1、第七章 缺血-再灌注損傷 （IschemiaReperfusion injury） 病理生理學(xué)教研室 孫曉彩,患者，男，54歲，因胸悶、大汗1h入急診病房。查體：血壓65/40mmHg，意識淡漠，心率37次/min，律齊。既往有高血壓病史10年，否認(rèn)冠心病史。心電圖示度房室傳導(dǎo)阻滯。給予阿托品、多巴胺、低分子右旋糖酐等進(jìn)行擴(kuò)冠治療。入院上午10時(shí)用尿激酶靜脈溶栓。10時(shí)40分出現(xiàn)陣發(fā)性心室顫動（室顫），立即給予除顫，至11時(shí)20分反復(fù)發(fā)生室性心動過速、室顫，共除顫7次，同時(shí)給予利多卡因、小劑量異丙腎上腺素后心律轉(zhuǎn)為竇性，血壓平穩(wěn)，意識清楚。冠狀動脈造影證實(shí)：右冠狀動 脈上段85%狹窄，中段78

2、%狹窄。,病例分析,為什么在溶栓后出現(xiàn)嚴(yán)重的心律失常?,第一節(jié) 概 述,(Introduction),簡 史,認(rèn)識就從這簡單現(xiàn)象開始,1年，Sewell結(jié)扎狗冠狀動脈后，如突然解除結(jié)扎，恢復(fù)血流，動物室顫而死亡。,在心肌缺血恢復(fù)血流后，缺血心肌的損傷反 而加重，出現(xiàn)超微結(jié)構(gòu)不可逆性損傷（爆 發(fā)性水腫、組織結(jié)構(gòu)崩解、收縮帶形成等）,年，Jennings第一次提出心肌再灌注損傷的概念,6年，Bulkley 和Hutchins發(fā)現(xiàn)冠脈搭橋血管再通后的病人發(fā)生心肌細(xì)胞反常性壞死。此后發(fā)現(xiàn)幾乎所有的器官都可能發(fā)生缺血再灌注損傷。 年，Greenberg等證實(shí)貓小腸缺血3小時(shí)后再灌注時(shí)，粘膜損傷更嚴(yán)重。,

3、都可能發(fā)生再灌注損傷,缺血-再灌注損傷概念 ：缺血的組織、器官經(jīng)恢復(fù)血液灌注后不但不能使其功能和結(jié)構(gòu)恢復(fù)，反而加重其功能障礙和結(jié)構(gòu)損傷的現(xiàn)象稱為缺血-再灌注損傷(ischemia-reperfusion injury).,從實(shí)踐到理論地總結(jié),第二節(jié) 原因和條件,(Influence factors of ischemia-reperfusion injury),1、原因 先缺血，后再灌 2、條件 缺血的時(shí)間和程度 組織缺血前的狀態(tài) 功能狀態(tài)、側(cè)支循環(huán)、對氧的需求量 再灌注條件,活性氧的作用 鈣超載 白細(xì)胞的作用 高能磷酸化合物生成障礙,第三節(jié) 發(fā)病機(jī)制,(Mechanisms of ische

4、mia-reperfusion injury),（一）活性氧的基本概念,一、活性氧的作用,氧自由基,單線態(tài)氧(1O2),過氧化氫 (H2O2),1、活性氧（reactive oxygen）：指 化學(xué)性質(zhì)活潑的含氧代謝物。,脂質(zhì)過氧化物 及其裂解產(chǎn)物,NO,2、自由基 (free radical)：指外層軌 道上含有單個(gè)不配對電子的各種 原子、原子團(tuán)或分子。,化學(xué)性質(zhì)活潑 氧化性強(qiáng) 半衰期短,氧自由基 (oxygen free radical)：以氧為 中心的自由基稱為氧自由基。 包括：超氧陰離子(O2 )、羥自由基(OH)。,O2是體內(nèi)氧自由基存在的主要形式，主要來源于線粒體。 OH是體內(nèi)最活

5、躍的氧自由基，對機(jī)體危害也最大。,3、單線態(tài)氧 (single oxygen)：是一種激發(fā)態(tài)氧，其氧分子的同一或不同外層軌道中有兩個(gè)自旋方向相反的電子。在紫外光譜中呈現(xiàn)一條單線，故稱單線態(tài)氧。 化學(xué)性質(zhì)活潑，能迅速氧化許多分子，特別是氧化蛋白質(zhì)中發(fā)色基團(tuán)。對機(jī)體所起的生物學(xué)作用與自由基相同。,4、H2O2：不是自由基。在Cu2+或Fe2+的作用下可生成OH，或通過均裂生成OH 。OH的生成是H2O2導(dǎo)致氧化應(yīng)激的主要機(jī)制。,NO的作用具有雙重性，由內(nèi)皮型NOS合成的NO具有保護(hù)作用，由誘導(dǎo)型NOS合成的NO顯示毒性作用。,6、脂質(zhì)自由基：為氧自由基與多聚不飽和脂肪酸作用后生成的中間代謝產(chǎn)物，包

6、括脂氧自由基（LO）、脂過氧自由基（LOO）。,在缺血再灌注損傷中最重要的是氧自 由基，它是其它自由基生成的基礎(chǔ)。,線粒體產(chǎn)生活性氧增加 血管內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)黃嘌呤氧化酶形成增加 白細(xì)胞呼吸爆發(fā)產(chǎn)生大量活性氧 兒茶酚胺的自身氧化 誘導(dǎo)型NOS表達(dá)增強(qiáng) 體內(nèi)清除活性氧的能力下降,（二）缺血-再灌注時(shí)活性氧增多的機(jī)制,1、線粒體產(chǎn)生活性氧增加,細(xì)胞缺氧使線粒體呼吸鏈上酶活性降低，不能產(chǎn)生足夠的電子，自由基生成增加；再灌注提供大量的氧，產(chǎn)生大量活性氧，此時(shí)呼吸鏈復(fù)合體、和均可產(chǎn)生活性氧。,鈣超載導(dǎo)致線粒體功能受損，線粒體氧化酶系統(tǒng)受抑制，氧經(jīng)單電子還原成氧自由基增多。,缺氧導(dǎo)致細(xì)胞中抗氧化酶活性降低，自由

7、基清除減少。,黃嘌呤氧化酶(XO) 10% 黃嘌呤脫氫酶(XD) 90%,Ca2+依賴性蛋白酶,2血管內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)黃嘌呤氧化酶形成增加,鈣超載激活此酶,ATP降解,再灌提供大量氧,呼吸爆發(fā)(respiratory burst )：白細(xì)胞吞噬時(shí)伴耗氧量顯著增加的現(xiàn)象。,3、白細(xì)胞呼吸爆發(fā)產(chǎn)生大量活性氧,攝取O2的70%90%經(jīng)細(xì)胞內(nèi)的NADPH氧化酶作用形成氧自由基，用以殺滅病原微生物。組織缺血過程中大量中性粒細(xì)胞被激活，再灌注又提供大量氧，使活性氧大量增加。,缺血再灌注（應(yīng)激）,交感-腎上腺髓質(zhì)系統(tǒng)興奮,兒茶酚胺分泌增多,代償調(diào)節(jié)作用,自氧化生成氧自由基,4、兒茶酚胺的自身氧化,單胺氧化酶,單核

8、細(xì)胞和中性粒細(xì)胞中含有iNOS。缺血再灌注導(dǎo)致白細(xì)胞活化后，iNOS表達(dá)上調(diào)，導(dǎo)致NO大量生成。NO及其代謝產(chǎn)物過氧亞酸 根（OONO）、過氧亞硝酸（HOONO）、羥自由基（OH）都可導(dǎo)致組織損傷。,5、誘導(dǎo)型NOS（iNOS）表達(dá)增強(qiáng),生物體內(nèi)存在著完整的抗氧化系統(tǒng) （1）抗氧化酶類： 超氧化物歧化酶(SOD)清除氧自由基 過氧化氫酶、谷胱甘肽過氧化物酶清除過氧化氫谷胱甘肽硫轉(zhuǎn)移酶清除脂性自由基等 （2）非酶性抗氧化物： 維生素E、谷胱甘肽、白蛋白、銅藍(lán)蛋白等也可清除活性氧或控制活性氧的生成。,6、體內(nèi)清除活性氧的能力下降,霍金與CuZn-SOD突變所致的脊髓側(cè)索硬化癥,英國物理學(xué)家霍金的故

9、事：霍金被稱為“宇宙之王”，他因患Cu,Zn-SOD基因突變導(dǎo)致家族性脊髓側(cè)索硬化癥（是一種致死的神經(jīng)退化性疾病 ,發(fā)病初期影響上下肢的運(yùn)動神經(jīng)元 ,進(jìn)而引起皮質(zhì)、腦干和脊索中的運(yùn)動神經(jīng)元變性、退化 ,最后導(dǎo)致進(jìn)行性癱瘓和死亡）?；艚鸨唤d在一把輪椅上達(dá)40年之久，現(xiàn)在全身只有面部肌肉會動，演講和問答只能通過語音合成器來完成，他是物理天才，研究黑洞普通物理學(xué)定理不再適用的時(shí)空領(lǐng)域和宇宙起源大爆炸原理。,（三）活性氧的損傷作用,2. 蛋白質(zhì)失活,3. DNA損傷,1. 膜脂質(zhì)過氧化,4. 細(xì)胞間基質(zhì)破壞,活性氧能和膜磷脂、蛋白質(zhì)、核酸等 多種細(xì)胞成分發(fā)生反應(yīng)，破壞細(xì)胞的 結(jié)構(gòu)和功能，造成細(xì)胞損傷

10、。,活性氧的作用 鈣超載 白細(xì)胞的作用 高能磷酸化合物生成障礙,二、鈣超載( calcium overload),各種原因引起的細(xì)胞內(nèi)鈣含量異常增多并導(dǎo)致細(xì)胞結(jié)構(gòu)損傷和功能代謝障礙的現(xiàn)象，稱為鈣超載（calcium overload）。,(一)細(xì)胞內(nèi)Ca 2+的穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié),細(xì)胞內(nèi)鈣濃度：10-7 mol/L 細(xì)胞外鈣濃度：10-3 mol/L 濃度梯度的維持有賴于膜對鈣的不自由通透性和鈣轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)的調(diào)節(jié),Ca2+進(jìn)入胞液的途徑 質(zhì)膜鈣通道：電壓依賴性鈣通道 受體操縱性鈣通道 細(xì)胞內(nèi)鈣庫釋放通道： 1,4,5-三磷酸肌醇（IP3）敏感鈣池 ：由IP3系統(tǒng)調(diào)控。依賴于一定濃度的胞漿鈣濃度。 IP3不敏

11、感鈣池 ：由二氫吡啶受體(RYR)系統(tǒng)調(diào)控。當(dāng)電壓控制性鈣通道開放后，小劑量鈣內(nèi)流，鈣與RYR結(jié)合后觸發(fā)ER/SR釋放鈣，即Ca2+誘發(fā)Ca2+釋放。,Ca2+離開胞液的途徑 Ca2+泵的作用： Ca2+-ATP酶，活性依賴Ca2+ 、Mg2+。 Na+-Ca2+交換：非耗能，雙向轉(zhuǎn)運(yùn)，3個(gè)Na+交換1個(gè)Ca2+ H+-Ca2+交換：主要見于線粒體，雙向轉(zhuǎn)運(yùn),（二）細(xì)胞內(nèi)鈣超載的產(chǎn)生機(jī)制,細(xì)胞膜通透性增加 Na+Ca2+交換增加 兒茶酚胺增多,(三) 鈣超載引起細(xì)胞損傷的機(jī)制,損傷線粒體功能和結(jié)構(gòu) 激活鈣依賴性降解酶 促進(jìn)活性氧生成 破壞細(xì)胞骨架,活性氧的作用 鈣超載 白細(xì)胞的作用 高能磷酸化

12、合物生成障礙,缺血再灌注后的炎癥反應(yīng)是以白細(xì)胞聚集并穿過微血管壁、浸潤周圍組織，同時(shí)伴有微血管功能紊亂及局部組織中液體及蛋白質(zhì)積聚為標(biāo)志的急性炎癥反應(yīng)。,三、白細(xì)胞的作用,（一）白細(xì)胞聚集的機(jī)制,1. 趨化因子生成增多 (increased production of chemokines),2. 細(xì)胞黏附分子生成增多 (increased production of adhesion molecules),無復(fù)流現(xiàn)象(no-reflow phenomenon ) 恢復(fù)血液灌注后，缺血區(qū)依然得不到充分血流灌注的現(xiàn)象稱無復(fù)流現(xiàn)象。,(二)白細(xì)胞聚集在缺血-再灌注損傷中的作用,1. 阻塞微循環(huán),2

13、. 釋放活性氧 3. 釋放各種顆粒成分 4. 產(chǎn)生各種促炎性細(xì)胞因子,活性氧的作用 鈣超載 白細(xì)胞的作用 高能磷酸化合物生成障礙,四、高能磷酸化合物生成障礙,1. 線粒體受損,2. ATP合成的前身物質(zhì)減少,缺血-再灌注區(qū)ATP生成能力下降的機(jī)制為：,第四節(jié) 機(jī)體主要器官的缺血-再灌注損傷,一、心臟缺血-再灌注損傷,心肌頓抑（myocardial stunning):指心肌經(jīng)短暫缺血并恢復(fù)供血后，在一段較長時(shí)間內(nèi)處于“低功能狀態(tài)”，常需數(shù)小時(shí)或數(shù)天才可恢復(fù)正常功能的現(xiàn)象。,1. 缺血-再灌注性心律失常 2. 心肌舒縮功能下降 3. 心肌結(jié)構(gòu)的變化,自由基和鈣 超載造成的 心肌損傷及 再灌注后細(xì)

14、 胞內(nèi)外離子 分布紊亂,心肌缺血性損傷和再灌注性損傷的主要表現(xiàn),二、腦缺血再灌注損傷,臨床表現(xiàn)：感覺、運(yùn)動或意識嚴(yán)重障礙 腦電圖：病理性慢波 組織學(xué)變化：腦水腫,腦缺血再灌注損傷的發(fā)生機(jī)制的特點(diǎn)：,興奮性氨基酸的神經(jīng)毒性作用 腦細(xì)胞更易受活性氧損傷,盡早恢復(fù)血流，減少缺血時(shí)間 采用低壓、低溫、低鈣再灌注液 清除活性氧 鈣拮抗劑的使用 抗白細(xì)胞療法 補(bǔ)充能量及促進(jìn)能量生成 啟動細(xì)胞內(nèi)源性保護(hù)機(jī)制,第五節(jié) 防治原則,啟動細(xì)胞內(nèi)源性保護(hù)機(jī)制 （1）缺血預(yù)適應(yīng)：最有效 組織器官經(jīng)反復(fù)短暫缺血后，會明顯增強(qiáng)對隨后較長時(shí)間缺血及再灌注損傷的抵抗力的現(xiàn)象。 （2）缺血后適應(yīng) 在全面恢復(fù)再灌注前短暫多次預(yù)再灌

15、、停灌處理，可減輕缺血再灌注損傷。,腦缺血預(yù)處理的腦保護(hù)作用,A: 7 d after an ischemic preconditioning for 3 min; B: ischemic insult for 8 min; C: preconditioning+ ischemic insult,肢體缺血預(yù)處理的腦保護(hù)作用,B: 7 d after LIP; C: ischemic insult for 8 min; D: LIP + ischemic insult,THE END,1、膜脂質(zhì)過氧化（ lipid peroxidation）,生物膜的主要成分是極性脂質(zhì)（磷脂、膽固醇）和膜蛋白（

16、酶等），是活性氧攻擊的主要部位。膜磷脂富含多價(jià)不飽和脂肪酸，易發(fā)生脂質(zhì)過氧化。,（1）細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)破壞,離子通道變構(gòu),細(xì)胞膜受體失活,酶活性改變,（2）細(xì)胞器膜結(jié)構(gòu)破壞,線粒體腫脹、功能障礙，產(chǎn)能減少；線粒體膜通透性增強(qiáng)，凋亡因子溢出，誘導(dǎo)凋亡,溶酶體破裂釋放溶酶體酶，引起細(xì)胞結(jié)構(gòu)破壞,肌漿網(wǎng)Ca2+-ATP酶活性降低，攝取的Ca2+減少，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)鈣超載,（3）脂質(zhì)信號分子生成異常,磷脂是細(xì)胞膜所特有的成分，其中肌醇磷脂在信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程中十分重要。它的脂質(zhì)過氧化不會影響膜的穩(wěn)定性，但卻會使前列腺素（PGs）、1，4，5-三磷酸肌醇（IP3）和二酰甘油（DG）等生成障礙，使細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)異常。,2、

17、蛋白質(zhì)失活,活性氧對酶活性的影響包括： 破壞氧化酶的活性中心巰基； 破壞酶活性所必需的脂質(zhì)微環(huán)境 ； 在酶蛋白之間發(fā)生交聯(lián)形成多聚物； 攻擊酶活性中心部位的氨基酸； 可激活一些酶，加劇炎癥反應(yīng)。,使蛋白質(zhì)變性、聚合、降解或肽鏈斷裂，使酶、受體、離子通道等產(chǎn)生功能障礙。,3、DNA損傷,造成DNA損傷的活性氧主要是OH和NO，可造成堿基修飾、斷裂和交聯(lián)。 （1）細(xì)胞核DNA損傷 堿基修飾：活性氧與堿基發(fā)生加成反應(yīng)，改變DNA結(jié)構(gòu)， 影響遺傳信息的正確表達(dá)。 DNA斷裂：破壞核酸分子的完整性，導(dǎo)致遺傳突變。 DNA交鏈：導(dǎo)致DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄障礙，遺傳信息表達(dá)受阻 （2）線粒體DNA損傷 導(dǎo)致線粒體

18、的生長、分化和功 能障礙；活化凋亡蛋白酶，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。,4、細(xì)胞間基質(zhì)破壞,氧自由基可使透明質(zhì)酸酶降解、膠原蛋白交聯(lián)，從而使細(xì)胞間基質(zhì)變得疏松、彈性降低。,細(xì)胞膜通透性增加,1、缺血導(dǎo)致細(xì)胞膜外板與外層的糖被分離 細(xì)胞膜對鈣的通透性增加，鈣進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)。,2、磷脂酶被激活，膜磷脂被降解，細(xì)胞膜對鈣的通透性增加，鈣進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)。,3、大量的活性氧破壞細(xì)胞質(zhì)膜和細(xì)胞器質(zhì)膜，膜通透性增加、結(jié)構(gòu)損傷，胞外鈣內(nèi)流增加，胞內(nèi)肌漿網(wǎng)和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)鈣轉(zhuǎn)運(yùn)障礙。,細(xì)胞內(nèi)高H+ 促進(jìn)Na+-Ca2+交換,胞內(nèi) H+,H+-Na+交換,胞內(nèi)Na+,鈉鈣交換蛋白,Na+-Ca2+交換增加,鈣超載,缺血 缺氧,再灌注,胞外低H+ 胞內(nèi)高H+,H+- Na+ 交換蛋白,Na2+,H+,Ca2+,Na+Ca2+交換增加,酸中毒,細(xì)胞內(nèi)高鈉直接促進(jìn)Na+-Ca2+交換,缺血,ATP減少,鈉泵功能障礙,胞內(nèi) Na+,Na+向細(xì)胞外轉(zhuǎn)移 Ca2+向細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)移,鈣超載,兒茶酚胺增多,促進(jìn)鈣內(nèi)流,1、受體使腺苷酸環(huán)化酶活化,激活PKA,L-型鈣通道磷酸化,2、受體使磷脂酶C激活,產(chǎn)生IP3,內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、肌漿網(wǎng)鈣通道開放,