缺血再灌注损伤课件

08缺血再灌注损伤08缺血再灌注损伤1缺血-再灌注损伤

(Ischemia-reperfusioninjury)DepartmentofPathology,ShanghaiUniversityofTCM缺血-再灌注损伤DepartmentofPatholo2缺血再灌注损伤课件3缺血再灌注损伤课件4定义

(Definition)缺血再灌注损伤(ischemia-reperfusioninjury)：在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。缺血再灌注损伤具有器官普遍性。缺血再灌注损伤缺血再灌注

定义(Definition)缺血再灌注损伤(ische5原因(Cause):

组织器官缺血基础上的血液再灌注。全身循环障碍后恢复血供：如休克微血管痉挛解除后、心脏骤停后心脑肺复苏等。组织器官缺血后血液恢复：断肢再植，器官移植。血管再通后：冠脉搭桥术，PTCA，溶栓疗法等。第一节:缺血再灌注损伤的原因及条件原因(Cause):组织器官缺血基础上的血液再灌注。第一6

再灌注时损伤是必然结果吗?

影响条件

(Conditions)缺血时间侧支循环需氧程度再灌注条件缺血时间对大鼠再灌注心律失常的影响

再灌注时损伤是必然结果吗?

影响条件(Condition7自由基的作用钙超载

微血管损伤和白细胞的作用第二节:缺血再灌注损伤的发生机制自由基的作用第二节:缺血再灌注损伤的发生机制8自由基：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。类型：1.氧自由基：O2－·

OH·2.脂性自由基：LO·LOO·3.其它：Cl·CH3·NO(ONOO-)作用：生理情况下，自由基主要参与体内的电子转移，杀菌和物质代谢。自由基(freeradical)自由基：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9自由基的产生(source)⑴

线粒体：自由基生成的主要场所之一。⑵自然氧化：Hb、Mb、CA等自然氧化过程中生成。⑶

酶催化：体内存在的黄嘌呤氧化酶、醛氧化酶等。⑷毒物作用：CCl4、百草枯（除草剂）等。O2O2·－OH·H2O2H2Oe-e-+2H+e-+H+e-+H+H2OATP自由基的产生(source)⑴线粒体：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+

过氧亚硝基阴离子（peroxynitrite,ONOO-)氮自由基一氧化氮（nitricocide,NO）11体内羟自由基的主要生成途径Haber-weise反应及Fenton型Haber-weise反应O2·+H2O2O2+OH·+OH-Haber-weise反应

O2·+H2O2

Fe2+O2+OH·+OH-Fenton型Haber-weise反应射线作用H2OX或γ射线

H2O+（带正电水）

H2O*（激发态水）H2OX或γ射线

OH-+H+

H2O均裂

OH·+H·体内羟自由基的主要生成途径Haber-weise反应及Fe12VitC、谷胱甘肽、辅酶QVitE、胡萝卜素自由基的清除

(elimination)1)低分子清除剂

VitE、胡萝卜素自由基的清除(elimination)132)酶性清除剂自由基的清除

(elimination)过氧化氢酶(CAT)过氧化物酶超氧化物歧化酶MnSODCuZnSOD2)酶性清除剂自由基的清除(elimination)过氧14生理情况下，自由基的生成与清除处于动态平衡。Freeradicalantioxidant自由基的平衡

(equilibrium)生理情况下，自由基的生成与清除处于动态平衡。Freerad15病理情况下，如果自由基生成过多或机体抗氧化能力不足，可引发氧化应激(oxidativestress)，导致细胞损伤。自由基的平衡

(equilibrium)Freeradicalantioxidant病理情况下，如果自由基生成过多或机体抗氧化能力不足，可引发氧16黄嘌呤氧化酶形成增多中性粒细胞激活线粒体内氧单电子还原增多儿茶酚胺氧化增加

缺血再灌注时氧自由基增多的机制

黄嘌呤氧化酶形成增多

缺血再灌注时氧自由基增多的机制

17黄嘌呤脱氢酶(XD)90%黄嘌呤氧化酶(XO)10%

XD——xanthinedehydrogenase

XO——xanthineoxidase(1)

黄嘌呤氧化酶途径（血管内皮源性）Ca2+依赖性蛋白酶(1)黄嘌呤氧化酶途径（血管内皮源性）Ca2+依赖性蛋白酶18缺血缺氧

ATP分解、耗竭次黄嘌呤大量堆积

(+)钙依赖性蛋白酶离子转运功能障碍XD

XOADP、AMP含量升高

胞浆Ca2+↑黄嘌呤

+O·-2

+H2O2尿酸

+O·-2

+H2O2再灌注时恢复供氧

O2O2缺血缺氧ATP分解、耗竭次黄嘌呤大量堆积(+)钙依赖性19黄嘌呤氧化酶形成增多

中性粒细胞激活：缺血激活补体，使细胞膜分解产生多种趋化物质，如补体片段、白三烯等，吸引并激活中性粒细胞。再灌注时，组织重新获得氧供应，激活的中性粒细胞耗氧量增加，产生大量氧自由基，称为呼吸爆发（respiratoryburst）或氧爆发(oxygenburst)，造成细胞损伤。

缺血再灌注时氧自由基增多的机制

黄嘌呤氧化酶形成增多

缺血再灌注时氧自由基增多的机制

20黄嘌呤氧化酶形成增多

中性粒细胞激活线粒体内氧单电子还原增多：缺血缺氧时，线粒体氧化磷酸化功能受损，氧单电子还原增多；同时，Ca2+超载可损伤线粒体功能，抑制细胞色素氧化酶系统，也会使活性氧的产生增多。儿茶酚胺氧化增加：单胺氧化酶

缺血再灌注时氧自由基增多的机制

黄嘌呤氧化酶形成增多

缺血再灌注时氧自由基增多的机制

21

氧自由基的损伤作用

⑴

膜脂质过氧化增强

①破坏膜的正常结构，使膜的液态性、流动性降低，通透性增加；②脂自由基导致离子通道功能障碍、细胞信号转导功能障碍；③促进自由基及其它生物活性物质生成；④导致线粒体功能抑制，ATP生成减少。

氧自由基的损伤作用

⑴膜脂质过氧化增强

①破坏膜22⑵抑制蛋白质功能

氧自由基的损伤作用

脂质-脂质交联HO蛋白质断裂蛋白质-蛋白质交联-S-S-CH3-S-O二硫交联氨基酸氧化OH脂肪酸氧化脂质-蛋白质交联HO氧化的脂肪酸释出的丙二醛OH⑵抑制蛋白质功能

氧自由基的损伤作用

脂质-脂质交联HO蛋23⑶破坏核酸及染色体 自由基可使碱基羟化或DNA断裂，从而引起染色体畸变或细胞死亡。这种作用80%为OH.所致，因为OH.易与脱氧核酸及碱基反应并使其结构改变。

氧自由基的损伤作用

⑶破坏核酸及染色体

氧自由基的损伤作用

24钙超载

(calciumoverload)：

缺血组织恢复血流后，细胞内钙含量显著增高并导致细胞损伤的现象。静息状态下，细胞外[Ca2+]是细胞内[Ca2+]的104倍。细胞内Ca2+主要储存在线粒体和肌浆网。二、钙超载[Ca2+]o10-3M[Ca2+]i10-7M钙超载(calciumoverload)：缺血组织恢复25细胞钙稳态的维持电压依赖性钙通道(VDCC)受体操纵性钙通道(ROCC)钙库操纵性钙通道(SOCC)1Ca2+3Na+Na+-Ca2+

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

PumpCa2+ATPADP+PiRyano受体IP3受体细胞钙稳态的维持电压依赖性钙通道(VDCC)1Ca2+3N26⑴Na+/Ca2+交换异常细胞内高Na+对Na+/Ca2+交换蛋白的直接激活细胞内高H+对Na+/Ca2+交换蛋白间接激活蛋白激酶C(PKC)活化对Na+/Ca2+交换蛋白的间接激活⑵生物膜损伤

缺血再灌注时钙超载的机制⑴Na+/Ca2+交换异常缺血再灌注时钙超载的机制271Ca2+1Na+3Na+Na+-Ca2+

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

交换异常Ca2+overload1Ca2+1Na+3Na+Na+-Ca2+exchange28⑴Na+/Ca2+交换异常细胞内高Na+对Na+/Ca2+交换蛋白的直接激活细胞内高H+对Na+/Ca2+交换蛋白间接激活蛋白激酶C(PKC)活化对Na+/Ca2+交换蛋白的间接激活缺血－再灌注时，内源性儿茶酚胺释放增加，通过α1肾上腺素受体激活G蛋白－磷脂酶C(PLC)介导的细胞信号转导通路。PLC分解磷脂酰肌醇，生成IP3和DG，IP3促进钙释放，DG激活PKC促进Na＋／H＋交换，进而增加Na＋／Ca2＋交换。（一）缺血再灌注时钙超载的机制⑴Na+/Ca2+交换异常（一）缺血再灌注时钙超载的机制29(2)生物膜损伤细胞膜损伤，对Ca2+

的通透性增加。肌浆网膜损伤，对Ca2+的回摄减少。线粒体膜受损，产能降低，细胞膜和肌浆网膜能量供应不足。（一）缺血再灌注时钙超载的机制(2)生物膜损伤（一）缺血再灌注时钙超载的机制30线粒体功能障碍→ATP生成↓

再灌注后，细胞内钙增加，刺激线粒体钙泵摄钙，钙与线粒体内含磷酸根的化合物结合，形成沉淀，干扰线粒体的氧化磷酸化。

激活膜磷脂酶→生物膜损害

钙浓度升高可激活多种磷脂酶，促进膜磷脂分解，造成生物膜的损伤。（二）钙超载引起再灌注损伤的机制线粒体功能障碍→ATP生成↓（二）钙超载引起再灌注损伤的机制31引起心律失常

由于Na＋／Ca2＋交换增加，形成一过性内向性离子流，在心肌动作电位后形成迟后除极。促进氧自由基生成

通过增强钙依赖性蛋白激酶活性，加速黄嘌呤脱氢酶转化为黄嘌呤氧化酶。

使肌原纤维挛缩，断裂，细胞破坏 缺血－再灌注后，细胞重新获得能量，在胞浆中高浓度钙的条件下，肌原纤维过度收缩。（二）钙超载引起再灌注损伤的机制引起心律失常（二）钙超载引起再灌注损伤的机制32结扎犬冠状动脉造成心肌局部缺血一段时间后，再开放结扎动脉恢复血流，部分缺血区并不能得到充分的血液灌流，这种现象被称为无复流现象（no-reflowphenomenon），见于心肌、脑、肾和骨骼肌等，与缺血再灌注时中性粒细胞的激活及其致炎因子的释放造成微血管损伤有关。三、白细胞的作用结扎犬冠状动脉造成心肌局部缺血一段时间后，再开三、白细胞的作33缺血-再灌注后数分钟内，血管内皮细胞和白细胞表达大量黏附分子，如P-选择素表达增加，使白细胞沿内皮细胞表面缓慢滚动，形成不稳定黏附；再灌注4h后，整合素表达增加，白细胞和内皮细胞出现牢固黏附；同时，再灌注损伤时，内皮细胞和白细胞释放具有趋化作用的炎症介质，吸引大量白细胞穿过血管壁游走到细胞间隙，导致白细胞黏附聚集。三、白细胞的作用缺血-再灌注后数分钟内，血管内皮细胞和白细胞表达大量黏附分子342）血管内皮细胞与噬中粒细胞介导的再灌注损伤（微血管损伤）：血液流变学改变、微血管口径改变、微血管通透性改变。大量致炎物质使细胞损伤。三、白细胞的作用2）血管内皮细胞与噬中粒细胞介导的再灌注损伤（微血管损伤）：35一、心脏缺血－再灌注损伤的变化（一）心功能变化再灌注性心律失常心肌舒缩功能降低

（二）心肌代谢变化（三）心肌超微结构变化第三节:IRI时机体的功能及代谢变化一、心脏缺血－再灌注损伤的变化第三节:IRI时机体的功能及代36IRI时心脏功能的变化1.缺血－再灌注性心律失常心肌再灌注过程中出现的心律失常称为再灌注性心律失常，室性心律失常最为常见。动物试验中，再灌注性心律失常发生率可达50～70％。再灌注性心律失常的发生与心肌缺血的时间长短有关。IRI时心脏功能的变化1.缺血－再灌注性心律失常372.心肌舒缩功能降低心室舒张末期压力（VEDP）增大心室收缩峰压（VPSP）降低心室内压最大变化速度（±dp/dtmax）降低。

IRI时心脏功能的变化2.心肌舒缩功能降低IRI时心脏功能的变化38（一）脑再灌注损伤时细胞代谢的变化：脑缺血后短时间内ATP↓、CP↓、葡萄糖↓、糖原↓,乳酸↑，FFA↑兴奋性氨基酸：Glu↓、Asp↓抑制性氨基酸：GABA↑、Gly↑（二）脑结构变化：

最明显的变化是脑水肿和脑细胞坏死，脑水肿的产生是膜脂质过氧化的结果。

二、脑IRI时的变化

（一）脑再灌注损伤时细胞代谢的变化：

二、脑IRI时的变化39一、减轻缺血性损伤，控制再灌注条件

针对缺血原因，尽早恢复血流； 采用低压、低流、低温、低PH、低钠、低钙的原则。二、改善缺血组织的代谢1.补充糖酵解底物（磷酸己糖）；2.补充外源性ATP可使细胞膜蛋白磷酸化；3.针对线粒体损伤所致的氧化磷酸化受阻，应用氢醌、细胞色素C等进行治疗。第四节:防治IRI的病理生理基础一、减轻缺血性损伤，控制再灌注条件第四节:防治IRI的病理生40三、清除自由基低分子清除剂：VitE、VitA；VitC、GSH酶性清除剂：CAT、GSH-px、SOD四、减轻钙超载五、各种预处理第四节:防治IRI的病理生理基础三、清除自由基第四节:防治IRI的病理生理基础41stablechemicalfreeradicalantioxidantactivationoxidation(disease)stablechemicalsscavengingstablechemicalfreeradicalant42ConsequencesofDNAdamageLONG-TERMCONSEQUENCESAgeingCancerotherDiseaseDNAREPAIRMECHANISMSSHORT-TERMCONSEQUENCESABNORMALGROWTH&METABOLISMPHYSIOLOGICALDYSFUNCTIONCELLDEATHDecreasedcellularproliferationDefectivesignallingpathwaysImpairedprotein/geneexpressionGenomicinstabilityDNADAMAGEConsequencesofDNAdamageLONG43自由基与放射损伤高能射线的直接损伤作用高能射线的间接损伤作用放射损伤的继发效应自由基与放射损伤高能射线的直接损伤作用44自由基与动脉粥样硬化氧化修饰的低密度脂蛋白(oxidativeLDL,oxLDL)和氧化应激对血管内皮细胞损伤造成大、中动脉内膜的慢性炎症性病变。oxLDL主要通过以下几条途径促进动脉粥样硬化的发生发展吸引吞噬细胞向内膜中聚集引起内膜炎症刺激内皮表达粘附蛋白，分泌生长因子，促进炎细胞浸润和平滑肌细胞增生可抑制磷脂-胆固醇酰基转移酶，从而明显损伤胆固醇的逆向转运自由基与动脉粥样硬化氧化修饰的低密度脂蛋白(oxidativ45lipidhydroxides,hydroperoxides,aldehydes,epoxides,ketones,ceroid,isoprostanesNecroticcoreFibrouscapLipidperoxidationproductsinanatheroscleroticlesionarebothenzymaticallyandnon-enzymaticallyproduced.Foamcell15-LOXlipidhydroxides,hydroperoxid46缺血预处理

IschemicPreconditioning,IPC

缺血预处理IschemicPreconditioning47

概念多次的短暂缺血可以使心肌对随后发生持续性缺血的耐受性增强。概念多次的短暂缺血可以使心肌对随后发生持续性缺血的耐受性增48历史沿革1986年Murry通过犬冠脉结扎，发现心肌IPC现象；1990年Deutsch首先发现人类重复血管球囊扩张可诱发心肌IPC；1993年Yellow首次采用人心肌标本直接证实这一现象存在。历史沿革1986年Murry通过犬冠脉结扎，发现心肌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预处理的保护作用的特点有记忆性预处理后10分钟~2小时内，再予缺血再灌注，心肌有记忆。呈双峰分布初始阶段（典型缺血预处理）：数分钟~3小时延迟阶段(延迟预处理,第二保护窗)：数小时至数天或更长非特异性预处理方法各不相同,产生保护作用十分相似。普遍性生物界中存在的一种普遍规律，不同种属及器官都具有。预处理的保护作用的特点有记忆性54心肌IPC的临床证据梗塞前48h心绞痛(Kloner)改善心功能，降低死亡率冠脉侧支循环血流增多冠脉球囊成形术(PTCA)(Deutsch)观察心绞痛程度、ST段偏移、肺毛细血管楔压、心肌乳酸代谢产物等指标。对心绞痛的适应性(Okazaki)心绞痛病人二次连续负荷运动观察两次发作时间，ST段压低幅度，局部心肌氧耗量，心脏大静脉Ado释放量。心肌IPC的临床证据梗塞前48h心绞痛(Kloner)55IPC的可能机制腺苷受体激活去甲肾上腺素ATP敏感性K+通道(KATP)蛋白激酶C（PKC）内皮释放的介质热休克蛋白IPC的可能机制腺苷受体激活56研究进展

——缺血后处理

缺血后处理(ischemicpostconditioning,I-postC)是缺血心脏有效的内源性保护现象，可以减轻缺血再灌注(ischemia/reperfusion,I/R)后心肌坏死与心肌功能障碍，减少恶性心律失常的发生。研究进展

——缺血后处理57I-postC的心脏保护机制内源性触发因子及其受体细胞内信号途径内源性心脏保护的细胞内效应器I-postC的心脏保护机制58

内源性触发因子及其受体触发因子包括腺苷、乙酰胆碱、阿片肽和氧自由基腺苷——A1和A3受体乙酰胆碱——M1受体阿片——阿片受体缓激肽——B2受体、血管紧张素II过AT1受体

内源性触发因子及其受体触发因子包括腺苷、乙酰胆碱、阿片肽和59细胞内信号途径PI3K/Akt途径

：广泛存在于细胞中，活化的Akt—磷酸化下游底物—发挥抗凋亡、促进细胞存活。MAPKs：

I-postC激活ERK1/2并限制心肌梗死范围；I-postC通过抑制SAPK/p38MAPK减轻缺氧/复氧所致细胞凋亡PKC：PKC抑制剂chelerythrine消除在体兔心脏I-postC限制心肌梗死范围的保护作用；I-postC对大鼠I/R心肌的保护作用与诱导PKCε表达和转位有关。其它细胞内信号转导途径：PKG；PKA细胞内信号途径PI3K/Akt途径：广泛存在于细胞60

内源性心脏保护的细胞内效应器

线粒体：开放mitoKATP通道、抑制mPTP开放，抑制氧自由基产生和钙超载而发挥心脏保护作用内质网(ER)：内质网应激（ERS)是加重I/R的重要因素，IPC抑制ERS引起的蛋白合成和细胞凋亡，诱导ERS分子ORP150表达并保护神经元细胞。内源性保护蛋白：热休克蛋白、氧自由基清除酶、金属硫蛋白

内源性心脏保护的细胞内效应器

线粒体：开放mitoKATP61举例LaskeyWK.

对17位急性心肌梗死病人PTCA术中进行2轮90s缺血和3-5min再灌注的I-postC，减轻了病人缺血所致ST段抬高程度。Circulation2006;113StaatP在一项多中心、随机对照临床试验中证实人类心脏存在I-postC现象：所有病人于PTCA再灌注后1h内进行4轮1min的I-postC，肌酸激酶(creatinekinase,CK)漏出减少，并增加了微血管的开放程度。Circulation2005，112MaXJ,等也证实I-postC可显著降低急性心肌梗死患者CK、CK-MB的漏出和脂质过氧化损伤，并明显改善冠状动脉血流和内皮依赖性血管舒张功能。ScandCardiovascJ2006;40举例6208缺血再灌注损伤08缺血再灌注损伤63缺血-再灌注损伤

(Ischemia-reperfusioninjury)DepartmentofPathology,ShanghaiUniversityofTCM缺血-再灌注损伤DepartmentofPatholo64缺血再灌注损伤课件65缺血再灌注损伤课件66定义

(Definition)缺血再灌注损伤(ischemia-reperfusioninjury)：在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。缺血再灌注损伤具有器官普遍性。缺血再灌注损伤缺血再灌注

定义(Definition)缺血再灌注损伤(ische67原因(Cause):

组织器官缺血基础上的血液再灌注。全身循环障碍后恢复血供：如休克微血管痉挛解除后、心脏骤停后心脑肺复苏等。组织器官缺血后血液恢复：断肢再植，器官移植。血管再通后：冠脉搭桥术，PTCA，溶栓疗法等。第一节:缺血再灌注损伤的原因及条件原因(Cause):组织器官缺血基础上的血液再灌注。第一68

再灌注时损伤是必然结果吗?

影响条件

(Conditions)缺血时间侧支循环需氧程度再灌注条件缺血时间对大鼠再灌注心律失常的影响

再灌注时损伤是必然结果吗?

影响条件(Condition69自由基的作用钙超载

微血管损伤和白细胞的作用第二节:缺血再灌注损伤的发生机制自由基的作用第二节:缺血再灌注损伤的发生机制70自由基：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。类型：1.氧自由基：O2－·

OH·2.脂性自由基：LO·LOO·3.其它：Cl·CH3·NO(ONOO-)作用：生理情况下，自由基主要参与体内的电子转移，杀菌和物质代谢。自由基(freeradical)自由基：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71自由基的产生(source)⑴

线粒体：自由基生成的主要场所之一。⑵自然氧化：Hb、Mb、CA等自然氧化过程中生成。⑶

酶催化：体内存在的黄嘌呤氧化酶、醛氧化酶等。⑷毒物作用：CCl4、百草枯（除草剂）等。O2O2·－OH·H2O2H2Oe-e-+2H+e-+H+e-+H+H2OATP自由基的产生(source)⑴线粒体：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+

过氧亚硝基阴离子（peroxynitrite,ONOO-)氮自由基一氧化氮（nitricocide,NO）73体内羟自由基的主要生成途径Haber-weise反应及Fenton型Haber-weise反应O2·+H2O2O2+OH·+OH-Haber-weise反应

O2·+H2O2

Fe2+O2+OH·+OH-Fenton型Haber-weise反应射线作用H2OX或γ射线

H2O+（带正电水）

H2O*（激发态水）H2OX或γ射线

OH-+H+

H2O均裂

OH·+H·体内羟自由基的主要生成途径Haber-weise反应及Fe74VitC、谷胱甘肽、辅酶QVitE、胡萝卜素自由基的清除

(elimination)1)低分子清除剂

VitE、胡萝卜素自由基的清除(elimination)752)酶性清除剂自由基的清除

(elimination)过氧化氢酶(CAT)过氧化物酶超氧化物歧化酶MnSODCuZnSOD2)酶性清除剂自由基的清除(elimination)过氧76生理情况下，自由基的生成与清除处于动态平衡。Freeradicalantioxidant自由基的平衡

(equilibrium)生理情况下，自由基的生成与清除处于动态平衡。Freerad77病理情况下，如果自由基生成过多或机体抗氧化能力不足，可引发氧化应激(oxidativestress)，导致细胞损伤。自由基的平衡

(equilibrium)Freeradicalantioxidant病理情况下，如果自由基生成过多或机体抗氧化能力不足，可引发氧78黄嘌呤氧化酶形成增多中性粒细胞激活线粒体内氧单电子还原增多儿茶酚胺氧化增加

缺血再灌注时氧自由基增多的机制

黄嘌呤氧化酶形成增多

缺血再灌注时氧自由基增多的机制

79黄嘌呤脱氢酶(XD)90%黄嘌呤氧化酶(XO)10%

XD——xanthinedehydrogenase

XO——xanthineoxidase(1)

黄嘌呤氧化酶途径（血管内皮源性）Ca2+依赖性蛋白酶(1)黄嘌呤氧化酶途径（血管内皮源性）Ca2+依赖性蛋白酶80缺血缺氧

ATP分解、耗竭次黄嘌呤大量堆积

(+)钙依赖性蛋白酶离子转运功能障碍XD

XOADP、AMP含量升高

胞浆Ca2+↑黄嘌呤

+O·-2

+H2O2尿酸

+O·-2

+H2O2再灌注时恢复供氧

O2O2缺血缺氧ATP分解、耗竭次黄嘌呤大量堆积(+)钙依赖性81黄嘌呤氧化酶形成增多

中性粒细胞激活：缺血激活补体，使细胞膜分解产生多种趋化物质，如补体片段、白三烯等，吸引并激活中性粒细胞。再灌注时，组织重新获得氧供应，激活的中性粒细胞耗氧量增加，产生大量氧自由基，称为呼吸爆发（respiratoryburst）或氧爆发(oxygenburst)，造成细胞损伤。

缺血再灌注时氧自由基增多的机制

黄嘌呤氧化酶形成增多

缺血再灌注时氧自由基增多的机制

82黄嘌呤氧化酶形成增多

中性粒细胞激活线粒体内氧单电子还原增多：缺血缺氧时，线粒体氧化磷酸化功能受损，氧单电子还原增多；同时，Ca2+超载可损伤线粒体功能，抑制细胞色素氧化酶系统，也会使活性氧的产生增多。儿茶酚胺氧化增加：单胺氧化酶

缺血再灌注时氧自由基增多的机制

黄嘌呤氧化酶形成增多

缺血再灌注时氧自由基增多的机制

83

氧自由基的损伤作用

⑴

膜脂质过氧化增强

①破坏膜的正常结构，使膜的液态性、流动性降低，通透性增加；②脂自由基导致离子通道功能障碍、细胞信号转导功能障碍；③促进自由基及其它生物活性物质生成；④导致线粒体功能抑制，ATP生成减少。

氧自由基的损伤作用

⑴膜脂质过氧化增强

①破坏膜84⑵抑制蛋白质功能

氧自由基的损伤作用

脂质-脂质交联HO蛋白质断裂蛋白质-蛋白质交联-S-S-CH3-S-O二硫交联氨基酸氧化OH脂肪酸氧化脂质-蛋白质交联HO氧化的脂肪酸释出的丙二醛OH⑵抑制蛋白质功能

氧自由基的损伤作用

脂质-脂质交联HO蛋85⑶破坏核酸及染色体 自由基可使碱基羟化或DNA断裂，从而引起染色体畸变或细胞死亡。这种作用80%为OH.所致，因为OH.易与脱氧核酸及碱基反应并使其结构改变。

氧自由基的损伤作用

⑶破坏核酸及染色体

氧自由基的损伤作用

86钙超载

(calciumoverload)：

缺血组织恢复血流后，细胞内钙含量显著增高并导致细胞损伤的现象。静息状态下，细胞外[Ca2+]是细胞内[Ca2+]的104倍。细胞内Ca2+主要储存在线粒体和肌浆网。二、钙超载[Ca2+]o10-3M[Ca2+]i10-7M钙超载(calciumoverload)：缺血组织恢复87细胞钙稳态的维持电压依赖性钙通道(VDCC)受体操纵性钙通道(ROCC)钙库操纵性钙通道(SOCC)1Ca2+3Na+Na+-Ca2+

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

PumpCa2+ATPADP+PiRyano受体IP3受体细胞钙稳态的维持电压依赖性钙通道(VDCC)1Ca2+3N88⑴Na+/Ca2+交换异常细胞内高Na+对Na+/Ca2+交换蛋白的直接激活细胞内高H+对Na+/Ca2+交换蛋白间接激活蛋白激酶C(PKC)活化对Na+/Ca2+交换蛋白的间接激活⑵生物膜损伤

缺血再灌注时钙超载的机制⑴Na+/Ca2+交换异常缺血再灌注时钙超载的机制891Ca2+1Na+3Na+Na+-Ca2+

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

交换异常Ca2+overload1Ca2+1Na+3Na+Na+-Ca2+exchange90⑴Na+/Ca2+交换异常细胞内高Na+对Na+/Ca2+交换蛋白的直接激活细胞内高H+对Na+/Ca2+交换蛋白间接激活蛋白激酶C(PKC)活化对Na+/Ca2+交换蛋白的间接激活缺血－再灌注时，内源性儿茶酚胺释放增加，通过α1肾上腺素受体激活G蛋白－磷脂酶C(PLC)介导的细胞信号转导通路。PLC分解磷脂酰肌醇，生成IP3和DG，IP3促进钙释放，DG激活PKC促进Na＋／H＋交换，进而增加Na＋／Ca2＋交换。（一）缺血再灌注时钙超载的机制⑴Na+/Ca2+交换异常（一）缺血再灌注时钙超载的机制91(2)生物膜损伤细胞膜损伤，对Ca2+

的通透性增加。肌浆网膜损伤，对Ca2+的回摄减少。线粒体膜受损，产能降低，细胞膜和肌浆网膜能量供应不足。（一）缺血再灌注时钙超载的机制(2)生物膜损伤（一）缺血再灌注时钙超载的机制92线粒体功能障碍→ATP生成↓

再灌注后，细胞内钙增加，刺激线粒体钙泵摄钙，钙与线粒体内含磷酸根的化合物结合，形成沉淀，干扰线粒体的氧化磷酸化。

激活膜磷脂酶→生物膜损害

钙浓度升高可激活多种磷脂酶，促进膜磷脂分解，造成生物膜的损伤。（二）钙超载引起再灌注损伤的机制线粒体功能障碍→ATP生成↓（二）钙超载引起再灌注损伤的机制93引起心律失常

由于Na＋／Ca2＋交换增加，形成一过性内向性离子流，在心肌动作电位后形成迟后除极。促进氧自由基生成

通过增强钙依赖性蛋白激酶活性，加速黄嘌呤脱氢酶转化为黄嘌呤氧化酶。

使肌原纤维挛缩，断裂，细胞破坏 缺血－再灌注后，细胞重新获得能量，在胞浆中高浓度钙的条件下，肌原纤维过度收缩。（二）钙超载引起再灌注损伤的机制引起心律失常（二）钙超载引起再灌注损伤的机制94结扎犬冠状动脉造成心肌局部缺血一段时间后，再开放结扎动脉恢复血流，部分缺血区并不能得到充分的血液灌流，这种现象被称为无复流现象（no-reflowphenomenon），见于心肌、脑、肾和骨骼肌等，与缺血再灌注时中性粒细胞的激活及其致炎因子的释放造成微血管损伤有关。三、白细胞的作用结扎犬冠状动脉造成心肌局部缺血一段时间后，再开三、白细胞的作95缺血-再灌注后数分钟内，血管内皮细胞和白细胞表达大量黏附分子，如P-选择素表达增加，使白细胞沿内皮细胞表面缓慢滚动，形成不稳定黏附；再灌注4h后，整合素表达增加，白细胞和内皮细胞出现牢固黏附；同时，再灌注损伤时，内皮细胞和白细胞释放具有趋化作用的炎症介质，吸引大量白细胞穿过血管壁游走到细胞间隙，导致白细胞黏附聚集。三、白细胞的作用缺血-再灌注后数分钟内，血管内皮细胞和白细胞表达大量黏附分子962）血管内皮细胞与噬中粒细胞介导的再灌注损伤（微血管损伤）：血液流变学改变、微血管口径改变、微血管通透性改变。大量致炎物质使细胞损伤。三、白细胞的作用2）血管内皮细胞与噬中粒细胞介导的再灌注损伤（微血管损伤）：97一、心脏缺血－再灌注损伤的变化（一）心功能变化再灌注性心律失常心肌舒缩功能降低

（二）心肌代谢变化（三）心肌超微结构变化第三节:IRI时机体的功能及代谢变化一、心脏缺血－再灌注损伤的变化第三节:IRI时机体的功能及代98IRI时心脏功能的变化1.缺血－再灌注性心律失常心肌再灌注过程中出现的心律失常称为再灌注性心律失常，室性心律失常最为常见。动物试验中，再灌注性心律失常发生率可达50～70％。再灌注性心律失常的发生与心肌缺血的时间长短有关。IRI时心脏功能的变化1.缺血－再灌注性心律失常992.心肌舒缩功能降低心室舒张末期压力（VEDP）增大心室收缩峰压（VPSP）降低心室内压最大变化速度（±dp/dtmax）降低。

IRI时心脏功能的变化2.心肌舒缩功能降低IRI时心脏功能的变化100（一）脑再灌注损伤时细胞代谢的变化：脑缺血后短时间内ATP↓、CP↓、葡萄糖↓、糖原↓,乳酸↑，FFA↑兴奋性氨基酸：Glu↓、Asp↓抑制性氨基酸：GABA↑、Gly↑（二）脑结构变化：

最明显的变化是脑水肿和脑细胞坏死，脑水肿的产生是膜脂质过氧化的结果。

二、脑IRI时的变化

（一）脑再灌注损伤时细胞代谢的变化：

二、脑IRI时的变化101一、减轻缺血性损伤，控制再灌注条件

针对缺血原因，尽早恢复血流； 采用低压、低流、低温、低PH、低钠、低钙的原则。二、改善缺血组织的代谢1.补充糖酵解底物（磷酸己糖）；2.补充外源性ATP可使细胞膜蛋白磷酸化；3.针对线粒体损伤所致的氧化磷酸化受阻，应用氢醌、细胞色素C等进行治疗。第四节:防治IRI的病理生理基础一、减轻缺血性损伤，控制再灌注条件第四节:防治IRI的病理生102三、清除自由基低分子清除剂：VitE、VitA；VitC、GSH酶性清除剂：CAT、GSH-px、SOD四、减轻钙超载五、各种预处理第四节:防治IRI的病理生理基础三、清除自由基第四节:防治IRI的病理生理基础103stablechemicalfreeradicalantioxidantactivationoxidation(disease)stablechemicalsscavengingstablechemicalfreeradicalant104ConsequencesofDNAdamageLONG-TERMCONSEQUENCESAgeingCancerotherDiseaseDNAREPAIRMECHANISMSSHORT-TERMCONSEQUENCESABNORMALGROWTH&METABOLISMPHYSIOLOGICALDYSFUNCTIONCELLDEATHDecreasedcellularproliferationDefectivesignallingpathwaysImpairedprotein/geneexpressionGenomicinstabilityDNADAMAGEConsequencesofDNAdamageLONG105自由基与放射损伤高能射线的直接损伤作用高能射线的间接损伤作用放射损伤的继发效应自由基与放射损伤高能射线的直接损伤作用106自由基与动脉粥样硬化氧化修饰的低密度脂蛋白(oxidativeLDL,oxLDL)和氧化应激对血管内皮细胞损伤造成大、中动脉内膜的慢性炎症性病变。oxLDL主要通过以下几条途径促进动脉粥样硬化的发生发展吸引吞噬细胞向内膜中聚集引起内膜炎症刺激内皮表达粘附蛋白，分泌生长因子，促进炎细胞浸润和平滑肌细胞增生可抑制磷脂-胆固醇酰基转移酶，从而明显损伤胆固醇的逆向转运自由基与动脉粥样硬化氧化修饰的低密度脂蛋白(oxidativ107lipidhydroxides,hydroperoxides,aldehydes,epoxides,ketones,ceroid,isoprostanesNecroticcoreFibrouscapLipidperoxidationproductsinanatheroscleroticlesionarebothenzymaticallyandnon-enzymaticallyproduced.Foamcell15-LOXlipidhydroxides,hydroperoxid108缺血预处理

IschemicPreconditioning,IPC

缺血预处理IschemicPreconditioning109

概念多次的短暂缺血可以使心肌对随后发生持续性缺血的耐受性增强。概念多次的短暂缺血可以使心肌对随后发生持续性缺血的耐受性增110历史沿革1986年Murry通过犬冠脉结扎，发现心肌IPC现象；1990年Deutsch首先发现人类重复血管球囊扩张可诱发心肌IPC；1993年Yellow首次采用人心肌标本直接证实这一现象存在。历史沿革1986年Murry通过犬冠脉结扎，发现心肌IP111IschemicPreconditioningThesizeofaninfarctresultingfroma40-minocclusionofabranchofadog’scoronaryarterycouldbegreatlyreducediftheheartweresubjectedto4briefperiodsof5minofischemiaand5minofreperfusionpriortosustainedischemia.Theheartadapteditselfwithinminutestobecomeresistanttoischemia-inducedinfarction.MurryCEetal.Preconditioningwithischemia:adelayoflethalcellinjuryinischemicmyocardium.Circulation74:1124–1136,1986.IschemicPreconditioningThesi112CardioprotectionsbyPCLimitinfarctsizeMitigatemyocardialstunningImproveArrhythmiasCardioprotectionsbyPC113MicrocirculationProtectionsbyPCBlunttheimpairedendothelial-dependentrelaxation.Amelioratecapillaryplugging,leukocyteadhesion,andemigration.Reducevenouspr