1、第十三章缺第十三章缺血再灌注损血再灌注损伤伤循环：提供循环：提供细胞细胞氧氧和和营养营养物质物质 带走带走细胞细胞代谢代谢产生的产生的CO2和和废物废物血液灌流的血液灌流的减少减少细胞细胞 好转、功能恢复正常好转、功能恢复正常血液血液后后 细胞细胞及及反而反而 ()心心/脑脑/肾肾/肝肝/肺肺/胃肠胃肠/肢体肢体/皮肤皮肤血液再灌注后，缺血性损伤血液再灌注后，缺血性损伤进一步加重的现象。进一步加重的现象。n缺血后再灌注n不能使组织、器官功能恢复n加重组织、器官的功能障碍和结构损伤概 念氧反常氧反常钙反常钙反常pH反常反常低氧低氧/缺氧缺氧正常氧供正常氧供无钙无钙含钙含钙损伤加重损伤加重酸中毒酸
2、中毒纠正酸中毒纠正酸中毒第一节 缺血-再灌注损伤的原因及条件原原 因因组织器官缺血后恢复血液供应组织器官缺血后恢复血液供应:休克时微循环的疏通休克时微循环的疏通冠脉痉挛缓解冠脉痉挛缓解心、脑、肺复苏心、脑、肺复苏术后术后:动脉搭桥动脉搭桥 溶栓疗法溶栓疗法 PTCA器官移植器官移植 断指再植断指再植 体外循环体外循环影响因素（条件）影响因素（条件）不易不易发生发生 易易发生发生缺血缺血时间时间 过长过长/过短过短 不长不短不长不短(40-60min)侧支侧支循环循环 易形成易形成 不易形成不易形成需需氧氧程度程度 低低 高高(心心/脑脑)再灌注再灌注条件条件 低压低压/低温低温(25 C)高压
3、高压/高温高温 /低低pH/低钙低钙/低钠低钠 /高钙高钙/高钠高钠 缺血预适应缺血预适应(preconditioning):短期缺血应激短期缺血应激，使机体组织对随后，使机体组织对随后更长时间更长时间 缺血缺血-再灌注损伤再灌注损伤产生产生明显保护作用明显保护作用的一种适应机的一种适应机制。制。的作用的作用自由基自由基钙超载钙超载的作用的作用白细胞白细胞损伤和损伤和微血管微血管第 二 节 缺血-再灌注损伤的发生机制始动机制始动机制：能量代谢障碍能量代谢障碍关键机制关键机制：自由基及钙离子超载自由基及钙离子超载一、自由基的作用一、自由基的作用 自由基自由基(free radical)的概念：的
4、概念：外层电子轨道上含有单个不配对电子的原子，原子团和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。分子的总称。自由基自由基产生途径：产生途径：1.具有具有共价键共价键的化合物发生的化合物发生均裂均裂:H2O H+OH 2.电子的俘获：如氧的电子的俘获：如氧的单价还原单价还原 O2 O2 (附：附：离子离子是具有是具有共价键的化合物共价键的化合物发生发生异裂异裂-解离解离的产物的产物 H2O H+OH-)e-自由基特点自由基特点l半衰期短半衰期短 10-5Sl化学化学性质极其活泼性质极其活泼(有配对倾向：失电子被氧化；有配对倾向：失电子被氧化；得电子被还原。得电子被还原。)l极易
5、与其它物质反应形成新的自由基极易与其它物质反应形成新的自由基l呈现明显的连锁反应呈现明显的连锁反应l生理病理情况下体内有多种自由基产生生理病理情况下体内有多种自由基产生 生理情况：产生和清除达到动态平衡。生理情况：产生和清除达到动态平衡。病理情况：产生病理情况：产生；清除；清除。自由基分类自由基分类 1 自由基自由基(oxygen free radical)：由氧诱发的自由基。由氧诱发的自由基。如：如：O2 超氧阴离子超氧阴离子(superoxide anion)OH 羟自由基羟自由基(hydroxy free radical)2 性自由基性自由基(lipid free radical)：氧自
6、由基与多价不饱和脂肪酸作：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。用后生成的中间代谢产物。如：如：L （alkane）烷）烷 LO （alkane oxygen）烷氧）烷氧 LOO （alkane peroxy）烷过氧）烷过氧3 Cl CH3 甲基甲基 NO 一氧化氮，有一个不配对的电子，一氧化氮，有一个不配对的电子，自由基自由基 活性氧活性氧(reactive oxygen species,ROS):化学性质较基态氧化学性质较基态氧的的物质物质,包括包括氧自由基氧自由基和和非非自由基自由基的含氧物质。的含氧物质。氧自由基氧自由基 活性氧活性氧 非自由基含氧物质非自由基含氧物质 ：
7、#1O2(singlet oxygen)-外层电子轨道中的两外层电子轨道中的两个未配对电子自旋方向相反个未配对电子自旋方向相反(不稳定不稳定)，故反应能力远比氧，故反应能力远比氧分子大。分子大。#H2O 2(hydrogen peroxide）自由基大量产生的机理自由基大量产生的机理黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶(xanthine oxidase,XO)大量生成大量生成中性粒细胞激活中性粒细胞激活(白细胞呼吸爆发白细胞呼吸爆发)线粒体电子传递过程中，线粒体电子传递过程中，氧氧自由基泄漏自由基泄漏炎症反应中，炎症介质生成过程中产生炎症反应中，炎症介质生成过程中产生儿茶酚胺自身氧化儿茶酚胺自身氧化ATP
8、ADPAMP缺血期缺血期再灌注期再灌注期腺嘌呤核苷腺嘌呤核苷次黄嘌呤核苷次黄嘌呤核苷次黄嘌呤次黄嘌呤黄嘌呤脱氢酶黄嘌呤脱氢酶黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶黄嘌呤黄嘌呤 O2 H2O2O2O2黄嘌呤黄嘌呤氧化酶氧化酶尿酸尿酸+O2 H2O2OH Ca2+依赖蛋白水解酶依赖蛋白水解酶2.中性粒细胞：（缺血，白细胞激活，通过呼吸爆发；中性粒细胞：（缺血，白细胞激活，通过呼吸爆发；再灌注，提供大量分子氧再灌注，提供大量分子氧氧氧自由基自由基大量产生。大量产生。）MPO Cl-+H2O2 H2O+ClO-ClO-+H2O2 1 O2+Cl-+H2O 还原辅酶还原辅酶、NADH 氧化酶氧化酶 NAD+2 O2
9、+H+2O2 NADPH NADP+3.线粒体氧线粒体氧自由基泄漏（自由基泄漏（缺血时，缺血时，细胞色素氧化细胞色素氧化酶、酶、SOD 等活性等活性；再灌注时，提供大量再灌注时，提供大量O2）e-e-+2H+e-+H+e-+H+O2 O2 H2O2 OH H2O H2O氧的单价还原单价还原过程（线粒体氧自由基电子泄漏）活性氧生成过多活性氧生成过多2H2O2 CAT 2H2O+O2 活性氧2O2+2H+SOD H2O2+O2 （酶）活性氧清除不足活性氧清除不足H2O2+2GSH GSH-PX GSSG+2H2O H2O2+O2+H+OH+H2O+1O2 (Haber-weiss reaction
10、)H2O2+Fe2+H+OH+H2OFe3+(Fenton reaction)3.炎症反应中，炎症介质生成过程中产生炎症反应中，炎症介质生成过程中产生 4.儿茶酚胺的自身氧化儿茶酚胺的自身氧化自由基的损伤作用：自由基的损伤作用：膜脂质过氧化膜脂质过氧化#破坏膜的正常破坏膜的正常结构结构：使不饱和脂肪酸使不饱和脂肪酸膜的液态膜的液态性性/流动性流动性/通透性通透性/Ca 2+内流内流 Ca 2+超载。超载。#间接抑制膜蛋白的功能：间接抑制膜蛋白的功能：*膜脂质之间交联和聚合膜脂质之间交联和聚合,影响各种膜蛋白的功能。影响各种膜蛋白的功能。*膜液态性膜液态性，膜成分改变，影响配体和受体结合后，膜成
11、分改变，影响配体和受体结合后的寡聚化，导致信号转导障碍。的寡聚化，导致信号转导障碍。#激活磷脂酶、蛋白水激活磷脂酶、蛋白水解酶解酶：促进生物活性物质促进生物活性物质(前列前列腺素腺素/血栓素血栓素/白三烯白三烯)及其自由基的生成。及其自由基的生成。#减少减少ATP的生成：的生成：线粒体膜线粒体膜脂质过氧化，氧化磷酸脂质过氧化，氧化磷酸化障碍。化障碍。蛋白质蛋白质断裂断裂蛋白质蛋白质-蛋蛋白质交联白质交联-S-S-CH3-S-脂质脂质-脂质交联脂质交联O二硫交联二硫交联脂质脂质-蛋白蛋白 质交联质交联氨基酸氨基酸 氧化氧化OHHO脂肪酸氧化脂肪酸氧化OHHO从氧化的脂从氧化的脂肪酸释出的肪酸释出
12、的 丙二醛丙二醛蛋白质功能抑制蛋白质功能抑制 交联交联酶酶/离子通道离子通道/收缩蛋白收缩蛋白/骨架蛋白骨架蛋白/转运蛋白转运蛋白/转导蛋白转导蛋白 破坏核酸及染色体破坏核酸及染色体 碱基羟化碱基羟化/DNA断裂断裂染色体畸变染色体畸变二、二、*钙超载钙超载(calcium overload)各种原因引起的各种原因引起的细胞浆内钙细胞浆内钙含量异常增多含量异常增多细胞代细胞代谢功能障碍和结构受损，甚至细胞死亡的现象。谢功能障碍和结构受损，甚至细胞死亡的现象。钙的分布钙的分布胞胞内内钙：钙：10-810-7 mol/L胞胞外外钙：钙：10-310-2 mol/L 约约44%细胞内钙存在于胞内钙库
13、细胞内钙存在于胞内钙库(线粒体线粒体/内质网内质网)作为作为第二信使第二信使的的胞内游离钙胞内游离钙占细胞内钙占细胞内钙0.005%。n钙钙进入进入胞胞浆浆液液(顺浓度梯度顺浓度梯度):#质膜质膜钙通道钙通道 电压电压依赖性依赖性(voltage dependent calcium channel,VDC)受体受体操纵性操纵性(receptor operated calcium channel,ROC)#胞内胞内钙库释放通道：属于钙库释放通道：属于ROCn钙钙离开离开胞胞浆浆液液(逆浓度梯度逆浓度梯度):钙泵钙泵(Ca 2+-Mg 2+-ATPase)Na+-Ca 2+-交换体：交换体：3Na
14、+/Ca 2+Ca 2+-H+交换体交换体钙超载机制钙超载机制 Na+/Ca2+交换蛋白交换蛋白(双向转运双向转运)运入运入细胞内细胞内3个个Na+，运出，运出1个个Ca2+(生理生理)运出运出细胞内细胞内3个个Na+，运入，运入1个个Ca2+(病理病理)Na+直接激活直接激活Na+/Ca2+交换蛋白交换蛋白H+间接激活间接激活Na+/Ca2+交换蛋白交换蛋白PKC活化活化 间接激活间接激活Na+/Ca2+交换蛋白交换蛋白Mechanism 1ReperfusionIschemia ATP Membrane depolarizationCa2+Na+Na/Ca exchanger Ca2+Na
15、+ReperfusionH+H+Na+IschemiaCa2+Na+Mechanism 2H+Na/H exchangerReperfusionCa2+Na+H+Na+a1NAPLCPIDGPKCIP3SRCa2+Mechanism 31去甲肾上腺素去甲肾上腺素GqPLCP1IP3Ca2+Ca2+肌浆网肌浆网DGPKCH+Na+Ca2+肌丝肌丝PKC对对Na+/Ca2+交换蛋白的间接激活交换蛋白的间接激活 Ca2+顺浓度梯度进入胞顺浓度梯度进入胞浆浆液液 a.缺血、无缺血、无Ca2+灌流灌流外板与糖被分离外板与糖被分离 b.Ca2+内流内流激活磷脂酶激活磷脂酶 膜磷脂降解膜磷脂降解 c.胞内胞
16、内Ca2+导致微丝、微管收缩导致微丝、微管收缩 紧密连接破紧密连接破坏坏 d.再灌注时，自由基生成再灌注时，自由基生成 膜脂质过氧化膜脂质过氧化#损伤损伤(通透性通透性内流内流；钙泵障碍钙泵障碍外排外排)#及及损伤损伤(通透性通透性释放释放；钙泵障碍钙泵障碍摄取摄取)Mechanism 4ReperfusionMitochondriaERSRCa2+ATP 胞漿内胞漿内Ca2+和和障碍障碍：兴奋兴奋受体受体 激活激活G蛋白蛋白-PLC介导的细胞信号介导的细胞信号转导通路，促使磷脂酰肌醇分解成转导通路，促使磷脂酰肌醇分解成IP3和和DG IP3 促使肌漿网释放促使肌漿网释放Ca2+DG 激活激活
17、PKC H+-Na+交换交换 Na+-Ca2+交换交换 Ca2+內流增加。內流增加。兴奋兴奋 受体受体通过通过受体依赖性受体依赖性Ca2+通道和通道和电压电压依依赖性赖性L-型型Ca2+通道通道 Ca2+內流增加。內流增加。钙超载钙超载引起缺血引起缺血-再灌注损伤再灌注损伤机制机制n线粒体功能障碍（线粒体功能障碍（ATP）（线粒体摄钙增加，产生（线粒体摄钙增加，产生磷酸钙沉淀磷酸钙沉淀，酶活性酶活性 ATP）n生物膜损伤，细胞功能生物膜损伤，细胞功能障碍，结构破坏障碍，结构破坏（激活磷脂酶激活磷脂酶，膜磷脂分解膜磷脂分解 生物膜损伤；生物膜损伤；激活核酸内切酶激活核酸内切酶、蛋白水蛋白水解酶解
18、酶 核酸降解和结构蛋白破坏。）核酸降解和结构蛋白破坏。）n促进氧自由基的产生促进氧自由基的产生（通过（通过Ca2+依赖蛋白水解酶，依赖蛋白水解酶，a.XD XO,促进氧自由基的产生；促进氧自由基的产生；b.激活磷脂酶激活磷脂酶A2，促促进炎症介质释放进炎症介质释放过程中，可产生大量氧过程中，可产生大量氧自由基自由基。）。）n心律失常心律失常（a.Na+/Ca 2+交换异常交换异常，可发生一过性离，可发生一过性离子流，导致子流，导致 动作电位后除极动作电位后除极；b.持续持续Ca 2+內流，出现內流，出现第二平台期第二平台期，可引起早期或延迟后除极。），可引起早期或延迟后除极。）n肌原纤维过度收
19、缩（肌原纤维挛缩、断裂，细胞骨架破肌原纤维过度收缩（肌原纤维挛缩、断裂，细胞骨架破坏）坏）三三、微血管损伤和白细胞的作用、微血管损伤和白细胞的作用n再灌注时血管内皮细胞和白细胞的激活再灌注时血管内皮细胞和白细胞的激活 正常正常时：血管内皮细胞和白细胞相互排斥时：血管内皮细胞和白细胞相互排斥 缺血缺血时：时：补体激活（补体激活（C3a），趋化因子释放趋化因子释放，白细胞聚集。，白细胞聚集。再灌注再灌注时：血管时：血管内皮内皮细胞和细胞和白白细胞细胞激活激活，细胞粘附分子细胞粘附分子释放，释放，白白细胞聚集、粘附、嵌顿、阻塞。细胞聚集、粘附、嵌顿、阻塞。细胞粘附分子细胞粘附分子(adhesion
20、molecule)：介导细胞与细胞之间：介导细胞与细胞之间/细胞与细胞外基质之间的细胞与细胞外基质之间的粘附的一大类分子的总称。包括：粘附的一大类分子的总称。包括：整合素整合素(integrin)选择素选择素(selectin)钙依赖粘附素钙依赖粘附素(cadherin)免疫球蛋白免疫球蛋白(immunoglobulin)CD44n血管内皮细胞和中性粒细胞介导的缺血血管内皮细胞和中性粒细胞介导的缺血-再再灌注灌注损伤损伤1.无复流现象无复流现象(no-reflow phenomenon)：指解除缺血原因或再灌注后，缺血区域得不到血液灌注的反常现象。称为指解除缺血原因或再灌注后，缺血区域得不到血
21、液灌注的反常现象。称为无复流现象无复流现象(no-reflow phenomenon),存在于心存在于心/脑脑/肾肾/骨骼肌。骨骼肌。机制：机制：#微血管口径微血管口径，灌流阻力灌流阻力（血管内皮细胞肿胀血管内皮细胞肿胀）#微血管通透性微血管通透性（血液浓缩；血液粘（血液浓缩；血液粘滞滞；微血栓形成）微血栓形成）#微血管痉微血管痉挛和堵塞（挛和堵塞（CA,Ag,TXA2,LTs,）#微血管血液流变学改变（血细胞变形能力微血管血液流变学改变（血细胞变形能力；血流仃滞）；血流仃滞）#心肌细胞挛缩和肿胀，压迫微血管心肌细胞挛缩和肿胀，压迫微血管 2.细胞损伤：细胞损伤：内皮和中性粒等细胞受内皮和中性
22、粒等细胞受损，器官功能障碍或衰竭。损，器官功能障碍或衰竭。四、能量代谢障碍四、能量代谢障碍 1.缺血缺氧缺血缺氧能量代谢障碍能量代谢障碍 2.线粒体膜受损、生物氧化酶活性丧失线粒体膜受损、生物氧化酶活性丧失第三节 缺血-再灌注损伤时机体的 功能及代谢变化 一、一、心心脏缺血脏缺血-再灌注损伤的变化再灌注损伤的变化 心心功能功能变化变化 1.缺血缺血-再灌注性再灌注性心律失常心律失常 发生率发生率：50-80%室性心律失常多见室性心律失常多见与缺血与缺血时间时间、缺血缺血范围范围、缺血缺血程度程度、再灌再灌 注量注量、电解质电解质紊乱紊乱有关。有关。机制：机制：a.-R兴奋兴奋 自律性自律性 b
23、.电解质紊乱电解质紊乱传导性传导性 兴奋折返兴奋折返 心律失常心律失常 c.自由基、钙超载自由基、钙超载Em,电位震荡，纤颤阈电位震荡，纤颤阈2.心肌舒缩功能降低心肌舒缩功能降低心肌顿抑心肌顿抑myocardial stunning可逆性可逆性损伤损伤不可逆不可逆性损伤性损伤心肌舒缩心肌舒缩功能功能器质性器质性损伤损伤():是指心肌再灌注后尽管无不可逆性损伤和血液已恢复正常，但是指心肌再灌注后尽管无不可逆性损伤和血液已恢复正常，但局部心肌收缩功能延迟恢复的现象。局部心肌收缩功能延迟恢复的现象。可逆性可逆性I-R损伤损伤胞浆胞浆Na+超载超载Na+/Ca2+：O2.-H2O2OH.脂质过氧化脂质
24、过氧化蛋白质及酶失活蛋白质及酶失活肌浆网钙肌浆网钙转运蛋白转运蛋白质膜通质膜通离子泵离子泵线粒体线粒体损伤损伤收缩蛋收缩蛋白损伤白损伤钙超载钙超载ATPCa2+敏感性敏感性心肌舒缩功能心肌舒缩功能 心肌心肌代谢代谢变化（变化（ATPATP）心肌心肌超微结构超微结构的变化的变化 线粒体损伤线粒体损伤 Ca Ca2+2+蓄积蓄积颗粒增多颗粒增多 肌原纤维出现严重收缩带、断裂、溶解。肌原纤维出现严重收缩带、断裂、溶解。二、二、脑脑缺血缺血-再灌注损伤的变化再灌注损伤的变化 细胞代谢的变化细胞代谢的变化 乳酸堆积、乳酸堆积、cAMP、氧化脂质生成、氧化脂质生成 组织学变化组织学变化 脑水肿、脑细胞坏死脑水肿、脑细胞坏死三、三、其它其它器官缺血器官缺血-再灌注损伤的变化再灌注损伤的变化 低分子低分子：VitE，VitA，半胱氨酸，半胱氨酸，VitC，GSH，NADPH等。等。酶酶：过氧化氢酶，过氧化物酶：过氧化氢酶，过氧化物酶清除清除 H2O2 超氧化物歧化酶超氧化物歧化酶歧化歧化O2 H2O2 钙拮抗剂钙拮抗剂等。等。
