内高Na+直接激活直接激活Na+-Ca2+交换蛋白交换蛋白 缺血缺血 ATPNa+泵泵细胞内细胞内Na+ 激活激活Na+-Ca2+交换蛋白交换蛋白Ca2+进入细胞进入细胞K+Na+3Na+Ca2+ATPNa+Ca2+(2)细胞内高细胞内高H+间接激活间接激活Na+-Ca2+交换蛋白交换蛋白质膜质膜Na+/H+交换蛋白主要受细胞内交换蛋白主要受细胞内H+的变化调节的变化调节Na+o H+oNa+i H+i缺血时：无氧代谢缺血时：无氧代谢产生产生H+增多增多再灌时：组织间液再灌时：组织间液H+迅速减少迅速减少细胞内外较高的细胞内外较高的 H+浓度差浓度差激活激活Na+/H+交换蛋白交换蛋白细胞内细胞内 Na+ 激活钠泵激活钠泵 激活激活Na+-Ca2+交换蛋白交换蛋白 Na+H+3Na+Ca2+Na+K+H+Na+再灌时再灌时H+H+Na+Ca2+缺血时缺血时H+（3）PKC间接激活间接激活Na+-Ca2+交换蛋白交换蛋白 如如1肾上腺素能受体激活肾上腺素能受体激活G蛋白蛋白-PLC H + /Na +交换激活交换激活2. 生物膜损伤生物膜损伤（1）细胞膜损伤）细胞膜损伤 钙内流钙内流 膜屏障作用膜屏障作用 Ca2+激活磷脂酶，使膜磷脂分解激活磷脂酶，使膜磷脂分解 FR使细胞膜脂质过氧化使细胞膜脂质过氧化（2）线粒体受损）线粒体受损 ATP（3）肌浆网膜受损肌浆网膜受损 摄取钙摄取钙通透性增加通透性增加钙超载引起组织细胞损伤的机制钙超载引起组织细胞损伤的机制1. 线粒体功能障碍线粒体功能障碍 胞浆胞浆Ca2+ 线粒体摄钙线粒体摄钙 早期：代偿早期：代偿 晚期：晚期：磷酸钙形成磷酸钙形成 ATP消耗消耗、生成、生成2.激活膜磷脂酶激活膜磷脂酶 分解膜磷脂分解膜磷脂 细胞膜和细胞器膜的损伤细胞膜和细胞器膜的损伤3.再灌注性心律失常再灌注性心律失常 一过性内向离子流一过性内向离子流3Na+Ca2+迟后除极迟后除极4.促进氧自由基生成促进氧自由基生成 激活激活XO5.使肌原纤维过度收缩使肌原纤维过度收缩 (1)胞浆内高胞浆内高Ca2+ (2)再灌注期消除了再灌注期消除了H+对心肌收缩的抑制作用对心肌收缩的抑制作用三、三、 微血管损伤和白细胞的作用微血管损伤和白细胞的作用（一）缺血（一）缺血- -再灌注时再灌注时VECVEC与白细胞激活与白细胞激活 VEC激活表现为激活表现为: 释放多种细胞粘附分子释放多种细胞粘附分子 粘附分子粘附分子（adhesion molecule） 是指由细胞合成的、可促进细胞与是指由细胞合成的、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、细胞间粘类分子的总称，如整合素、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。转导中起重要作用。白细胞组织浸润的机制白细胞组织浸润的机制趋化（趋化（PAF、LTs）粘附粘附初始粘附初始粘附牢固粘附牢固粘附定位定位释放释放组织组织持续的缺血缺氧持续的缺血缺氧CAMs CAMs 上调上调（二）（二）VECVEC与中性粒细胞介导的缺血与中性粒细胞介导的缺血- -再灌注损再灌注损伤伤1.微血管损伤微血管损伤 表现：无复流现象（表现：无复流现象（no-reflow phenomenon）：在再）：在再 灌注时放开结扎动脉，重新恢复血流，部分缺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。血区并不能得到充分的血液灌流的现象。 机制：机制： （1）微血管血液流变学改变：白细胞粘附）微血管血液流变学改变：白细胞粘附 （2）微血管口径改变：内皮肿胀；缩血管物质的释放）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）微血管通透性增高2.组织细胞损伤组织细胞损伤 激活的激活的VEC和和N可释放大量生物活性物质可释放大量生物活性物质 如如FRFR、蛋白酶、细胞因子、蛋白酶、细胞因子第三节第三节 机体的功能及代谢变化机体的功能及代谢变化一、一、 心肌缺血心肌缺血-再灌注损伤的变化再灌注损伤的变化（一）心功能变化（一）心功能变化1.再灌注性心律失常再灌注性心律失常 特点：特点： 室性心律失常为主室性心律失常为主电生理改变：电生理改变：EP 兴奋性、传导性兴奋性、传导性ECG改变：缺血心肌对应部位改变：缺血心肌对应部位ST段抬高，段抬高，R波振幅波振幅 再灌使再灌使R波振幅迅速波振幅迅速，ST段高度恢复原段高度恢复原 水平，水平，Q波出现波出现 心律失常心律失常影响因素：影响因素：u 缺血时间缺血时间u 缺血心肌的数量缺血心肌的数量u 缺血的程度缺血的程度u 再灌注血流速度及电解质紊乱情况再灌注血流速度及电解质紊乱情况发生机制：发生机制：p 缺血心肌与正常心肌之间传导性和不应期差缺血心肌与正常心肌之间传导性和不应期差 异，易形成兴奋折返异，易形成兴奋折返p -R对对CA反应性反应性、自律性、自律性、室颤阈、室颤阈p KATP激活，心肌电解质紊乱激活，心肌电解质紊乱2. 心肌舒缩功能心肌舒缩功能：CO，LVEDP dp/dtmax 心肌顿抑心肌顿抑myocardial stunning ，又称迟呆心肌，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指心肌短时间缺血后恢复再灌一段时间内心肌出现的现的可逆性可逆性收缩功能降低的现象。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机制自由基的作用和钙超载是心肌顿抑的主要机制MIRMIR除心功能低下外，还可发生微血管迟呆除心功能低下外，还可发生微血管迟呆（microvascular stnning)microvascular stnning)（二）（二） 心肌代谢变化：心肌代谢变化： ATP及及CP减少减少,核苷酸类物质下降核苷酸类物质下降. （三）心肌超微结构变化（三）心肌超微结构变化 肌肌纤纤维维孪孪缩缩,严严重重时时有有收收缩缩带带形形成成,肌肌丝丝断断裂裂,溶溶解解;线粒体损伤线粒体损伤(空泡形成空泡形成,嵴肿胀嵴肿胀,断裂断裂,溶解等溶解等.)二、二、 脑缺血脑缺血-再灌注损伤的变化再灌注损伤的变化 （一）能量代谢障碍（一）能量代谢障碍1.ATP CP G 糖原糖原乳酸乳酸2. cAMP cGMP磷脂酶激活磷脂酶激活游离脂肪酸增加游离脂肪酸增加. 氨基酸代谢有明显变化：兴奋性氨基酸代谢有明显变化：兴奋性 抑制性抑制性 （二）脑结构变化（二）脑结构变化 脑水肿脑水肿,脑细胞坏死脑细胞坏死.脂质过氧化脂质过氧化第四节第四节 防治原则防治原则1 尽早恢复血流、控制再灌注条件尽早恢复血流、控制再灌注条件 低压、低流、低温、低低压、低流、低温、低PH、低钠、低钠、 低钙低钙2 改善缺血组织的代谢改善缺血组织的代谢 补充糖酵解底物：葡萄糖、补充糖酵解底物：葡萄糖、ATP 氢醌、氢醌、CytC3 清除自由基清除自由基（1）低分子清除剂）低分子清除剂:VitE VitA VitC 半胱氨酸半胱氨酸GSH和和 NADPH等。等。（2）酶性清除剂：）酶性清除剂：SOD CAT。CAT能清除能清除H2O2， SOD能岐化能岐化O-2 。 4 减轻钙超载减轻钙超载 Ca2+离子阻断剂离子阻断剂 5 其他其他 内外源性细胞保护剂内外源性细胞保护剂 IPC、药物预处理等、药物预处理等复习思考题复习思考题名词解释：名词解释：缺血缺血-再灌注损伤、钙反常再灌注损伤、钙反常 、Oxygen paradoxpH反常反常 、Free radical、活性氧、粘附分子、活性氧、粘附分子心肌顿抑、钙超载、心肌顿抑、钙超载、no-reflow phenomenon再灌注性心律失常再灌注性心律失常 1.缺血再灌注时氧自由基生成增多的机制是什么？缺血再灌注时氧自由基生成增多的机制是什么？2.简述自由基的损伤作用。简述自由基的损伤作用。 3.论述缺血论述缺血-再灌注损伤细胞内再灌注损伤细胞内Ca2+超载的机制？超载的机制？4.灌注损伤时氧自由基的增多与钙超载的关系如何？灌注损伤时氧自由基的增多与钙超载的关系如何？