缺血再灌注損傷課件

08缺血再灌注損傷08缺血再灌注損傷1缺血-再灌注損傷

(Ischemia-reperfusioninjury)DepartmentofPathology,ShanghaiUniversityofTCM缺血-再灌注損傷DepartmentofPatholo2缺血再灌注損傷課件3缺血再灌注損傷課件4定義

(Definition)缺血再灌注損傷(ischemia-reperfusioninjury)：在缺血的基礎(chǔ)上恢復(fù)血流后，組織器官的損傷反而加重的現(xiàn)象。缺血再灌注損傷具有器官普遍性。缺血再灌注損傷缺血再灌注

定義(Definition)缺血再灌注損傷(ische5原因(Cause):

組織器官缺血基礎(chǔ)上的血液再灌注。全身循環(huán)障礙后恢復(fù)血供：如休克微血管痙攣解除后、心臟驟停后心腦肺復(fù)蘇等。組織器官缺血后血液恢復(fù)：斷肢再植，器官移植。血管再通后：冠脈搭橋術(shù)，PTCA，溶栓療法等。第一節(jié):缺血再灌注損傷的原因及條件原因(Cause):組織器官缺血基礎(chǔ)上的血液再灌注。第一6

再灌注時損傷是必然結(jié)果嗎?

影響條件

(Conditions)缺血時間側(cè)支循環(huán)需氧程度再灌注條件缺血時間對大鼠再灌注心律失常的影響

再灌注時損傷是必然結(jié)果嗎?

影響條件(Condition7自由基的作用鈣超載

微血管損傷和白細胞的作用第二節(jié):缺血再灌注損傷的發(fā)生機制自由基的作用第二節(jié):缺血再灌注損傷的發(fā)生機制8自由基：外層軌道上具有單個不配對電子的原子、原子團和分子的總稱。類型：1.氧自由基：O2－·

OH·2.脂性自由基：LO·LOO·3.其它：Cl·CH3·NO(ONOO-)作用：生理情況下，自由基主要參與體內(nèi)的電子轉(zhuǎn)移，殺菌和物質(zhì)代謝。自由基(freeradical)自由基：外層軌道上具有單個不配對電子的原子、原子團和分子的總9自由基的產(chǎn)生(source)⑴

線粒體：自由基生成的主要場所之一。⑵自然氧化：Hb、Mb、CA等自然氧化過程中生成。⑶

酶催化：體內(nèi)存在的黃嘌呤氧化酶、醛氧化酶等。⑷毒物作用：CCl4、百草枯（除草劑）等。O2O2·－OH·H2O2H2Oe-e-+2H+e-+H+e-+H+H2OATP自由基的產(chǎn)生(source)⑴線粒體：自由基生成的主要10氮自由基一氧化氮（nitricocide,NO）cNOS

O2NOS：iNOS

eNOS

L-精氨酸L-胍氨酸+NO

NADPHNADP+

過氧亞硝基陰離子（peroxynitrite,ONOO-)氮自由基一氧化氮（nitricocide,NO）11體內(nèi)羥自由基的主要生成途徑Haber-weise反應(yīng)及Fenton型Haber-weise反應(yīng)O2·+H2O2O2+OH·+OH-Haber-weise反應(yīng)

O2·+H2O2

Fe2+O2+OH·+OH-Fenton型Haber-weise反應(yīng)射線作用H2OX或γ射線

H2O+（帶正電水）

H2O*（激發(fā)態(tài)水）H2OX或γ射線

OH-+H+

H2O均裂

OH·+H·體內(nèi)羥自由基的主要生成途徑Haber-weise反應(yīng)及Fe12VitC、谷胱甘肽、輔酶QVitE、胡蘿卜素自由基的清除

(elimination)1)低分子清除劑

VitE、胡蘿卜素自由基的清除(elimination)132)酶性清除劑自由基的清除

(elimination)過氧化氫酶(CAT)過氧化物酶超氧化物歧化酶MnSODCuZnSOD2)酶性清除劑自由基的清除(elimination)過氧14生理情況下，自由基的生成與清除處于動態(tài)平衡。Freeradicalantioxidant自由基的平衡

(equilibrium)生理情況下，自由基的生成與清除處于動態(tài)平衡。Freerad15病理情況下，如果自由基生成過多或機體抗氧化能力不足，可引發(fā)氧化應(yīng)激(oxidativestress)，導(dǎo)致細胞損傷。自由基的平衡

(equilibrium)Freeradicalantioxidant病理情況下，如果自由基生成過多或機體抗氧化能力不足，可引發(fā)氧16黃嘌呤氧化酶形成增多中性粒細胞激活線粒體內(nèi)氧單電子還原增多兒茶酚胺氧化增加

缺血再灌注時氧自由基增多的機制

黃嘌呤氧化酶形成增多

缺血再灌注時氧自由基增多的機制

17黃嘌呤脫氫酶(XD)90%黃嘌呤氧化酶(XO)10%

XD——xanthinedehydrogenase

XO——xanthineoxidase(1)

黃嘌呤氧化酶途徑（血管內(nèi)皮源性）Ca2+依賴性蛋白酶(1)黃嘌呤氧化酶途徑（血管內(nèi)皮源性）Ca2+依賴性蛋白酶18缺血缺氧

ATP分解、耗竭次黃嘌呤大量堆積

(+)鈣依賴性蛋白酶離子轉(zhuǎn)運功能障礙XD

XOADP、AMP含量升高

胞漿Ca2+↑黃嘌呤

+O·-2

+H2O2尿酸

+O·-2

+H2O2再灌注時恢復(fù)供氧

O2O2缺血缺氧ATP分解、耗竭次黃嘌呤大量堆積(+)鈣依賴性19黃嘌呤氧化酶形成增多

中性粒細胞激活：缺血激活補體，使細胞膜分解產(chǎn)生多種趨化物質(zhì)，如補體片段、白三烯等，吸引并激活中性粒細胞。再灌注時，組織重新獲得氧供應(yīng)，激活的中性粒細胞耗氧量增加，產(chǎn)生大量氧自由基，稱為呼吸爆發(fā)（respiratoryburst）或氧爆發(fā)(oxygenburst)，造成細胞損傷。

缺血再灌注時氧自由基增多的機制

黃嘌呤氧化酶形成增多

缺血再灌注時氧自由基增多的機制

20黃嘌呤氧化酶形成增多

中性粒細胞激活線粒體內(nèi)氧單電子還原增多：缺血缺氧時，線粒體氧化磷酸化功能受損，氧單電子還原增多；同時，Ca2+超載可損傷線粒體功能，抑制細胞色素氧化酶系統(tǒng)，也會使活性氧的產(chǎn)生增多。兒茶酚胺氧化增加：單胺氧化酶

缺血再灌注時氧自由基增多的機制

黃嘌呤氧化酶形成增多

缺血再灌注時氧自由基增多的機制

21

氧自由基的損傷作用

⑴

膜脂質(zhì)過氧化增強

①破壞膜的正常結(jié)構(gòu)，使膜的液態(tài)性、流動性降低，通透性增加；②脂自由基導(dǎo)致離子通道功能障礙、細胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)功能障礙；③促進自由基及其它生物活性物質(zhì)生成；④導(dǎo)致線粒體功能抑制，ATP生成減少。

氧自由基的損傷作用

⑴膜脂質(zhì)過氧化增強

①破壞膜22⑵抑制蛋白質(zhì)功能

氧自由基的損傷作用

脂質(zhì)-脂質(zhì)交聯(lián)HO蛋白質(zhì)斷裂蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)交聯(lián)-S-S-CH3-S-O二硫交聯(lián)氨基酸氧化OH脂肪酸氧化脂質(zhì)-蛋白質(zhì)交聯(lián)HO氧化的脂肪酸釋出的丙二醛OH⑵抑制蛋白質(zhì)功能

氧自由基的損傷作用

脂質(zhì)-脂質(zhì)交聯(lián)HO蛋23⑶破壞核酸及染色體 自由基可使堿基羥化或DNA斷裂，從而引起染色體畸變或細胞死亡。這種作用80%為OH.所致，因為OH.易與脫氧核酸及堿基反應(yīng)并使其結(jié)構(gòu)改變。

氧自由基的損傷作用

⑶破壞核酸及染色體

氧自由基的損傷作用

24鈣超載

(calciumoverload)：

缺血組織恢復(fù)血流后，細胞內(nèi)鈣含量顯著增高并導(dǎo)致細胞損傷的現(xiàn)象。靜息狀態(tài)下，細胞外[Ca2+]是細胞內(nèi)[Ca2+]的104倍。細胞內(nèi)Ca2+主要儲存在線粒體和肌漿網(wǎng)。二、鈣超載[Ca2+]o10-3M[Ca2+]i10-7M鈣超載(calciumoverload)：缺血組織恢復(fù)25細胞鈣穩(wěn)態(tài)的維持電壓依賴性鈣通道(VDCC)受體操縱性鈣通道(ROCC)鈣庫操縱性鈣通道(SOCC)1Ca2+3Na+Na+-Ca2+

exchangerCa2+MtCa2+ER/SRCa2+Ca2+PumpVDCCROCCSOCCCa2+intracellularCa2+

PumpCa2+ATPADP+PiRyano受體IP3受體細胞鈣穩(wěn)態(tài)的維持電壓依賴性鈣通道(VDCC)1Ca2+3N26⑴Na+/Ca2+交換異常細胞內(nèi)高Na+對Na+/Ca2+交換蛋白的直接激活細胞內(nèi)高H+對Na+/Ca2+交換蛋白間接激活蛋白激酶C(PKC)活化對Na+/Ca2+交換蛋白的間接激活⑵生物膜損傷

缺血再灌注時鈣超載的機制⑴Na+/Ca2+交換異常缺血再灌注時鈣超載的機制271Ca2+1Na+3Na+Na+-Ca2+

exchanger1H+H+↑Na+↑Na+-H+exchanger2K+Na+pump3Na+1.Na+-Ca2+

交換異常Ca2+overload1Ca2+1Na+3Na+Na+-Ca2+exchange28⑴Na+/Ca2+交換異常細胞內(nèi)高Na+對Na+/Ca2+交換蛋白的直接激活細胞內(nèi)高H+對Na+/Ca2+交換蛋白間接激活蛋白激酶C(PKC)活化對Na+/Ca2+交換蛋白的間接激活缺血－再灌注時，內(nèi)源性兒茶酚胺釋放增加，通過α1腎上腺素受體激活G蛋白－磷脂酶C(PLC)介導(dǎo)的細胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路。PLC分解磷脂酰肌醇，生成IP3和DG，IP3促進鈣釋放，DG激活PKC促進Na＋／H＋交換，進而增加Na＋／Ca2＋交換。（一）缺血再灌注時鈣超載的機制⑴Na+/Ca2+交換異常（一）缺血再灌注時鈣超載的機制29(2)生物膜損傷細胞膜損傷，對Ca2+

的通透性增加。肌漿網(wǎng)膜損傷，對Ca2+的回攝減少。線粒體膜受損，產(chǎn)能降低，細胞膜和肌漿網(wǎng)膜能量供應(yīng)不足。（一）缺血再灌注時鈣超載的機制(2)生物膜損傷（一）缺血再灌注時鈣超載的機制30線粒體功能障礙→ATP生成↓

再灌注后，細胞內(nèi)鈣增加，刺激線粒體鈣泵攝鈣，鈣與線粒體內(nèi)含磷酸根的化合物結(jié)合，形成沉淀，干擾線粒體的氧化磷酸化。

激活膜磷脂酶→生物膜損害

鈣濃度升高可激活多種磷脂酶，促進膜磷脂分解，造成生物膜的損傷。（二）鈣超載引起再灌注損傷的機制線粒體功能障礙→ATP生成↓（二）鈣超載引起再灌注損傷的機制31引起心律失常

由于Na＋／Ca2＋交換增加，形成一過性內(nèi)向性離子流，在心肌動作電位后形成遲后除極。促進氧自由基生成

通過增強鈣依賴性蛋白激酶活性，加速黃嘌呤脫氫酶轉(zhuǎn)化為黃嘌呤氧化酶。

使肌原纖維攣縮，斷裂，細胞破壞 缺血－再灌注后，細胞重新獲得能量，在胞漿中高濃度鈣的條件下，肌原纖維過度收縮。（二）鈣超載引起再灌注損傷的機制引起心律失常（二）鈣超載引起再灌注損傷的機制32結(jié)扎犬冠狀動脈造成心肌局部缺血一段時間后，再開放結(jié)扎動脈恢復(fù)血流，部分缺血區(qū)并不能得到充分的血液灌流，這種現(xiàn)象被稱為無復(fù)流現(xiàn)象（no-reflowphenomenon），見于心肌、腦、腎和骨骼肌等，與缺血再灌注時中性粒細胞的激活及其致炎因子的釋放造成微血管損傷有關(guān)。三、白細胞的作用結(jié)扎犬冠狀動脈造成心肌局部缺血一段時間后，再開三、白細胞的作33缺血-再灌注后數(shù)分鐘內(nèi)，血管內(nèi)皮細胞和白細胞表達大量黏附分子，如P-選擇素表達增加，使白細胞沿內(nèi)皮細胞表面緩慢滾動，形成不穩(wěn)定黏附；再灌注4h后，整合素表達增加，白細胞和內(nèi)皮細胞出現(xiàn)牢固黏附；同時，再灌注損傷時，內(nèi)皮細胞和白細胞釋放具有趨化作用的炎癥介質(zhì)，吸引大量白細胞穿過血管壁游走到細胞間隙，導(dǎo)致白細胞黏附聚集。三、白細胞的作用缺血-再灌注后數(shù)分鐘內(nèi)，血管內(nèi)皮細胞和白細胞表達大量黏附分子342）血管內(nèi)皮細胞與噬中粒細胞介導(dǎo)的再灌注損傷（微血管損傷）：血液流變學(xué)改變、微血管口徑改變、微血管通透性改變。大量致炎物質(zhì)使細胞損傷。三、白細胞的作用2）血管內(nèi)皮細胞與噬中粒細胞介導(dǎo)的再灌注損傷（微血管損傷）：35一、心臟缺血－再灌注損傷的變化（一）心功能變化再灌注性心律失常心肌舒縮功能降低

（二）心肌代謝變化（三）心肌超微結(jié)構(gòu)變化第三節(jié):IRI時機體的功能及代謝變化一、心臟缺血－再灌注損傷的變化第三節(jié):IRI時機體的功能及代36IRI時心臟功能的變化1.缺血－再灌注性心律失常心肌再灌注過程中出現(xiàn)的心律失常稱為再灌注性心律失常，室性心律失常最為常見。動物試驗中，再灌注性心律失常發(fā)生率可達50～70％。再灌注性心律失常的發(fā)生與心肌缺血的時間長短有關(guān)。IRI時心臟功能的變化1.缺血－再灌注性心律失常372.心肌舒縮功能降低心室舒張末期壓力（VEDP）增大心室收縮峰壓（VPSP）降低心室內(nèi)壓最大變化速度（±dp/dtmax）降低。

IRI時心臟功能的變化2.心肌舒縮功能降低IRI時心臟功能的變化38（一）腦再灌注損傷時細胞代謝的變化：腦缺血后短時間內(nèi)ATP↓、CP↓、葡萄糖↓、糖原↓,乳酸↑，F(xiàn)FA↑興奮性氨基酸：Glu↓、Asp↓抑制性氨基酸：GABA↑、Gly↑（二）腦結(jié)構(gòu)變化：

最明顯的變化是腦水腫和腦細胞壞死，腦水腫的產(chǎn)生是膜脂質(zhì)過氧化的結(jié)果。

二、腦IRI時的變化

（一）腦再灌注損傷時細胞代謝的變化：

二、腦IRI時的變化39一、減輕缺血性損傷，控制再灌注條件

針對缺血原因，盡早恢復(fù)血流； 采用低壓、低流、低溫、低PH、低鈉、低鈣的原則。二、改善缺血組織的代謝1.補充糖酵解底物（磷酸己糖）；2.補充外源性ATP可使細胞膜蛋白磷酸化；3.針對線粒體損傷所致的氧化磷酸化受阻，應(yīng)用氫醌、細胞色素C等進行治療。第四節(jié):防治IRI的病理生理基礎(chǔ)一、減輕缺血性損傷，控制再灌注條件第四節(jié):防治IRI的病理生40三、清除自由基低分子清除劑：VitE、VitA；VitC、GSH酶性清除劑：CAT、GSH-px、SOD四、減輕鈣超載五、各種預(yù)處理第四節(jié):防治IRI的病理生理基礎(chǔ)三、清除自由基第四節(jié):防治IRI的病理生理基礎(chǔ)41stablechemicalfreeradicalantioxidantactivationoxidation(disease)stablechemicalsscavengingstablechemicalfreeradicalant42ConsequencesofDNAdamageLONG-TERMCONSEQUENCESAgeingCancerotherDiseaseDNAREPAIRMECHANISMSSHORT-TERMCONSEQUENCESABNORMALGROWTH&METABOLISMPHYSIOLOGICALDYSFUNCTIONCELLDEATHDecreasedcellularproliferationDefectivesignallingpathwaysImpairedprotein/geneexpressionGenomicinstabilityDNADAMAGEConsequencesofDNAdamageLONG43自由基與放射損傷高能射線的直接損傷作用高能射線的間接損傷作用放射損傷的繼發(fā)效應(yīng)自由基與放射損傷高能射線的直接損傷作用44自由基與動脈粥樣硬化氧化修飾的低密度脂蛋白(oxidativeLDL,oxLDL)和氧化應(yīng)激對血管內(nèi)皮細胞損傷造成大、中動脈內(nèi)膜的慢性炎癥性病變。oxLDL主要通過以下幾條途徑促進動脈粥樣硬化的發(fā)生發(fā)展吸引吞噬細胞向內(nèi)膜中聚集引起內(nèi)膜炎癥刺激內(nèi)皮表達粘附蛋白，分泌生長因子，促進炎細胞浸潤和平滑肌細胞增生可抑制磷脂-膽固醇酰基轉(zhuǎn)移酶，從而明顯損傷膽固醇的逆向轉(zhuǎn)運自由基與動脈粥樣硬化氧化修飾的低密度脂蛋白(oxidativ45lipidhydroxides,hydroperoxides,aldehydes,epoxides,ketones,ceroid,isoprostanesNecroticcoreFibrouscapLipidperoxidationproductsinanatheroscleroticlesionarebothenzymaticallyandnon-enzymaticallyproduced.Foamcell15-LOXlipidhydroxides,hydroperoxid46缺血預(yù)處理

IschemicPreconditioning,IPC

缺血預(yù)處理IschemicPreconditioning47

概念多次的短暫缺血可以使心肌對隨后發(fā)生持續(xù)性缺血的耐受性增強。概念多次的短暫缺血可以使心肌對隨后發(fā)生持續(xù)性缺血的耐受性增48歷史沿革1986年Murry通過犬冠脈結(jié)扎，發(fā)現(xiàn)心肌IPC現(xiàn)象；1990年Deutsch首先發(fā)現(xiàn)人類重復(fù)血管球囊擴張可誘發(fā)心肌IPC；1993年Yellow首次采用人心肌標本直接證實這一現(xiàn)象存在。歷史沿革1986年Murry通過犬冠脈結(jié)扎，發(fā)現(xiàn)心肌IP49IschemicPreconditioningThesizeofaninfarctresultingfroma40-minocclusionofabranchofadog’scoronaryarterycouldbegreatlyreducediftheheartweresubjectedto4briefperiodsof5minofischemiaand5minofreperfusionpriortosustainedischemia.Theheartadapteditselfwithinminutestobecomeresistanttoischemia-inducedinfarction.MurryCEetal.Preconditioningwithischemia:adelayoflethalcellinjuryinischemicmyocardium.Circulation74:1124–1136,1986.IschemicPreconditioningThesi50CardioprotectionsbyPCLimitinfarctsizeMitigatemyocardialstunningImproveArrhythmiasCardioprotectionsbyPC51MicrocirculationProtectionsbyPCBlunttheimpairedendothelial-dependentrelaxation.Amelioratecapillaryplugging,leukocyteadhesion,andemigration.Reducevenousproteinleakageeffectsofprolongedischemia.MicrocirculationProtectionsb52Acutepreconditioning(classicalpreconditioning)within~2hproteinsynthesis-independentDelayedpreconditioning(ischemictolerance)24h-72haftertheinitialinsultalteredgeneexpression→synthesisofproteins(antioxidantenzymes,NOsynthase,etc.).Acutepreconditioning(classic53預(yù)處理的保護作用的特點有記憶性預(yù)處理后10分鐘~2小時內(nèi)，再予缺血再灌注，心肌有記憶。呈雙峰分布初始階段（典型缺血預(yù)處理）：數(shù)分鐘~3小時延遲階段(延遲預(yù)處理,第二保護窗)：數(shù)小時至數(shù)天或更長非特異性預(yù)處理方法各不相同,產(chǎn)生保護作用十分相似。普遍性生物界中存在的一種普遍規(guī)律，不同種屬及器官都具有。預(yù)處理的保護作用的特點有記憶性54心肌IPC的臨床證據(jù)梗塞前48h心絞痛(Kloner)改善心功能，降低死亡率冠脈側(cè)支循環(huán)血流增多冠脈球囊成形術(shù)(PTCA)(Deutsch)觀察心絞痛程度、ST段偏移、肺毛細血管楔壓、心肌乳酸代謝產(chǎn)物等指標。對心絞痛的適應(yīng)性(Okazaki)心絞痛病人二次連續(xù)負荷運動觀察兩次發(fā)作時間，ST段壓低幅度，局部心肌氧耗量，心臟大靜脈Ado釋放量。心肌IPC的臨床證據(jù)梗塞前48h心絞痛(Kloner)55IPC的可能機制腺苷受體激活去甲腎上腺素ATP敏感性K+通道(KATP)蛋白激酶C（PKC）內(nèi)皮釋放的介質(zhì)熱休克蛋白IPC的可能機制腺苷受體激活56研究進展

——缺血后處理

缺血后處理(ischemicpostconditioning,I-postC)是缺血心臟有效的內(nèi)源性保護現(xiàn)象，可以減輕缺血再灌注(ischemia/reperfusion,I/R)后心肌壞死與心肌功能障礙，減少惡性心律失常的發(fā)生。研究進展

——缺血后處理57I-postC的心臟保護機制內(nèi)源性觸發(fā)因子及其受體細胞內(nèi)信號途徑內(nèi)源性心臟保護的細胞內(nèi)效應(yīng)器I-postC的心臟保護機制58

內(nèi)源性觸發(fā)因子及其受體觸發(fā)因子包括腺苷、乙酰膽堿、阿片肽和氧自由基腺苷——A1和A3受體乙酰膽堿——M1受體阿片——阿片受體緩激肽——B2受體、血管緊張素II過AT1受體

內(nèi)源性觸發(fā)因子及其受體觸發(fā)因子包括腺苷、乙酰膽堿、阿片肽和59細胞內(nèi)信號途徑PI3K/Akt途徑

：廣泛存在于細胞中，活化的Akt—磷酸化下游底物—發(fā)揮抗凋亡、促進細胞存活。MAPKs：

I-postC激活ERK1/2并限制心肌梗死范圍；I-postC通過抑制SAPK/p38MAPK減輕缺氧/復(fù)氧所致細胞凋亡PKC：PKC抑制劑chelerythrine消除在體兔心臟I-postC限制心肌梗死范圍的保護作用；I-postC對大鼠I/R心肌的保護作用與誘導(dǎo)PKCε表達和轉(zhuǎn)位有關(guān)。其它細胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑：PKG；PKA細胞內(nèi)信號途徑PI3K/Akt途徑：廣泛存在于細胞60

內(nèi)源性心臟保護的細胞內(nèi)效應(yīng)器

線粒體：開放mitoKATP通道、抑制mPTP開放，抑制氧自由基產(chǎn)生和鈣超載而發(fā)揮心臟保護作用內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(ER)：內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激（ERS)是加重I/R的重要因素，IPC抑制ERS引起的蛋白合成和細胞凋亡，誘導(dǎo)ERS分子ORP150表達并保護神經(jīng)元細胞。內(nèi)源性保護蛋白：熱休克蛋白、氧自由基清除酶、金屬硫蛋白

內(nèi)源性心臟保護的細胞內(nèi)效應(yīng)器

線粒體：開放mitoKATP61舉例LaskeyWK.

對17位急性心肌梗死病人PTCA術(shù)中進行2輪90s缺血和3-5min再灌注的I-postC，減輕了病人缺血所致ST段抬高程度。Circulation2006;113StaatP在一項多中心、隨機對照臨床試驗中證實人類心臟存在I-postC現(xiàn)象：所有病人于PTCA再灌注后1h內(nèi)進行4輪1min的I-postC，肌酸激酶(creatinekinase,CK)漏出減少，并增加了微血管的開放程度。Circulation2005，112MaXJ,等也證實I-postC可顯著降低急性心肌梗死患者CK、CK-MB的漏出和脂質(zhì)過氧化損傷，并明顯改善冠狀動脈血流和內(nèi)皮依賴性血管舒張功能。ScandCardiovascJ2006;40舉例6208缺血再灌注損傷08缺血再灌注損傷63缺血-再灌注損傷

(Ischemia-reperfusioninjury)DepartmentofPathology,ShanghaiUniversityofTCM缺血-再灌注損傷DepartmentofPatholo64缺血再灌注損傷課件65缺血再灌注損傷課件66定義

(Definition)缺血再灌注損傷(ischemia-reperfusioninjury)：在缺血的基礎(chǔ)上恢復(fù)血流后，組織器官的損傷反而加重的現(xiàn)象。缺血再灌注損傷具有器官普遍性。缺血再灌注損傷缺血再灌注

定義(Definition)缺血再灌注損傷(ische67原因(Cause):

組織器官缺血基礎(chǔ)上的血液再灌注。全身循環(huán)障礙后恢復(fù)血供：如休克微血管痙攣解除后、心臟驟停后心腦肺復(fù)蘇等。組織器官缺血后血液恢復(fù)：斷肢再植，器官移植。血管再通后：冠脈搭橋術(shù)，PTCA，溶栓療法等。第一節(jié):缺血再灌注損傷的原因及條件原因(Cause):組織器官缺血基礎(chǔ)上的血液再灌注。第一68

再灌注時損傷是必然結(jié)果嗎?

影響條件

(Conditions)缺血時間側(cè)支循環(huán)需氧程度再灌注條件缺血時間對大鼠再灌注心律失常的影響

再灌注時損傷是必然結(jié)果嗎?

影響條件(Condition69自由基的作用鈣超載

微血管損傷和白細胞的作用第二節(jié):缺血再灌注損傷的發(fā)生機制自由基的作用第二節(jié):缺血再灌注損傷的發(fā)生機制70自由基：外層軌道上具有單個不配對電子的原子、原子團和分子的總稱。類型：1.氧自由基：O2－·

OH·2.脂性自由基：LO·LOO·3.其它：Cl·CH3·NO(ONOO-)作用：生理情況下，自由基主要參與體內(nèi)的電子轉(zhuǎn)移，殺菌和物質(zhì)代謝。自由基(freeradical)自由基：外層軌道上具有單個不配對電子的原子、原子團和分子的總71自由基的產(chǎn)生(source)⑴

線粒體：自由基生成的主要場所之一。⑵自然氧化：Hb、Mb、CA等自然氧化過程中生成。⑶

酶催化：體內(nèi)存在的黃嘌呤氧化酶、醛氧化酶等。⑷毒物作用：CCl4、百草枯（除草劑）等。O2O2·－OH·H2O2H2Oe-e-+2H+e-+H+e-+H+H2OATP自由基的產(chǎn)生(source)⑴線粒體：自由基生成的主要72氮自由基一氧化氮（nitricocide,NO）cNOS

O2NOS：iNOS

eNOS

L-精氨酸L-胍氨酸+NO

NADPHNADP+

過氧亞硝基陰離子（peroxynitrite,ONOO-)氮自由基一氧化氮（nitricocide,NO）73體內(nèi)羥自由基的主要生成途徑Haber-weise反應(yīng)及Fenton型Haber-weise反應(yīng)O2·+H2O2O2+OH·+OH-Haber-weise反應(yīng)

O2·+H2O2

Fe2+O2+OH·+OH-Fenton型Haber-weise反應(yīng)射線作用H2OX或γ射線

H2O+（帶正電水）

H2O*（激發(fā)態(tài)水）H2OX或γ射線

OH-+H+

H2O均裂

OH·+H·體內(nèi)羥自由基的主要生成途徑Haber-weise反應(yīng)及Fe74VitC、谷胱甘肽、輔酶QVitE、胡蘿卜素自由基的清除

(elimination)1)低分子清除劑

VitE、胡蘿卜素自由基的清除(elimination)752)酶性清除劑自由基的清除

(elimination)過氧化氫酶(CAT)過氧化物酶超氧化物歧化酶MnSODCuZnSOD2)酶性清除劑自由基的清除(elimination)過氧76生理情況下，自由基的生成與清除處于動態(tài)平衡。Freeradicalantioxidant自由基的平衡

(equilibrium)生理情況下，自由基的生成與清除處于動態(tài)平衡。Freerad77病理情況下，如果自由基生成過多或機體抗氧化能力不足，可引發(fā)氧化應(yīng)激(oxidativestress)，導(dǎo)致細胞損傷。自由基的平衡

(equilibrium)Freeradicalantioxidant病理情況下，如果自由基生成過多或機體抗氧化能力不足，可引發(fā)氧78黃嘌呤氧化酶形成增多中性粒細胞激活線粒體內(nèi)氧單電子還原增多兒茶酚胺氧化增加

缺血再灌注時氧自由基增多的機制

黃嘌呤氧化酶形成增多

缺血再灌注時氧自由基增多的機制

79黃嘌呤脫氫酶(XD)90%黃嘌呤氧化酶(XO)10%

XD——xanthinedehydrogenase

XO——xanthineoxidase(1)

黃嘌呤氧化酶途徑（血管內(nèi)皮源性）Ca2+依賴性蛋白酶(1)黃嘌呤氧化酶途徑（血管內(nèi)皮源性）Ca2+依賴性蛋白酶80缺血缺氧

ATP分解、耗竭次黃嘌呤大量堆積

(+)鈣依賴性蛋白酶離子轉(zhuǎn)運功能障礙XD

XOADP、AMP含量升高

胞漿Ca2+↑黃嘌呤

+O·-2

+H2O2尿酸

+O·-2

+H2O2再灌注時恢復(fù)供氧

O2O2缺血缺氧ATP分解、耗竭次黃嘌呤大量堆積(+)鈣依賴性81黃嘌呤氧化酶形成增多

中性粒細胞激活：缺血激活補體，使細胞膜分解產(chǎn)生多種趨化物質(zhì)，如補體片段、白三烯等，吸引并激活中性粒細胞。再灌注時，組織重新獲得氧供應(yīng)，激活的中性粒細胞耗氧量增加，產(chǎn)生大量氧自由基，稱為呼吸爆發(fā)（respiratoryburst）或氧爆發(fā)(oxygenburst)，造成細胞損傷。

缺血再灌注時氧自由基增多的機制

黃嘌呤氧化酶形成增多

缺血再灌注時氧自由基增多的機制

82黃嘌呤氧化酶形成增多

中性粒細胞激活線粒體內(nèi)氧單電子還原增多：缺血缺氧時，線粒體氧化磷酸化功能受損，氧單電子還原增多；同時，Ca2+超載可損傷線粒體功能，抑制細胞色素氧化酶系統(tǒng)，也會使活性氧的產(chǎn)生增多。兒茶酚胺氧化增加：單胺氧化酶

缺血再灌注時氧自由基增多的機制

黃嘌呤氧化酶形成增多

缺血再灌注時氧自由基增多的機制

83

氧自由基的損傷作用

⑴

膜脂質(zhì)過氧化增強

①破壞膜的正常結(jié)構(gòu)，使膜的液態(tài)性、流動性降低，通透性增加；②脂自由基導(dǎo)致離子通道功能障礙、細胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)功能障礙；③促進自由基及其它生物活性物質(zhì)生成；④導(dǎo)致線粒體功能抑制，ATP生成減少。

氧自由基的損傷作用

⑴膜脂質(zhì)過氧化增強

①破壞膜84⑵抑制蛋白質(zhì)功能

氧自由基的損傷作用

脂質(zhì)-脂質(zhì)交聯(lián)HO蛋白質(zhì)斷裂蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)交聯(lián)-S-S-CH3-S-O二硫交聯(lián)氨基酸氧化OH脂肪酸氧化脂質(zhì)-蛋白質(zhì)交聯(lián)HO氧化的脂肪酸釋出的丙二醛OH⑵抑制蛋白質(zhì)功能

氧自由基的損傷作用

脂質(zhì)-脂質(zhì)交聯(lián)HO蛋85⑶破壞核酸及染色體 自由基可使堿基羥化或DNA斷裂，從而引起染色體畸變或細胞死亡。這種作用80%為OH.所致，因為OH.易與脫氧核酸及堿基反應(yīng)并使其結(jié)構(gòu)改變。

氧自由基的損傷作用

⑶破壞核酸及染色體

氧自由基的損傷作用

86鈣超載

(calciumoverload)：

缺血組織恢復(fù)血流后，細胞內(nèi)鈣含量顯著增高并導(dǎo)致細胞損傷的現(xiàn)象。靜息狀態(tài)下，細胞外[Ca2+]是細胞內(nèi)[Ca2+]的104倍。細胞內(nèi)Ca2+主要儲存在線粒體和肌漿網(wǎng)。二、鈣超載[Ca2+]o10-3M[Ca2+]i10-7M鈣超載(calciumoverload)：缺血組織恢復(fù)87細胞鈣穩(wěn)態(tài)的維持電壓依賴性鈣通道(VDCC)受體操縱性鈣通道(ROCC)鈣庫操縱性鈣通道(SOCC)1Ca2+3Na+Na+-Ca2+

exchangerCa2+MtCa2+ER/SRCa2+Ca2+PumpVDCCROCCSOCCCa2+intracellularCa2+

PumpCa2+ATPADP+PiRyano受體IP3受體細胞鈣穩(wěn)態(tài)的維持電壓依賴性鈣通道(VDCC)1Ca2+3N88⑴Na+/Ca2+交換異常細胞內(nèi)高Na+對Na+/Ca2+交換蛋白的直接激活細胞內(nèi)高H+對Na+/Ca2+交換蛋白間接激活蛋白激酶C(PKC)活化對Na+/Ca2+交換蛋白的間接激活⑵生物膜損傷

缺血再灌注時鈣超載的機制⑴Na+/Ca2+交換異常缺血再灌注時鈣超載的機制891Ca2+1Na+3Na+Na+-Ca2+

exchanger1H+H+↑Na+↑Na+-H+exchanger2K+Na+pump3Na+1.Na+-Ca2+

交換異常Ca2+overload1Ca2+1Na+3Na+Na+-Ca2+exchange90⑴Na+/Ca2+交換異常細胞內(nèi)高Na+對Na+/Ca2+交換蛋白的直接激活細胞內(nèi)高H+對Na+/Ca2+交換蛋白間接激活蛋白激酶C(PKC)活化對Na+/Ca2+交換蛋白的間接激活缺血－再灌注時，內(nèi)源性兒茶酚胺釋放增加，通過α1腎上腺素受體激活G蛋白－磷脂酶C(PLC)介導(dǎo)的細胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路。PLC分解磷脂酰肌醇，生成IP3和DG，IP3促進鈣釋放，DG激活PKC促進Na＋／H＋交換，進而增加Na＋／Ca2＋交換。（一）缺血再灌注時鈣超載的機制⑴Na+/Ca2+交換異常（一）缺血再灌注時鈣超載的機制91(2)生物膜損傷細胞膜損傷，對Ca2+

的通透性增加。肌漿網(wǎng)膜損傷，對Ca2+的回攝減少。線粒體膜受損，產(chǎn)能降低，細胞膜和肌漿網(wǎng)膜能量供應(yīng)不足。（一）缺血再灌注時鈣超載的機制(2)生物膜損傷（一）缺血再灌注時鈣超載的機制92線粒體功能障礙→ATP生成↓

再灌注后，細胞內(nèi)鈣增加，刺激線粒體鈣泵攝鈣，鈣與線粒體內(nèi)含磷酸根的化合物結(jié)合，形成沉淀，干擾線粒體的氧化磷酸化。

激活膜磷脂酶→生物膜損害

鈣濃度升高可激活多種磷脂酶，促進膜磷脂分解，造成生物膜的損傷。（二）鈣超載引起再灌注損傷的機制線粒體功能障礙→ATP生成↓（二）鈣超載引起再灌注損傷的機制93引起心律失常

由于Na＋／Ca2＋交換增加，形成一過性內(nèi)向性離子流，在心肌動作電位后形成遲后除極。促進氧自由基生成

通過增強鈣依賴性蛋白激酶活性，加速黃嘌呤脫氫酶轉(zhuǎn)化為黃嘌呤氧化酶。

使肌原纖維攣縮，斷裂，細胞破壞 缺血－再灌注后，細胞重新獲得能量，在胞漿中高濃度鈣的條件下，肌原纖維過度收縮。（二）鈣超載引起再灌注損傷的機制引起心律失常（二）鈣超載引起再灌注損傷的機制94結(jié)扎犬冠狀動脈造成心肌局部缺血一段時間后，再開放結(jié)扎動脈恢復(fù)血流，部分缺血區(qū)并不能得到充分的血液灌流，這種現(xiàn)象被稱為無復(fù)流現(xiàn)象（no-reflowphenomenon），見于心肌、腦、腎和骨骼肌等，與缺血再灌注時中性粒細胞的激活及其致炎因子的釋放造成微血管損傷有關(guān)。三、白細胞的作用結(jié)扎犬冠狀動脈造成心肌局部缺血一段時間后，再開三、白細胞的作95缺血-再灌注后數(shù)分鐘內(nèi)，血管內(nèi)皮細胞和白細胞表達大量黏附分子，如P-選擇素表達增加，使白細胞沿內(nèi)皮細胞表面緩慢滾動，形成不穩(wěn)定黏附；再灌注4h后，整合素表達增加，白細胞和內(nèi)皮細胞出現(xiàn)牢固黏附；同時，再灌注損傷時，內(nèi)皮細胞和白細胞釋放具有趨化作用的炎癥介質(zhì)，吸引大量白細胞穿過血管壁游走到細胞間隙，導(dǎo)致白細胞黏附聚集。三、白細胞的作用缺血-再灌注后數(shù)分鐘內(nèi)，血管內(nèi)皮細胞和白細胞表達大量黏附分子962）血管內(nèi)皮細胞與噬中粒細胞介導(dǎo)的再灌注損傷（微血管損傷）：血液流變學(xué)改變、微血管口徑改變、微血管通透性改變。大量致炎物質(zhì)使細胞損傷。三、白細胞的作用2）血管內(nèi)皮細胞與噬中粒細胞介導(dǎo)的再灌注損傷（微血管損傷）：97一、心臟缺血－再灌注損傷的變化（一）心功能變化再灌注性心律失常心肌舒縮功能降低

（二）心肌代謝變化（三）心肌超微結(jié)構(gòu)變化第三節(jié):IRI時機體的功能及代謝變化一、心臟缺血－再灌注損傷的變化第三節(jié):IRI時機體的功能及代98IRI時心臟功能的變化1.缺血－再灌注性心律失常心肌再灌注過程中出現(xiàn)的心律失常稱為再灌注性心律失常，室性心律失常最為常見。動物試驗中，再灌注性心律失常發(fā)生率可達50～70％。再灌注性心律失常的發(fā)生與心肌缺血的時間長短有關(guān)。IRI時心臟功能的變化1.缺血－再灌注性心律失常992.心肌舒縮功能降低心室舒張末期壓力（VEDP）增大心室收縮峰壓（VPSP）降低心室內(nèi)壓最大變化速度（±dp/dtmax）降低。

IRI時心臟功能的變化2.心肌舒縮功能降低IRI時心臟功能的變化100（一）腦再灌注損傷時細胞代謝的變化：腦缺血后短時間內(nèi)ATP↓、CP↓、葡萄糖↓、糖原↓,乳酸↑，F(xiàn)FA↑興奮性氨基酸：Glu↓、Asp↓抑制性氨基酸：GABA↑、Gly↑（二）腦結(jié)構(gòu)變化：

最明顯的變化是腦水腫和腦細胞壞死，腦水腫的產(chǎn)生是膜脂質(zhì)過氧化的結(jié)果。

二、腦IRI時的變化

（一）腦再灌注損傷時細胞代謝的變化：

二、腦IRI時的變化101一、減輕缺血性損傷，控制再灌注條件

針對缺血原因，盡早恢復(fù)血流； 采用低壓、低流、低溫、低PH、低鈉、低鈣的原則。二、改善缺血組織的代謝1.補充糖酵解底物（磷酸己糖）；2.補充外源性ATP可使細胞膜蛋白磷酸化；3.針對線粒體損傷所致的氧化磷酸化受阻，應(yīng)用氫醌、細胞色素C等進行治療。第四節(jié):防治IRI的病理生理基礎(chǔ)一、減輕缺血性損傷，控制再灌注條件第四節(jié):防治IRI的病理生102三、清除自由基低分子清除劑：VitE、VitA；VitC、GSH酶性清除劑：CAT、GSH-px、SOD四、減輕鈣超載五、各種預(yù)處理第四節(jié):防治IRI的病理生理基礎(chǔ)三、清除自由基第四節(jié):防治IRI的病理生理基礎(chǔ)103stablechemicalfreeradicalantioxidantactivationoxidation(disease)stablechemicalsscavengingstablechemicalfreeradicalant104ConsequencesofDNAdamageLONG-TERMCONSEQUENCESAgeingCancerotherDiseaseDNAREPAIRMECHANISMSSHORT-TERMCONSEQUENCESABNORMALGROWTH&METABOLISMPHYSIOLOGICALDYSFUNCTIONCELLDEATHDecreasedcellularproliferationDefectivesignallingpathwaysImpairedprotein/geneexpressionGenomicinstabilityDNADAMAGEConsequencesofDNAdamageLONG105自由基與放射損傷高能射線的直接損傷作用高能射線的間接損傷作用放射損傷的繼發(fā)效應(yīng)自由基與放射損傷高能射線的直接損傷作用106自由基與動脈粥樣硬化氧化修飾的低密度脂蛋白(oxidativeLDL,oxLDL)和氧化應(yīng)激對血管內(nèi)皮細胞損傷造成大、中動脈內(nèi)膜的慢性炎癥性病變。oxLDL主要通過以下幾條途徑促進動脈粥樣硬化的發(fā)生發(fā)展吸引吞噬細胞向內(nèi)膜中聚集引起內(nèi)膜炎癥刺激內(nèi)皮表達粘附蛋白，分泌生長因子，促進炎細胞浸潤和平滑肌細胞增生可抑制磷脂-膽固醇?；D(zhuǎn)移酶，從而明顯損傷膽固醇的逆向轉(zhuǎn)運自由基與動脈粥樣硬化氧化修飾的低密度脂蛋白(oxidativ107lipidhydroxides,hydroperoxides,aldehydes,epoxides,ketones,ceroid,isoprostanesNecroticcoreFibrouscapLipidperoxidationproductsinanatheroscleroticlesionarebothenzymaticallyandnon-enzymaticallyproduced.Foamcell15-LOXlipidhydroxides,hydroperoxid108缺血預(yù)處理

IschemicPreconditioning,IPC

缺血預(yù)處理IschemicPreconditioning109

概念多次的短暫缺血可以使心肌對隨后發(fā)生持續(xù)性缺血的耐受性增強。概念多次的短暫缺血可以使心肌對隨后發(fā)生持續(xù)性缺血的耐受性增110歷史沿革1986年Murry通過犬冠脈結(jié)扎，發(fā)現(xiàn)心肌IPC現(xiàn)象；1990年Deutsch首先發(fā)現(xiàn)人類重復(fù)血管球囊擴張可誘發(fā)心肌IPC；1993年Yellow首次采用人心肌標本直接證實這一現(xiàn)象存在。歷史沿革1986年Murry通過犬冠脈結(jié)扎，發(fā)現(xiàn)心肌IP111IschemicPreconditioningThesizeofaninfarctresultingfroma40-minocclusionofabranchofadog’scoronaryarterycouldbegreatlyreducediftheheartweresubjectedto4briefperiodsof5minofischemiaand5minofreperfusionpriortosustainedischemia.Theheartadapteditselfwithinminutestobecomeresistanttoischemia-inducedinfarction.MurryCEetal.Preconditioningwithischemia:adelayoflethalcellinjuryinischemicmyocardium.Circulation74:1124–1136,1986.IschemicPreconditioningThesi112CardioprotectionsbyPCLimitinfarctsizeMitigatemyocardialstunningImproveArrhythmiasCardioprotectionsbyPC113MicrocirculationProtectionsbyPCBlunttheimpairedendothelial-dependentrelaxation.Amelioratecapillaryplugging,leukocyteadhesion,andemigration.Reducevenouspr