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1、缺血-再灌注损伤 Ischemia-reperfusion injury,病理生理学教研室,1,目的要求,1、掌握缺血再灌注损伤的概念和发生机制 2、熟悉缺血再灌注损伤的原因、影响因素和 机体的功能、代谢变化 3、了解缺血再灌注损伤的防治原则,2,患者，男，54岁，因胸闷、大汗1h入急诊病房。 体查：血压65/40mmHg，意识淡漠，心率37次/min，律齐。既往有高血压病史10年，否认冠心病史。心电图示度房室传导阻滞。给予阿托品、多巴胺、低分子右旋糖酐等进行扩冠治疗。入院上午10时用尿激酶静脉溶栓。10时40分出现阵发性心室颤动（室颤），立即给予除颤，至11时20分反复发生室性心动过速、室颤
2、，共除颤7次，同时给予利多卡因、小剂量异丙肾上腺素后心律转为窦性，血压平稳，意识清楚。冠状动脉造影证实：右冠状动脉上段85%狭窄，中段78%狭窄。,为什么在溶栓后出现严重的心律失常?,病例：,3,缺血-再灌注损伤概念 ：缺血的组织、器官经恢复血液灌注后不但不能使其功能和结构恢复，反而加重其功能障碍和结构损伤的现象。 (ischemia-reperfusion injury),从实践到理论地总结,第一节 概述,4,研究历史,1955年Sewell首次报道再灌注损伤现象-结扎狗冠状动脉后，如果突然解除结扎恢复血流，部分动物立即发生心室纤维颤动而死亡； 1960年Jennings第一次提出心肌再灌注
3、损伤的概念，证实再灌注会引起心肌超微结构不可逆坏死，包括爆发性水肿、组织结构崩解、收缩带形成和线粒体内磷酸钙颗粒形成； 1968年Ames率先报道脑缺血再灌注损伤； 1972年Flore率先报道肾缺血再灌注损伤； 1978年Modry率先报道肺缺血再灌注损伤； 1981年Greenberg率先报道肠缺血再灌注损伤,第一节 概述,5,原因,术后 动脉搭桥 溶栓疗法 经皮腔内冠脉血管成形术- PTCA 器官移植断肢再植,组织器官缺血后恢复血液供应 休克后微循环的疏通 冠脉痉挛缓解 心脑肺复苏,先缺血，后再灌,第二节 原因和条件,6,2、 影响因素 (1) 缺血、缺氧时间(2) 需氧程度、缺血前的状
4、态(3) 侧支循环(4) 再灌注条件,低压、低温、低pH、低钠、低钙,高钠、高钙,第二节 原因和条件,7,8,第三节 发生机制,活性氧的作用 钙超载 白细胞的作用 补体级联的损伤作用,9,（一）活性氧(reactive oxygen species, ROS)指化学性质活泼的含氧代谢物。,氧自由基,单线态氧(1O2),过氧化氢(H2O2),脂氢过氧化物 及其裂解产物,NO,第三节 发生机制,10,自由基指外层轨道上含有单个不配对电子 的原子、原子团和分子的总称,类型： 氧自由基 脂性自由基 氮中心自由基,特点：化学性质非常活泼，氧化性强,易与它物质发生连锁反应半衰期短,第三节 发生机制,11,
5、以氧为中心的自由基称为氧自由基。 包括超氧阴离子(O2 )、羟自由基(OH ),（一）活性氧(reactive oxygen species, ROS),氧自由基 (oxygen free radical, OFR) ：,第三节 发生机制,12,指氧自由基与多聚不饱和脂肪酸作用后生成的中间代谢产物：包括: 烷自由基（L）、烷氧自由基（LO）、烷过氧自由基（LOO）等。,（一）活性氧(reactive oxygen species, ROS),脂性自由基,第三节 发生机制,13,包括 一氧化氮（NO）、过氧亚硝基阴离子（ONOO-）,（一）活性氧(reactive oxygen species,
6、 ROS), 氮中心自由基:,14,是一种激发态氧，其氧分子外层轨道中有两个自旋方向相反的电子。其氧化性质极其活跃，且在紫外光谱中呈现一条单线，故称单线态氧。,（一）活性氧(reactive oxygen species, ROS),单线态氧 (single oxygen)：,第三节 发生机制,15,（二）缺血-再灌注时活性氧增多的机制,线粒体功能障碍 通过黄嘌呤氧化酶途径形成增多 白细胞呼吸爆发 儿茶酚胺的自身氧化 iNOS表达增加 体内清除活性氧的能力下降,第三节 发生机制,16,98,2,O2在线粒体内捕获电子的过程,17,1、线粒体内产生活性氧增加,呼吸链复合体活性受损,传递电子 再灌
7、流,氧源 Ca2+超载使氧化酶系统抑制 缺氧使抗氧化酶活性抑制，氧自由基清除障碍,18,19,20,白细胞吞噬时伴耗氧量显著增加的现象，称呼吸 爆发(Respiratory Burst )。,3、白细胞呼吸爆发产生大量活性氧,中性粒细胞激活时7090的氧经细胞内的NADPH氧化酶的作用形成氧自由基，用于杀灭病原微生物,21,缺氧,儿茶酚胺分泌增多,代偿调节作用,氧化产生氧自由基,4、儿茶酚胺的自身氧化,CA,单胺氧化酶,氧自由基(OFR),22,缺血-再灌注时，清除剂的浓度及活性下降，氧自由基产生过量，致使组织细胞严重损伤。,5.自由基清除能力降低, 酶清除剂：过氧化氢酶 (CAT)、过氧化物
8、酶(GSH-PX) 、超氧化物歧化酶(Cu,Zn-SOD、Mn-SOD)等,23,Vit A清除1O2，抑制脂质过氧化,Vit C协助维持维生素E的活性状态, 低分子清除剂：为非酶类抗氧化物，常见的有还原型谷胱苷肽(GSH)、还原型辅酶 (NADPH)、VitE、VitA、VitC、半胱氨酸、铜蓝蛋白、清蛋白结合的胆红素等,24,（三）活性氧的损伤作用,1. 膜脂质过氧化（ lipid peroxidation）,膜脂质过氧化改变膜的结构，膜的流动性降低，脆性增加。使膜受体酶活性改变。,25, 细胞膜结构破坏,（三）活性氧的损伤作用,26, 细胞器膜结构破坏, 溶酶体破裂释放溶酶体酶，破坏细胞
9、 线粒体肿胀、功能障碍，产能减少, 肌浆网Ca 2+ -ATP酶活性降低使摄取的Ca 2+ 减少，导致细胞内钙超负荷,（三）活性氧的损伤作用,27,脂质信号分子生成异常, 肌醇磷脂的过氧化，使PGs，IP3和DG生成障碍,（三）活性氧的损伤作用,28,2. 蛋白质失活,蛋白分子变性、聚合、降解或肽键断裂,活性氧对酶活性的影响包括： 破坏氧化酶的活性中心巯基； 破坏酶活性所必须的脂质微环境； 在酶蛋白之间发生交联形成多聚物； 攻击酶活性中心部位的氨基酸； 激活磷脂酶A2使膜磷脂释放出花生四烯酸，导致前列腺素、白三烯生成增多，炎症反应加剧。,（三）活性氧的损伤作用,29,3. DNA损伤,主要为O
10、H和NO 碱基羟化/DNA断裂/交联 染色体畸变/细胞死亡,（三）活性氧的损伤作用,30,透明质酸酶降解 胶原蛋白交联,4.活性氧破坏细胞间基质,（三）活性氧的损伤作用,31,第三节 发生机制,活性氧的作用 钙超载 白细胞的作用 高能磷酸化合物（ATP）生成障碍,32,钙超载（calcium overload）,各种原因引起的细胞内钙含量异常增多并导致细胞结构损伤和功能代谢障碍。,Ca2+e：10-3M,Ca2+i：10-7M,第三节 发生机制,33,细胞内Ca2 +的调节,进入胞浆的途径：钙通道 质膜钙通道 电压依赖性钙通道（VOC） 受体操纵性钙通道（ROC） 胞内钙库释放通道：ROC类
11、IP3 operated 雷洛丁 (Ryanodine) sensitive,离开胞浆的途径 Ca2+泵（ Ca2+ -ATP酶） Na+- Ca2+交换 Ca2+-H+交换,34,细胞内钙转运过程,35,钙超载的机制,Ca2+稳态调节的破坏, 细胞膜通透性增加: Ca2+顺浓度梯度进入细胞 pH反常: pH梯度促进Na+-H+交换和Na+-Ca2+交换 活性氧产生增加：ATP合成减少，钙泵，钠泵 儿茶酚胺增多: 受体 PLC IP3 内质网/肌浆网IP3R 内钙释放 受体 AC cAMP PKAL-VOC外钙内流,第三节 发生机制,36,钙超载的细胞损害作用,线粒体功能障碍 再灌注Ca2+i
12、 线粒体摄钙 ATP消耗 磷酸盐沉积 ATP产生 钙依赖性降解酶激活细胞结构破坏，死亡 磷脂酶膜相结构 蛋白水解酶结构蛋白、酶类 核酸内切酶核酸 促进活性氧生成 钙依赖性水解酶激活XO增多 钙依赖性磷脂酶A2激活花生四烯酸代谢增强 破坏细胞骨架肌动蛋白与肌辅助蛋白分离,37,线粒体渗透性转运孔道开放,是细胞由可逆损伤转变为不可逆损伤的关键因素,跨膜电位破坏，氧化磷酸化脱耦联 Ca2超载蛋白水解酶和磷脂酶活化 氧自由基大量生成 线粒体细胞色素C漏出凋亡,钙超载的细胞损害作用,第三节 发生机制,38,IRI后白细胞聚集、游出、浸润组织 机制：缺血缺氧、组织坏死诱导炎症介质和粘附分子生成增多,三、白
13、细胞在缺血-再灌注损伤中的作用,第三节 发生机制,39,炎症介质 促炎细胞因子：TNF-, IL-1, IL-8 脂质炎症介质：LTs, TXA2, PAF 补体 激肽,作用 激活炎性细胞 使血管内皮收缩，血管通透性增加 血管及其它部位平滑肌收缩 诱导细胞粘附分子的表达,第三节 发生机制,40,选择素: P, E, L-选择素 整合素: Mac-1（CD11b/CD18 ）LFA-1（人淋巴细胞功能相关抗原 ）, VLA-4 （极迟反应抗原 ） Ig超家族: ICAM-1, VCAM-1,粘附分子：细胞合成的并促进细胞与细胞之间、细胞与细胞外基质之间黏附的一类分子总称,41,白细胞浸润的过程,
14、白细胞增多，聚集滚动阶段： P-选择素与 L-选择素的作用 激活阶段 粘附阶段 ：ICAM-1，VCAM-1 ,血小板内皮细胞黏附分子穿血管游走阶段：,第三节 发生机制,42,局部组织在缺血一段时间后，重新恢复血流，不能再通，缺血区得不到充分的灌注，称此为无复流现象。,第三节 发生机制,43,白细胞在缺血再灌注损伤中的作用,机械阻塞作用-无复流现象,对组织的损伤作用-活性氧、蛋白水解酶,产生各种细胞因子-炎症反应失控,第三节 发生机制,44,细胞损伤,微血管损伤,微血管内血液流变学改变,微血管口径改变,微血管通透性增加,再灌注 损伤,IRI时白细胞激活介导的微血管功能紊乱,45,补体级联的损伤
15、作用, 补体介导的溶胞作用 补体级联反应释放大量促炎症因子,第三节 发生机制,46,缺血再灌注损伤的主要发病机制,细胞损伤,再灌注,缺血,细胞坏死,缺血损伤恢复,Ca2+,钙超载,氧自由基,O2,中性粒细胞,无复流,致炎因子,补体损伤,47,第四节重要脏器的缺血-再灌注损伤,心脏缺血-再灌注损伤 脑缺血-再灌注损伤 小肠缺血-再灌注损伤,48,心脏的缺血-再灌注损伤,心肌超微结构的变化 质膜破坏，肌原纤维破坏，线粒体变性 心肌能量代谢的变化 ATP合成的前身物质（腺苷、肌苷、次黄嘌呤）减少 缺血心肌对氧的利用障碍：线粒体受损 心功能的变化 再灌注性心律失常 心肌顿抑 微血管顿抑,49,再灌注性心律失常,50,指心肌短时间缺血后恢复再灌一段时间内心肌出现的可逆性收缩功能降低的现象。,自由基的作用 钙超载,主要机制,！心肌顿抑是对心肌的一种保护作用,特征 收缩功能障碍,心肌顿抑,51,指冠脉短时间缺血后恢复再灌一段时间内对扩血管物质反应迟钝的现象。,毛细血管被白细胞堵塞 血管平滑肌反应性降低 心肌间质水肿 内皮细胞功能障碍,主要机制,特征 可逆性,微血管顿抑,52,心肌缺血性损伤和再灌注性损伤的主要表现,53,54,脑缺血再灌注损伤,对缺氧最敏感 最先出现能量代谢障碍 富含磷脂，脂质过氧化是主要特征,
