1、第十三章缺血再灌损伤2缺血缺血-再灌注损伤再灌注损伤一、概念一、概念二、原因二、原因三、发生机理三、发生机理四、重要器官的缺血四、重要器官的缺血-再灌注损伤再灌注损伤五、防治原则五、防治原则3一、概念一、概念 组织、细胞经历一段时间缺血后重新组织、细胞经历一段时间缺血后重新恢复血液灌注，在一定条件下，由缺血引恢复血液灌注，在一定条件下，由缺血引起的机能、代谢障碍和结构损害并未得到起的机能、代谢障碍和结构损害并未得到改善，甚至进一步加重，有部分细胞由可改善，甚至进一步加重，有部分细胞由可逆性损伤转变为不可逆性损伤，这种反常逆性损伤转变为不可逆性损伤，这种反常现象，称为缺血现象，称为缺血-再灌注损
2、伤。再灌注损伤。4影响缺血影响缺血-再灌注损伤发生的因素再灌注损伤发生的因素促促 进进 因因 素素 阻阻 抑抑 因因 素素缺血时间缺血时间 适当 过长或过短侧支循环侧支循环 不易形成 容易形成需氧程度需氧程度 高 低再灌注条件再灌注条件 高压、高温、低压、低温、高钠、高钙、低钠、低钙、高pH 低pH5再用复钠液灌流离体心脏灌流实验发现的几种反常现象离体心脏灌流实验发现的几种反常现象反反 常常 现现 象象 时间时间 作作 者者 实实 验验 方方 法法氧反常现象（oxygen paradox）1973Hearse先用低氧液灌流再用富氧液灌流钙反常现象（calcium paradox）1966Zim
3、merman无钙液灌流2min后改用含钙溶液灌流1990Bond再灌时用相对偏碱pH 反常现象（pH paradox）的灌流液灌流1986Blokhuijzen先用低钠液灌流钠反常现象（natrium paradox）6二、原因二、原因 器官移植器官移植断肢再植断肢再植 新疗法新疗法 新技术新技术 某些病某些病 理过程理过程缺血性缺血性 疾疾 病病缺血缺血-再灌再灌 注注 损损 伤伤7三、发生机理三、发生机理1.自由基的作用自由基的作用2.细胞内钙超载细胞内钙超载3.白细胞的作用白细胞的作用8三、发生机理三、发生机理1.自由基的作用 什么是自由基（free radical)是指在外层电子轨道上
4、含有单个不配对 电子的原子、原子团和分子的总称。如：H、CL、CH3 、OH、RO 、O2、O2、NO 等。9体内重要的自由基 氧自由基氧自由基（oxygen free radical）是指由氧衍生的自由基 .超氧阴离子自由基 （O2 ，superoxide anion free radecal）.羟自由基（OH ，hydroxy free radical）.一氧化氮（NO，nitric oxide）O2 NO ONOO （过氧亚硝酸阴离子，peroxynitrite）.氧分子（O2）10 半衰期长，不属于氧自由基。单线态氧（书写为1O2)（singlet oxygen）两个外层轨道，一个电子
5、发生反向自旋改变 外层轨道两电子自旋方向相反 在紫外光谱中呈现一条直线Sigma单线态氧(1gO2)两个不配对电子，占据两个相邻轨道。半衰期短，属于氧自由基。delta单线态氧(1 gO2)两个电子在同一轨道上，不含不配对电子。11O2 OH NO O2 1gO2 1 gO2 H2O2 氧自由基 非氧自由基 活性氧 （reactive oxygen）是一类由氧形成的、化学性质较基态氧是一类由氧形成的、化学性质较基态氧 活泼的含氧代谢物质。活泼的含氧代谢物质。12体内重要的自由基 脂质脂质自由基自由基（lipid free radical，L ）是指氧自由基与多价不饱和脂肪酸作用后 生成的中间代
6、谢产物，如：.脂质自由基（lipid free radical，L ）.脂氧自由基（lipid oxygen free radical，LO ）.脂过氧自由基 （lipid peroxy free radical，LOO ）13氧自由基与活性氧生成增多的机制.线粒体功能障碍 .儿茶酚胺增加 O2 的生成.黄嘌呤氧化酶系统活性增强 .中性粒细胞“呼吸爆发”H2O2 的生成 OH 的生成 1O2 的生成14缺缺血血 再再 灌灌 注注 ATPADPAMP腺嘌呤核苷次黄嘌呤核苷次黄嘌呤XO黄嘌呤氧化酶（XO）黄嘌呤脱氢酶（XD）钙结合蛋白Ca2+O2 尿酸+O 2+H2O2黄嘌呤+O 2+H2O2黄嘌
7、呤氧化酶途径黄嘌呤氧化酶途径15 NADPHNADP+O2N ADPH氧氧酶酶化化 中性粒细胞中性粒细胞“呼吸爆发呼吸爆发”O216 “呼吸爆发呼吸爆发”（respiratory burst）氧爆发（氧爆发（oxygen burst）中性粒细胞被激活时，耗氧量显著增加，所摄取的氧绝大部分经细胞内的NADPH氧化酶和NADH氧化酶的作用产生大量氧自由基，这一过程称为呼吸爆发。17 超氧阴离子形成后，通过进一步单电子还原 生成 H2O2 。O 2 +O 2 +2H+H2O2+O2 （superroxide dismutase,SOD）超氧化物歧化酶 过氧化氢的生成过氧化氢的生成SOD自发歧化自发歧
8、化18O 2+H2O2 O2+OH +OH.单纯型Haber-Weiss 反应 O 2+H2O2 O2+OH +OH.铁催化的 Fenton 型 Haber-Weiss反应 Fe3+O2 Fe2+O2 Fe2+H2O2 Fe 3+OH +OH羟自由基的生成羟自由基的生成Fe3+19单线态氧的生成单线态氧的生成.髓过氧化物酶(myelo-peroxidase,MPO)的催化 CL +H2O2 MPO H2O+OCL OCL+H2O2 CL +H2O+1O2.ROO 相互作用 ROO +ROO ROOR+1O2.O2 岐化反应 O 2+O 2+2H+1O2 20自由基的损伤作用膜脂质过氧化增强 （
9、lipid peroxidation）.破坏膜的正常结构.间接膜蛋白功能.促进自由基及其他生物活性物质生成.减少ATP生成抑制蛋白质的功能破坏核酸及染色体21H2O LHOHLLLOO O2LOO LHLOOH L 膜的脂质过氧化反应膜的脂质过氧化反应细胞膜磷脂的多聚不饱和脂肪酸受到氧自基的攻击依赖于铁的脂质过氧化LOOH Fe2+LO OH Fe3+LOOH Fe3+LOO H+Fe2+2 LOOHLO LOO H+OHFe3+22破坏膜的正常结构破坏膜的正常结构膜的脂质过氧化膜不饱和脂肪酸减少不饱和脂肪酸蛋白质比例失调膜的液态性降低流动性降低通透性增加23间接抑制膜蛋白功能间接抑制膜蛋白功
10、能膜脂质过脂化膜液态性降低细胞信号转导功能抑制信号分子流动受体、G 蛋白、效应器偶联Na+i、Ca2+i膜脂质交联、聚合钠泵、钙泵、Na+/Ca2+交换蛋白24促进自由基和其它生物活性物质生成促进自由基和其它生物活性物质生成膜脂质过氧化激活磷脂酶C、D膜磷脂降解催化花生四烯酸代谢自由基、前列腺素、白三烯、血栓素生成25减少减少ATP 生成生成线 粒 体 膜脂质过氧化线粒体功能抑制ATP产生减少26抑制蛋白质的功能 .损伤 膜离子通道蛋白损伤 肌纤维收缩蛋白损伤 肌浆网钙转运蛋白损伤 .机理 细胞结构蛋白和酶的巯基氧化形成二硫键 蛋白质氨基酸的残基氧化 胞浆蛋白、膜蛋白及某些酶交联27自由基对膜
11、的损伤自由基对膜的损伤28破坏核酸及染色体 .损伤 染色体畸变、细胞死亡 .机理 OH 与脱氧核糖核酸、碱基反应 碱基羟化、DNA断裂29三、发生机理三、发生机理2.细胞内钙超载 什么是细胞内钙超载 在缺血-再注损 损伤、氧 反常、钙反常 及pH反常时，胞浆钙浓度异常增加，而且钙 浓度升高的程度往往与细胞结构损伤和功能 代谢障碍的程度呈正相关，这种现象称为钙 超载（calcium overload）。维持细胞内外钙稳态的机制30维持细胞内外钙稳态的机制维持细胞内外钙稳态的机制Ca2+Ca2+受体依赖性钙通道 电压依赖性钙通道107M103MCa2+ATPADP钙泵钙泵Na+-Ca 2+交换蛋白
12、交换蛋白 Ca2+进入胞液的途径进入胞液的途径 Ca2+离开胞液的途径离开胞液的途径肌质网肌质网线粒体线粒体Ca2+Na+31再灌注引起细胞内钙超载的机制 Na+-Ca2+交换异常 生物膜损伤.细胞内 Na+升高.细胞内 H+升高.蛋白激酶C（PKC）活化.细胞膜损伤.线粒体膜及肌浆网膜损伤32细胞内细胞内 Na+升高引起钙超载的机理升高引起钙超载的机理ATP Na+K+Na+Na+Ca 2+Ca2+33细胞内细胞内H+升高引起钙超载的机理升高引起钙超载的机理Na+H+Na+Na+Ca 2+Ca2+H+H+34H+Na+3Na+Ca2+PKCCa2+Ca2+肌浆网肌 丝1GPPLCPIP2DG
13、IP3蛋白激酶蛋白激酶C（PKC）活化活化去甲肾上腺素135 儿茶酚胺 1 受体 受体 L-型钙通道开放，Ca2+内流 钙通道拮抗剂能阻断 Ca2+内流 36.细胞膜损伤细胞膜损伤 细胞膜外板与糖被膜（glycocalyx）分离 正常时，由Ca2+紧密联结在一起 无钙液灌流后，二者分离，通透性增加 磷脂酶激活，膜磷脂降 氧自由基，引起膜脂质过氧化37.线粒体及肌浆网膜膜损伤线粒体及肌浆网膜膜损伤 线粒体膜损伤 能量生成不足，钙泵功能降低 肌浆网膜损伤 钙泵功能抑制38钙超载引起缺血-再灌注损伤的机制 线粒体功能障碍缺血-再灌注性心律失常促进氧自由基生成激活多种酶肌原纤维过度收缩39线粒体功能障
14、碍 刺激线粒体钙泵摄钙，耗能增加 形成磷酸钙沉积，干扰氧化磷酸化 缺血-再灌注性心律失常 激活Na Ca2+交换蛋白 形成一过性内向离子流促进氧自由基生成 Ca2+依赖性蛋白酶活性 加速黄嘌呤脱氢酶转变为黄嘌呤氧化酶40Ca2+ATP酶ATP磷 脂分 解膜和骨架 蛋白破坏染色体损 伤磷脂酶蛋白酶核 酶线粒体线粒体肌浆网肌浆网激活多种酶41.表现 肌原纤维不可逆性过度缩短 细胞骨架损伤 心肌纤维断裂.机理 重新获得能量供应 缺血期堆积的H+迅速移出肌原纤维过度收缩42三、发生机理三、发生机理3.白细胞的作用 白细胞聚集和激活 细胞膜磷脂降解，释放大量趋化因子 如白三烯、血小板活化因子、补体、激肽
15、等 激活的中性粒细胞，释放炎症介质，有趋化作用 如白介素-1等 细胞粘附分子 （cell adhesion moleculels,CAM）43.什么是 是指则由细胞合成的、可促进细胞与细胞之 间以及细胞与细胞外基质之间粘附的一大类分子 的总称。.种类 白细胞整合素家族 白细胞功能相关抗原（LFA-1，CD18CD11a）巨噬细胞分化抗原-1（Mac-1,CD18/CD11b）糖蛋白150/95（GP150/95,CD18/CD11c）44选择素家族 L-选择素（leucocyte-selectin）E-选择素（endothelium-selectin）P-选择素（platelet-select
16、in）免疫球蛋白超家族 细胞间粘附分子（ICAM-1，ICAM-2）血管细胞粘附分子-1（VCAM-1）血小板-内皮细胞粘附分子（PECAM-1）45白细胞在缺血-再灌注损伤中的作用微血管损伤 细胞损伤.自由基.溶酶.细胞因子.血液流变学变化.微血管口径的变化.微血管壁通透性增高46.血液流变学变化 中性粒细胞“滚动”、粘附 血小板粘附、聚集 红细胞变形能力降低、缗钱状迭连 血浆粘滞性增高47.微血管口径的变化 血管内皮细胞肿胀 ATP不足，钠泵功能降低 微血管收缩 血管内皮细胞、中性粒细胞释放内皮素 血管紧张素、血栓素A2等 微血管受压 缺血细胞肿胀，压迫微血管48.微血管壁通透性增高 自由
17、基损伤 中性粒细胞粘 细胞间质水肿 中性粒细胞进入细胞间隙 49再灌注再灌注 缺血后重新恢复血流，部分缺血区并不能得到充分的血液灌流，称为无复流现象（no-reflow phenomenon）。无复流现象无复流现象血管 口径血 液 粘滞性微血管壁通 透 性50.产生和释放自由基 中性粒细胞激活、内皮细胞损伤.释放溶酶 弹性硬蛋白酶、胶原酶和明胶酶作用最大，几乎能降解基质中所有成分。.产生和释放细胞因子 实验研究发现，大鼠的下肢缺血-再灌注时，IL-1、TNF 和 IL-6 都显著增加。51四、重要器官的缺血四、重要器官的缺血-再灌注损伤再灌注损伤 1.心脏缺血心脏缺血-再灌注损伤再灌注损伤 2
18、.脑缺血脑缺血-再灌注损伤再灌注损伤 3.其它器官缺血其它器官缺血-再灌注损伤再灌注损伤52四、重要器官的缺血四、重要器官的缺血-再灌注损伤再灌注损伤1.心脏缺血-再灌注损伤心功能的变化再灌注性心律失常.影响因素.发生机理心肌顿抑.什么是心肌抑顿.发生机理53.影响因素 再灌前心肌缺血的时间 缺血心肌的数量和缺血程度 必须有功能上可以恢复的心肌细胞 再灌注条件（速度、压力、温度等）电解质紊乱54.发生机理 钙反常 Ca 2+内流，出现持续性内向电流，形成延 迟后除极，传导减慢，心律失常。心肌动作电位时程的不均一性 缺血区、缺血边缘区动作电位恢复不一致 再灌注时，细胞外的K+、乳酸等被冲走。55
19、 夹闭狗的冠状动脉15min，并未引起心肌坏 死，但再灌注血流恢复正常后，心肌收缩功能 抑制可持续12 h。Braunwald 和 Kloner 首先用 心肌顿抑（myocardial stunning）一词来描述 这一现象。心肌顿抑心肌顿抑56心肌顿抑的发生机理心肌顿抑的发生机理肌原纤维过度收缩收缩蛋白损伤线粒体损 伤心肌顿抑缺血再灌注膜脂质过氧化磷 酸 钙 沉 积自由基钙超载钙超载57心肌代谢变化 缺血期 ATPCP 合成减少 ADPAMP ATP降解增加 再灌注期 ATP CP 线粒体损伤 ADPAMP ATP、CP不足 再灌注冲洗作用58心肌超微结构的变化 细胞膜破坏 线粒体肿胀、嵴断
20、裂、溶解、空泡形成、基质内致密颗粒增多 肌原纤维断裂、节段性溶解、出现收缩带 心肌出血、坏死59四、重要器官的缺血四、重要器官的缺血-再灌注损伤再灌注损伤2.脑缺血-再灌注损伤 细胞代谢的变化 缺血期 ATP、CP、葡萄糖、糖原，乳酸 cAMP、cGMP、膜磷脂降解 再灌期 cAMP、cGMP 兴奋性递质、抑制性递质60四、重要器官的缺血四、重要器官的缺血-再灌注损伤再灌注损伤脑电图的变化 病理性慢波组织学变化 脑水肿 脑细胞坏死61五、防治原则五、防治原则62五、防治原则五、防治原则1.尽早恢复血液灌流2.控制再灌注条件 低压、低流、低温等3.改善缺血组织的代谢 补充糖酵解底物、补充能量、改
21、善线粒体氧化磷酸化（氢醌、细胞色素C）4.清除自由基 63酶性清除剂存在于细胞脂质部分的自由基清除剂存在于细胞内外水相中的自由基清除剂超氧化物歧化酶过氧化氢酶谷胱甘肽过氧化物酶 低分子清除剂其它64超氧化物歧化酶（superoxide dismulase,SOD）CuZnSOD 在细胞浆内 MnSOD 在线粒体内 催化两个分子 O 2发生岐化反应 O 2+O 2+2H+SOD H2O2+O2超氧化物歧化酶超氧化物歧化酶65过氧化氢酶过氧化氢酶过氧化氢酶（catalase,CAT，触酶）主要存在于细胞的过氧化氢体内 可清除过氧化氢 2H2O2 CAT 2H2O +O266谷胱甘肽过氧化物酶（gl
22、utathione peroxidase,GSH-px）主要存在于胞浆和线粒体内 能清除过氧化氢、过氧化脂质 H2O2+2GSH GSH-px GSSG+2H2O ROOH+2GSH GSH-px GSSG+ROH+H2O 2R +2GSH GSH-px GSSG+RH谷胱甘肽过氧化物酶谷胱甘肽过氧化物酶67存在于细胞脂质部分的自由基清除剂 .维生素E 还原O 2、1O2、脂质自由基 .维生素A 清除O 2 、抑制脂质过氧化存在于细胞内外水相中的自由基清除剂 .维生素C 同维E，并协助维持VE活性 .还原型谷胱甘肽（GSH）低分子清除剂低分子清除剂68五、防治原则五、防治原则 羟自由基清除剂
23、二甲亚砜、甘露醇 黄嘌呤氧化酶抑制剂 别嘌呤醇 中药 丹参、绞股兰、人参其它清除剂其它清除剂69五、防治原则五、防治原则5.减轻钙超载 钙拮抗剂(calcium antagonist)钙通道阻滞剂(calcium channel blocker)Na+/Ca2+交换 和 Na+H+交换抑制剂6.抑制白细胞粘附、聚集 抗白细胞整合素抗体、抗选择素抗体 抑制细胞粘附分子表达7.细胞保护剂70五、防治原则五、防治原则8.启动内源性抗损伤机制 Murry于1986年实验发现，狗心肌经历短暂缺血后，对随后持续、严重的缺血有保护作用，能限制心肌梗塞范围、增加心肌收缩力及防止再灌注心律失常的发生，他首先将此现象称为 缺血预适应（ischemic preconditioning,PC）。71
