缺血再灌注損傷本科

缺血再灌注損傷本科第1頁/共80頁2本章要點■

掌握缺血-再灌注損傷的概念及有關的概念■掌握缺血-再灌注損傷的重要發(fā)生機制■熟悉心肌、腦等組織在缺血-再灌注損傷時的變化

第2頁/共80頁3概述1原因及條件2發(fā)生機制3機體功能及代謝的改變4防治原則5outline第3頁/共80頁4缺血-再灌注損傷：

缺血的基礎上恢復血流后，組織器官的損傷反而加重的現(xiàn)象稱為ischemiareperfusioninjury（IRI）。

一、概述第4頁/共80頁5缺血-再灌第5頁/共80頁6

1955年Sewell報道，結扎狗冠脈后，如突然解除結扎恢復血流，部分動物立即發(fā)生室顫而死亡。

1960年Jennings發(fā)現(xiàn)在心肌缺血恢復血流后，

缺血心肌的損傷反而加重，第一次提出了MIR概念1967年Bulkley和Hutchins發(fā)現(xiàn)冠脈搭橋血管再通后的病人發(fā)生心肌細胞反常性壞死。1968年Ames率先報道了腦IRI1972年Flore腎IRI1978年Modry肺IRI1981年Greenberg腸IRI。證實貓小腸缺血3小時后再灌注時，粘膜損傷更嚴重。第6頁/共80頁7用低氧溶液灌注組織器官或在缺氧條件下培養(yǎng)細胞一定時間后，再恢復正常氧供應→組織及細胞的損傷不僅未能恢復，反而更趨嚴重。第7頁/共80頁8二、原因和條件（一）原因

——在組織器官缺血基礎上的血液再灌注1、組織器官缺血后恢復血液供應：如休克，冠狀動脈痙孿的緩解2、血管再通術后：冠脈搭橋術，PTCA，溶栓療法等3、心、肺、腦復蘇4、其他：斷肢再植，器官移植第8頁/共80頁第9頁/共80頁10缺血時間第10頁/共80頁11大鼠缺血-再灌注性心律失常05101520min第11頁/共80頁12大鼠缺血-再灌注性心律失常05101520min第12頁/共80頁13Ischemictime(min)Incidentrate(%)缺血時間對大鼠再灌注心律失常的影響第13頁/共80頁14缺血的嚴重程度與側(cè)枝循環(huán)第14頁/共80頁15對氧的依賴程度第15頁/共80頁16三、發(fā)生機制(一)自由基的作用(二)鈣超載(三)白細胞的作用第16頁/共80頁171.概念自由基（freeradical）

——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。O22.類型：(1)氧自由基(O2.-、OH·)

(2)脂性自由基(L·、LO·、LOO·)

(3)其它如氯自由基（Cl·）、甲基自由基（CH3·）和一氧化氮等。(一)自由基的作用概念和分類第17頁/共80頁18（1）氧自由基(oxygenfreeradical,OFR)

概念：由氧誘發(fā)的自由基。種類：超氧陰離子（O2·-）羥自由基（OH·）

O2第18頁/共80頁19O·-2形成：①自然氧化如CytC、Hb、Mb、CA等在自然氧化過程中可生成O2·-HbFe2+HbFe3++O2·-②酶氧化XO、NADPH氧化酶、醛氧化酶第19頁/共80頁20O·-2形成：③線粒體O2·-生成的主要場所之一正常:O2+4e+4H+→H2O+ATP

病理:O2+e→O2·-

+e+2H+→H202+e+H+→OH·+e+H+→H20④毒物作用CCl4、白草枯（除草劑）

O·-2的生成是其他自由基或活性氧生成的基礎H20第20頁/共80頁21Haber-Weiss反應

(無

Fe3參與

)

O2－

+H2O2O2+OH+OHSLOWOH·的生成第21頁/共80頁22Fenton型Haber-Weiss反應

Fe3

O2－

+H2O2O2+OH+OHFASTOH·是活性氧中毒性最強的一種OH·的生成第22頁/共80頁23

活性氧（reactiveoxygenspecies,ROS）：氧化還原過程中產(chǎn)生的具有高活性的一系列中間產(chǎn)物。（1O2和H2O2）

單線態(tài)氧1O2：是一種激發(fā)態(tài)氧（在光敏劑存在下作用于O2激發(fā)而產(chǎn)生），反應活性較強，參與許多化學反應，可由O2·-

自發(fā)歧化產(chǎn)生，也可在髓過氧化物酶（MPO）作用下，由H2O2氧化鹵化物產(chǎn)生。第23頁/共80頁24（2）脂質(zhì)氧自由基

概念：OFR與多價不飽和脂肪酸作用后生成的中間產(chǎn)物。

種類：烷自由基（L·）烷氧自由基（LO·）烷過氧自由基（LOO·）（3）其它：一氧化氮自由基（NO·）、CL·、CH3·生理情況下，自由基的生成與清除處于動態(tài)平衡

如果ROS生成過多或機體抗氧化能力不足，

均可造成組織細胞損傷。第24頁/共80頁25自由基生成增多的機制1、黃嘌呤氧化酶的形成增多2、中性粒細胞聚集和激活3、線粒體損傷4、兒茶酚胺的自身氧化第25頁/共80頁261.黃嘌呤氧化酶增多（血管內(nèi)皮源性）黃嘌呤氧化酶(XO)10%

黃嘌呤脫氫酶(XD)90%XO——xanthineoxidaseXD——xanthinedehydrogenase

Ca2+敏蛋白酶毛細血管內(nèi)皮細胞第26頁/共80頁27ATP→ADP→↓↓↓AMP腺嘌呤核苷次黃嘌呤核苷次黃嘌呤缺血期

XDXOCa2+依賴性蛋白酶黃嘌呤+O2·-+H2OO2XO+H2O2尿酸+OH·再灌注期O2O2·-第27頁/共80頁28缺血時:

補體激活或細胞釋放炎癥介質(zhì)如白三烯(LTB4)→白細胞在缺血區(qū)浸潤。再灌時：浸潤的白細胞耗氧量顯著↑,產(chǎn)生的OFR↑↑,稱呼吸爆發(fā)NADPH（煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸）：還原型輔酶Ⅱ

NADPH氧化酶NADPH+2O22O2·-+NADP++H+NADH氧化酶NADH+O2+2H+H2O2+NAD+2.中性粒細胞聚集和激活第28頁/共80頁29第29頁/共80頁30第30頁/共80頁31O2O2H2O2第31頁/共80頁32缺血缺氧ATP↓線粒體內(nèi)Ca2+↑線粒體功能受損氧自由基↑細胞色素氧化酶系統(tǒng)功能失調(diào)再灌注O2+Mn-SOD↓3

線粒體功能障礙第32頁/共80頁33缺血缺氧兒茶酚胺↑CA氧化產(chǎn)物氧自由基再灌注O2+腎上腺素腎上腺素紅+O24、兒茶酚胺的自身氧化第33頁/共80頁341、生物膜脂質(zhì)過氧化增強2、蛋白質(zhì)功能抑制3、破壞核酸及染色體自由基引起缺血-再灌注損傷的機制第34頁/共80頁351、生物膜脂質(zhì)過氧化增強（1）破壞膜的正常結構及功能

液態(tài)性、流動性↓、通透性↑→

Ca2+內(nèi)流↑（2）間接抑制膜蛋白功能

離子泵功能障礙：鈣泵、鈉-鉀泵細胞信號轉(zhuǎn)導功能障礙（3）促進FR及其它生物活性物生成

激活磷脂酶C、D，分解磷脂膜，形成TXA2，

LTB4等活性物質(zhì)（4）減少ATP生成

線粒體功能受抑制第35頁/共80頁36破壞膜的結構Ca2+超載第36頁/共80頁372、蛋白質(zhì)功能抑制（1）自由基使蛋白質(zhì)和酶分子聚合、交聯(lián)、肽鏈斷裂→蛋白質(zhì)變性、酶的活性喪失→受體、離子通道功能障礙

蛋白質(zhì)交聯(lián)脂質(zhì)-蛋白質(zhì)交聯(lián)脂質(zhì)-脂質(zhì)交聯(lián)蛋白質(zhì)-膠原交聯(lián)（2）自由基可使酶的巰基氧化成二硫鍵，AA殘基氧化第37頁/共80頁38第38頁/共80頁393、破壞核酸及染色體

OH·

DNA/堿基DNA斷裂染色體畸變細胞死亡/凋亡主要原因：OH·易與脫氧核酸及堿基反應并使其結構改變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。第39頁/共80頁4080%由OH所致第40頁/共80頁41

(二)鈣超載（calciumoverload）鈣超載——各種原因引起細胞內(nèi)鈣含量異常增多并導致細胞結構損傷和功能代謝障礙的現(xiàn)象。正常:

細胞外[Ca2+]10-3mol/L

細胞內(nèi)[Ca2+]10-7mol/L細胞外[Ca2+]是細胞內(nèi)[Ca2+]10000倍維持因素細胞膜依賴ATP的鈣泵鈉鉀泵Na+-Ca2+交換系統(tǒng)細胞內(nèi)肌漿網(wǎng)（SR）鈣結合蛋白（CaBP)線粒體攝取第41頁/共80頁第42頁/共80頁43

1．Na+／Ca2+交換異常

（l）細胞內(nèi)高Na+對Na+／Ca2+交換蛋白的直接激活（2）細胞內(nèi)高H+對Na+／Ca2+交換蛋白的間接激活（3）蛋白激酶C（PKC）活化對Na+／Ca2+交換蛋白的間接激活鈣超載發(fā)生的機制第43頁/共80頁441.Na+-Ca2+交換異常（鈣超載時進入細胞的主要途徑）正常：3個Na+1個Ca2+

可進行雙相轉(zhuǎn)運影響因素：（1）跨膜鈉濃度梯度（2）細胞內(nèi)的氫濃度此外還有Ca2+,ATPMg2+Ca2+3Na+2K+3Na+第44頁/共80頁451.Na+-Ca2+交換異常（1）細胞內(nèi)高Na+直接激活Na+-Ca2+交換蛋白K+Na+3Na+Ca2+ATP↓Na+↑Ca2+↑缺血細胞內(nèi)ATP↓鈉泵活性↓細胞內(nèi)Na+

↑再灌注激活鈉泵、Na+/Ca2+交換蛋白

Na+向外轉(zhuǎn)運↑Ca2+運入細胞↑ATP↑第45頁/共80頁46缺血再灌注無氧代謝H+生成↑組織間液、細胞內(nèi)pH↓↓組織間液H+↓↓，而細胞內(nèi)H+仍很高跨膜H+濃度梯度差激活Na+/H+交換蛋白H+外流↑、Na+內(nèi)流↑

繼發(fā)性激活Na+/Ca2+交換蛋白Ca2+內(nèi)流↑鈣超載(2)細胞內(nèi)高H+間接激活Na+-Ca2+交換蛋白質(zhì)膜Na+/H+交換蛋白主要受細胞內(nèi)[H+]的變化調(diào)節(jié)Na+H+第46頁/共80頁473Na+Ca2+3Na+2K+H+Na+再灌時H+↓H+↑Na+↑Ca2+↑缺血時H+↑第47頁/共80頁48（3）PKC間接激活Na+-Ca2+交換蛋白

如α1腎上腺素能受體激活G蛋白-PLC→H+/Na+交換激活第48頁/共80頁49GqPLCα1第49頁/共80頁50鈣超載發(fā)生的機制1.Na+-Ca2+交換異常2.生物膜損傷（2）線粒體及肌漿網(wǎng)膜損傷（l）細胞膜損傷通透性↑；離子分布異常。第50頁/共80頁51細胞膜損傷無鈣液灌流細胞膜外板和糖被膜分離肌膜失去屏障Ca2+通透性↑↑正常濃度的含鈣液灌流（再灌注）細胞外Ca2+順濃度差內(nèi)流↑激活磷脂酶膜磷脂降解↑自由基生成↑細胞膜脂質(zhì)過氧化膜結構破壞↑++第51頁/共80頁52線粒體及肌漿網(wǎng)膜損傷缺血-再灌注自由基損傷、膜磷脂分解肌漿網(wǎng)膜損傷鈣泵功能抑制肌漿網(wǎng)攝鈣↓胞漿鈣濃度↑線粒體膜損傷ATP生成↓細胞膜、肌漿網(wǎng)鈣泵能量供應不足第52頁/共80頁53鈣超載引起缺血-再灌注損傷的機制1.促進氧自由基生成Ca2+(+)Ca2+依賴性蛋白酶(XD→XO)2.加重酸中毒

某些ATP酶激活，引起高能磷酸鹽水解3.激活磷脂酶、蛋白酶、核酶細胞膜和細胞器膜的損傷、染色體損傷Ca2+(+)磷脂酶膜磷脂分解膜受損花生四烯酸、溶血磷脂第53頁/共80頁544.線粒體功能障礙線粒體攝Ca2+↑消耗ATP磷酸鈣↓抑制氧化磷酸化ATP↓5.肌原纖維過度收縮胞內(nèi)Ca2+收縮再灌注第54頁/共80頁55(三)白細胞的作用研究表明用無白細胞的血液進行再灌注，可以防止水腫和減輕再灌注損傷，反之再灌注損傷加重。用補體抑制藥降低補體或減少白細胞浸潤后可減輕組織損傷。因此，白細胞在缺血/再灌注損傷中的作用日益受到重視。第55頁/共80頁56(1)粘附分子生成增多(2)趨化因子生成增多

1.缺血-再灌注白細胞增多的機制第56頁/共80頁57

(1)粘附分子生成增多粘附分子(adhesionmolecule,CAMs):

是指由細胞合成的、可促進細胞與細胞之間、細胞與細胞外基質(zhì)之間粘附的一大類分子的總稱。

包括：整合素、選擇素、細胞間粘附分子、血管細胞粘附分子及血小板內(nèi)皮細胞粘附分子等。

在維持細胞結構完整和細胞信號轉(zhuǎn)導中起重要作用。第57頁/共80頁58機制：PMNVEC缺血-再灌注損傷釋放CAMsPMN與VEC粘附白細胞浸潤趨化因子第58頁/共80頁白細胞組織浸潤的機制第59頁/共80頁60

(2)趨化因子生成增多組織損傷膜磷脂降解LT、PAF、補體、激肽WBC與VEC粘附、白細胞浸潤第60頁/共80頁611.微血管損傷

表現(xiàn)：無復流現(xiàn)象（no-reflowphenomenon）：在再灌注時放開結扎動脈，重新恢復血流，部分缺血區(qū)并不能得到充分的血液灌流的現(xiàn)象。

機制：（1）微血管血液流變學改變：白細胞粘附，微血管血流阻塞（2）微血管口徑改變：內(nèi)皮腫脹；縮血管物質(zhì)的釋放（3）微血管通透性增高2.組織細胞損傷

激活的VEC和PMN可釋放大量生物活性物質(zhì)

如FR、蛋白酶、細胞因子2.白細胞介導的缺血-再灌注損傷第61頁/共80頁62無復流現(xiàn)象示意圖第62頁/共80頁63四、機體的功能及代謝變化心肌缺血-再灌注損傷的變化（一）心功能變化1.心肌舒縮功能↓表現(xiàn)為：心輸出量↓，心室內(nèi)壓最大變化速率(±dp/dtmax)↓，左室舒張末期壓力（LVEDP）↑，出現(xiàn)心肌頓抑。心肌頓抑（myocardialstunning），又稱遲呆心肌指心肌短時間缺血后恢復再灌一段時間內(nèi)心肌出現(xiàn)的可逆性收縮功能降低的現(xiàn)象。自由基的作用和鈣超載是心肌頓抑的主要發(fā)生機制。第63頁/共80頁可逆性缺血-再灌注損傷胞漿Na+超載Na+/Ca2

+交換↑脂質(zhì)過氧化蛋白質(zhì)及酶失活O2H2O2OH肌漿網(wǎng)鈣轉(zhuǎn)運蛋白↓質(zhì)膜通透性↑離子泵活性↓線粒體損傷收縮蛋白損傷鈣超載ATP生成↓Ca2

+敏感性↓心肌收縮功能↓心肌頓抑的發(fā)生機制第64頁/共80頁652.再灌注性心律失常

特點：室性心律失常為主電生理改變：興奮性、傳導性↓ECG改變：缺血心肌對應部位ST段抬高，R波振幅↑；再灌使R波振幅迅速↓，ST段高度恢復原水平，Q波出現(xiàn)。發(fā)生條件：再灌注區(qū)有可恢復的心肌細胞缺血心肌的數(shù)量缺血時間、程度再灌注恢復的速度第65頁/共80頁66第66頁/共80頁67（二）心肌代謝變化

缺血期心肌ATP及磷酸肌酸含量↓，ADP、AMP及其降解產(chǎn)物含量↑。

再灌注后心肌ATP及磷酸肌酸↓↓，ADP、AMP及其降解產(chǎn)物↓。自由基、鈣超載→線粒體損傷第67頁/共80頁68（三）心肌超微結構的變化肌纖維孿縮，嚴重時有收縮帶形成，肌絲斷裂，溶解；線粒體損傷(空泡形成，嵴腫脹，斷裂，溶解等。)第68頁/共80頁69第69頁/共80頁70再灌注cAMP↑↑cGMP↓↓病理性慢波加重興奮性神經(jīng)遞質(zhì)↓抑制性神經(jīng)遞質(zhì)↑腦缺血-再灌注損傷的變化（一）