病理生理学课件（石磊）病生 缺血再灌注损伤

同学们好，开始上课了缺血再灌注损伤IRI病理生理学教研室刘巍liuvvvv@126.com高等学校规范教材病理生理学(案例版)目

录

缺血-再灌注损伤防治的病理生理基础

原因及条件

发病机制

机体的功能及代谢变化

缺血性损伤（ischemiainjury）各种原因造成组织血液灌流减少而使细胞发生损伤。缺血-再灌注损伤概述临床血流恢复的措施溶栓疗法冠脉搭桥支架放置体外循环器官移植缺血-再灌注损伤概述心脏介入手术经皮冠状动脉腔内成形术（PTCA）放置支架PTCA结合支架治疗冠心病患者，成功率较高，长期生存率较高

自张式支架球囊式支架冠脉支架置入前后1234h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，有可能造成更严重的心肌损伤缺血-再灌注损伤概述简史认识就从这简单现象开始1９５５年，Sewell结扎狗冠状动脉后，如突然解除结扎，恢复血流，动物室颤而死亡，临床类同１９６０年，Jennings第一次提出心肌再灌注损伤的概念

在心肌缺血恢复血流后，缺血心肌的损伤反而加重1967年，Bulkley

和Hutchins发现冠脉血管再通后的病人发生心肌细胞反常性坏死。

1968年Ames脑IRI1972年Flore肾IRI1978年Modry

肺IRI1981年Greenberg肠IRI简史

目前，IRI成为溶栓疗法、搭桥术、断肢再植、器官移植等医疗措施成败的关键因素之一。缺血-再灌注损伤概述

缺血-再灌注损伤（ischemia-reperfusioninjury,IRI）组织器官重新获得血液再灌注后损伤反而进一步加重的现象

(简称再灌注损伤)。第1节缺血-再灌注损伤原因和条件

一、原因1.全身性因素—全身循环障碍后恢复血液供应：

休克微循环痉挛解除、心脏骤停后复苏、体外循环建立与撤除2.局部性因素—组织缺血后血流恢复或血管再通

器官移植、断肢再植、冠状动脉痉挛的缓解、

动脉搭桥术、溶栓疗法、支架放置.

氧反常钙反常pH反常低氧/缺氧正常氧供无钙含钙酸中毒纠正酸中毒损伤加重IRI再灌注损伤机制的实验研究

氧反常（oxygenparadox）—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，恢复正常氧供应，组织及细胞的损伤反而更趋严重的现象。钙反常（calciumparadox）—先用无钙液灌注组织器官，再用含钙液进行灌注时心肌细胞酶释放增加、肌纤维过度收缩剂电信号异常称钙反常。pH反常（pHparadox）—在再灌注时迅速纠正缺血组织的酸中毒，组织损伤反而加重，称pH反常。再灌注损伤机制的实验研究第一节原因与条件1.缺血时间2.缺血部位二、影响因素不长不短氧需求量、侧支循环3.再灌注条件低压、低温、低pH、低钠、低钙4.缺血前状态缺血预适应

细胞缺血损伤

严重缺血使细胞不能适应

可逆或不可逆以坏死为主取决于：

缺血持续时间和严重程度细胞状态和适应能力再灌注损伤在恢复灌流早期出现可逆或不可逆以凋亡为主取决于：再灌注开始时间再灌注液温度、pH等缺血后处理«

adoubleedgedsword

»活性氧生成异常增多

钙超载

白细胞的激活

IRI第二节缺血-再灌注损伤发生机制㈠活性氧的概念与类型活性氧（reactiveoxygenspecies,ROS）：指一类由氧形成的、化学性质较基态氧活泼的含氧代谢物质。包括氧自由基和非自由基物质一、活性氧生成异常增多IRI发生机制

[自由基]指外层轨道上有未配对电子的原子、原(freeradical)子团或分子的总称。化学性质非常活泼，极易与其生成部位的其它物质发生连锁反应。㈠活性氧的概念与类型活性氧㈠活性氧的概念与类型活性氧由氧诱发的自由基称为氧自由基(oxygenfreeradical,OFR

)，病理情况下对机体损伤较大的是超氧阴离子（

）和羟自由基（OH.）—O2.活性氧包括一些非自由基的物质，如单线态氧(1O2)和H2O2脂性自由基多聚不饱和脂肪酸氧自由基烷氧自由基LO·烷过氧自由基LOO·自由基一氧化氮精氨酸NOSNO氧自由基过氧亚硝酸根ONOO-NO自由基1998年诺贝尔医学奖获得者伊格纳罗博士由金属离子催化的反应称Fenton反应，多见于血红蛋白、肌红蛋白、儿茶酚胺等氧化过程中。O2O2·－OH·H2O2H2Oe-e-+2H+e-+H+e-+H+H2O（二）活性氧的代谢细胞色素氧化酶系统活性氧4e-+4H+中性粒细胞在吞噬活动时耗氧量增加，其摄入氧的70%-90%在NADH氧化酶和NADPH氧化酶催化下接受电子而产生大量自由基，这一现象称呼吸爆发。活性氧生成降解1、低分子清除剂

细胞脂质部分有维生素E、A，存在于细胞内外水相中的有半胱氨酸、维生素c、还原型谷胱甘肽和NADPH等2、酶性清除剂

过氧化氢酶及过氧化物酶超氧化物歧化酶（SOD）Mn2+-SOD和Cu2+,Zn2+-SOD活性氧维生素E维生素A半胱氨酸维生素C还原型谷胱甘肽低分子清除剂还原O2·－、脂自由基清除1O2，抑制脂质过氧化协助维生素E的活性状态氧自由基O2线粒体98~99%ATP1~2%NADPH氧化酶黄嘌呤氧化酶P450细胞色素单加氧酶超氧阴离子O2-羟自由基·OH单线态氧1O2SODH2O2谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-PX）过氧化氢酶（CAT）髓过氧化物酶（MPO）清除

肌萎缩侧索硬化症(amyotrophiclateralsclerosis,ALS)是一种选择性侵犯上下运动神经元的致命性、进行性神经系统变性疾病。

1993年美国的两个科研小组发现家族性肌萎缩侧索硬化症与铜锌超氧化物歧化酶(CuZnsuperoxidedis－mutase,SOD1)基因突变有关（三）

活性氧生成增多的机制1.线粒体

—单电子还原增多2.血管内皮细胞

—黄嘌呤氧化酶的形成增多

3.中性粒细胞

—呼吸爆发活性氧1、线粒体—单电子还原增多活性氧黄嘌呤氧化酶在活性氧生成增多中作用2.血管内皮细胞—黄嘌呤氧化酶形成增多

3.中性粒细胞：呼吸爆发缺血细胞膜分解激活补体系统激活中性粒细胞趋化物质活性氧中性粒细胞：呼吸爆发C3,LTB4激活中性粒细胞己糖旁路活化NADH(I)NADPH(II)+O2NADH氧化酶NADPH氧化酶H++O-2·+H2O2呼吸爆发

活性氧（四）活性氧的损伤作用

1.膜脂质过氧化增强

2.抑制蛋白质的功能

3.破坏核酸和染色体

活性氧病理情况下，由于活性氧生成过多或机体抗氧化能力不足，可引发氧化应激。自由基与各种细胞成分，如膜磷脂、蛋白质、核酸等发生反应，造成细胞结构和功能障碍甚至细胞死亡。1.膜脂质过氧化

①破坏细胞膜的正常结构

②

间接抑制膜蛋白的功能

③

破坏细胞器膜活性氧1.膜脂质过氧化

2.抑制蛋白质的功能抑制酶活性、蛋白质变性、受体构型改变活性氧蛋白质断裂蛋白质-蛋白质交联-S-S-CH3-S-O二硫交联脂质-蛋白质交联氨基酸氧化

3.破坏核酸和染色体碱基羟化/DNA断裂染色体畸变/细胞死亡80%是OH.与脱氧核糖核酸及碱基反应引起活性氧二.钙超载(calciumoverloud)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障碍的现象称为钙超载。Ca2+0.1μmol/L2.25~2.75mmol/LCa2+IRI发生机制Na+-Ca2+载体

Ca2+BPr线粒体肌浆网Ca2+

Ca2+

Ca2+泵Ca2+Ca2+[Ca2+]e：10-3M[Ca2+]i：10-7MVOCROC细胞内Ca2+的稳态调节钙超载

1、Na+/Ca2+交换异常→钙超载

2、细胞膜损伤→钙超载

钙超载-1(一)再灌注引起钙超载机制IRI⒈Na＋/Ca2＋交换异常3Na＋Ca2＋(一)再灌注引起钙超载机制钙超载-1⒈Na＋/Ca2＋交换异常Na＋Ca2＋(一)再灌注引起钙超载机制钙超载⒈Na＋/Ca2＋交换异常⑴细胞内高Na＋对Na＋

/Ca2＋交换蛋白的直接激活⑵细胞内高H＋对Na＋

/Ca2＋交换蛋白的间接激活⑶蛋白激酶C(PKC)对Na＋

/Ca2＋交换蛋白的间接激活钙超载缺血缺氧→ATP↓→钠泵活性↓→细胞内Na+↑

再灌注后→供氧供血↑→ATP↑→钠泵被激活

↓

激活Na+-Ca2+

交换蛋白↙↘

Na+向细胞外转运Ca2+大量进入细胞

↓

钙超载(1)细胞内Na+↑直接激活Na+/Ca2+

交换蛋白钙超载(2)细胞内H+↑间接激活Na+-Ca2+

交换蛋白缺血缺氧→无氧代谢↑、H+产生↑

→细胞内和细胞间液PH均↓再灌注后→细胞内H+

仍↑、而细胞外H+

↓→激活心肌Na+-H+

交换蛋白→H+

排出细胞外、而Na+

进入细胞→细胞内Na+↑→激活Na+-Ca2+

交换蛋白→Na+

外流而Ca2+内流↑→钙超载。钙超载(3)蛋白激酶C活化间接激活Na+-Ca2+交换蛋白PIP2PKCGqIP3DAGPLCβNEα1受体

Ca2＋Ca2＋H+Na+3Na+Ca2+钙超载IRI钙超载的机制⒈Na＋/Ca2＋交换异常⒉

细胞膜损伤2、细胞膜损伤IRI(1)糖被膜损伤糖被膜损伤→膜通透性↑→Ca2+

内流↑(2)磷脂酶的激活

Ca2+增加激活磷脂酶，促进膜磷脂降解⑶自由基的作用

自由基，攻击细胞膜，

Ca2+的通透性增加IRI㈡

钙超载引起再灌注损伤的机制⒈细胞能量代谢紊乱⒉促进细胞膜和结构蛋白的分解⒊

再灌注心率失常⒋

促进氧自由基生成⒌

肌原纤维过度收缩钙超载引起再灌注损伤的机制线粒体肌浆网损伤刺激肌浆Ca2+↑ATP酶ATP↓磷脂酶磷脂分解蛋白酶膜和骨架蛋白破坏核酶染色体损伤IRI三.白细胞的激活无复流现象(no-reflowphenomenon)：

缺血组织恢复血液供应后，缺血区并不能得到充分的血液灌流。㈠再灌注时白细胞激活⒉炎症介质的释放⒊趋化因子的释放⒈黏附分子的释放和表达增多白细胞的激活

黏附因子—由细胞合成的，可促进细胞与细胞之间以及细胞与细胞外基质之间黏附的一大类分子的总称黏附分子的释放和表达炎症介质、趋化因子的释放白细胞内皮细胞白细胞的激活白细胞激活(二)中性粒细胞介导的损伤微血管通透性↑自由基、粒细胞血液流变学改变白细胞粘附聚集、血流缓慢微血管口径的改变内皮细胞肿胀缩血管物质↑扩血管物质↓白细胞的激活1、

产生无复流现象①释放炎症介质②释放多种活性酶③白细胞通过“呼吸爆发”产生大量活性氧(二)中性粒细胞介导的损伤2、释放多种活性因子→导致细胞损伤1、

产生无复流现象白细胞的激活IRI的主要发病机制再灌注中性粒细胞无复流致炎因子↑氧自由基↑钙超载细胞损伤缺血O2Ca2+细胞坏死缺血损伤恢复目前认为缺血-再灌注损伤基本机制主要是自由基、细胞内钙超载、白细胞及微循环障碍的共同作用。自由基是各种损伤机制学说中重要的启动因素。细胞内钙超载是细胞不可逆性损伤的共同通路。白细胞与微循环障碍是缺血-再灌注损伤引起各脏器功能障碍的关键原因。O2

-

H2O2HOCl

OH

gutheart&vessels

airways

brain&nerves第3节IRI

时机体的功能及代谢变化IRI第3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㈠心功能变化⒈再灌注心律失常⒉

心肌顿抑

(myocardialstunning)再灌注性心律失常（一）心功能变化心肌顿抑可逆性损伤不可逆性损伤心肌舒缩功能↓器质性损伤心肌顿抑：心肌缺血再灌注后，血流已恢复或基本恢复正常后一定时间内出现的短暂的可逆性收缩功能降低的现象。2.再灌注性心肌顿抑第三节机体的功能代谢变化一、心脏的缺血-再灌注损伤⑴心功能变化2、心肌顿抑收缩功能降低myocardialstunning50-100%“痴呆”心肌（一）IRI对心功能的影响再灌注性心律失常心肌动作电位时程不均一心肌动作电位后延迟后除极的形成心肌电生理特性改变纤颤阈降低NO减少心功能变化机制再灌注性心肌顿抑钙超载自由基爆发性生成心肌缺血性损伤和再灌注损伤㈡

心肌代谢变化（ATP↓）

①合成底物的缺乏②线粒体障碍③消耗增加

第三节机体的功能代谢变化一、心脏的缺血-再灌注损伤⑶心肌组织结构变化水肿，凋亡，出血细胞膜破坏肌原纤维结构破坏线粒体损伤Ca2+H+—再灌注性肌原纤维收缩带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IRI损伤的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组织学变化兴奋性氨基酸降低（谷氨酸、天门冬氨酸）抑制性氨基酸增多（丙氨酸、γ-氨基丁酸）脑水肿脑细胞坏死三、小肠的IRI粘膜损伤为主要特征:上皮细胞损伤、炎性细胞浸润、出血和溃疡1981年Greenberg介绍了肠缺血-再灌注损伤黄嘌呤酶活性高缺血时产生大量自由基

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1