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1、Ischemic Reperfusion Injury,患者：男，54岁，因胸闷、大汗1h入急诊病房。患者于当日上午7时30分突然心慌，胸闷伴大汗，含服硝酸甘油不缓解，上午9时来诊。体检：血压65/40mmHg，意识淡漠，双肺无异常，心率37次/min，律齐。既往有高血压病史10年，否认冠心病史。ECG示度房室传导阻滞。治疗经过：给予阿托品/多巴胺/低右等进行扩冠治疗。上午10时用尿激酶静脉溶栓。10时40分出现阵发性室颤，立即以300J除颤成功，至11时20分反复发生室速/室颤，其中持续时间最长达3min，共除颤7次（300J5次/360J2次），同时给予利多卡因、小剂量异丙肾后心律转为窦性
2、，血压平稳，意识清楚。11时30分症状消失，ECG基本恢复正常。冠状动脉造影证实：右冠状动脉上段85%狭窄，中段78%狭窄。病人住院治疗22天康复出院。,Clinical example,Contents,局部组织器官缺血,实质器官的损害,可逆性损害,组织器官梗死,然而，近年来发现组织损伤不但发生在缺血缺氧的当时，更重要的是发生在血管短时急性阻塞后的血管再通时。再灌注具有两重性，有时缺血后再灌注，不仅不能使组织、器官功能恢复，反而加重组织、器官的功能障碍和结构损伤。,细胞功能恢复,缺血时间,小时,天,细胞功能,将在缺血基础上恢复血流后引起组织更为剧烈损伤的现象称为缺血-再灌注损伤或再灌注综合征
3、。 ischemia reperfusion injuryreperfusion syndrome,1955年Sewell就报道了再灌注损伤的现象。 1960年Jennings首次提出心肌再灌注损伤。 1975年Schaffer对234例急性心肌梗塞的病人行导管溶栓治疗，5个月后发现其中89例病人因复发室颤死亡。认为是再灌注所致。1977年Bulkley和Hutchins报道了在成功地施行冠脉搭桥术使血管再通后的病人发生心肌细胞反常性坏死。,冠脉血管再通后的病人发生心肌细胞反常性坏死。,IRI,1968年Ames率先报道脑缺血-再灌注损伤; 1972年Flore研究肾缺血- 再灌注损伤；197
4、8年Modry报道了肺再灌注综合征;1981年Greenberg介绍了肠的再灌注损伤。,以上说明再灌注损伤几乎可在每一种组织器 官发生（普遍性）。探索缺血-再灌注损伤特点、 规律和发生机制，是当今医学研究热点。,基础实验中发现的几个重要概念,提示氧、钙和pH重要、可能 IRI。,一、原因,细管子正在 代替手术刀,二、影响因素,(Swanson/Peng的压力/温度实验）,大鼠心脏再灌流前缺血缺氧时间与再灌流综合征发生率的关系,离体大鼠心脏,一、自由基的作用（一）自由基的概念与类型自由基 (free radical) 是在外层电子轨道上含有单个不配对电子的原子、原子团和分子的总称。自由基的种类很
5、多，主要包括：,（一）自由基的概念与类型,单线态氧(1O2)是一种激发态氧，易氧化不饱和脂肪酸，与H2O2均属活性氧(reactive oxygen species，ROS)。活性氧为化学性质较基态氧活泼的含氧物质，包括氧自由基和非自由基的含氧产物。活性氧生成的反应式为：,O2,（一）自由基的概念与类型,（一）自由基的概念与类型,e-, O2 O2是自由基与活性氧产生基础，源于：,OH是最活跃最强力自由基 (Haber-Weiss, fenton反应）,slow,fast,slow,指氧自由基与多价不饱和脂肪酸作用后生成的中间代谢产物烷自由基(L)、烷氧自由基(LO)、烷过氧自由基(LOO)等
6、。3、其它自由基如氯自由基（Cl .）甲基自由基（CH3.）和一氧化氮(NO)等。自由基化学性质极为活泼，易于失去电子(氧化)或获得电子(还原)，特别是其氧化作用强，故具有强烈引发脂质过氧化的作用。,2、脂性自由基,生理情况下，细胞内存在的抗氧化物质（SOD/GSH-PX/CAT/Vit-A/C/E）可以及时清除自由基，使自由基的生成与降解处于动态平衡之中，对机体并无有害影响。病理情况下，由于活性氧生成过多或机体抗氧化能力不足，则可引发链式脂质过氧化反应损伤细胞膜，进而使细胞死亡。,（一）自由基的概念与类型,电子自旋共振技术直接测定, 见数倍。再灌注激发氧自由基途径有4：1、黄嘌呤氧化酶形成增
7、多 黄嘌呤氧化酶(XO)及其前身黄嘌呤脱氢酶(XD)主要存在于毛细血管内皮细胞内。正常90以XD的形式存在，XO仅占10。缺血-再灌注时黄嘌呤氧化酶在氧自由基生成增多中的作用如下图所示：,(二)氧自由基生成增多的机制,缺血时,再灌注,黄嘌呤氧化酶源性氧自由基的形成,（原发ROS）,2、中性粒细胞激活,respiration burst,(二)氧自由基生成增多的机制,线粒体是细胞氧化磷酸化反应的主要部位，再灌注时，损伤的线粒体电子传递链可能是氧自由基的重要来源。缺血使ATP, Ca2+入线粒体, 使其功能受损，cyt氧化酶系统功能失调，氧经单电子还原而形成ROS增多。Ca2+进入线粒体还可使Mn
8、2+-SOD减少，对自由基的清除能力降低，ROS 增加。,3、线粒体,(二)氧自由基生成增多的机制,4、儿茶酚胺的自身氧化 缺血缺氧作为机体应激因素可刺激机体释放大量儿茶酚胺，一方面对机体产生重要的调节作用，但另一方面，过量的儿茶酚胺特别是它的氧化产物可产生具有细胞毒性的氧自由基。实验证明，在肾上腺素代谢生成肾上腺素红的过程中有O2产生。,(二)氧自由基生成增多的机制,实验表明，给予外源性自由基发生剂可使正常及缺血组织细胞受到严重损伤，自由基清除剂则可有效减轻IRI损伤。自由基具有极为活泼的反应性，可与各种细胞成分，如膜磷脂、蛋白质、核酸等发生脂质过氧化反应，造成细胞结构损伤和功能代谢障碍。,
9、(三) 自由基的损伤作用,1、破坏脂质细胞膜：细胞膜磷脂中多聚不饱和脂肪酸和脂肪酸(RH)的不饱和双键极易受到氧自由基攻击。,丙二醛（MDA）,引发自由基的 链锁/增殖反应,(三) 自由基的损伤作用,脂质过氧化反应,缺血再灌注对 脂质膜的影响,(三) 自由基的损伤作用,2、破坏蛋白质和酶：自由基可以使蛋白质和酶分子聚合、交联、肽链断裂，引起蛋白质变性和酶的活性丧失，并影响受体与膜离子通道。自由基使酶巯基氧化，形成二硫键；也可使氨基酸残基氧化，胞浆及膜蛋白和某些酶交联形成二聚体或更大的聚合物，直接损伤蛋白质的功能。自由基也可激活一些酶如PLA2, 使膜磷脂释出AA, 使PGs, LTs,炎性反应
10、。,3、破坏核酸和染色体：氧自由基可使DNA链断裂，并与碱基发生加成反应，引起染色体的畸变和断裂。这种作用的80为OH所致，因OH易与脱氧核糖核酸及碱基反应并使其结构改变。 4、破坏细胞间基质：氧自由基可使透明质酸降解、胶原蛋白发生交联，从而使细胞间基质变得疏松，弹性降低。,(三) 自由基的损伤作用,染色体损伤80%由OH所致,IRI损伤、氧反常、钙反常及pH反常时,均可见细胞内钙浓度明显增加,细胞内钙浓度往往与细胞受损程度正相关。概念：各种原因引起细胞内钙含量异常增多并导致细胞功能代谢障碍和结构损伤的现象称为钙超载(calcium overload) 严重者可造成细胞死亡。,二、钙超载,（一
11、）细胞内钙稳态调节,在正常情况下，细胞内外Ca2+的浓度相差 悬殊，且分布不均：,Ca2+i 10-8-10-7mol/L,Ca2+o 10-3-10-2mol/L,游离钙 0.005, 细胞内外电化学梯度的维持，靠的是生物膜对钙的不自由通透性和转运系统的调节。,（一）细胞内钙稳态调节,1、Ca2+进入胞液的途径 Ca2+入胞液是顺浓度梯度的被动过程。一般认为，细胞外钙跨膜进入是细胞内钙释放的触发因素，细胞内钙浓度的增加主要取决于内钙释放。(1)质膜钙通道： VDC，ROC(2)胞内钙库释放通道：内质网上主要存在IP3受体和理阿诺碱受体(ryanodine receptor, ry 受体)两种
12、Ca2+通道。,（一）细胞内钙稳态调节,2、Ca2+离开胞液的途径 Ca2+离开胞液是逆浓度梯度、耗能的主动过程。这一过程由下述方式完成：(1) 钙泵的作用：(2) Na+- Ca2+交换：(3) Ca2+ - H+交换：,（一）细胞内钙稳态调节,离开胞液途径,1、Na+ / Ca2+ 交换异常目前多数人认为Na+Ca2+交换蛋白以3个Na+交换1个 Ca2+的比例对细胞内外Na+ Ca2+进行双相转运。,(二) 细胞内钙超载的机制,大量实验证实， Na+ / Ca2+交换蛋白是缺血-再灌注损伤和钙反常时钙离子进入细胞的主要途径。,（1）高Na+的直接激活缺血C 内ATP钠泵活性Na+再灌注高
13、Na+ 钠泵和Na+- Ca2+交换蛋白,（2）高H+的间接激活缺血C 内ATP无氧酵解乳酸H+ H+ / Na+交换Na+,（3）PKC活化的间接激活内源CA Ad受体 G蛋白 PLC IP3 DG Ca2+在胞浆中升高。,(二) 细胞内钙超载的机制,Na+ / Ca2+ 交换,蛋白激酶C（PKC）活化的影响,2、生物膜损伤,(1) 细胞膜损伤：Ca2+ 增加可激活磷脂酶，促进膜磷脂降解，自由基使膜脂质过氧化，破坏膜结构。,(2) 线粒体及肌浆网膜损伤：肌浆网膜损伤，摄Ca2+减少，胞浆钙。线粒体膜损伤使ATP生成，钙泵能量，促进钙超载的发生。,(二) 细胞内钙超载的机制,1、促进氧自由基生
14、成 Ca2+ Ca2+敏蛋白酶, XDXO , 氧自由基 2、加重酸中毒Ca2+ ATP酶水解ATP释H+ 3、激活多种酶损伤细胞 Ca2+ 磷脂酶，降解膜磷脂，损伤膜性结构。产物AA/溶血磷脂等可加重C功能紊乱。激活蛋白酶使蛋白水解，激活核酶损伤染色体。,（三）钙超载引起IRI的机制,4、线粒体功能障碍 再灌注使胞浆内Ca2+，线粒体摄钙,早期有代偿意义，减轻胞浆钙超载。但耗ATP, 形成不溶磷酸钙，干扰氧化磷酸化，生成ATP。(既是原因、又是结果)5、Na+/Ca2+交换异常引起心律失常Na+/Ca2+交换形成的一过性内向离子流，造成心肌动作电位迟后除极并引发再灌注性心律失常，还可引起肌原
15、纤维过度收缩。,（三）钙超载引起IRI的机制,研究表明，白细胞聚集、激活介导的微血管损伤机细胞损伤是IRI 的重要发病机制之一。,三、白细胞的作用,1、粘附分子生成增多IRI时PMN和血管内皮细胞的多种粘附分子表达增强（整合素/选择素/ICAM-1/ELAM等），引起这些细胞的广泛粘附、聚集，激活的PMN释出TNF、IL-1/6，进一步加强了此反应。2、趋化因子生成增多组织损伤时，膜磷脂降解，AA代谢产物，如LT/PGE2 /PAF/补体/激肽等具有很强趋化作用，吸引大量白细胞进入组织或粘附于血管内皮。白细胞本身释放许多具有趋化作用的炎症介质(LTB4)，使微循环中白细胞进一步增加。,(一)I
16、RI时白细胞增多的机制,1、微血管损伤微血管血流变异常/管腔狭窄/通透性增高1) 机械阻塞作用 白细胞与红细胞不同，其流变学和形态学的特点是体积大而僵硬、变形能力较弱因此,大量白细胞粘附血管内皮细胞，极易嵌顿堵塞毛细血管而有助于形成无复流现象，加重组织的缺血缺氧。(毛细血管无复流),（二）白细胞介导IRI损伤,2) 炎症反应失控,白细胞 (PMN, M, M) 激活,血管通透性增加,组织损伤和破坏,（二）白细胞介导IRI损伤,激活的血管内皮细胞与中性粒细胞释放的大量生物活性物质，如自由基、蛋白酶、细胞因子等，不但可改变自身的结构和功能，而且使周围组织细胞受到损伤。,（二）白细胞介导IRI损伤,2、细胞损伤,IRI机制,心肌IRI最为常见，研究最多。实验表明，家兔缺血40分钟是一个敏感的时间点，人体心脏在AMI后1.5-2小时内恢复血供不出现再灌注损伤，在2-4小时内恢复血供则有明显损伤，6小时后恢复血供已无意义。,
