缺血再灌注損傷PPT通用課件

第十二章缺血-再灌注損傷（Ischemia-reperfusioninjury,IRI）

要點：

掌握缺血-再灌注損傷概念。掌握缺血-再灌注損傷的原因及影響因素。掌握缺血-再灌注損傷的自由基，鈣超載，白細胞和微循環(huán)障礙損傷機制。熟悉缺血-再灌注損傷時機體各臟器的功能代謝變化。了解缺血-再灌注損傷的臨床防治原則和病理生理學(xué)基礎(chǔ)。缺血-再灌注損傷的認識過程1955：Sewell首次描述，動物實驗中發(fā)現(xiàn)，結(jié)扎狗心臟冠脈后，如突然解除結(jié)扎，恢復(fù)血流，部分動物立即發(fā)生室顫而死亡的現(xiàn)象。1960：Jennings第一次提出了心肌缺血-再灌注損傷概念。1968：Ames率先報道了腦缺血-再灌注損傷現(xiàn)象。1972：Flore報道了腎缺血-再灌注損傷現(xiàn)象。1978：Modry報道了肺缺血-再灌注損傷現(xiàn)象。1981：Greenberg報道了腸缺血-再灌注損傷現(xiàn)象。目前，IRI成為溶栓療法、搭橋術(shù)、斷肢再植、器官移植等醫(yī)療措施成敗的關(guān)鍵因素之一。缺血-再灌注損傷(ischemia-reperfusioninjury，IRI)是指在缺血的基礎(chǔ)上，恢復(fù)缺血組織血液灌注過程中，使缺血所致的組織器官功能、代謝障礙和結(jié)構(gòu)破壞進一步加重，甚至發(fā)生不可逆性損傷的現(xiàn)象。概念（conception）Usuallybloodreperfusionshouldreducetheischemiainjury.However,recentclinicalobservationsandanimalexperimentsshowedthatbloodreperfusionsometimesinducesoraggravatesthefurtherreversibleevenirreversiblecelldamage,especiallyforaprolongedischemia.

▲O2反常（Oxygenparadox）以低氧溶液灌注組織器官一段時間后，再以正常氧溶液灌注，或先在缺氧條件下培養(yǎng)細胞，再恢復(fù)正常氧培養(yǎng)細胞，發(fā)現(xiàn)組織或細胞的損傷未能恢復(fù)，反而更趨嚴重，這種現(xiàn)象稱為氧反常。

▲Ca2+反常（Calciumparadox）應(yīng)用大鼠離體心臟，先用無鈣或低濃度鈣溶液灌流，2min后再以含鈣或高鈣溶液灌注時，出現(xiàn)了心肌電信號異常、心肌功能、代謝及形態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生異常變化，這種現(xiàn)象稱為鈣反常。

▲pH反常（pHparadox）缺血時，組織因缺氧產(chǎn)生了大量的酸性產(chǎn)物，如，乳酸等，發(fā)生了代謝性酸中毒，再灌注時，一方面恢復(fù)了氧供，減少了酸性代謝產(chǎn)物的產(chǎn)生，另一方面，再灌注血流帶走了局部堆積的酸性物質(zhì)，酸中毒迅速被糾正，但卻使細胞的損傷加重的反?，F(xiàn)象，稱為pH反常。缺血-再灌注損傷的研究歷史：第一節(jié)缺血-再灌注的原因和影響因素1．原因（Etiology）

臨床上任何原因?qū)е碌娜毖↖schemia），在救治過程中的血液再灌注都可能造成缺血-再灌注損傷的發(fā)生。常見原因：1.組織器官缺血后恢復(fù)血液供應(yīng)如休克時微循環(huán)的疏通，冠狀動脈痙攣的緩解，心臟驟停后心肺復(fù)蘇等。2．一些新的醫(yī)療技術(shù)的應(yīng)用如經(jīng)皮冠脈動脈腔內(nèi)成形術(shù)、支架植入術(shù)、溶栓療法等。3.體外循環(huán)下心臟手術(shù)。4.斷肢再植和器官移植等。（Myocardialinfarction,cardiacbypasssurgery,shock,organtransplantation,thrombolytictherapy,PTCA,etc）2．影響因素（Factors）缺血時間的長短（Durationofischemia）----首要因素不同動物、不同器官發(fā)生缺血-再灌注損傷的缺血時限不同。對氧需求程度（Dependencyonoxygen）----重要因素

對氧需求程度高,依賴性強，易發(fā)生缺血-再灌注損傷，如心、腦。再灌注的條件（Conditionofreperfusion）----重要因素灌注液的壓力、溫度、pH值和電解質(zhì)。側(cè)支循環(huán)的形成情況（Collateralcirculation）----常見因素容易形成側(cè)支循環(huán)的器官不易發(fā)生再灌注損傷。臨床上，并不是所有的再灌注都會發(fā)生損傷，影響缺血-再灌注損傷及其嚴重程度的因素有：第二節(jié)缺血-再灌注損傷的發(fā)生機制（PATHOGENESIS）Theincreasefreeradicals,calciumoverload,neutrophilsactivation,endothelinplaytheprincipalrolesinischemia-reperfusioninjury.自由基損傷細胞內(nèi)鈣超載中性粒細胞激活

微循環(huán)障礙一、自由基損傷作用1.概念與分類（Conceptionandclassification）■自由基概念（Conceptionoffreeradical）外層軌道上有單個不配對價電子的原子、原子團或分子。（Freeradicalareahighlyreactivegroupofatoms,moleculesorradicals,whichcarryunpairedelectroninouterorbital.）e圖10-1自由基模式圖自由基特點：■存在時間短；■高度化學(xué)活潑性；■氧化性強?！鲎杂苫诸悾–lassificationoffreeradical）氧自由基、脂性自由基、氮中心自由基（Oxygenfreeradical,Lipidradicals,Reactivenitrogenspecies）

▲氧自由基（Oxygenfreeradical，OFR）以氧為中心的自由基稱為氧自由基。（由氧誘發(fā)的自由基稱為氧自由基，Oxygen-derivedfreeradical）超氧陰離子自由基（Superoxideanion,）羥自由基（Hydroxylradical,?OH）O2ˉ·例如

Reactiveoxygenspecies(ROS)arecomposedbyoxygen-derivedfreeradicals(OFR)andnonfreeradicalsubstances,suchassuperoxideanionradical(),hydroxylradical(·OH),hydrogenperoxide(H2O2)andsingletoxygen(1O2).O2ˉ·

【活性氧】（Reactiveoxygenspecies,ROS）

單線態(tài)氧(102)及過氧化氫(H2O2，雙電子還原)雖不是自由基，但氧化作用很強,與氧自由基共同稱為活性氧(reactiveoxygenspecies,ROS)

名稱特點

O2?-超氧陰離子

單電子還原狀態(tài)，是第一代活性氧，主要在線粒體生成。?OH羥自由基

三電子還原狀態(tài)，由fenton反應(yīng)和鐵鹽催化的Haber-

Weiss反應(yīng)生成，最強的活性氧，對DNA損傷作用強。102單線態(tài)氧

第一激發(fā)態(tài)，具有氧化作用。HO2?

氫過氧化基超氧陰離子的質(zhì)子化形式，脂溶性強。H2O2過氧化氫雙電子還原狀態(tài)，O2?-（HO2?）岐化形成，或由O2直接生成。LO?

烷氧自由基

氧有機自由基，由氧自由基與不飽和脂肪酸作用后生成。

LOO?

烷過氧自由基

同上NO一氧化氮

精氨酸經(jīng)iNOS/eNOS催化生成的氣體分子，具有氧化作用。ONOO-過氧亞硝基陰離子

由O2?-和NO反應(yīng)生成，具有強氧化特性。

機體內(nèi)存在的一些活性氧及其特點

▲脂性自由基（Lipidradicals）氧自由基與多聚不飽和脂肪酸發(fā)生脂質(zhì)過氧化的鏈式反應(yīng)后生成的中間代謝產(chǎn)物。烷自由基（L?）烷氧自由（LO?）烷過氧自由基（LOO?）脂性自由基一氧化氮（NO）過氧亞硝基陰離子（ONOO-）RNS●分類

▲氮中心自由基（Reactivenitrogenspecies,RNS）

由氮形成，并在分子組成上含有氮的一類化學(xué)性質(zhì)非?；顫姷奈镔|(zhì)。也稱活性氮。

O2·-ONOO-+L-精氨酸iNOS/eNOSO2NADPHNADP+L-瓜氨酸+NOH+NO2··OH+2.自由基的生成（Generationoffreeradical）

3.自由基的清除（Scavengethefreeradicals）抗氧化劑作用酶超氧化物歧化酶2O2·-+2H﹢

SODH2O2+O2性（Cu/Zn/Mn-SOD）抗過氧化氫酶2H2O2

CAT2H2O+O2

氧（CAT）化谷胱甘肽過氧化物酶H2O2+2GSHGPx2H2O+GS-SG劑（GPx）非維生素E脂溶性抗氧化劑，清除O2·-,1O2及阻斷脂質(zhì)過氧化。酶類胡蘿卜素脂溶性抗氧化劑，淬滅1O2及清除脂自由基。性維生素C水溶性抗氧化劑，是維生素E的輔助因子，清除O2·-,抗HO2,1O2

。氧泛素電子傳遞體系的氧化還原劑?；~藍蛋白抑制?OH生成，清除O2·-。劑清蛋白清除?OH。

金屬硫蛋白清除O2·-,?OH，H2O2。

4.自由基增多機制（Mechanismoffreeradicalincrease）

(1)線粒體中電子傳遞鏈受損，導(dǎo)致O2·-產(chǎn)生增多

線粒體線粒體4e-95%-98%O2呼吸鏈酶活性↓e-Ca2+O2·-【再灌注】H2O2O2H2OGpxH2OONOO-NO·OH【缺血】MnSOD(2)黃嘌呤氧化過程產(chǎn)生大量自由基（IncreasexanthineoxidaseinVEC）

（3）吞噬細胞呼吸爆發(fā)過程產(chǎn)生大量自由基（Neutrophilsrespiratoryburst）激活的PMN耗氧量顯著增加，攝入O2的70%~90%在NADPH/NADH氧化酶的催化下，接受電子形成自由基。

MPO：過氧化物酶（4）兒茶酚胺代謝過程中產(chǎn)生大量自由基5.自由基損傷機制（Mechanismsoffreeradicalinjury）生物膜的結(jié)構(gòu)模式圖自由基自由基胞質(zhì)蛋白交聯(lián)膜蛋白質(zhì)斷裂膜蛋白質(zhì)交聯(lián)脂質(zhì)過氧化膜斷裂自由基自由基自由基對生物膜的損傷跨膜蛋白膜表面蛋白膜鑲嵌蛋白胞質(zhì)蛋白【1】生物膜損傷▲膜結(jié)構(gòu)破壞膜脂質(zhì)過氧化：膜流動性↓、通透性↑▲膜蛋白功能抑制受體失活、泵失靈、信號傳遞障礙▲線粒體功能受損ATP生成減少【2】DNA損傷和染色體畸變胸腺嘧啶5，6-雙鍵

胸腺嘧啶自由基?OH（占80%活性氧）加成反應(yīng)堿基發(fā)生修飾、斷裂、交聯(lián)染色體畸變、斷裂【3】蛋白質(zhì)變性和酶活性降低【蛋白失活機制】▲破壞酶的活性中心－巰基；▲破壞酶活性所必需的脂質(zhì)微環(huán)境；▲酶之間形成多聚物；▲攻擊酶活性中心部位的氨基酸；▲激活磷脂酶A2PG、LT生成↑炎癥反應(yīng)加劇【4】改變細胞功能（誘導(dǎo)炎癥介質(zhì)產(chǎn)生）【活性氧（ROS）作用機制】▲氧化還原劑作用脂質(zhì)過氧化、細胞內(nèi)鈣超載

激活PLA2PG、TXA2、LT↑，▲轉(zhuǎn)錄因子作用細胞因子、粘附分子啟動NF-B轉(zhuǎn)錄、合成、表達↑▲激活WBC炎癥介質(zhì)↑PLA2：磷脂酶A2、LT：白三烯

二、鈣超載（Calciumoverload）

【Concept】各種原因引起的細胞內(nèi)鈣含量異常增多并導(dǎo)致細胞結(jié)構(gòu)損傷和功能代謝障礙。

（2）．Ca2+離開胞液的途徑Ca2+泵、Na+-Ca2+交換、Ca2+-H+交換。1.細胞內(nèi)Ca2+穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)（1）．Ca2+進入胞液途徑■質(zhì)膜鈣通道▲電壓依賴性Ca2+通道（VOC）▲受體操縱性Ca2+通道（ROC）■細胞內(nèi)鈣庫釋放通道2.鈣超載產(chǎn)生（Calciumoverloadproduction)（1）.細胞膜通透性增加（Membranepermeabilityincrease）&線粒體損傷（Mitochondrialinjury）（2）.Na+-Ca2+交換異常（DisorderofNa+/Ca2+exchange）（3）．兒茶酚胺增多（CAincrease）3.鈣超載引起細胞損傷的機制（1)．線粒體功能障礙心肌收縮性↓線粒體內(nèi)[Ca2+]

↑線粒體內(nèi)磷酸鈣沉積ATP↓(5)．心律失常(4)．肌原纖維攣縮和細胞骨架破壞(2)．激活鈣依賴性降解酶胞內(nèi)[Ca2+]↑PLA2激活膜磷脂水解和受損蛋白酶、核酸內(nèi)切酶激活心肌纖維損傷(3)．促進氧自由基生成XD損害組織細胞激活Ca2+依賴性蛋白酶

鈣超載環(huán)加氧酶、脂加氧酶XO↑PLA2激活花生四烯酸↑和↑O2·-·OHH2O2[H+]e

Na+K+圖10-10缺血-再灌注損傷過程中細胞死亡機制缺血再灌注[H+]e

H+Na+細胞水腫細胞脹亡Ca2+超載[Ca2+]i核酸內(nèi)切酶Caspase細胞凋亡自由基細胞成分損傷細胞壞死缺血-再灌注損傷中細胞死亡的形式與機制三、增多激活的中性粒細胞的損傷作用1.缺血：產(chǎn)生大量趨化因子、炎癥介質(zhì)等引起白細胞增多、聚集、激活。2.激活的白細胞生成大量ROS引起細胞損傷。3．再灌注血管內(nèi)皮細胞、激活的白細胞產(chǎn)生大量細胞粘附分子。大量白細胞黏附血管內(nèi)皮細胞，引起微循環(huán)障礙。Theischemiaregioncouldnotbereperfusedsufficientlyafterrelievingtheocclusiontorecoverthebloodflow.四、微循環(huán)障礙

缺血-再灌注損傷中微循環(huán)障礙的主要表現(xiàn)是無復(fù)流現(xiàn)象（no-reflowphenomenon)。在缺血原因去除后，缺血區(qū)并不能得到充分的血流灌注的現(xiàn)象，稱為無復(fù)流現(xiàn)象。1.增多、激活的中性粒細胞與血管內(nèi)皮細胞之間的相互作用改變了微血管內(nèi)血液流變學(xué)。2.激活的中性粒細胞與血管內(nèi)皮細胞之間的相互作用是造成微血管結(jié)構(gòu)損傷的決定因素。3.內(nèi)皮細胞功能障礙導(dǎo)致的微血管收縮-舒張失調(diào)是微血管功能障礙的維持因素。目前認為缺血-再灌注損傷基本機制主要是自由基、細胞內(nèi)鈣超載及白細胞介導(dǎo)的微循環(huán)障礙的共同作用。自由基是各種損傷機制學(xué)說中重要的啟動因素.細胞內(nèi)鈣超載是細胞不可逆性損傷的共同通路.白細胞與微循環(huán)障礙是缺血-再灌注損傷引起各臟器功能障礙的關(guān)鍵原因。Ischemia-ReperfusionInjuryinVitalOrgans第三節(jié)主要器官缺血-再灌注損傷Ischemia-reperfusioninjuryinbrainIschemia-reperfusioninjuryinlungIschemia-reperfusioninjuryinotherorgansIschemia-reperfusioninjuryinheart（一）發(fā)病機制（Pathogenesis）缺血-再灌注損傷主要機制：氧自由基↑↑、鈣超載。一、心臟缺血-再灌注損傷（Ischemia-reperfusioninjuryinheart）【鈣超載引起心肌損傷】▲超載Ca2+以磷酸鈣的形式沉積和損傷線粒體；▲超載Ca2+導(dǎo)致肌原纖維攣縮，加速能量消耗和肌纖維膜破裂；▲激活鈣依賴性降解酶，損傷細胞膜；▲Ca2+促進血小板粘附、聚集、釋放等反應(yīng)，促進血栓形成。（二）對心肌電活動的影響（Reperfusionarrhythmia）患者主要以室性心動過速和心室顫動為主?！霭l(fā)生機制（Pathogenesis）▲ROS、鈣超載Em負值變小、電位震蕩、早期后除極等▲再灌注GA流失心肌細胞自律性↑▲心肌損傷、ATP↓KATP鉀通道激活心律失?！鲂碾妶D變化（ChangeofECG）▲缺血：ST段抬高，R波振幅增加。▲再灌注損傷：R波振幅迅速降低，ST段高度恢復(fù)到原水平，

Q波很快出現(xiàn)，由竇性心律轉(zhuǎn)變?yōu)樾氖翌潉?。（三）心功能的影響（Heartfunctionalchanges）主要表現(xiàn)為心肌舒縮功能下降（心肌頓抑）■心肌頓抑（Myocardialstunning）心肌經(jīng)短暫缺血并恢復(fù)供血后，在一段較長時間內(nèi)處于“低功能狀態(tài)”，常需數(shù)小時或數(shù)天才可恢復(fù)正常功能的現(xiàn)象?！霭l(fā)生機制（Pathogenesis）ROS、鈣超載、能量代謝障礙等心肌細胞水腫、僵硬度↑心室內(nèi)最大變化速率↓心肌舒縮功能↓心輸出量↓（五）心肌超微結(jié)構(gòu)變化（Alterationsofmyocardiumultrastructure）基底膜缺失、肌原纖維結(jié)構(gòu)破壞、心內(nèi)膜下出血性梗死等。（四）心肌能量代謝變化（Alterationsofmyocardiummetabolism）TheenergymetabolismmainlyfocusonthegenerationandutilizationofATPinmyocardium.Innormallytheischemicinjuryshouldrelieveafterreperfusionrecover.Itisrevealedthatthehigh-energyphosphatesstoredinheartdonotincreasefollowedbyreperfusion,insteadofdepletefurther.ThatmeansthegenerationofATPislowerbecausethemitochondriadamagedbyoxygenfreeradicalsandcalciumoverload.表比較心肌缺血損傷和再灌注損傷二、腦缺血-再灌注損傷

（Ischemia-reperfusioninjurytobrain）■細胞內(nèi)酸中毒■鈣超載▲突觸前興奮性氨基▲激活磷脂酶A2膜磷脂降解和游離花生四烯酸↑▲激活蛋白酶微管解聚、DNA降解N元骨架破壞▲突出前膜與后膜的蛋白質(zhì)過度磷酸化N末梢去極化障礙（一）對代謝的影響■代謝障礙▲缺血：ATP、CP產(chǎn)生↓↓