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1、 (Ischemia-reperfusion injury)(Introduction)概念概念(Concept) 缺血器官在恢复血液灌注后缺血缺血器官在恢复血液灌注后缺血性损伤进一步加重的现象，称为缺血性损伤进一步加重的现象，称为缺血再灌注损伤再灌注损伤(ischemia-reperfusion injury)。研究缺血-再灌注损伤的临床意义器官缺血后恢复血供：休克、冠脉 痉挛、心脏骤停后复苏血管再通术：动脉搭桥、PTCA、溶栓疗法体外循环术器官移植及断肢再植术(Influence factors of ischemia-reperfusion injury) (Duration of is
2、chemia) 过长坏死缺血时间太长或缺血时间太长或太短均不易发生太短均不易发生IRI过短功能恢复1、缺血时间的长短2 2、再灌注时灌流液的条件、再灌注时灌流液的条件 反常(calcium paradox):预先用无钙溶液短暂灌流后，恢复正常含钙溶液灌流，导致细胞外Ca2+大量内流而引起细胞损伤进一步加重的现象。(Conditions of reperfusion fluid) 氧反常(oxygen paradox):用低氧或无氧灌注液灌注心脏一段时间后恢复正常氧供应，心肌的损伤更趋严重的现象。 pH反常(pH paradox):再灌注时迅速纠正缺血组织的酸中毒，损伤反而进一步加重的现象。 p
3、HpH反常反常(pH paradox)(pH paradox)再灌注时纠酸再灌注时纠酸损伤加重损伤加重低氧灌注低氧灌注/ /缺氧培养缺氧培养复氧复氧损伤加重损伤加重氧反常氧反常(oxygen paradox)(oxygen paradox)钙反常钙反常(calcium paradox)(calcium paradox)无钙液灌注无钙液灌注含钙液含钙液心肌损伤加重心肌损伤加重 3 3、组织器官缺血前的功能状态、组织器官缺血前的功能状态 能量贮备及对缺血的敏感性能量贮备及对缺血的敏感性 血液循环侧支代偿情况血液循环侧支代偿情况 (Functional state of organs before
4、ischemia) (Mechanisms of ischemia-reperfusion injury)(Injury of reactive oxygen) 活性氧活性氧(reactive oxygen)是化学性是化学性质活泼的含氧代谢物，包括氧自由基、单质活泼的含氧代谢物，包括氧自由基、单线态氧、过氧化氢、线态氧、过氧化氢、NO脂质过氧化物脂质过氧化物（LOOH）及其裂解产物脂氧自由基）及其裂解产物脂氧自由基（LO）、脂过氧自由基（）、脂过氧自由基（LOO ）等。）等。一、活性氧的作用一、活性氧的作用 自由基自由基(free radical)是指在外层电子轨道含有一个是指在外层电子轨道含
5、有一个或多个不配对电子的原子、原子团或分子。以氧为中心的自或多个不配对电子的原子、原子团或分子。以氧为中心的自由基称氧自由基。由基称氧自由基。 单线态氧单线态氧(1O2)是一种能量较高的激发态氧，其氧分子的是一种能量较高的激发态氧，其氧分子的同一或不同外层轨道中有两个自旋方向相反的电子。这种氧同一或不同外层轨道中有两个自旋方向相反的电子。这种氧分子在紫外光谱中呈现一条单线，故称单线态氧。分子在紫外光谱中呈现一条单线，故称单线态氧。 一氧化氮一氧化氮(NO)是是L-精氨酸在一氧化氮合酶催化下产生的，精氨酸在一氧化氮合酶催化下产生的，有一个不配对电子。作用具有双重性，生理状态下具有保护有一个不配对
6、电子。作用具有双重性，生理状态下具有保护作用，能扩张血管、降低血压、松弛平滑肌，还具有信号传作用，能扩张血管、降低血压、松弛平滑肌，还具有信号传递、酶活性调节、免疫调节及抗氧化损伤等生物活性；诱导递、酶活性调节、免疫调节及抗氧化损伤等生物活性；诱导型型NOS作用下大量合成则有毒性作用，不仅作用于铁蛋白，作用下大量合成则有毒性作用，不仅作用于铁蛋白，影响线粒体磷酸化，还可生成影响线粒体磷酸化，还可生成OH等，可能造成组织、细胞等，可能造成组织、细胞损伤。损伤。1. 氧自由基(oxygen free radical，OFR) 自由基的种类(Categories of free radicals)
7、e-+H+H2Oe-_O2e-+2H+H2O2 e-+H+H2O OHO2O2 、 OH 、1O2 、 H2O22. 脂性自由基(lipid free radical)氧自由基+多价不饱和脂肪酸L.LO.LOO.3. 其他(others)Cl. ， CH3. ， NO等(二二)再灌注时活性氧增多的机制再灌注时活性氧增多的机制 (Mechanism of reactive oxygen generation)1.黄嘌呤氧化酶途径黄嘌呤氧化酶途径(xanthine oxidase pathway)正常时 黄嘌呤氧化酶（xanthine oxidase, XO）占10， 其前身黄嘌呤脱氢酶（xant
8、hine dehydrogenase, XD）占90。缺血时 钙超载导致XD转化为XO ATP降解，次黄嘌呤增加再灌注时 大量氧使次黄嘌呤生成黄嘌呤，再生成尿酸 上述两过程均有氧自由基生成(+)(+)缺血,缺氧补体趋化物质中性粒细胞聚集,耗氧氧经NADPH氧化酶和NADH氧化酶催化生成大量氧自由基中性粒细胞的呼吸爆发(respiratory burst)2.中性粒细胞途径(neutrophil pathway)3.线粒体途径线粒体途径(mitochondrion pathway)缺氧再灌注线粒体Ca2+细胞色素氧化酶功能抑制氧单电子还原氧自由基呼吸链传递电子效能下降含Mn的SOD呼吸链复合体缺
9、血缺血, ,缺氧缺氧激活交感激活交感- -肾上腺髓质系统肾上腺髓质系统儿茶酚胺儿茶酚胺单胺氧化酶单胺氧化酶氧自由基氧自由基4.儿茶酚胺自身氧化途径儿茶酚胺自身氧化途径(catecholamine auto-oxidation pathway)5.诱导型诱导型NOS表达增强表达增强大量NO生成，NO及其代谢产物均可导致组织损伤6.体内清除活性氧的能力下降体内清除活性氧的能力下降p抗氧化酶类， 如超氧化物歧化酶（SOD），过氧化氢酶（CAT）p非酶性抗氧化物，如维生素E、谷胱甘肽、白蛋白铜蓝蛋白等Target Chemical alterationPhysiological alterations
10、Lipids Peroxidation of double bonds Lipid-lipid cross-linking Membrane permeability changes Impairment of organelle function Receptor conformation changesProtein Oxidation of double bonds Oxidation of SH groups Enzyme inhibition Protein denaturation Receptor conformation changesCarbohydrates Oxidati
11、on of double bonds Receptor conformation changes Denaturation of glycoproteinNucleic acids Oxidation of double bonds Strand scission Base modification Mutations(三三)活性氧的损伤作用活性氧的损伤作用(Injury of reactive oxygen) (1) (1) 破坏膜的正常结构破坏膜的正常结构脂质脂质过氧化过氧化膜不饱和膜不饱和脂肪酸脂肪酸不饱和脂肪酸不饱和脂肪酸/ /蛋白质比例失调蛋白质比例失调膜液态性膜液态性流动性流动性膜
12、通透性膜通透性CaCa2+2+内流内流1.膜脂质过氧化作用增强膜脂质过氧化作用增强 (enhanced lipid peroxidation of membrane)(2) (2) 间接抑制膜蛋白功能间接抑制膜蛋白功能脂质之间交联脂质之间交联(-)(-)钙泵、钠泵钙泵、钠泵NaNa2+2+/Ca/Ca2+2+交换蛋白交换蛋白胞内胞内NaNa2+2+、CaCa2+2+钙超载、细胞肿胀钙超载、细胞肿胀(3) (3) 促进自由基及其它生物活性物质生成促进自由基及其它生物活性物质生成膜脂质膜脂质过氧化过氧化磷脂酶磷脂酶C C磷脂酶磷脂酶D D膜磷脂分解膜磷脂分解花生四烯酸花生四烯酸脂氧合酶脂氧合酶白三
13、烯白三烯过氧化物过氧化物环氧合酶环氧合酶前列腺素内过氧化物前列腺素内过氧化物OHOH. .TXATXA2 2PGPG自由基自由基(+)(+)(4) (4) 减少减少ATPATP生成生成自由基对膜的损伤自由基对膜的损伤蛋白质变性蛋白质变性 蛋白质蛋白质( (酶酶) )交联交联例：例：肌纤维蛋白对肌纤维蛋白对CaCa2+2+反应性反应性心肌收缩力心肌收缩力肌浆网钙转运蛋白受损肌浆网钙转运蛋白受损钙调节异常钙调节异常2.导致导致蛋白质变性和酶活性降低蛋白质变性和酶活性降低 (protein denaturalization and decreased activity of enzymes)核酸碱基
14、的羟化，核酸碱基的羟化，DNADNA的断裂的断裂染色体的断裂染色体的断裂3.引起引起DNA断裂和染色体畸变断裂和染色体畸变 (DNA disruption and chromosome aberration)二、细胞钙超载二、细胞钙超载引起再灌注损伤引起再灌注损伤 (一一)细胞细胞钙超载的机制钙超载的机制(Mechanism of calcium overload) Ca2+Ca2+ATPNa2+H+Ca2+正常细胞正常细胞CaCa2+2+运转体系运转体系缺血缺血ATPATP钠泵活性钠泵活性NaNa+ + i i(+)(+)NaNa+ +-Ca-Ca2+2+蛋白蛋白酸中毒酸中毒再灌注再灌注组织
15、间隙组织间隙H H+ +细胞内细胞内H H+ +仍高仍高(+)(+) NaNa+ +-H-H+ +交换交换1. 细胞内细胞内Na+对对Na+-Ca2+交换蛋白的直接交换蛋白的直接激活激活( (direct activation of intracellular high level of Na+ to Na +-Ca2+ exchanger) ) 胞内钙胞内钙2.2.生物膜损伤致细胞内钙超载生物膜损伤致细胞内钙超载(1) (1) 细胞膜损伤细胞膜损伤缺血缺血膜外板与糖被膜分离膜外板与糖被膜分离CaCa2+2+(+)(+)磷脂酶磷脂酶膜磷脂降解膜磷脂降解自由基自由基膜脂质过氧化膜脂质过氧化(2)
16、 (2) 线粒体及肌浆网损伤线粒体及肌浆网损伤线粒体和线粒体和SRSR释放释放CaCa2+2+钙泵能量不足钙泵能量不足膜通透性膜通透性(3)(3)ATPATP产生产生1.1.线粒体功能障碍线粒体功能障碍线粒体线粒体摄摄CaCa2+2+消耗消耗ATPATP磷酸钙磷酸钙抑制氧化抑制氧化磷酸化磷酸化2.2.激活钙依赖性降解酶激活钙依赖性降解酶CaCa2+2+(+)(+)ATPATP磷脂酶磷脂酶膜磷脂分解膜磷脂分解膜受损膜受损花生四烯酸、溶血磷脂花生四烯酸、溶血磷脂(二二)细胞内钙超载引起缺血再灌注损伤的机制细胞内钙超载引起缺血再灌注损伤的机制(Mechanism of ischemia-reperf
17、usion injury induced by calcium overload)3.3.致心肌心律失常致心肌心律失常NaNa+ +-Ca-Ca2+2+交换交换CaCa2+2+入致一入致一过性内向过性内向离子流离子流迟后除极迟后除极4.4.促进活性氧生成促进活性氧生成CaCa2+2+(+)(+)CaCa2+2+依赖性蛋白酶依赖性蛋白酶(XDXO)(XDXO)5.5.破坏细胞骨架破坏细胞骨架三三、白细胞的作用白细胞的作用1.趋化因子生成增多趋化因子生成增多(increased production of chemokines)(一一)再灌注时白细胞聚集的机制再灌注时白细胞聚集的机制leukotr
18、iene、prostaglandin、PAF、kininneutrophils2.细胞黏附分子生成增多细胞黏附分子生成增多(increased production of adhesion molecules) Integrinselectin(二二)白细胞聚集引起缺血再灌注损伤的机制白细胞聚集引起缺血再灌注损伤的机制 1.阻塞微循环阻塞微循环 无复流现无复流现象象 L-selectinVSMCVSMCMyocyteMyocyteMyocyteEndotheliumRollingNeutrophilOFR , C5a ,PAF+ +NO, Adenosine_IntegrinsCD11/CD1
19、8AdhesionMigrationOFR ,ProteasesVSMC VSMCVSMCMyocyteMyocyteMyocyteExtravasationEndotheliumPECAM-1ICAMP-selectin Interaction between endothelial cells and neutrophils. 2. 释放活性氧释放活性氧3. 释放各种颗粒释放各种颗粒 酶性成分：弹性蛋白酶、胶原酶和凝胶酶酶性成分：弹性蛋白酶、胶原酶和凝胶酶 非酶性成分非酶性成分：次氯酸和氯胺：次氯酸和氯胺4.4.产生各种促炎性细胞因子产生各种促炎性细胞因子 TNF- TNF- 、IL-1I
20、L-1 (Functional and metabolic changes during ischemia-reperfusion injury)(Ischemia-reperfusion injury of myocardium)一、心肌缺血再灌注损伤一、心肌缺血再灌注损伤1.再灌注性心律失常再灌注性心律失常(reperfusion arrhythmia) 在心肌缺血再灌注过程中在心肌缺血再灌注过程中出现的心律失常。出现的心律失常。 在缺血心肌血流恢复后在缺血心肌血流恢复后一段时间内，心肌舒缩功能一段时间内，心肌舒缩功能仍不能恢复正常的状态，称仍不能恢复正常的状态，称为心肌顿抑。为心肌顿抑。
21、2.心肌顿抑心肌顿抑(myocardial stunning)3.再灌注对心肌代谢的影响再灌注对心肌代谢的影响 (Influence of reperfusion on myocardium metabolism) 线粒体受损线粒体受损能量合成能量合成再灌注再灌注底物冲走底物冲走高能磷酸高能磷酸化合物化合物4.再灌注对心肌超微结构的影响再灌注对心肌超微结构的影响 (Influence of reperfusion on ultrastructure of myocardium) 二、脑的缺血再灌注损伤二、脑的缺血再灌注损伤(Ischemia-reperfusion injury of brai
22、n) 病理性慢波病理性慢波lipid peroxidation injury水肿、坏死水肿、坏死1.小肠小肠(intestine) 黏膜屏障通透性黏膜屏障通透性 菌血症或内毒素血症菌血症或内毒素血症2.2.急性肾功衰急性肾功衰三三、其他器官、组织的缺血再灌注损伤其他器官、组织的缺血再灌注损伤(Ischemia-reperfusion injury of other organs)尽量缩短脏器缺血时间采用低压、低温、低钙再灌注液清除自由基及活性氧减轻钙超载：钙拮抗剂 Na2+ / Ca2+ 、 Na2+ /H+交换抑制剂抗白细胞疗法补充能量及促能量生成启动内源性保护机制 ： 缺血预适应和缺血后适应其它药物： 细胞保护剂 扩管 稳膜等第五节第五节 防治的病理生理基防治的病理生理基础础
