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1、缺血再灌注损伤,井冈山大学医学院,黄 玉 珊,一、概念,缺血器官在恢复血液灌注后缺血性损伤进一步加重的现象，称为缺血再灌注损伤,钙反常 预先用无钙溶液灌流大鼠心脏2分钟后，恢复正常含钙溶液灌流时，心肌细胞酶释放增加、肌纤维过度收缩及心肌电信号异常的现象。,氧反常 用低氧或无氧灌注液灌注组织器官或在缺氧条件下培养细胞一段时间后恢复正常氧供应，组织及细胞的损伤不仅未能恢复，反而更趋严重的现象。,二、缺血-再灌注损伤的原因,全身循环障碍后恢复血供 休克、冠脉痉挛、心脏骤停后复苏 组织器官缺血后血液恢复： 器官移植及断肢再植术 血管再通： 动脉搭桥,经皮腔内冠状动脉成形术（PTCA）,溶栓疗法 体外循
2、环术,PH反常: 代酸是细胞功能和代谢紊乱的重要原因，但在再灌注时迅速纠正缺血组织的酸中毒，损伤却进一步加重的现象。,过长坏死,缺血时间太长或太短均不易发生IRI,过短功能恢复,1、缺血时间的长短,三、缺血-再灌注损伤的条件,2、侧支循环代偿情况,易形成侧支循环者，不易发生再灌注损伤。,3、需氧程度,对氧需求高的组织，易发生再灌注损伤,4、再灌注条件,低压、低温、低pH、低钠、低钙可减轻损伤，反之加重,（一）自由基的概念与类型,四、缺血-再灌注损伤的发生机制,自由基是指在外层电子轨道含有单个不配对电子的原子、原子团或分子的总称。,1、自由基的概念,2、自由基的种类,（1）氧自由基 由氧诱发的自
3、由基称为氧自由基 非脂质氧自由基,O2、 OH、NO、ONOO-,脂质氧自由基,3、活性氧,一类由氧形成的、化学性质较基质氧活泼的含氧代谢产物。 氧自由基 非氧自由基： 单线态氧（1O2）:易激发态氧，易氧化不饱和脂肪酸 H2O2,O2+e O-2 +e H202+e OH +eH20 +O2+e O-2,（二）自由基的代谢,（三）缺血-再灌注时氧自由基生成增多的机制,1 、 黄嘌呤氧化酶途径（血管内皮源性）,黄嘌呤氧化酶(XO) 10% 黄嘌呤脱氢酶(XD) 90% 组织缺血缺氧时，,1.黄嘌呤氧化酶途径,ATP,缺 血 期,黄嘌呤氧化酶含量较低,(+),(+),缺血,缺氧,补体 趋化物质,
4、中性粒细胞 聚集,耗氧,氧经NADPH氧化酶和NADH氧化酶催化生成大量氧自由基,中性粒细胞的呼吸爆发,2.中性粒细胞途径,再灌,缺血后ATP的产生Ca2+进入线粒体细胞色素氧化酶 的功能失调: O2+4eH2O+ATP O2+eO-2 +e H202+eOH +eH20 +O2+e O-2 Ca2+进入线粒体使Mn-SOD减少,3.线粒体途径(mitochondrion pathway),清除氧自由基的能力,因自由基外层轨道上有一个不配对的电子，其化学性质十分活泼，从其它物质分子结构的外层轨道上夺取电子，引发一个生成新自由基的连锁反应。 被夺取电子的物质分子结构因缺少一个电子发生结构的改变受
5、损同时生成新的自由基。 自由基对细胞的损伤包括细胞的各种结构成分。 如膜磷脂、蛋白质、核酸等。,(四)氧自由基的损伤作用,(1) 破坏膜的正常结构,脂质 过氧化,膜不饱和 脂肪酸,不饱和脂肪酸/ 蛋白质比例失调,膜液态性 流动性,膜通透性,Ca2+内流,1.膜脂质过氧化作用增强,自由基损伤细胞的早期表现 自由基与不饱和脂肪酸形成脂质自由基和过氧化物,(-),(2) 间接抑制膜蛋白功能,脂质之间交联,抑制钙泵、钠泵 Na2+/Ca2+交换蛋白,胞内Na2+、Ca2+,钙超载、细胞肿胀,(+),(3) 促进自由基及其它生物活性物质生成,膜脂质 过氧化,磷脂酶C 磷脂酶D,膜磷脂分解,花生四烯酸,脂
6、氧合酶,白三烯,过氧化物,环氧合酶,前列腺素内过氧化物,OH.,TXA2,PG,自由基,(4) 减少ATP生成,线粒体膜脂质过氧化，抑制线粒体功能，ATP生成减少,2.抑制蛋白质的功能,蛋白质-蛋白质交联,蛋白质断裂,二硫交联,脂质-脂质交联,脂质-蛋白质交联,氨基酸 氧化,脂肪酸氧化,从氧化的脂肪酸释出的丙二醛MDA,蛋白质变性 蛋白质(酶)交联,巯基氧化，肌纤维蛋白对Ca2+反应性,心肌收缩力,肌浆网钙转运蛋白受损,钙调节异常,2.抑制蛋白质功能,核酸碱基的羟化，DNA的断裂、染色体的断裂 染色体畸变或细胞死亡,3.破坏核酸及染色体,3.破坏核酸及染色体,4.其他,超氧阴离子可灭活NO，影
7、响血管舒缩反应 羟自由基可促进白细胞粘附到血管，生成趋化因子和白细胞激活因子 促进组织因子生成和释放，加重DIC,二、钙超载,(一)基本概念,缺血再灌注损伤时，胞浆内钙浓度明显增加， 钙浓度升高的程度与细胞受损程度成正比。 各种原因引起的细胞内钙含量异常增多并导致 细胞损伤和功能代谢障碍的现象称为钙超载,正常: 细胞外Ca2+ 10-3mol/L 细胞内Ca2+ 10-7mol/L 细胞外Ca2+ 是细胞内Ca2+ 10000倍,影响因素： （1）跨膜钠浓度梯度 （2）细胞内的氢浓度 此外还有Ca2+ ATP Mg2+,(二)钙超载的机制,钙超载主要发生在灌注期，主要原因是钙内流增加,（1）细
8、胞内高Na+直接激活Na+-Ca2+交换蛋白 缺血 ATPNa+泵细胞内Na+激活Na+-Ca2+交换蛋白Ca2+进入细胞,1、 Na+-Ca2+交换异常,(2)细胞内高H+间接激活Na+-Ca2+交换蛋白 质膜Na+/H+交换蛋白主要受细胞内H+的变化调节 缺血时：无氧代谢产生H+增多 再灌时：组织间液H+迅速减少细胞内外较高的H+浓度差,激活Na+-Ca2+交换蛋白,激活Na+/H+交换蛋白,细胞内Na+,激活钠泵,（3）PKC活化对Na+-Ca2+交换蛋白的间接激活作用,1肾上腺素能受体激活G蛋白-PLC H+ /Na+交换激活,(3),ATP产生,(+),2.生物膜损伤致细胞内钙超载,
9、(1) 细胞膜损伤,无钙液,膜外板与糖被膜分离,Ca2+,磷脂酶,膜磷脂降解,自由基,膜脂质过氧化,(2) 线粒体及肌浆网损伤,线粒体和SR摄Ca2+,钙泵能量不足,膜通透性,1.线粒体功能障碍,线粒体 摄Ca2+,消耗ATP 磷酸钙,抑制氧化 磷酸化,2.激活多种酶,ATP,(三) 钙超载引起缺血再灌注损伤的机制,（1）激活磷脂酶,（2）激活蛋白酶：促使细胞膜和结构蛋白分解,（3）激活ATP酶：加速ATP消耗,（4）激活核酶：引起染色体损伤,3.再灌注性心律失常,Na+-Ca2+ 交换,一过性内向离子流,迟后除极,4.促进氧自由基生成,5.肌原纤维过度收缩,引起心肌纤维断裂,三、白细胞的作用
10、,1.趋化因子生成增多,(一)再灌注时中性粒细胞增多的机制,白三烯、血小板活化因子、补体、激肽、白介素,中性粒细胞聚集,无复流现象： 器官缺血一段时间后，恢复血流，缺血区得不到充分血液灌流的现象 中性粒细胞激活及其致炎细胞因子的释放为其基础,2.细胞黏附分子生成增多,(二) 中性粒细胞介导的再灌注损伤的机制,1.微血管损伤,L-selectin,VSMC,VSMC,Myocyte,Myocyte,Myocyte,内皮,VSMC,VSMC,VSMC,肌细胞,肌细胞,PECAM-1,ICAM,P-selectin,内皮,肌细胞,A、超氧阴离子造成血管壁损伤,B、液体流入组织间隙引起水肿,C、红细胞
11、聚集呈缗钱状,D、白细胞粘附于内皮细胞,E、毛细胞血管狭窄,F、血小板,G、血栓形成,2.细胞损伤,1.再灌注性心律失常 特点:室性心律失常为主,室性心动过速和纤颤最常见 影响因素： 缺血时间 缺血心肌的数量 缺血的程度 再灌注血流速度及电解质紊乱情况,（一）心肌缺血再灌注损伤,五、机体的功能及代谢变化,1.再灌注性心律失常 发生机制： ATP减少，KATP激活，钾外流，细胞膜超极化，兴奋 性下降 Na+-Ca2+交换蛋白反向转运，平台期进入细胞内的Ca2+增加，出现心肌动作电位后短暂除极，易造成传导减慢 缺血心肌与正常心肌之间传导性和不应期差异，易形成兴奋折返 再灌注血流将细胞外的K+、乳酸
12、等代谢产物冲走，也会暂时影响周围的电生理特性。,（一）心肌缺血再灌注损伤,五、机体的功能及代谢变化,（一）心肌缺血再灌注损伤,2.心肌顿抑,心肌并未因缺血发生不可逆性损伤，但在再灌注血流已恢复或基本恢复正常后一段时间内，心肌出现的可逆性收缩功能降低的现象，称为心肌顿抑。 自由基的作用和钙超载是其主要机制,五、机体的功能及代谢变化,3.再灌注对心肌代谢的影响,线粒体受损,能量合成,再灌注,底物冲走,高能磷酸 化合物,4.再灌注对心肌超微结构的影响,细胞膜破坏，线粒体肿胀，嵴断裂，溶解，空泡形成 收缩带，肌原纤维断裂，心肌出血、坏死,（二）脑缺血-再灌注损伤的变化 1、能量代谢障碍 （1）ATP、CP、G、糖原，乳酸 （2）cAMP cGMP,磷脂酶激活,游离脂肪酸增加,脂质过氧化,（3）氨基酸代谢有明显变化：兴奋性 抑制性 （4）病理性慢波 2、脑结构变化 脑水肿,脑细胞坏死.,1.小肠,黏膜屏障通透性,菌血症或内毒素血症,2.急性肾功衰,（三)其他器官、组织的缺血再灌注损伤,尽量缩短脏器缺血时间 改善缺血组织代谢 清除自由基及活性氧 减轻钙超载：钙拮抗剂 Na2+ / Ca2+ 、 Na2+ /H+交换抑制剂 其它药物： 细胞保护剂 扩管 稳膜等 启动内源性保护机制：应激蛋白表达 心肌缺血预处理,六、防治的病理生理基础,