1、 缺血缺血- -再灌注損傷再灌注損傷(Ischemia-reperfusion injury)第一節第一節 概述概述(Introduction)概念概念(Concept) (Concept) 缺血器官在恢復血液灌注后缺血缺血器官在恢復血液灌注后缺血性損傷進一步加重的景象，稱為缺血性損傷進一步加重的景象，稱為缺血再灌注損傷再灌注損傷(ischemia-reperfusion injury)。研討缺血-再灌注損傷的臨床意義 器官缺血后恢復血供：休克、冠脈 痙攣、心臟驟停后復蘇 血管再通術：動脈搭橋、PTCA、溶栓療法 體外循環術 器官移植及斷肢再植術第二節第二節 缺血缺血- -再灌注損傷發生的條件

2、再灌注損傷發生的條件(Influence factors of ischemia-reperfusion injury) (Duration of ischemia) 過長壞死缺血時間太長或缺血時間太長或太短均不易發生太短均不易發生IRIIRI過短功能恢復1、缺血時間的長短2 2、再灌注時灌流液的條件、再灌注時灌流液的條件 反常(calcium paradox):預先用無鈣溶液短暫灌流后，恢復正常含鈣溶液灌流，導致細胞外Ca2+大量內流而引起細胞損傷進一步加重的景象。(Conditions of reperfusion fluid) 氧反常(oxygen paradox):用低氧或無氧灌注液灌

3、注心臟一段時間后恢復正常氧供應，心肌的損傷更趨嚴重的景象。 pH反常(pH paradox):再灌注時迅速糾正缺血組織的酸中毒，損傷反而進一步加重的景象。 pHpH反常反常(pH paradox)(pH paradox)再灌注時糾酸再灌注時糾酸損傷加重損傷加重低氧灌注低氧灌注/ /缺氧培育缺氧培育復氧復氧損傷加重損傷加重氧反常氧反常(oxygen paradox)(oxygen paradox)鈣反常鈣反常(calcium paradox)(calcium paradox)無鈣液灌注無鈣液灌注含鈣液含鈣液心肌損傷加重心肌損傷加重 3 3、組織器官缺血前的功能形狀、組織器官缺血前的功能形狀 能量

4、貯備及對缺血的敏感性能量貯備及對缺血的敏感性 血液循環側支代償情況血液循環側支代償情況 (Functional state of organs before ischemia) 第三節第三節 缺血再灌注損傷的發活力制缺血再灌注損傷的發活力制(Mechanisms of ischemia-reperfusion injury)(Injury of reactive oxygen) 活性氧活性氧(reactive oxygen)是化學性是化學性質活潑的含氧代謝物，包括氧自在基、單質活潑的含氧代謝物，包括氧自在基、單線態氧、過氧化氫、線態氧、過氧化氫、NO脂質過氧化物脂質過氧化物LOOH及其裂解產物

5、脂氧自在基及其裂解產物脂氧自在基LO、脂過氧自在基、脂過氧自在基LOO 等。等。一、活性氧的作用一、活性氧的作用 自在基自在基(free radical)(free radical)是指在外層是指在外層電子軌道含有一個或多個不配對電子軌道含有一個或多個不配對電子的原子、原子團或分子。以電子的原子、原子團或分子。以氧為中心的自在基稱氧自在基。氧為中心的自在基稱氧自在基。 單線態氧單線態氧(1O2)(1O2)是一種能量較是一種能量較高的激發態氧，其氧分子的同一高的激發態氧，其氧分子的同一或不同外層軌道中有兩個自旋方或不同外層軌道中有兩個自旋方向相反的電子。這種氧分子在紫向相反的電子。這種氧分子在紫

6、外光譜中呈現一條單線，故稱單外光譜中呈現一條單線，故稱單線態氧。線態氧。 一氧化氮一氧化氮(NO)(NO)是是L- L-精氨酸在精氨酸在一氧化氮合酶催化下產生的，有一氧化氮合酶催化下產生的，有一個不配對電子。作器具有雙重一個不配對電子。作器具有雙重性，生理形狀下具有維護作用，性，生理形狀下具有維護作用，能擴張血管、降低血壓、松弛平能擴張血管、降低血壓、松弛平滑肌，還具有信號傳送、酶活性滑肌，還具有信號傳送、酶活性調理、免疫調理及抗氧化損傷等調理、免疫調理及抗氧化損傷等生物活性；誘導型生物活性；誘導型NOSNOS作用下大作用下大量合成那么有毒性作用，不僅作量合成那么有毒性作用，不僅作用于鐵蛋白，

7、影響線粒體磷酸化，用于鐵蛋白，影響線粒體磷酸化，還可生成還可生成OHOH等，能夠呵斥組織、等，能夠呵斥組織、細胞損傷。細胞損傷。1. 氧自在基(oxygen free radical，OFR) 自在基的種類(Categories of free radicals) e-+H+H2Oe-_O2e-+2H+H2O2 e-+H+H2O OHO2O2 、 OH 、1O2 、 H2O22. 脂性自在基(lipid free radical)氧自在基+多價不飽和脂肪酸L.LO.LOO.3. 其他(others) Cl. ， CH3. ， NO等(二二)再灌注時活性氧增多的機制再灌注時活性氧增多的機制 (M

8、echanism of reactive oxygen generation) (Mechanism of reactive oxygen generation)1.黃嘌呤氧化酶途徑黃嘌呤氧化酶途徑(xanthine oxidase pathway)正常時 黃嘌呤氧化酶xanthine oxidase, XO占10， 其前身黃嘌呤脫氫酶xanthine dehydrogenase, XD占90。缺血時 鈣超載導致XD轉化為XO ATP降解，次黃嘌呤添加再灌注時 大量氧使次黃嘌呤生成黃嘌呤，再生成尿酸 上述兩過程均有氧自在基生成(+)(+)缺血,缺氧補體趨化物質中性粒細胞聚集,耗氧氧經NADPH

9、氧化酶和NADH氧化酶催化生成大量氧自在基中性粒細胞的呼吸迸發(respiratory burst)2.中性粒細胞途徑(neutrophil pathway)3.線粒體途徑線粒體途徑(mitochondrion pathway)缺氧再灌注線粒體Ca2+細胞色素氧化酶功能抑制氧單電子復原氧自在基呼吸鏈傳送電子效能下降含Mn的SOD呼吸鏈復合體缺血缺血, ,缺氧缺氧激活交感激活交感- -腎上腺髓質系統腎上腺髓質系統兒茶酚胺兒茶酚胺單胺氧化酶單胺氧化酶氧自在基氧自在基4.兒茶酚胺本身氧化途徑兒茶酚胺本身氧化途徑(catecholamine auto-oxidation pathway)5.誘導型誘導

10、型NOS表達加強表達加強大量NO生成，NO及其代謝產物均可導致組織損傷6.體內去除活性氧的才干下降體內去除活性氧的才干下降p抗氧化酶類， 如超氧化物歧化酶SOD，過氧化氫酶CATp非酶性抗氧化物，如維生素E、谷胱甘肽、白蛋白銅藍蛋白等Target Chemical alterationPhysiological alterationsLipids Peroxidation of double bonds Lipid-lipid cross-linking Membrane permeability changes Impairment of organelle function Recepto

11、r conformation changesProtein Oxidation of double bonds Oxidation of SH groups Enzyme inhibition Protein denaturation Receptor conformation changesCarbohydrates Oxidation of double bonds Receptor conformation changes Denaturation of glycoproteinNucleic acids Oxidation of double bonds Strand scission

12、 Base modification Mutations(三三)活性氧的損傷作用活性氧的損傷作用(Injury of reactive oxygen) (1) (1) 破壞膜的正常構造破壞膜的正常構造脂質脂質過氧化過氧化膜不飽和膜不飽和脂肪酸脂肪酸不飽和脂肪酸不飽和脂肪酸/ /蛋白質比例失調蛋白質比例失調膜液態性膜液態性流動性流動性膜通透性膜通透性Ca2+Ca2+內流內流1.膜脂質過氧化作用加強膜脂質過氧化作用加強 (enhanced lipid peroxidation of membrane)(2) (2) 間接抑制膜蛋白功能間接抑制膜蛋白功能脂質之間交聯脂質之間交聯(-)(-)鈣泵、鈉泵

13、鈣泵、鈉泵Na2+/Ca2+Na2+/Ca2+交換蛋白交換蛋白胞內胞內Na2+Na2+、Ca2+Ca2+鈣超載、細胞腫脹鈣超載、細胞腫脹(3) (3) 促進自在基及其它生物活性物質生成促進自在基及其它生物活性物質生成膜脂質膜脂質過氧化過氧化磷脂酶磷脂酶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烯白三烯過氧化物過氧化物環氧合酶環氧合酶前列腺素內過氧化物前列腺素內過氧化物OH.OH.TXA2TXA2PGPG自在基自在基(+)(+)(4) (4) 減少減少ATPATP生成生成自在基對膜的損傷自在基對膜的損傷蛋白量變性蛋白量變性 蛋白質蛋白質( (酶酶) )交

14、聯交聯例：例：肌纖維蛋白對肌纖維蛋白對Ca2+Ca2+反響性反響性心肌收縮力心肌收縮力肌漿網鈣轉運蛋白受損肌漿網鈣轉運蛋白受損鈣調理異常鈣調理異常2.導致蛋白量變性和酶活性降低導致蛋白量變性和酶活性降低 (protein denaturalization and decreased activity of enzymes)核酸堿基的羥化，核酸堿基的羥化，DNADNA的斷裂的斷裂染色體的斷裂染色體的斷裂3.引起引起DNA斷裂和染色體畸變斷裂和染色體畸變 (DNA disruption and chromosome aberration)二、細胞鈣超載引起再灌注損傷二、細胞鈣超載引起再灌注損傷 (

15、一一)細胞鈣超載的機制細胞鈣超載的機制(Mechanism of calcium overload) Ca2+Ca2+ATPNa2+H+Ca2+正常細胞正常細胞Ca2+Ca2+運轉體系運轉體系缺血缺血ATPATP鈉泵活性鈉泵活性Na+iNa+i(+)(+)Na+-Ca2+Na+-Ca2+蛋白蛋白酸中毒酸中毒再灌注再灌注組織間隙組織間隙H+H+細胞內細胞內H+H+仍高仍高(+)(+)Na+-H+Na+-H+交換交換1. 細胞內細胞內Na+對對Na+-Ca2+交換蛋白的直接交換蛋白的直接激活激活(direct activation of intracellular high level of Na

16、+ to Na +-Ca2+ exchanger) 胞內鈣胞內鈣2.2.生物膜損傷致細胞內鈣超載生物膜損傷致細胞內鈣超載(1) (1) 細胞膜損傷細胞膜損傷缺血缺血膜外板與糖被膜分別膜外板與糖被膜分別Ca2+Ca2+(+)(+)磷脂酶磷脂酶膜磷脂降解膜磷脂降解自在基自在基膜脂質過氧化膜脂質過氧化(2) (2) 線粒體及肌漿網損傷線粒體及肌漿網損傷線粒體和線粒體和SRSR釋放釋放Ca2+Ca2+鈣泵能量缺乏鈣泵能量缺乏膜通透性膜通透性(3)(3)ATPATP產生產生1. 1.線粒體功能妨礙線粒體功能妨礙線粒體線粒體攝攝Ca2+Ca2+耗費耗費ATPATP磷酸鈣磷酸鈣抑制氧化抑制氧化磷酸化磷酸化2

17、.2.激活鈣依賴性降解酶激活鈣依賴性降解酶Ca2+Ca2+(+)(+)ATPATP磷脂酶磷脂酶膜磷脂分解膜磷脂分解膜受損膜受損花生四烯酸、溶血磷脂花生四烯酸、溶血磷脂(二二)細胞內鈣超載引起缺血再灌注損傷的機制細胞內鈣超載引起缺血再灌注損傷的機制(Mechanism of ischemia-reperfusion injury induced by calcium overload)3.3.致心肌心律失常致心肌心律失常Na+-Ca2+Na+-Ca2+交換交換Ca2+Ca2+入致一入致一過性內向過性內向離子流離子流遲后除極遲后除極4.4.促進活性氧生成促進活性氧生成Ca2+Ca2+(+)(+)C

18、a2+Ca2+依賴性蛋白酶依賴性蛋白酶(XDXO)(XDXO)5.5.破壞細胞骨架破壞細胞骨架三、白細胞的作用三、白細胞的作用1.趨化因子生成增多趨化因子生成增多(increased production of chemokines)(一一)再灌注時白細胞聚集的機制再灌注時白細胞聚集的機制leukotriene、prostaglandin、PAF、kininneutrophils2.細胞黏附分子生成增多細胞黏附分子生成增多(increased production of adhesion molecules) Integrinselectin(二二)白細胞聚集引起缺血再灌注損傷的機制白細胞聚集

19、引起缺血再灌注損傷的機制 1.阻塞微循環阻塞微循環 無復流景象無復流景象 L-selectinVSMCVSMCMyocyteMyocyteMyocyteEndotheliumRollingNeutrophilOFR , C5a ,PAF+ +NO, Adenosine_IntegrinsCD11/CD18AdhesionMigrationOFR ,ProteasesVSMC VSMCVSMCMyocyteMyocyteMyocyteExtravasationEndotheliumPECAM-1ICAMP-selectin Interaction between endothelial cell

20、s and neutrophils. 2. 釋放活性氧釋放活性氧3. 釋放各種顆粒釋放各種顆粒 酶性成分：彈性蛋白酶、膠原酶和凝膠酶酶性成分：彈性蛋白酶、膠原酶和凝膠酶 非酶性成分：次氯酸和氯胺非酶性成分：次氯酸和氯胺4.產生各種促炎性細胞因子產生各種促炎性細胞因子 TNF-、IL-1第四節第四節 缺血再灌注損傷時缺血再灌注損傷時機體的功能及代謝變化機體的功能及代謝變化(Functional and metabolic changes during ischemia-reperfusion injury)(Ischemia-reperfusion injury of myocardium)一、心肌缺血再灌注損傷一、心肌缺血再灌注損傷1.再灌注性心律失常再灌注性心律失常(reperfusion arrhythmia) 在心肌缺血再灌注過程中在心肌缺血再灌注過程中出現的心律失常。出現的心律失常。 在缺血心肌血流恢復后在缺血心肌血流恢復后一段時間內，心肌舒縮功能一段時間內，心肌舒縮功能仍不能恢復