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1、单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版副标题样式 *1 缺血-再灌注损伤 (Ischemia-reperfusion injury) Department of Pathology, Shanghai University of TCM 简介 (Introduction) l1955年，Sewell结扎狗冠状动脉后，发现如突然解除 结扎恢复血流，动物室颤而死亡。 l1960年，Jennings第一次提出心肌再灌注损伤的概念。 l1981年，Greenberg等证实猫小肠缺血3小时后再灌注 时，粘膜损伤更严重。 简介 (Introduction) l休克、DIC微循环再通 l溶栓疗法 l动脉
2、搭桥术 l体外循环后心肺复苏 l断肢再植、器官移植等血供恢复后 临床发现 缺血再灌注损伤 定义 (Definition) l缺血再灌注损伤 (ischemia-reperfusion injury) ： 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。 l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 p原因 (Cause): 组织器官缺血基础上的血液再灌 注。 1.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。 2.组织器官缺血后血液恢复：断肢再植，器官移植 。 3.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
3、及条件 再灌注时损伤是必然结果吗? u影响条件 (Conditions) l缺血时间 l侧支循环 l需氧程度 l再灌注条件 缺血时间对大鼠再灌注心律失常的影响 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 l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。 l类型： 1. 氧自由基： O2 OH 2. 脂性自由基：LO LOO 3. 其它：Cl CH3 NO (ONOO-) l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 (free radical) 自由基的产生 (source) 线粒体： 自由基生成的主要场
4、所之一。 自然氧化：Hb、Mb、CA等自然氧化过程中生成。 酶催化：体内存在的黄嘌呤氧化酶、醛氧化酶等。 毒物作用： CCl4、百草枯（除草剂）等。 O2O2OH H2O2H2O e- e-+2H+e-+H+e-+H+ H2OATP 氮自由基 一氧化氮（nitric ocide, NO） cNOS O2 NOS：iNOS eNOS L-精氨酸 L-胍氨酸 +NO NADPH NADP+ 过氧亚硝基阴离子（peroxynitrite, ONOO- ) 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 + H2O2 O2 + OH + OH-
5、 Haber-weise 反 应 O2 + H2O2 Fe2+ O2 + OH + OH- Fenton型Haber-weise 反 应 射线作用 H2O X或射线 H2O+ （带正电水） H2O* （激发态水） H2O X或射线 OH- + H+ H2O 均裂 OH + H Vit C、谷胱甘肽、辅酶Q Vit E、胡萝卜素 自由基的清除 (elimination) 1) 低分子清除剂 2) 酶性清除剂剂 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 MnSODCuZnSOD l生理情况下，自由基的生成与清除处于动态平衡。 Free radica
6、lantioxidant 自由基的平衡 (equilibrium) l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(oxidative stress)，导致细胞损 伤。 自由基的平衡 (equilibrium) Free radicalantioxidant l黄嘌呤氧化酶形成增多 l中性粒细胞激活 l线粒体内氧单电子还原增多 l儿茶酚胺氧化增加 缺血再灌注时氧自由基增多的机制 黄嘌呤脱氢酶(XD) 90% 黄嘌呤氧化酶(XO) 10% XD xanthine dehydrogenase XO xanthine oxidase (1) 黄嘌呤氧化酶途径（血管内皮源性）
7、Ca2+依赖性蛋白酶 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 XO ADP、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 O2 O2 l黄嘌呤氧化酶形成增多 l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（respiratory burst） 或氧爆发(oxygen burst)，造成细胞损伤。 缺血再灌注时氧自由基增多
8、的机制 l黄嘌呤氧化酶形成增多 l中性粒细胞激活 l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。 l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 氧自由基的损伤作用 膜脂质过氧化增强 破坏膜的正常结构，使膜的液态性、流动性降低 ，通透性增加；脂自由基导致离子通道功能障碍、 细胞信号转导功能障碍；促进自由基及其它生物活 性物质生成；导致线粒体功能抑制，ATP生成减少 。 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
9、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 OH 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 u钙超载 (calcium overload)： 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。 u静息状态下，细胞外Ca2+ 是细胞内Ca2+ 的104倍。 u细胞内Ca2+主要储存在线粒体和肌浆网。 二、钙超载 Ca2+o 10-3 M Ca2+i 10-7
10、 M 细胞钙稳态的维持 u 电压依赖性钙通 道(VDCC) u 受体操纵性钙通 道(ROCC) u 钙库操纵性钙通 道(SOCC) 1Ca2+ 3Na+ Na+-Ca2+ exchanger Ca2+ Mt Ca2+ ER /SR Ca2+ Ca2+ Pump VDCC ROCC SOCC Ca2+ intracellular Ca2+ Pump Ca2+ ATP ADP+Pi Ryano 受体 IP3 受体 Na+/Ca2+交换异常 l细胞内高Na+对Na+/Ca2+交换蛋白的直接激活 l细胞内高H+对Na+/Ca2+交换蛋白间接激活 l蛋白激酶C(PKC)活化对Na+/Ca2+交换蛋白的间
11、接激活 生物膜损伤 缺血再灌注时钙超载的机制 1Ca2+ 1Na+ 3Na+ Na+-Ca2+ exchanger 1H+ H+ Na+ Na+-H+ exchanger 2K+ Na+ pump 3Na+ 1.Na+-Ca2+ 交换异常 Ca2+ overload Na+/Ca2+交换异常 l细胞内高Na+对Na+/Ca2+交换蛋白的直接激活 l细胞内高H+对Na+/Ca2+交换蛋白间接激活 l蛋白激酶C(PKC)活化对Na+/Ca2+交换蛋白的间接激活 u缺血再灌注时，内源性儿茶酚胺释放增加，通过1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，
12、生成IP3和DG，IP3促进钙释放，DG激活PKC促进NaH 交换，进而增加NaCa2交换。 （一）缺血再灌注时钙超载的机制 (2)生物膜损伤 l细胞膜损伤，对Ca2+ 的通透性增加。 l肌浆网膜损伤，对Ca2+ 的回摄减少。 l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 1. 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。 2. 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
13、3. 引起心律失常 由于NaCa2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。 4. 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。 5. 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 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-reflow phenomenon），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
14、放 造成微血管损伤有关。 三、白细胞的作用 p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； p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； p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 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）： p血液流变学改变、微血管口径改变、微血管通透 性改变。 p大量致炎物质使细胞损伤。 三、白细胞的作用 一、心脏缺血再灌注损伤的变化 （一
15、）心功能变化 1.再灌注性心律失常 2.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 IRI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5070。 再灌注性心律失常的发生与心肌缺血的时间长短有关。 2. 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/dt max）降低。 IRI时心脏功能的变化 （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、
16、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、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 三、清除自由基 低分子清除剂：Vit E、Vit A；
17、Vit C、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 stable chemical free radical antioxidant activation oxidation (disease) stable chemicals scavenging Consequences of DNA damage LONG-TERM CONSEQUENCESLONG-TERM CONSEQUENCES Ageing Cancer other Disease DNA REPAIR MECHANISMSDNA REPAIR MECH
18、ANISMS SHORT-TERM CONSEQUENCESSHORT-TERM CONSEQUENCES ABNORMAL GROWTH 113 Staat P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1 h 内进行4 轮1 min 的I- postC，肌酸激酶(creatine kinase,CK)漏出减少，并增加了微血管 的开放程度。 Circulation 2005，112 Ma XJ,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。Scand CardiovascJ 2006; 40