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1、缺血-再灌注损伤 （Ischemia-reperfusion injury, IRI ）,阎春玲 Department of Pathophysiology,Chapter 10,研究背景,溶栓疗法,器官移植,体外循环,冠脉搭桥,治疗手段的改进,心脏介入手术,经皮冠状动脉腔内 成形术（PTCA）,放置支架,PTCA结合支架治疗冠心病患者，成功率较高，长期生存率较高,1960年 Jennings等 Jennings第一次提出了MIR概念,证实再灌注会引起心肌超微结构不可逆性坏死，包括暴发性水肿，组织结构崩解，收缩带形成和线粒体内磷酸钙颗粒形成。提出心肌IRI的概念。,1975年 Schaffer
2、对234例急性心肌梗塞的病人插入心导管到冠状动脉，注入溶栓剂治疗，并对缓解后的病人追踪观察了5个月，发现其中89例病人因复发室颤死亡。尸解时冠状动脉未见新的血栓与栓塞情况，认为是再灌注所致。,1977年 Bulkley和Hutchins报道,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。实验与临床资料证明:冠脉重新恢复血流 后，有可能造成更严重的心肌损伤。,冠脉支架置入前后,1977年，Bulkley 和Hutchins发现冠脉血管再通后的病人发生心肌细胞反常性坏死。,1 2 3 4h,损伤程 度加重,单纯缺血,缺血再灌,实验与临床资料证明冠脉重新恢复血流后， 有可能造成更严
3、重的心肌损伤,1968年 Ames率先报道了 脑IRI1972年 Flore 肾IRI1978年 Modry 肺IRI1981年 Greenberg 肠IRI缺血-再灌注损伤特点：1.可逆损伤 不可逆损伤2.具有器官普遍性,氧反常,钙反常,pH反常,低氧/缺氧,正常氧供,无钙,含钙,损伤加重,酸中毒,纠正酸中毒,氧反常（oxygen paradox）,用低氧溶液灌注组织器官或在缺氧条件下培养细胞一定时间后，再恢复正常氧供应，组织及细胞的损伤不仅未能恢复，反而更趋严重，这种现象称为氧反常。,钙反常（calcium paradox）,预先用无钙溶液灌流大鼠离体心脏2分钟，再用含钙溶液进行灌流时，心
4、肌细胞酶释放增加，肌纤维过度收缩及心肌电信号异常，称为钙反常。,pH反常（pH paradox）,缺血引起的代谢性酸中毒是细胞功能及代谢紊乱的重要原因，但在再灌注时迅速纠正缺血组织的酸中毒，反而会加重缺血/再灌注损伤，称为pH反常。,一、概念（Conception）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。,图1 肠黏膜缺血-再灌注损伤,Usually blood reperfusion should reduce the ischemia injury. However, recent clinical observations and
5、 animal ex- periments showed that blood reperfusion sometimes indu- ces or aggravates the further reversible even irreversible cell damage, especially for a prolonged ischemia.,二、 原因和条件（ Etiology & Factors）,1原因（Etiology）：缺血后的血液再灌,全身循环障碍后恢复血液供应：如休克、心肺复苏后等（ shock）组织器官缺血后血流恢复：断肢再植，器官移植，体外循环等。 （Myocardi
6、al infarction,cardiac bypass surgery, organ transplantation）血管再通术后：冠脉搭桥术，PTCA，溶栓疗法等。 （thrombolytic therapy,PTCA, etc）,2条件（Factors）缺血时间的长短（Duration of ischemia） 侧支循环的形成情况（Collateral circulation） 对氧需求程度（Dependency on oxygen） 再灌注的条件（Condition of reperfusion）,【发病机制】（Pathogenesis）,一、自由基生成增多（Increase free
7、 radical） 自由基的概念与分类 （Conception and classification） 概念（Conception） 外层轨道上有单个不配对价电子的原子、原子团或分子。,（Free radical are a highly reactive group of atoms, molecules or radicals, which carry unpaired electron in outer orbital. ）,自由基(Free Radicals)名称的由来,1832年德国过化学家Baron Von Liebig & Friedrich Woher 发现化学反应中有一小群原
8、子,并未把自己的单一原子放出,反而继续保留,到处去找别的分子结合 当时就称这种原子为“radicals”,此字源自于拉丁文“radix”,意思就是“a root”(根),表示它们根植在其他分子上 自由基“Free Radicals”就是短暂的根植在其他分子上,而具有到处游走特性的原子,氧自由基（Oxygen free radical，OFR）以氧为中心的自由基称为氧自由基。（由氧诱发的自由基称为氧自由基，Oxygen-derived free radical ）,超氧阴离子自由基（ ） 羟自由基（Hydroxyl radical, OH）,氧自由基,氧自由基,以氧为中心的自由基称为氧自由基。氧
9、自由基(OxygenFreeRadicals,OFR)是对机体危害最大的自由基种类。 包括超氧阴离子自由基(O-2)、羟自由基(HO)等,过氧化氢(H2O2)及单线态氧(1O2)虽不是自由基,但其氧化作用亦强,经过反应可形成OFR或涉及自由基反应,所以常常把它们也列入到OFR中。,概 念,氮中心自由基（Reactive nitrogen species, RNS）由氮形成，并在分子组成上含有氮的一类化学性质非常 活泼的物质。也称活性氮。,一氧化氮（NO） 过氧亚硝基阴离子（ONOO）,RNS,氧自由基的种类及其性质,超氧阴离子自由基(O2-) 是所有氧自由基中的第一个自由基，可以经过一系列反应
10、生成其它氧自由基，具有特别重要的意义。和其它活性氧相比，超氧阴离子自由基不很活泼，但是由于它寿命较长，可以从其生成位置扩散到较远的距离，达到靶位置，从这种意义讲，超氧阴离子自由基具有更大的危险性。 超氧阴离子自由基存在于气相，液相和固相之中。其物理性质往往取决于存在条件。超氧阴离子自由基既可以接受一个电子氧化其它物质而被还原，又可以提供一个电子还原其它物质而被氧化。,羟基自由基（HO）羟基自由基是已知最强的一个氧化剂,它比高锰酸钾和重铬酸钾的氧化性还强，是氧的三电子还原产物,反应性极强,寿命极短。几乎可以和所有细胞成分发生反应,对机体危害极大。但由于作用半径小只能和邻近分子发生反应。,过氧化氢
11、和单线态氧过氧化氢和单线态氧不是自由基，但它们都是很重要的活性氧，而且都可以反应产生氧自由基。过氧化氢（H2O2）是氧二电子还原产物,具有较强的氧化性, 可以直接氧化一些酶的巯基,使酶失去活性,过氧化氢可以穿透大部分细胞膜，这是超氧阴离子自由基不能相比的。这就增加了过氧化氢的细胞毒性，当它穿越细胞膜后就可以与细胞内铁反应产生羟基自由基。过氧化氢在体内的重要来源可能是超氧阴离子自由基的歧化反应。单线态氧(1O2)是氧气的激发态。反应性极强。单线态氧同其它物质反应主要通过两种形式进行，一是同其它分子的结合反应，二是将它的能量转移给其它分子，自己回到基态，称为淬灭。,NO自由基NO作为自由基可以损伤
12、正常细胞，在心肌和脑组织缺血再灌注损伤过程中起着重要作用。NO是最小的几个分子之一。NO不稳定，半衰期短，与氧气极易反应，生成NO2自由基。NO还可以与超氧阴离子自由基以极快的速率反应生成过氧亚硝基，质子化后生成NO2和类羟基自由基。,细胞内大约90%的氧被线粒体消耗,它们大部分被电子传递链传来的电子还原为水,小部分氧被电子传递链中漏流出来的电子单价还原,形成超氧阴离子,在正常生理状态下,大约有2%30%的氧被从线粒体电子传递链中漏出的电子还原产生超氧阴离子,并经歧化作用产生过氧化氢。因此,可以说线粒体是体内氧自由基的主要来源之一。,线粒体是体内氧自由基的主要来源,O2的来源：（1）线粒体,（
13、2）某些物质（还原性细胞色素C、血红蛋白、肌红蛋白、儿茶酚胺、甲状腺素）自然氧化 （3）酶氧化（黄嘌呤氧化酶、醛氧化酶）,微粒体中有两种氧化酶系统是O2-的发生器，是亚硫酸盐氧化酶，此酶能以O2作为电子受体，另一种是二巯基蛋白又称二巯基氧化系统，可以自氧化形成二硫键，在此过程中产生O2-。,（4）毒物作用于细胞（CCL4、除草剂） （5）电离辐射 电离辐射 可以使某些分子的共价键断裂发生化学反应。,H2O 小于200nm光照射 2 OH,自由基具有高度的化学活泼性，极易与相邻的物质发生电子的得失交换，参与生化反应 ，不稳定，寿命短。 自由基参与许多生命活动中的生化反应，如氧化还原反应、光合作用
14、等，在维持生命正常活动中起着重要作用 当自由基生成的数量或时空定位出现异常，超出机体的调控能力时，自由基将造成组织的损伤，核酸、蛋白质、脂质等大分子物质最易受自由基破坏和攻击。,2.自由基的性质,3. 自由基的清除,自由基与自由基防御系统处于动态平衡中,一旦平衡被打破,自由基造成对机体的毒性作用时,就会产生各种疾病, 从而影响人体的健康。体内存在的消除自由基的防御系统,即由一些酶和非酶物质组成的抗氧化剂。,它们可防止自由基的生成。,抗氧化剂的分类,体内抗氧化剂,抗氧化剂,体外抗氧化剂,抗氧化酶,非酶抗氧化剂,天然抗氧化剂,人工合成抗氧化剂,超氧化物歧化酶（SOD）、 过氧化氢酶（CAT）、 谷
15、胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)、 谷胱甘肽转硫酶(GST)、,抗氧化酶,（1） 体内抗氧化剂,超氧化物歧化酶（SOD,Super Oxide Dlsmutase）,金属酶,分两大类：Cu, Zn-SODMn, Fe-SOD,SOD是超氧阴离子自由基的特异酶，经广泛研究未发现其它功能。,Cu,Zn-SOD含两个亚基,每个亚单位各含一个铜和锌离子,相对分子量为 23000.,Cu, Zn-SOD,从大肠杆菌分离出三种： FeSOD、MnSOD 、Mn，Fe-SOD FeSOD与MnSOD的氨基酸序列类似，但与CuZn-SOD差别很大。,Mn，Fe-SOD,SOD分布很广，几乎从哺乳动物到细菌，以
16、及植物中均存在。在高等动物SOD主要存在于红细胞、肝、脑组织中。 Cu，ZnSOD一般存在胞浆中，而Mn， FeSOD存在于线粒体中 。现多从猪血中提取,商品名为Orgotdin,SOD的分布：,SOD的作用：,1993 年报道了家族肌萎性脊髓侧索硬化症(FALS) 与SOD 有密切的关系。他们发现25 %的FALS 患者(2.5 %的ALS 患者) 携带有多种SOD1突变体的基因,提出SOD1突变体可能是导致FALS 的重要原因。,ALS 是一种常见的成人神经退行性紊乱,每10万人中就有5 个人发病。该病的特点是运动神经元(连接大脑和脊髓以及脊髓和肌肉组织的较大神经细胞,控制肌肉组织的运动) 的选择性退化。 运动神经元的失去将使骨骼肌肉渐进性萎缩,最终导致ALS 患者瘫痪甚至死亡。 1993 年发现与FALS 有关的SOD突变体的基因为ALS 的防治带来了希望。,
