第十三章-缺血再灌注損傷

1、（Ischemia-reperfusion injury)了解了解缺血再灌注損傷的防治措施。掌握掌握缺血再灌注損傷的概念;發(fā)生機制 中自由基的作用、鈣超載、白細胞的作用。熟悉熟悉缺血再灌注損傷的發(fā)生原因與條件;心、腦缺血再灌注損傷的主要變化。 1 1年年,Sewell,Sewell結(jié)扎狗冠狀動脈后結(jié)扎狗冠狀動脈后, ,如突然解除結(jié)扎如突然解除結(jié)扎, ,恢復血流，動物室恢復血流，動物室顫而死亡。顫而死亡。 簡史l年年,Jennings,Jennings第一次提第一次提出出心肌再灌注損傷心肌再灌注損傷的概念的概念 在心肌缺血恢復血流后在心肌缺血恢復血流后缺血心肌的損傷反而加重缺血心肌的損傷反而加重

2、一個新的醫(yī)學問題逐漸給人們認識一個新的醫(yī)學問題逐漸給人們認識l6 6年年,Bulkley ,Bulkley 和和HutchinsHutchins發(fā)發(fā)現(xiàn)冠脈搭橋血管再通后的病人發(fā)現(xiàn)冠脈搭橋血管再通后的病人發(fā)生心肌細胞反常性壞死生心肌細胞反常性壞死l年年,Greenberg,Greenberg等證實貓等證實貓小腸缺血小腸缺血3 3小時后再灌注時小時后再灌注時, ,粘膜粘膜損傷更嚴重損傷更嚴重l休克、休克、DICDIC微循環(huán)再通微循環(huán)再通l 冠脈解痙、各種動脈搭橋術(shù)冠脈解痙、各種動脈搭橋術(shù)l 心腦血管栓塞再通（溶栓治療心腦血管栓塞再通（溶栓治療 自然再通）自然再通）l 心肺手術(shù)體外循環(huán)后心肺復蘇心肺

3、手術(shù)體外循環(huán)后心肺復蘇l 斷肢再植、器官移植血供恢復斷肢再植、器官移植血供恢復等等 某些缺血的組織器官在恢復血流某些缺血的組織器官在恢復血流后后,細胞功能障礙和結(jié)構(gòu)破壞反而加重細胞功能障礙和結(jié)構(gòu)破壞反而加重,這種由血液再灌注引發(fā)的組織損傷加這種由血液再灌注引發(fā)的組織損傷加重的現(xiàn)象重的現(xiàn)象,稱為稱為“缺血再灌注損傷缺血再灌注損傷”。 ischemia-reperfusion injury原因原因先缺血先缺血，后復灌，后復灌l(xiāng) 缺血時間缺血時間 l 側(cè)支循環(huán)側(cè)支循環(huán) l 需氧程度需氧程度 l 再灌注條件再灌注條件影響因素影響因素0 010102020303040405050606070708080

4、9090100100發(fā)生率（發(fā)生率（% %）5min5min10min10min30min30min缺血時間（缺血時間（min)min)室性心律失常室性心律失常室性心動過速室性心動過速心室纖顫心室纖顫概念概念 外層軌道上具有單個不配對電子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。的原子、原子團和分子的總稱。自由基（自由基（free radical ） “游離基游離基”種類種類 1 1氧自由基氧自由基:由氧誘發(fā)的自由基。由氧誘發(fā)的自由基。( oxygen free radical, OFR)主要包括主要包括:OHO-2（超氧陰離子）（超氧陰離子）（羥自由基）（羥自由基）OO*OO*

5、O2+4e-+4H+=2H2OO2 +e-+2H+=H2O2H2O2 +e-+H+=H2O+OHO2+e-=O2 氧分子外層軌道中的兩個電子其中一個氧分子外層軌道中的兩個電子其中一個發(fā)生反向自旋改變發(fā)生反向自旋改變, ,這種分子稱為單線態(tài)氧。這種分子稱為單線態(tài)氧。（singlet Oxygen）單線態(tài)氧單線態(tài)氧1O2活性氧活性氧 由氧形成的由氧形成的, ,化學性質(zhì)較基態(tài)氧活潑的化學性質(zhì)較基態(tài)氧活潑的含氧代謝產(chǎn)物。氧自由基、含氧代謝產(chǎn)物。氧自由基、H2O2、單線態(tài)氧、單線態(tài)氧都屬于活性氧。都屬于活性氧。（reactive Oxygen）種類種類 2 2脂性自由基脂性自由基:氧自由基與多價不飽和脂

6、氧自由基與多價不飽和脂 肪酸作用后生成的中間代肪酸作用后生成的中間代 謝產(chǎn)物。謝產(chǎn)物。脂自由基（脂自由基（L ）脂氧自由基（脂氧自由基（LO ）脂過氧自由基（脂過氧自由基（LOO ） 氧自由基的清除氧自由基的清除（1 1）低分子清除劑）低分子清除劑 一些低分子的化合物一些低分子的化合物VitE、VitA、VitC、還原性谷光甘肽等可以給出電子使自由基還原可以給出電子使自由基還原（2 2）酶性清除劑）酶性清除劑 過氧化氫酶過氧化氫酶(CAT)(CAT)谷光甘肽過氧化物酶谷光甘肽過氧化物酶超氧化物歧化酶超氧化物歧化酶MnSODCuZnSOD缺血期缺血期再灌注期再灌注期黃嘌呤氧化酶途黃嘌呤氧化酶途徑

7、徑ATPADPAMP鈣泵失靈鈣泵失靈胞內(nèi)胞內(nèi)Ca2+ ATP 次黃嘌呤次黃嘌呤黃嘌呤黃嘌呤O2 H2OXO尿酸尿酸O2 H2OCa2+依賴蛋白酶依賴蛋白酶XDXOOH中性粒細胞被激活而進行中性粒細胞被激活而進行吞噬活動時攝氧量顯著增加吞噬活動時攝氧量顯著增加, ,產(chǎn)產(chǎn)生大量生大量氧自由基的過程氧自由基的過程稱為稱為呼吸呼吸爆發(fā)。爆發(fā)。中性粒細胞呼吸爆發(fā)（respiratory burst) )Ca2+進入線粒體進入線粒體 氧經(jīng)單電子還原氧經(jīng)單電子還原缺氧缺氧 MnSOD 線粒體功能障礙ATP O-2腎上腺素腎上腺素甲基轉(zhuǎn)移酶甲基轉(zhuǎn)移酶單胺氧化酶單胺氧化酶香草扁桃酸（正常代謝）香草扁桃酸（正常代

8、謝）腎排出腎排出應(yīng)激應(yīng)激腎上腺素紅腎上腺素紅兒茶酚胺自身氧化O-2 膜膜脂質(zhì)微環(huán)境改變脂質(zhì)微環(huán)境改變 間接抑制膜蛋白功能間接抑制膜蛋白功能 促花生四烯酸代謝促花生四烯酸代謝 線粒體膜線粒體膜 : :ATP生成障礙生成障礙膜脂質(zhì)過氧化膜脂質(zhì)過氧化( (lipid peroxidation) )抑制蛋白質(zhì)功能抑制蛋白質(zhì)功能蛋白質(zhì)斷裂蛋白質(zhì)斷裂蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)- -蛋白質(zhì)交聯(lián)蛋白質(zhì)交聯(lián)-S-S-CH3-S-脂質(zhì)脂質(zhì)- -脂質(zhì)交聯(lián)脂質(zhì)交聯(lián)O二硫交聯(lián)二硫交聯(lián)脂質(zhì)脂質(zhì)- -蛋白蛋白 質(zhì)交聯(lián)質(zhì)交聯(lián)氨基酸氨基酸 氧化氧化OHHO脂肪酸氧化脂肪酸氧化OHHO從氧化的脂從氧化的脂肪酸釋出的肪酸釋出的 丙二醛丙二醛MD

9、AMDA80%80%由由OH所致所致破壞核酸和染色體破壞核酸和染色體靶分子化學結(jié)構(gòu)的改變生理功能的改變脂質(zhì)雙鍵氧化、脂質(zhì)與脂質(zhì)交聯(lián)膜通透性改變、細胞器功能改變、受體構(gòu)型改變蛋白質(zhì)雙鍵氧化、巰基氧化抑制酶活性、蛋白質(zhì)變性、受體構(gòu)型改變核酸雙鍵氧化、DNA斷裂堿基修飾、突變糖類雙鍵氧化糖蛋白變性、受體構(gòu)型改變氧自由基的損傷作用氧自由基的損傷作用 19661966年年Zimmerman和和Hulsmann描述了一個現(xiàn)象描述了一個現(xiàn)象: 鈣反常鈣反常（calcium paradox） 鈣超載鈣超載（calcium overload）在各種損傷因素作用下細胞在各種損傷因素作用下細胞內(nèi)鈣含量異常增多內(nèi)鈣含

10、量異常增多, ,引起細胞結(jié)構(gòu)引起細胞結(jié)構(gòu)和功能代謝的進一步損害的過程和功能代謝的進一步損害的過程, ,稱為稱為鈣超載鈣超載。概念概念( (calcium overload) )lA unidirectional pump in the cell membranelAn Na+-Ca2+ exchange pumplA calcium uptake system in the mitochondrial membranelA transport system in ER (endoplasmic reticulum)細胞膜損傷 自由基使膜脂質(zhì)過氧化自由基使膜脂質(zhì)過氧化 Ca2+激活磷脂酶激活磷脂

11、酶,膜磷脂降解膜磷脂降解 糖萼層（糖萼層（glycocalyxglycocalyx）分離）分離Na+/Ca2+交換異常交換異常細胞內(nèi)高細胞內(nèi)高Na+直接激活直接激活Na+/Ca2+交換蛋白交換蛋白缺血缺血細胞內(nèi)細胞內(nèi)Na+激活激活Na+/Ca2+交換蛋白交換蛋白Ca2+進入細胞進入細胞ATPNa+泵泵K+Na+3Na+Ca2+ATPNa+Ca2+Ca2+3Na+細胞內(nèi)高細胞內(nèi)高H+間接激活間接激活Na+/Ca2+交換蛋白交換蛋白質(zhì)膜質(zhì)膜Na+/H+交換蛋白主要受細胞內(nèi)交換蛋白主要受細胞內(nèi)H+的變化調(diào)節(jié)的變化調(diào)節(jié)缺血期缺血期無氧代謝增強無氧代謝增強, H+產(chǎn)生增多產(chǎn)生增多再灌注期再灌注期組織間液

12、的組織間液的 H+迅速減少迅速減少細胞內(nèi)外較高細胞內(nèi)外較高H+濃度差濃度差激活激活Na+/H+交換蛋白交換蛋白細胞內(nèi)細胞內(nèi)Na+激活激活Na+/Ca2+交換蛋白交換蛋白Ca2+進入細胞進入細胞激活激活Na+泵泵3Na+Ca2+Na+K+H+Na+再灌注時再灌注時H+H+Na+Ca2+缺血時缺血時H+PKC間接激活間接激活Na+/Ca2+交換蛋白交換蛋白1腎上腺素能受體激活腎上腺素能受體激活G蛋白蛋白-PLC H+/Na+交換激活交換激活線粒體功能障礙線粒體功能障礙胞漿胞漿Ca2+線粒體攝取鈣線粒體攝取鈣早期：代償早期：代償晚期：磷酸鈣形成晚期：磷酸鈣形成 ，ATP消耗消耗、生成、生成激活磷脂酶

13、激活磷脂酶分解膜磷脂使細胞膜和細胞器膜損傷分解膜磷脂使細胞膜和細胞器膜損傷再灌注性心律失常再灌注性心律失常一過性內(nèi)向電流一過性內(nèi)向電流遲后除極遲后除極促進自由基形成促進自由基形成激活激活XO肌原纖維過度收縮肌原纖維過度收縮 胞漿內(nèi)高胞漿內(nèi)高Ca2+ 再灌注消除了再灌注消除了H+對心肌收縮的抑制作用對心肌收縮的抑制作用 無復流現(xiàn)象無復流現(xiàn)象 （no-reflow phenomenon) 再灌注后再灌注后,部分或全部缺血組織不出現(xiàn)血部分或全部缺血組織不出現(xiàn)血流灌注的現(xiàn)象。流灌注的現(xiàn)象。最先發(fā)現(xiàn)于犬心實驗。最先發(fā)現(xiàn)于犬心實驗。用去粒細胞的血液進行灌注用去粒細胞的血液進行灌注,可明顯減輕癥狀?？擅黠@減

14、輕癥狀。再灌注時血管內(nèi)皮細胞與白細胞激再灌注時血管內(nèi)皮細胞與白細胞激活活表現(xiàn)為表現(xiàn)為: : 釋放多種細胞釋放多種細胞粘附分子粘附分子粘附分子粘附分子 （adhesion molecule） 是指由細胞合成的、可促進細胞與細胞之是指由細胞合成的、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間、細胞與細胞外基質(zhì)之間粘附的一大類分子的總稱的總稱, ,如整合素、選擇素、細胞間粘附分如整合素、選擇素、細胞間粘附分子、血管細胞粘附分子及血小板內(nèi)皮細胞粘附子、血管細胞粘附分子及血小板內(nèi)皮細胞粘附分子等。分子等。白細胞激活途徑白細胞激活途徑 再灌注時膜磷脂的降解再灌注時膜磷脂的降解, ,釋放出大

15、量趨釋放出大量趨 化因子吸引中性粒細胞聚集化因子吸引中性粒細胞聚集, ,滲出滲出 激活的中性粒細胞釋放有趨化作用的炎激活的中性粒細胞釋放有趨化作用的炎 癥介質(zhì)癥介質(zhì), ,促進中性粒細胞聚集、浸潤促進中性粒細胞聚集、浸潤 再灌注使中性粒細胞和血管內(nèi)皮細胞表再灌注使中性粒細胞和血管內(nèi)皮細胞表 達粘附分子，加劇白細胞聚集、激活達粘附分子，加劇白細胞聚集、激活白細胞介導的再灌注損傷白細胞介導的再灌注損傷微血管內(nèi)血流變改變微血管內(nèi)血流變改變微血管損傷微血管損傷微血管口徑改變微血管口徑改變微血管通透性增加微血管通透性增加細胞損傷細胞損傷致炎物質(zhì)的作用致炎物質(zhì)的作用正常微循環(huán)正常微循環(huán)1 12 23 3OF

16、ROFR鈣超載鈣超載血管內(nèi)皮血管內(nèi)皮中粒細胞中粒細胞代謝、能量改變代謝、能量改變IRI機制機制小結(jié)小結(jié)心功能變化心功能變化 心心臟臟舒縮功能舒縮功能 心肌頓抑心肌頓抑 (myocardial stunning(myocardial stunning） 心肌未因缺血發(fā)生不可逆損傷心肌未因缺血發(fā)生不可逆損傷, ,但在再灌注但在再灌注血流已恢復或基本恢復正常后一定時間內(nèi)心肌血流已恢復或基本恢復正常后一定時間內(nèi)心肌出現(xiàn)可逆性收縮功能降低的現(xiàn)象出現(xiàn)可逆性收縮功能降低的現(xiàn)象心電變化心電變化 再灌注性心律失常再灌注性心律失常 心肌能量代謝變化心肌能量代謝變化 心肌超微結(jié)構(gòu)變化心肌超微結(jié)構(gòu)變化心臟的變化心臟的

17、變化腦的變化腦的變化腦代謝的變化腦代謝的變化 能量障礙、酸中毒、能量障礙、酸中毒、cAMPcAMP增加而增加而 cGMPcGMP減少、減少、FFAFFA增多增多出現(xiàn)異常腦電波出現(xiàn)異常腦電波 病理性慢波病理性慢波興奮遞質(zhì)、興奮遞質(zhì)、抑制遞質(zhì)抑制遞質(zhì) 腦結(jié)構(gòu)變化腦結(jié)構(gòu)變化 腦水腫腦細胞壞死腦水腫腦細胞壞死盡早恢復血流盡早恢復血流, ,盡量縮短缺血時間盡量縮短缺血時間采用低壓、低溫、低鈣再灌注液采用低壓、低溫、低鈣再灌注液應(yīng)用清除自由基及活性氧藥物應(yīng)用清除自由基及活性氧藥物鈣拮抗劑應(yīng)用鈣拮抗劑應(yīng)用 補充能量及促進能量生成補充能量及促進能量生成 細胞保護細胞保護預適應(yīng)預適應(yīng) 概概 念念細胞保護細胞保護

18、 某些物質(zhì)具有保護或減輕細胞免受有害某些物質(zhì)具有保護或減輕細胞免受有害物質(zhì)所致?lián)p傷的作用。物質(zhì)所致?lián)p傷的作用。 是一種天然維持穩(wěn)態(tài)的機制是一種天然維持穩(wěn)態(tài)的機制,加強細胞加強細胞自我抵抗力。自我抵抗力。 分分 類類 直接細胞保護直接細胞保護 外源性物質(zhì)外源性物質(zhì) 適應(yīng)性細胞保護適應(yīng)性細胞保護 預處理預處理 概概 念念缺血預適應(yīng)缺血預適應(yīng)（ischemic preconditioning）預適應(yīng)預適應(yīng)（preconditioning,PC） 短期缺血應(yīng)激使機體組織對隨后更長時間短期缺血應(yīng)激使機體組織對隨后更長時間缺血再灌注損傷產(chǎn)生明顯保護作用的一種適應(yīng)缺血再灌注損傷產(chǎn)生明顯保護作用的一種適應(yīng)性機制。