缺血再灌注损伤2

1、认识就从这简单现象开始认识就从这简单现象开始 在心肌缺血恢复血流后，在心肌缺血恢复血流后， 缺血心肌的损伤反而加重缺血心肌的损伤反而加重 年，年，Jennings第一次提第一次提 出出心肌再灌注损伤心肌再灌注损伤的概念的概念 http:/ 经皮经皮腔内腔内冠脉血管冠脉血管 成形术（成形术（PTCA） 放置支架放置支架 PTCAPTCA结合支架支架治疗冠心病患者，成功率较高，长期生存率较高 http:/ 1967年，Bulkley 和Hutc hins发现冠脉血管再通后 的病人发生心肌细胞反常 性坏死。 http:/ 钙反常钙反常（calcium paradoxcalcium paradox）：

2、）： 以无钙溶液灌流离体大鼠心脏以无钙溶液灌流离体大鼠心脏2 2分钟后再以含钙溶液灌注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，这种现象称为钙反常异常变化，这种现象称为钙反常。 氧反常氧反常（oxygen paradoxoxygen 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，称为氧反常。仅未能恢复，反而更

3、趋严重，称为氧反常。 pHpH反常反常（pH paradoxpH 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，再灌注时迅速纠正缺血组织的酸中毒，反而加重细胞损伤， 称为称为pHpH反常。反常。 http:/ 1 2 3 4h 损伤程 度加重 单纯缺血 缺血再灌 实验与临床资料证明冠脉重新恢复血流后，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有可能造成更严重的心肌损伤 http:/ 缺血缺血-再灌注损伤再灌注损伤（ischemia-reperfusion injury, IRI）： 组织缺血一段时间，当血流重新恢复后，组织组织缺血一段时间，

4、当血流重新恢复后，组织 的损伤程度较缺血时进一步加重，甚至发生不可逆的损伤程度较缺血时进一步加重，甚至发生不可逆 性损伤的现象。性损伤的现象。 http:/ 原因原因 1.组织器官缺血后恢复血液供应；如组织器官缺血后恢复血液供应；如断指再植和器官移植等断指再植和器官移植等 2.一些新的医疗技术的应用；如冠脉搭桥术；一些新的医疗技术的应用；如冠脉搭桥术；PTCA等等 3.体外循环下心脏手术；心脏骤停后心肺脑复苏；体外循环下心脏手术；心脏骤停后心肺脑复苏； 影响因素影响因素 1.缺血时间缺血时间 缺血时间长，容易导致缺血时间长，容易导致IRI 2.缺血程度缺血程度: 侧支循环容易形成者，不易发生侧

5、支循环容易形成者，不易发生IRI; 对氧的需求程度高，容易发生对氧的需求程度高，容易发生IRI 3.再灌注条件再灌注条件 压力、温度、酸碱度和电解质浓度等压力、温度、酸碱度和电解质浓度等 http:/ 缺血期：缺血期： ATP合成减少合成减少 嘌呤碱、细胞内酸性分解代谢产物增多嘌呤碱、细胞内酸性分解代谢产物增多 再灌期：再灌期： 恢复供氧产生自由基恢复供氧产生自由基 Ca2+超载超载 炎症反应炎症反应 缺血再灌注损伤的发生机制： 自由基的作用 细胞内钙超载 白细胞的激活 自由基自由基 (free radical): 指外层电子轨道上含指外层电子轨道上含 有单个不配对电有单个不配对电 子子 的原

6、子、原子团和分子的原子、原子团和分子 的总称。的总称。 化学性质活化学性质活 泼泼 氧化性强氧化性强 半衰期短半衰期短 自由基自由基 ( (free radical): ):指外层电子轨道上含指外层电子轨道上含 有单个不配对电子的原子、原子团和分子有单个不配对电子的原子、原子团和分子 的总称。的总称。 种类：种类：氧自由基氧自由基 脂性自由基脂性自由基 活性氧活性氧 其它其它 氧自由基氧自由基 (oxygen free radical)： 以氧为中心的自由基称为氧自由基。如：以氧为中心的自由基称为氧自由基。如： 超氧阴离子超氧阴离子(O2 )、羟自由基羟自由基(OH ) O2 SLOW 2 超

7、氧阴离子的超氧阴离子的Haber-Weiss反应反应 (without Fe 3 ) FAST 2 Fenton 型型Haber-Weiss反应反应 脂性自由基脂性自由基 指氧自由基与多不饱和脂肪酸作用后生成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，包括的中间代谢产物，包括 烷自由基烷自由基（L）、）、烷氧自由基烷氧自由基（LO）、）、 烷过氧自由基烷过氧自由基（LOO）等。等。 氧自由基氧自由基 单线态氧单线态氧( (1O2) ) 过氧化氢过氧化氢( (H2O2) ) 活性氧活性氧(reactive oxygen species, ROS) 指化学性质活泼的含氧代谢物。指化学性质

8、活泼的含氧代谢物。 脂氢过氧化物脂氢过氧化物 及其裂解产物及其裂解产物 氮中心自由基氮中心自由基: : 包括一氧化氮（包括一氧化氮（NO）、）、 过氧亚硝基阴离子（过氧亚硝基阴离子（ONOO-） 霍金与霍金与CuZn- SODCuZn- SOD突变所致的脊髓侧索硬化症突变所致的脊髓侧索硬化症 氧化应激反应氧化应激反应 1. 1.血管内皮细胞内血管内皮细胞内黄嘌呤氧化酶形成增加黄嘌呤氧化酶形成增加 2.2.中性粒细胞呼吸爆发中性粒细胞呼吸爆发产生大量活性氧产生大量活性氧 3.3.线粒体线粒体内单电子还原生成氧自由基增加内单电子还原生成氧自由基增加 4. 4. 儿茶酚胺的自身氧化儿茶酚胺的自身氧化

9、 黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶( (XOXO) ) 10%10% 黄嘌呤脱氢酶黄嘌呤脱氢酶( (XDXD) 90%) 90% CaCa+2 +2依赖性蛋白酶 依赖性蛋白酶 缺血期：缺血组织次黄嘌呤大量堆积；缺血期：缺血组织次黄嘌呤大量堆积； 再灌注期：组织内超氧阴离子，羟自由基和过氧化氢等大量增加。再灌注期：组织内超氧阴离子，羟自由基和过氧化氢等大量增加。 中性粒细胞吞噬时伴耗氧量显著增加，产生大量氧自中性粒细胞吞噬时伴耗氧量显著增加，产生大量氧自 由基的现象，称由基的现象，称呼吸爆发呼吸爆发(Respiratory Burst(Respiratory Burst )或氧爆发。 2 2、中性粒细胞

10、呼吸爆发产生大量活性氧、中性粒细胞呼吸爆发产生大量活性氧 3 3、线粒体内单电子还原生成氧自由基增加、线粒体内单电子还原生成氧自由基增加 应激、应激、 缺氧缺氧 交感交感- -肾上腺髓质系统兴奋肾上腺髓质系统兴奋 儿茶酚胺分泌增多儿茶酚胺分泌增多 代偿调节作用代偿调节作用 氧化产生氧自由基氧化产生氧自由基 4 4、儿茶酚胺的自身氧化、儿茶酚胺的自身氧化 http:/ 自由基引起缺血再灌注损伤的机制自由基引起缺血再灌注损伤的机制 1.1.膜脂质过氧化增强膜脂质过氧化增强 破坏膜的正常结构；促进自由基及其他生物活性破坏膜的正常结构；促进自由基及其他生物活性 物质生成；改变血管的正常功能物质生成；改

11、变血管的正常功能；减少减少ATPATP生成。生成。 蛋白质蛋白质 断裂断裂 蛋白质蛋白质- -蛋蛋 白质交联白质交联 -S-S- CH3-S- 脂质脂质- -脂质交联脂质交联 O 二硫交联二硫交联 脂质脂质- -蛋白蛋白 质交联质交联 氨基酸氨基酸 氧化氧化 OH HO 脂肪酸氧化脂肪酸氧化 OH HO 2. 2. 蛋白质功能抑制蛋白质功能抑制 http:/ 3. 3. 核酸及染色体破坏核酸及染色体破坏 OH毒性作用，碱基羟化、DNA断裂 再灌注能使自由基生成增多，自由基再灌注能使自由基生成增多，自由基 生成增多可加重细胞损伤，故自由基是再生成增多可加重细胞损伤，故自由基是再 灌注损伤极为重要

12、的发病学因素和环节。灌注损伤极为重要的发病学因素和环节。 http:/ 二、钙超载的作用二、钙超载的作用 钙超载钙超载 各种原因引起的细胞内钙含量异常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增多并导致细胞结构损伤和功能代谢 障碍的现象，称为障碍的现象，称为钙超载（钙超载（calcium calcium overloadoverload） Na Na + + -Ca -Ca 2+ 2+载体 载体 Ca2+ 2+ 结合蛋白 线粒体线粒体 肌浆网肌浆网 Ca 2+ 2+ Ca 2+ 2+ Ca2+泵 Ca2+ Ca2+ Ca2+e：10-3MCaCa2+ 2+i i：1010

13、-7 -7M M VOC ROC 细胞内细胞内CaCa2+ 2+的稳态调节 的稳态调节 VOC: voltage operated Ca2+ channel,VOC: voltage operated Ca2+ channel,细胞膜上电压依赖性钙通道 ROC: receptor operated Ca2+ channelROC: receptor operated Ca2+ channel , 受体依赖性钙通道 细胞外钙是细胞内钙浓度的万倍，细胞内外浓度差的维持 涉及细胞钙转运： 再灌注时细胞内有过量Ca2+集聚，而且 浓度升高的程度与细胞受损的程度乘正相 关。 实验证明再灌注期是钙内流增加

14、，而 不是钙外流减少。 http:/ 1.Na+/Ca2+交换异常（ Na+/Ca2+ 交换蛋白反向转运是主要途径， 有2种情况 1）胞内高Na+的影响直接激活 再灌注时激活Na+/Ca2+交换蛋白， 加速Na+外转运，同时大量Ca2+进入胞质。 3Na3Na+ +/Ca/Ca2+ 2+ NaNa+ + NaNa+ +/H/H+ + 2) 胞内高H+的影响间接激活 再灌注时，激活Na+/H+交换蛋白，促 进细胞内H+排出，细胞内Na+增加，再灌 注后，促进Na+/Ca2+交换，引起大量Ca2+ 内流。 2.蛋白激酶C（PKC）激活 再灌注时，内源性儿茶酚胺释放增加，激活G蛋白- PLC信号通路

15、，生成IP3和DG。 PIPPIP2 2 PKCPKC GqGq IPIP3 3 DGDG PLCPLC NENE 11受体受体 CaCa2 2 CaCa2 2 H H+ + NaNa+ +3Na3Na+ + CaCa2+ 2+ http:/ 3. 3. 生物膜损伤生物膜损伤 v细胞膜通透性增加细胞膜通透性增加 v线粒体膜损伤线粒体膜损伤 v溶酶体膜损伤溶酶体膜损伤 v肌浆网膜损伤肌浆网膜损伤 IRIIRI引起钙超载的机制引起钙超载的机制 http:/ （二）钙超载引起再灌注损伤的机制（二）钙超载引起再灌注损伤的机制 破坏细胞膜破坏细胞膜 线粒体功能障碍线粒体功能障碍 激活多种酶激活多种酶 加

16、重酸中毒加重酸中毒 细胞内钙超载是另一个重要的发细胞内钙超载是另一个重要的发 病学因素和环节。病学因素和环节。 http:/ 钙超载引起再灌注损伤的机制钙超载引起再灌注损伤的机制 线粒体线粒体肌浆网肌浆网 损伤刺激损伤刺激 肌浆肌浆CaCa2+ 2+ ATPATP酶酶 ATPATP 磷脂酶磷脂酶 磷脂分解磷脂分解 蛋白酶蛋白酶 膜和骨架膜和骨架 蛋白破坏蛋白破坏 核酶核酶 染色体染色体 损伤损伤 http:/ 三、白细胞的作用三、白细胞的作用 （一）（一）IRIIRI时时白细胞增多的机制白细胞增多的机制 SELECTINS Progressive Activation INTEGRINS Ca

17、pture Slow Rolling Firm Adhesion Transmigration Rolling 趋化因子趋化因子 粘附分子（粘附分子（adhesion molecule) 三、白细胞的作用三、白细胞的作用 http:/ 缺血再灌注时白细胞增多的机制：缺血再灌注时白细胞增多的机制： 1 1粘附分子生成增多粘附分子生成增多 2 2趋化因子生成增多趋化因子生成增多 粘附分子（粘附分子（adhesion molecule) 指细胞合成的、可促进细胞与细胞之间、细指细胞合成的、可促进细胞与细胞之间、细 胞与细胞外基质之间粘附的一类大分子的总称，胞与细胞外基质之间粘附的一类大分子的总称，

18、如整合素、选择素、细胞间粘附分子、血管细胞如整合素、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粘附分子等。粘附分子及血小板内皮细胞粘附分子等。 功能：维持细胞结构完整功能：维持细胞结构完整 细胞信号转导细胞信号转导 http:/ 细胞损伤细胞损伤 （二）白细胞介导再灌注损伤的机制（二）白细胞介导再灌注损伤的机制 微血管损伤微血管损伤 微血管内血液流变学改变微血管内血液流变学改变 微血管口径改变微血管口径改变 微血管通透性增加微血管通透性增加 再灌注再灌注 损伤损伤 无复流现象无复流现象(no-reflow phenomenon ) 恢复血液灌注后，缺血区依然得不到充分血恢复血液

19、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流灌注的现象称无复流现象 . 1.微血管内血液流变学改变微血管内血液流变学改变 http:/ 总结总结:IRI:IRI的主要发病机制的主要发病机制 再灌注再灌注 中性粒细胞中性粒细胞 无复流无复流致炎因子致炎因子氧自由基氧自由基钙超载钙超载 细胞损伤细胞损伤 缺血缺血 O O2 2CaCa2+ 2+ 细胞坏死细胞坏死 缺血损伤恢复缺血损伤恢复 IRIIRI时机体的功能及代谢变化时机体的功能及代谢变化 http:/ 一、心肌缺血再灌注（一、心肌缺血再灌注（MIRMIR）损伤的变化）损伤的变化 再灌注性再灌注性 心律失常心律失常 心肌动作电位

20、时程不均一心肌动作电位时程不均一 钙超载钙超载 心肌电生理特性改变心肌电生理特性改变 纤颤阈降低纤颤阈降低 NONO减少减少 心功能心功能 变化变化 心肌舒缩心肌舒缩 功能降低功能降低 心肌顿抑心肌顿抑 钙超载钙超载 自由基爆发性生成自由基爆发性生成 （一）、心功能变化（一）、心功能变化 心肌顿抑（心肌顿抑（myocardial stunning):myocardial stunning):指指 心肌经短暂缺血并恢复供血后，在心肌经短暂缺血并恢复供血后，在 一段较长时间内出现可逆性舒缩功一段较长时间内出现可逆性舒缩功 能降低的现象。能降低的现象。 自由基爆发自由基爆发 性生成和钙性生成和钙 超

21、载是心肌超载是心肌 顿抑的主要顿抑的主要 发生机制发生机制 心功能心功能 变化变化 http:/ 心肌代谢心肌代谢 变化变化 ATPATP含量降低含量降低 ATPATP合成的前体物质不足合成的前体物质不足 缺血心肌对氧利用障碍缺血心肌对氧利用障碍 细胞膜破坏细胞膜破坏 肌原纤维结构破坏肌原纤维结构破坏 线粒体损伤线粒体损伤 心肌超微心肌超微 结构变化结构变化 IRIIRI对心功能的影响对心功能的影响 http:/ 1968年由Ames率先报道脑缺血-再灌注损伤。 有人提出细胞质内钙聚积及氧自由基导致 的脂质过氧化在迟发性神经元死亡中起 重要作用。 二、脑二、脑IRIIRI损伤的变化损伤的变化

22、http:/ 脑组织富含磷脂，脂质过氧化是脑损伤的主要特征脑组织富含磷脂，脂质过氧化是脑损伤的主要特征 脑脑IRIIRI损伤的变化损伤的变化 （一）脑能量代谢变化（一）脑能量代谢变化 http:/ 脑脑IRIIRI损伤的变化损伤的变化 （二）脑组织形态学变化（二）脑组织形态学变化 兴奋性氨基酸降低（谷兴奋性氨基酸降低（谷 氨酸、天门冬氨酸）氨酸、天门冬氨酸） 抑制性氨基酸增多（丙抑制性氨基酸增多（丙 氨酸、氨酸、-氨基丁酸）氨基丁酸） 脑水肿脑水肿 脑细胞坏死脑细胞坏死 （三）缺血（三）缺血- -再灌注再灌注 引起脑损伤的机制引起脑损伤的机制 氨基酸代氨基酸代 谢改变谢改变 自由基自由基 的作

23、用的作用 http:/ 三、小肠的三、小肠的IRIIRI 粘膜损伤为主要特征粘膜损伤为主要特征: : 上皮细胞损伤、炎性细胞浸上皮细胞损伤、炎性细胞浸 润、出血和溃疡润、出血和溃疡 19811981年年GreenbergGreenberg介绍了肠缺血介绍了肠缺血- -再灌注损伤再灌注损伤 黄嘌呤酶活性高黄嘌呤酶活性高 缺血时产生大量自由基缺血时产生大量自由基 http:/ 1972年Flore研究肾缺血-再灌注损伤 表现为线粒体的损伤，导致急性肾小管坏死 19781978年年ModryModry报道了肺再灌注综合征报道了肺再灌注综合征 肺气肿、肺水肿肺气肿、肺水肿 骨骼肌缺血骨骼肌缺血- -再

24、灌注损伤：肌肉微血管和细胞损伤再灌注损伤：肌肉微血管和细胞损伤 肝缺血肝缺血- -再灌注损伤：肝细胞坏死、线粒体肿胀再灌注损伤：肝细胞坏死、线粒体肿胀 http:/ 第四节第四节 IRIIRI防治的病理生理基础防治的病理生理基础 消除缺血原因，尽早恢复血流，控制再灌注条件消除缺血原因，尽早恢复血流，控制再灌注条件 清除自由基与清除自由基与减轻钙超载减轻钙超载 细胞保护剂的应用与中性粒细胞抑制剂的应用细胞保护剂的应用与中性粒细胞抑制剂的应用 缺血预适应与缺血后适应的应用缺血预适应与缺血后适应的应用 http:/ 低分子清除剂包括存在于细胞脂质部分的自低分子清除剂包括存在于细胞脂质部分的自 由基清除剂如维生素由基清除剂如维生素E E、维生素、维生素A;A;存在于细胞存在于细胞 内外水相中的自由基清除剂如半胱氨酸、维内外水相中的自由基清除剂如半胱氨酸、维 生素生素C C等等. . 酶性清除剂如酶性清除剂如SOD,CAT,GSH-PX, SOD,CAT,GSH-PX, ceruloplasminceruloplasmin 缺血预适应是缺血前反复、多次的短期 缺血使机体组织器官对随后更长时间的缺 血再灌注损伤产生明显保护作用的一种适 应性反应。 PKC激活，通过调节多种蛋白的磷酸化参 与缺血预适应的早期保护，激活转录因子 启动基因转录和蛋