第11章缺血再灌注損傷

1、缺血-再灌注損傷 Ischemia-reperfusion injury,缺血-再灌注損傷 Ischemia-reperfusion injury 第一節(jié) 概述 一、 概念 缺血的基礎(chǔ)上恢復血流后，組織器官 的損傷反而加重的現(xiàn)象稱為缺血-再灌注損傷ischemia reperfusion injury（IRI,IRI研究概況： 1955年 Sewell報道，結(jié)扎狗冠脈后，如突 然解除結(jié)扎恢復血流，部分動物立 即發(fā)生室顫而死亡。 1960年 Jennings第一次提出了MIR概念 1968年 Ames率先報道了腦IRI 1972年 Flore 腎IRI 1978年 Modry 肺IRI 1981

2、年 Greenberg 腸IRI,氧反常：用低氧溶液灌注組織器官或在缺氧條件下培養(yǎng)細胞一定時間后，再恢復正常氧供應(yīng)，組織及細胞的損傷不僅未能恢復，反而更趨嚴重，這種現(xiàn)象稱為氧反常oxygen paradox。 鈣反常：預先用無鈣溶液灌流大鼠離體心臟2分鐘，再用含鈣溶液進行灌流，心肌細胞酶釋放增加，肌纖維過度收縮及心肌電信號異常，稱為鈣反常calcium paradox。 pH反常：缺血引起的代謝性酸中毒是細胞功能及代謝紊亂的重要原因，但在再灌注時迅速糾正缺血組織的酸中毒，反而會加重缺血/再灌注損傷，稱為pH反常pH paradox,二 缺血-再灌注損傷的原因和條件,一）原因 在組織器官缺血基礎(chǔ)

3、上的血液再灌注。 1、 組織器官缺血后恢復血液供應(yīng)： 如休克，冠狀動脈痙孿的緩解， 2、血管再通術(shù)后：冠脈搭橋術(shù)，PTCA，溶栓療法等, 3、其他：斷肢再植，器官移植. （二）影響因素 1 缺血時間 2 側(cè)枝循環(huán) 3 需氧程度 4 再灌注條件,第二節(jié) 發(fā)生機制,一、自由基的作用 （一）概念與分類 自由基（free radical） 外層軌道上具有單個不配對電子的原子、原子團和分子的總稱,分類 （1） 氧自由基( oxygen free radical OFR) 概念：由氧誘發(fā)的自由基。 種類：超氧陰離子（O-2）羥自由基（OH） 生成,O-2形成： 自然氧化 如CytC、Hb、Mb、CA等在自

4、然 氧化過程中可生成O-2 HbFe2+ HbFe3+ O-2 酶氧化 XO、NADPH氧化酶、醛氧化酶 線粒體 O-2生成的主要場所之一 正常:O2+4e+4H+H2O+ATP 病理:O2+e O-2 +e +2H+H202+e+H+ OH +e+H+H20 毒物作用 CCL4、白草枯（除草劑） O-2的生成是其他自由基或活性氧生成的基礎(chǔ),H20,OH的生成 O-2+ O-2+2H+ H2O2+O2 單純性Haber-Weiss反應(yīng)： 反應(yīng)很慢，很難產(chǎn)生 O-2+H2O2 OH + OH+O2 Fenton型Haber-Weiss反應(yīng)： O-2 H2O2 OH + OH- OH是活性氧中毒性

5、最強的一種,SOD,SOD,Fe2+ Fe3,活性氧（reactive oxygen species,ROS）： 氧化還原過程中產(chǎn)生的具有高活性的一系列中間產(chǎn)物。（ OFR 、 1O2和H2O2） 單線態(tài)氧1O2：是一種激發(fā)態(tài)氧（在光敏劑存在下作用于O2激發(fā)而產(chǎn)生），反應(yīng)活性較強，參與許多化學反應(yīng)，可由O-2 自發(fā)歧化產(chǎn)生，也可在髓過氧化物酶（MPO）作用下，由H2O2氧化鹵化物產(chǎn)生?？煞譃閮煞N： 1gO2和1gO2,O2 1gO2 O-2 1gO2,幾種氧氣的最高占有分子軌道,2p 2p,2） 脂性自由基概念：OFR與不飽和脂肪酸作用后生成的中間 產(chǎn)物。種類：烷自由基（L）烷氧基（LO）烷過

6、氧基 （LOO） （3）其它：一氧化氮（NO）、 CL、CH3 生理情況下，自由基的生成與清除處于動態(tài)平衡 如果ROS生成過多或機體抗氧化能力不足， 均可造成組織細胞損傷,二）缺血再灌注時OFR增多的機制,1 黃嘌呤氧化酶形成 2 中性粒細胞呼吸爆發(fā) 3 線粒體的損傷 4 兒茶酚胺的自身氧化,1 黃嘌呤氧化酶（XO）的形成增多 XO的作用： 次黃嘌呤+O2 XO 黃嘌呤+ O-2 +H2O2 XO 尿酸+ O-2 +H2O2 氧自由基的生成需要三個條件： XO 次黃嘌呤 O2,OH,正常時：VEC內(nèi) 黃嘌呤氧化酶(xanthine oxidase,XO) 10% 黃嘌呤脫氫酶(xanthine

7、 dehydrogenase, XD)90% 缺血時：ATPCa2+入胞 ATPADPAMP腺苷、肌苷次黃嘌呤 再灌注時：帶來O2 次黃嘌呤+O2 黃嘌呤+ O-2 +H2O2 XO 尿酸+O-2+H2O2,XD,XO,XO,O2,2中性粒細胞的作用 缺血時: 補體激活或 細胞釋放炎癥介質(zhì)如LTB4 白細胞在缺血區(qū)浸潤。 再灌時：浸潤的白細胞耗氧量顯著： NADPH +2O2 2O-2 +NADP+H+ NADH+O2+2H+ H2O2+NAD,NADPH氧化酶,NADH氧化酶,3 線粒體功能障礙 缺血后ATP 的產(chǎn)生Ca2+進入線粒體細胞色素氧化 酶的功能失調(diào) O2+4eH2O+ATP O2

8、+e O-2 +e H202+e OH +eH20 +O2+e O-2 Ca2+進入線粒體使Mn-SOD減少 清除OFR的能力 4 兒茶酚胺的增加 腎上腺素 腎上腺素紅+ O-2,單胺氧化酶,三）OFR的損傷作用 1、生物膜脂質(zhì)過氧化（lipid peroxidation)增強 （1）破壞膜的正常結(jié)構(gòu)及功能 液態(tài)性、流動性 、通透性 （2）間接抑制膜蛋白功能 離子泵功能障礙 細胞信號轉(zhuǎn)導功能障礙 （3）促進OFR及其它生物活性物生成 激活磷脂酶C、D （4）減少ATP生成,2、蛋白質(zhì)功能抑制 （1）自由基使蛋白質(zhì)和酶分子聚合、交聯(lián)、肽鏈斷裂 蛋白質(zhì)變性、酶的活性喪失 受體、離子通道功能障礙 （

9、2）自由基可使酶的巰基氧化，AA殘基氧化 3、破壞核酸及染色體 自由基可使堿基羥化或DNA斷裂，從而引起染色體畸變或細胞死亡，這種作用80%為OH. 所致，因OH.易與脫氧核酸及堿基反應(yīng)并使其結(jié)構(gòu)改變,4.破壞細胞間基質(zhì) 自由基可使透明質(zhì)酸降解、膠原蛋白發(fā)生交聯(lián) 細胞間基質(zhì)變得疏松,二、 鈣超載（calcium overload） 各種原因引起細胞內(nèi)鈣含量異常增多并導致 細胞結(jié)構(gòu)損傷和功能代謝障礙的現(xiàn)象。 正常:細胞外Ca2+ 10-3mol/L 細胞內(nèi)Ca2+ 10-7mol/L 細胞外Ca2+ 是細胞內(nèi)Ca2+ 10000倍 依賴ATP的鈣泵 鈉鉀泵 Na+-Ca2+交換系統(tǒng) 肌漿網(wǎng)（SR

10、） 鈣結(jié)合蛋白（CaBP) 線粒體攝取,細胞膜,細胞內(nèi),維持因素,Mito,SR,Ca2,Ca2,ATP,Pi+ADP,Ca2,Ca2+B,細胞內(nèi)鈣代謝示意圖,電壓依賴性鈣通道,結(jié)合于質(zhì)膜糖被的鈣,膜磷脂的極性頭部,鈣泵,Na+-Ca2+交換體,鈣超載發(fā)生的機制 1 Na+-Ca2+交換異常（鈣超載時進入細胞的主要途徑） 正常：3個Na+ 1個Ca2+ 可進行雙相轉(zhuǎn)運 影響因素： （1）跨膜鈉濃度梯度 （2）細胞內(nèi)的氫濃度 此外還有Ca2+ , ATP Mg2,Ca2,3Na,K,Na,機制: （1）細胞內(nèi)高Na+直接激活Na+-Ca2+交換蛋白 缺血 ATPNa+泵細胞內(nèi)Na+ 激活Na+-

11、Ca2+交換蛋白Ca2+進入細胞,ATP,Na,Ca2,2)細胞內(nèi)高H+間接激活Na+-Ca2+交換蛋白 質(zhì)膜Na+/H+交換蛋白主要受細胞內(nèi)H+的變化調(diào)節(jié) Na+o H+o Na+i H+i 缺血時：無氧代謝產(chǎn)生H+增多 再灌時：組織間液H+迅速減少細胞內(nèi)外較高的 H+濃度差激活Na+/H+交換蛋白細胞內(nèi) Na+ 激活鈉泵 激活Na+-Ca2+交換蛋白,Na,H,再灌時 H,H,Na,Ca2,缺血時 H,3）PKC間接激活Na+-Ca2+交換蛋白 如1腎上腺素能受體激活G蛋白-PLC H + /Na +交換激活,2. 生物膜損傷 （1）細胞膜損傷 鈣內(nèi)流 膜屏障作用 Ca2+激活磷脂酶，使膜

12、磷脂分解 FR使細胞膜脂質(zhì)過氧化 （2）線粒體受損 ATP （3）肌漿網(wǎng)膜受損 攝取鈣,通透性增加,鈣超載引起組織細胞損傷的機制 1. 線粒體功能障礙 胞漿Ca2+ 線粒體攝鈣 早期：代償 晚期：磷酸鈣形成 ATP消耗、生成 2.激活膜磷脂酶 分解膜磷脂 細胞膜和細胞器膜的損傷 3.再灌注性心律失常 一過性內(nèi)向離子流,遲后除極,4.促進氧自由基生成 激活XO 5.使肌原纖維過度收縮 (1)胞漿內(nèi)高Ca2+ (2)再灌注期消除了H+對心肌收縮的抑制作用,三、 微血管損傷和白細胞的作用 （一）缺血-再灌注時VEC與白細胞激活 VEC激活表現(xiàn)為: 釋放多種細胞粘附分子 粘附分子（adhesion m

13、olecule） 是指由細胞合成的、可促進細胞與細胞之間、細胞與細胞外基質(zhì)之間粘附的一大類分子的總稱，如整合素、選擇素、細胞間粘附分子、血管細胞粘附分子及血小板內(nèi)皮細胞粘附分子等。在維持細胞結(jié)構(gòu)完整和細胞信號轉(zhuǎn)導中起重要作用,白細胞組織浸潤的機制,趨化（PAF、LTs,粘附,初始粘附 牢固粘附,定位 釋放,組織,持續(xù)的缺血缺氧,CAMs 上調(diào),二）VEC與中性粒細胞介導的缺血-再灌注損傷 1.微血管損傷 表現(xiàn)：無復流現(xiàn)象（no-reflow phenomenon）：在再 灌注時放開結(jié)扎動脈，重新恢復血流，部分缺 血區(qū)并不能得到充分的血液灌流的現(xiàn)象。 機制： （1）微血管血液流變學改變：白細胞粘

14、附 （2）微血管口徑改變：內(nèi)皮腫脹；縮血管物質(zhì)的釋放 （3）微血管通透性增高 2.組織細胞損傷 激活的VEC和N可釋放大量生物活性物質(zhì) 如FR、蛋白酶、細胞因子,第三節(jié) 機體的功能及代謝變化,一、 心肌缺血-再灌注損傷的變化 （一）心功能變化 1.再灌注性心律失常 特點： 室性心律失常為主 電生理改變：EP 興奮性、傳導性 ECG改變：缺血心肌對應(yīng)部位ST段抬高，R波振幅 再灌使R波振幅迅速，ST段高度恢復原 水平，Q波出現(xiàn) 心律失常,影響因素： 缺血時間 缺血心肌的數(shù)量 缺血的程度 再灌注血流速度及電解質(zhì)紊亂情況 發(fā)生機制： 缺血心肌與正常心肌之間傳導性和不應(yīng)期差 異，易形成興奮折返 -R對

15、CA反應(yīng)性、自律性、室顫閾 KATP激活，心肌電解質(zhì)紊亂,2. 心肌舒縮功能：CO，LVEDP dp/dtmax 心肌頓抑myocardial stunning ，又稱遲呆心肌 指心肌短時間缺血后恢復再灌一段時間內(nèi)心肌出現(xiàn)的可逆性收縮功能降低的現(xiàn)象。 自由基的作用和鈣超載是心肌頓抑的主要機制 MIR除心功能低下外，還可發(fā)生微血管遲呆（microvascular stnning,二） 心肌代謝變化： ATP及CP減少,核苷酸類物質(zhì)下降. （三）心肌超微結(jié)構(gòu)變化 肌纖維孿縮,嚴重時有收縮帶形成,肌絲斷裂,溶解;線粒體損傷(空泡形成,嵴腫脹,斷裂,溶解等.) 二、 腦缺血-再灌注損傷的變化 （一）能量代謝障礙 ATP CP G 糖原乳酸 cAMP cGMP,磷脂酶激活,游離脂肪酸增加,氨基酸代謝有明顯變化：興奮性 抑制性 （二）腦結(jié)構(gòu)變化 腦水腫,腦細胞壞死,脂質(zhì)過氧化,第四節(jié) 防治原則 1 盡早恢復血流、控制再灌注條件 低壓、低流、低溫、低PH、低鈉、 低鈣 2 改善缺血組織的代謝 補充糖酵解底物：葡萄糖、ATP 氫醌、CytC 3 清除自由基 （1）低分子清除劑:VitE VitA VitC 半胱氨酸GSH和 NADPH等,2）酶性清除劑：SOD CAT。 CAT能清除