缺血-再灌注损伤 - 郑州大学

1、第十章第十章缺血缺血- -再灌注损伤再灌注损伤（Ischemia Reperfusion injury）简简 史史 年，年，JenningsJennings第一次提出第一次提出心肌再心肌再灌注损伤灌注损伤的概念的概念临床背景临床背景溶栓疗法溶栓疗法器官移植器官移植体外循环体外循环PTCA冠脉搭桥冠脉搭桥治疗手段的改进治疗手段的改进氧反常氧反常钙反常钙反常pH反常反常低氧低氧/缺氧缺氧正常氧供正常氧供无钙无钙含钙含钙损伤加重损伤加重酸中毒酸中毒纠正酸中毒纠正酸中毒 缺血缺血- -再灌注损伤概念再灌注损伤概念 ： 缺血的组织、器官经恢复血液灌缺血的组织、器官经恢复血液灌注后不但不能使其功能和结构恢

2、复，注后不但不能使其功能和结构恢复，反而加重其功能障碍和结构损伤的现反而加重其功能障碍和结构损伤的现象称为象称为缺血缺血- -再灌注损伤再灌注损伤(ischemia-(ischemia-reperfusion injury).reperfusion injury). 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 休克时微循环的疏通休克时微循环的疏通 冠脉痉挛缓解冠脉痉挛缓解 心脑肺复苏心脑肺复苏 术后术后 动脉搭桥动脉搭桥 溶栓疗法溶栓疗法 PTCA体外循环体外循环 器官移植器官移植 断指再植断指再植一、原 因二、条件二、条件 1 1、缺血、缺氧时间、缺血、缺氧时间 2 2、需氧程度、

3、需氧程度 3 3、侧支循环、侧支循环 4 4、再灌注条件：、再灌注条件：自由基的作用自由基的作用钙超载钙超载白细胞的作用白细胞的作用（一）自由基的概念和类型（一）自由基的概念和类型一、自由基的作用一、自由基的作用 自由基自由基 (free radical):指外层电子轨道上指外层电子轨道上含有单个不配对电子的原子、原子团和分含有单个不配对电子的原子、原子团和分子的总称。子的总称。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种类：种类：氧自由基氧自由基 脂质自由基脂质自由基 其他其他： NO、氯氯自由基自由基氧自由基：氧自由基：以氧为中心的自由基称为氧以氧为中心的自由基称为氧自由基，

4、常常由氧诱发自由基，常常由氧诱发O O2 2线线粒粒体体9899%ATPATP12%NADPHNADPH氧化酶氧化酶黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶P450P450细胞色素单加氧酶细胞色素单加氧酶超氧阴离子超氧阴离子 O O2 2- -羟自由基羟自由基 OHOH单线态氧单线态氧 1 1O O2 2SODSODH H2 2O O2 2谷胱甘肽过氧化物酶（谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-PXGSH-PX）过氧化氢酶（过氧化氢酶（CATCAT）髓过氧化物酶（髓过氧化物酶（MPOMPO）清清除除脂性自由基和一氧化氮精氨酸精氨酸NOSNOSNONO氧自由基氧自由基过氧亚硝酸根过氧亚硝酸根ONOOONOO- -多聚不

5、饱和多聚不饱和脂肪酸脂肪酸氧自由基氧自由基烷氧自由基烷氧自由基 LOLO烷过氧自由基烷过氧自由基 LOLOOO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。指化学性质活泼的含氧代谢物。脂质过氧化物脂质过氧化物及其裂解产物及其裂解产物（二）自由基的代谢二）自由基的代谢1. 1. 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 2. 2. 血管内皮细胞内黄嘌呤氧化酶形成增加血管内皮细胞内黄嘌呤氧化酶形成增加 3. 3. 白细胞呼吸

6、爆发产生大量活性氧白细胞呼吸爆发产生大量活性氧 4. 4. 儿茶酚胺的自身氧化儿茶酚胺的自身氧化5. 5. 体内清除活性氧的能力下降体内清除活性氧的能力下降 1 1、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CaCa2+2+进入线粒体进入线粒体 氧经单电子还原氧经单电子还原nO-2 缺氧缺氧 MnSOD 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 白细胞吞噬时伴耗氧量显著增加的现象，称白细胞吞噬时伴耗氧量显著增加的现象，称呼吸呼吸爆发爆发(Respir

7、atory Burst(Respiratory Burst )。 3 3、白细胞呼吸爆发产生大量活性氧、白细胞呼吸爆发产生大量活性氧缺氧缺氧交感交感- -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儿茶酚胺儿茶酚胺 Adr甲基转移酶甲基转移酶单胺氧化酶单胺氧化酶香草扁桃酸（正常代谢）香草扁桃酸（正常代谢）肾排出肾排出应激时80%80%肾上腺素红肾上腺素红O O- -2 2 （四）自由基的损伤作用（四）自由基的损伤作用1. 膜脂质过氧化（膜脂质过氧化（ lipid per

8、oxidation） -S-S-CH3-S-脂质脂质- -脂质交联脂质交联OOHHO脂肪酸氧化脂肪酸氧化OHHO从氧化的脂肪从氧化的脂肪酸释出的酸释出的 丙丙二醛二醛MDAMDA 细胞膜结构破坏细胞膜结构破坏 细胞器膜结构破坏细胞器膜结构破坏 溶酶体破裂释放溶酶体酶，破坏细胞溶酶体破裂释放溶酶体酶，破坏细胞 线粒体肿胀、功能障碍，产能减少线粒体肿胀、功能障碍，产能减少 肌浆网肌浆网Ca Ca 2+2+ -ATP -ATP酶活性降低使摄取的酶活性降低使摄取的 Ca Ca 2+2+ 减少，导致细胞内钙超负荷减少，导致细胞内钙超负荷 脂质信号分子生成异常脂质信号分子生成异常促进自由基及其他生物活性物

9、质生成促进自由基及其他生物活性物质生成蛋白质蛋白质断裂断裂蛋白质蛋白质- -蛋白蛋白质交联质交联-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OHHO脂肪酸氧化脂肪酸氧化OHHO2. 2. 蛋白质失活蛋白质失活 3. DNA3. DNA损伤损伤自由基的作用自由基的作用钙超载钙超载白细胞的作用白细胞的作用 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 overload） 二、

10、钙超载二、钙超载( calcium overload)( calcium overload)( (一一) )细胞内细胞内Ca Ca 2+2+的稳态调节的稳态调节Na Na + + -Ca -Ca 2+2+载体载体Ca2+2+ B Pr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+ii：1010-7-7M MVOCROC1 1 、NaNa+ + -Ca -Ca2+2+异常交换异常交换胞内胞内NaNa+ +、H H+ +、NE- NE- 1R- PLC-1R- PLC-PKCPKC缺氧酸中毒缺氧酸中毒细胞内细胞内pH 再灌形

11、成细胞内外再灌形成细胞内外pH差差H+出、出、Na+入细胞入细胞 细胞内细胞内Na+ 逆向逆向Na+ -Ca2+ 钙超载钙超载（二）细胞内钙超载的产生机制（二）细胞内钙超载的产生机制 1. 线粒体功能障碍线粒体功能障碍 2. 激活磷脂酶：加重膜损伤激活磷脂酶：加重膜损伤 3. 心律失常心律失常 4. 促进自由基生成促进自由基生成 5.激活多种酶的活性激活多种酶的活性Ca2+PO33+Ca3(PO3)2(黄嘌呤脱氢酶黄嘌呤脱氢酶黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶)ATPNa+/Ca2+ 一过性内向离子流一过性内向离子流（三）（三） 钙超载引起缺血再灌注损伤的机制钙超载引起缺血再灌注损伤的机制钙超载激活多种

12、酶的活性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 损伤损伤自由基的作用自由基的作用钙超载钙超载白细胞的作用白细胞的作用（一）（一）白细胞聚集的机制白细胞聚集的机制SELECTINSProgressive ActivationINTEGRINSCaptureSlow RollingFirm AdhesionTransmigrationRolling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（二

13、）白细胞聚集在缺血（二）白细胞聚集在缺血- -再灌注损伤中的作用再灌注损伤中的作用1. 微血管损伤微血管损伤 微血管通透性微血管通透性自自由基、粒细胞由基、粒细胞血液流变学改变血液流变学改变白细胞粘附聚白细胞粘附聚集、血流缓慢集、血流缓慢微血管口径的改变微血管口径的改变内皮细胞肿胀内皮细胞肿胀缩血管物质缩血管物质扩血管物质扩血管物质引起引起无复流现象无复流现象(no-reflow phenomenon ) 细胞粘附、聚集、堵塞血管细胞粘附、聚集、堵塞血管增加血管通透性增加血管通透性组织水肿组织水肿无复流无复流无复流现象无复流现象(no-reflow phenomenon )：恢复血液恢复血液灌

14、注后，缺血区依然得不到充分血流灌注的现象灌注后，缺血区依然得不到充分血流灌注的现象称无复流现象称无复流现象 . （二）白细胞聚集在缺血（二）白细胞聚集在缺血- -再灌注损伤中的作用再灌注损伤中的作用1. 微血管损伤微血管损伤 2. 2. 细胞损伤：细胞损伤： OFROFR、溶酶、细胞因子、溶酶、细胞因子IRI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第三节第三节 IRIIRI时机体的功能及代谢变化时机体的功能及代谢变化一、心脏缺血一、心脏缺血-

15、 -再灌注损伤再灌注损伤的变化的变化 再灌注性再灌注性 心律失常心律失常心肌动作电位时程不均一心肌动作电位时程不均一心肌动作电位后延迟后除极心肌动作电位后延迟后除极的形成的形成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 1 1、心、心功能变化功能变化 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可逆性可逆性I-R损伤损伤胞浆胞浆Na+超载超载Na+/Ca2+：O2.-H2O2OH.脂质过氧化脂质过氧化蛋白质及酶失活蛋白质及酶失活肌浆网钙肌浆网钙转运蛋白转运蛋白质膜通质膜通离子泵离子泵线粒体线粒体损伤损伤收缩蛋收缩蛋

16、白损伤白损伤钙超载钙超载ATPCa2+敏感性敏感性心肌舒缩功能心肌舒缩功能（心肌顿抑）（心肌顿抑） 2. 2.心肌代心肌代谢变化谢变化 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3.3.心肌超微心肌超微结构变化结构变化 心肌缺血性损伤和再灌注性损伤的主要表现？心肌缺血性损伤和再灌注性损伤的主要表现？缺血性损伤缺血性损伤再灌注性损伤再灌注性损伤发病环节发病环节 缺血、缺氧缺血、缺氧再灌注再灌注微小血管微小血管 早期无堵塞现象早期无堵塞现象微小血管堵塞、

17、出现无复流现象微小血管堵塞、出现无复流现象心肌功能心肌功能 进行性下降进行性下降心肌顿抑心肌顿抑心律失常心律失常 多缓慢发生，较少多缓慢发生，较少为室颤为室颤多突然发生，很快转化为室颤多突然发生，很快转化为室颤-阻滞剂有效阻滞剂有效-阻滞剂有效阻滞剂有效心肌心肌K KATPATP激活，细激活，细胞膜超极化胞膜超极化Na+ -Ca2+Na+ -Ca2+异常交换，心肌动作异常交换，心肌动作电位时程不均一性等电位时程不均一性等心电图心电图STST段抬高，段抬高，R R波增波增高高STST段不抬高，段不抬高，R R波降低，出现病理波降低，出现病理性性u u波波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IRI损伤的变化脑组织富含磷脂，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IRI损伤的变化脑能量代谢变化脑能量代谢变化脑IRI损伤的变化脑氨基酸代谢变化脑氨基酸代谢变化脑组织学变化脑组织学变化兴奋性氨基酸降低（谷氨酸、兴奋性氨基酸降低（谷氨酸、天门冬氨酸）天门冬氨酸）抑制性氨基酸增多（丙氨酸、抑制性氨基酸增多（丙氨酸、-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、小肠的IRI粘膜损伤为主要特征粘膜损伤为主要特