1、缺血-再灌注損傷第十章（ischemia-reperfusion injury）Pathophysiology department of Jining medical university 簡 史認(rèn)識就從這簡單現(xiàn)象開始1年，Sewell結(jié)扎狗冠狀動脈后一段時(shí)間，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年，Jennings第一次提出心肌缺血-再灌注損傷的概念 臨床： 休克微循環(huán)再通 冠脈解痙、各種動脈搭橋術(shù) 心腦血管栓塞再通（經(jīng)皮腔內(nèi)冠脈血 管成形術(shù)-PTCA,支架置入）心肺手術(shù)體外循環(huán)心肺復(fù)蘇 斷肢再植、器官移植血供恢復(fù)等 心臟介入手術(shù)經(jīng)皮冠狀動脈腔

2、內(nèi)成形術(shù)（PTCA）放置支架 冠脈支架置入前后1967年，Bulkley 和Hutchins發(fā)現(xiàn)冠脈血管再通后的病人發(fā)生心肌細(xì)胞反常性壞死。 概念缺血-再灌注損傷（ischemia-reperfusion injury, IRI）：在缺血基礎(chǔ)上恢復(fù)血流后，組織損傷反而加重，甚至發(fā)生不可逆性損傷的現(xiàn)象。 鈣反常（calcium paradox）：以無鈣溶液灌流離體大鼠心臟2分鐘后再以含鈣溶液灌注時(shí)，心肌電信號異常、心臟功能、代謝及形態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生異常變化，這種現(xiàn)象稱為鈣反常。氧反常（oxygen paradox）：預(yù)先用低氧溶液灌注組織器官或在缺氧條件下培養(yǎng)細(xì)胞一定時(shí)間后，再恢復(fù)正常氧供應(yīng)，組織及細(xì)

3、胞的損傷不僅未能恢復(fù)，反而更趨嚴(yán)重，稱為氧反常。 pH反常（pH paradox）：再灌注時(shí)迅速糾正缺血組織的酸中毒，反而加重細(xì)胞損傷，稱為pH反常。 第一節(jié) IRI原因和影響因素原因 缺血基礎(chǔ)上血液再灌注:1.組織器官缺血后恢復(fù)血液供應(yīng)：休克時(shí)微循環(huán)的疏通，冠脈痙攣的解除2.新的醫(yī)療技術(shù)的應(yīng)用：動脈搭橋術(shù)，溶栓療法，PTCA3.體外循環(huán)下心臟手術(shù)4.心臟驟停后心、肺、腦復(fù)蘇5.其他：斷肢再植和器官移植等 影響因素 1.缺血時(shí)間 2.側(cè)支循環(huán) 3.對氧的需求程度 4.再灌注的條件：壓力，溫度，pH值及電解質(zhì)的濃度 自由基的作用 細(xì)胞內(nèi)鈣超載 白細(xì)胞的激活第二節(jié) 缺血-再灌注損傷的發(fā)生機(jī)制 指外

4、層軌道上有未配對電子的原子、原子團(tuán)或分子的總稱。 氧自由基 脂性自由基 其他化學(xué)性質(zhì)非?；顫姡瑯O易與其生成部位的其它物質(zhì)發(fā)生連鎖反應(yīng)。 自由基一.自由基的作用 氧自由基(oxygen free radical,OFR)由氧誘發(fā)的自由基稱為氧自由基。超氧陰離子(O2 ) 羥自由基(OH )單線態(tài)氧(1O2)過氧化氫（H2O2)氧自由基活性氧(reactive oxygen species,ROS） 氧自由基的代謝O29899%12%NADPH氧化酶黃嘌呤氧化酶P450細(xì)胞色素單加氧酶O2 H2O24e- + 4H+細(xì)胞色素氧化酶系統(tǒng)H2OATPOHe-e- +2H+e- + H+e- + H+H

5、2OFenton 反應(yīng)O2 + H2O2 O2 + OH- +OHFe2或Cu2+H20 多價(jià)不飽和脂肪酸氧自由基烷自由基L烷氧自由基 LO烷過氧自由基 LOO脂性自由基其他：Cl ，CH3 ，NO （三）缺血再灌注時(shí)自由基生成增多的機(jī)制1.黃嘌呤氧化酶形成增多2.中性粒細(xì)胞聚集及激活3.線粒體功能受損4.兒茶酚胺增加和氧化 1.黃嘌呤氧化酶形成增多OH 2.中性粒細(xì)胞聚集及激活再灌注期(+)補(bǔ)體系統(tǒng)C3細(xì)胞膜分解黃嘌呤氧化酶的作用產(chǎn)生的自由基白三烯(+)(+)O2O2O2O2O2NADH氧化酶NADPH氧化酶O2_.呼吸爆發(fā) 3.線粒體功能受損缺血缺氧使ATP減少，Ca2+進(jìn)入線粒體增多，氧

6、化磷酸化功能障礙，電子傳遞鏈?zhǔn)軗p，經(jīng)4價(jià)還原形成的水減少，單電子還原生成氧自由基增加。 4.兒茶酚胺增加和氧化缺氧交感-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)作用氧化產(chǎn)生氧自由基 （四）自由基引起缺血再灌注損傷的機(jī)制1.膜脂質(zhì)過氧化增強(qiáng)自由基可與生物膜上多價(jià)不飽和脂肪酸作用使之發(fā)生過氧化，造成多種損害： 破壞膜的正常結(jié)構(gòu)：不飽和脂肪酸與蛋白質(zhì)比例失調(diào)，膜通透性增加。 間接抑制膜蛋白功能：鈣泵,鈉泵功能障礙,信號轉(zhuǎn)導(dǎo)障礙 促進(jìn)自由基及其他生物活性物質(zhì)生成:磷脂酶被激活，增加自由基的生成，同時(shí)生成前列腺素、血栓素、白三烯等。 減少ATP生成：線粒體膜脂質(zhì)過氧化 自由基對生物膜的損傷 2.蛋白質(zhì)

7、功能抑制自由基可使酶的巰基氧化形成二硫鍵；使氨基酸的殘基氧化，胞漿蛋白、膜蛋白和酶之間交聯(lián)，形成二聚體、多聚體，直接損傷蛋白質(zhì)功能。如：膜通道蛋白受損，導(dǎo)致膜內(nèi)外離子分布異常。 肌纖維蛋白的損傷引起心肌收縮力減弱。 肌漿網(wǎng)上的鈣轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白受損，使鈣調(diào)節(jié)功能異常。 3. 核酸及染色體破壞OH易與DNA和堿基反應(yīng)使其結(jié)構(gòu)改變。表現(xiàn)為染色體畸變，核酸堿基改變或DNA斷裂 Na +-Ca 2+交換蛋白Ca2+ 結(jié)合蛋白線粒體肌漿網(wǎng)Ca 2+ Ca2+泵Ca2+Ca2+Ca2+e：10-3MCa2+i:10-7M細(xì)胞內(nèi)Ca2+的穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)Ca2+泵Ca2+Na+Ca2+Ca2+泵二.細(xì)胞內(nèi)鈣超載 鈣超載（c

8、alcium 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)損傷和功能障礙的現(xiàn)象。 （一）IRI時(shí)鈣超載的發(fā)生機(jī)制1. Na+/Ca2+交換異常胞內(nèi)Na+明顯升高或膜正電位反向轉(zhuǎn)運(yùn)Na+Ca2+正向轉(zhuǎn)運(yùn)Ca2+Na+生理情況下 Na+/Ca2+ 交換蛋白反向轉(zhuǎn)運(yùn)增強(qiáng)是缺血再灌注損傷時(shí)Ca2+進(jìn)入細(xì) 胞的主要途徑。 (1)細(xì)胞內(nèi)高Na+對Na+/Ca2+ 交換蛋白的直接激活缺血缺氧使ATP 生成減少，鈉泵失靈，細(xì)胞內(nèi)Na+含量升高。再灌注時(shí)，細(xì)胞重新恢復(fù)了氧供，細(xì)胞內(nèi)高Na+，激活了鈉泵，同時(shí)激活了 Na+/Ca2+交換蛋白，加速Na+向細(xì)胞外轉(zhuǎn)運(yùn)，同時(shí)大量Ca2+內(nèi)流。C

9、a2+Na+Na+ (2)細(xì)胞內(nèi)高H+對Na+/Ca2+交換蛋白的間接激活缺血時(shí)，無氧代謝增強(qiáng)使組織間液和細(xì)胞內(nèi)H+增加;再灌注時(shí)，組織間液H+濃度迅速下降，而細(xì)胞內(nèi)H+濃度仍高。膜兩側(cè)H+濃度差激活H+-Na+交換蛋白，促使細(xì)胞內(nèi)H+排出，細(xì)胞外Na+內(nèi)流，細(xì)胞內(nèi)Na+升高，胞內(nèi)高Na+繼發(fā)性激活 Na+/Ca2+交換蛋白反向轉(zhuǎn)運(yùn)，使Ca2+大量內(nèi)流。Ca2+Na+Na+H+ PIP2PKCGqIP3DAGPLC兒茶酚胺1受體 Ca2Ca2H+Na+3Na+Ca2+(3)蛋白激酶C(PKC)活化對Na+/Ca2+交換蛋白的間接激活 兒茶酚胺ATPL型Ca2+通道Ca2+-R腺苷酸環(huán)化酶cAM

10、P 2 生物膜損傷（1）細(xì)胞膜損傷 （細(xì)胞膜對Ca2+的通透性增加）（3）線粒體膜損傷 抑制氧化磷酸化，使ATP生成減少，細(xì)胞膜、肌漿網(wǎng)鈣泵功能障礙，促進(jìn)鈣超載的產(chǎn)生。（2）肌漿網(wǎng)膜損傷 肌漿網(wǎng)鈣泵功能障礙，對Ca2+的攝取減少。 自由基的損傷作用及膜磷脂的降解 Na +-Ca 2+交換蛋白Ca2+ 結(jié)合蛋白線粒體肌漿網(wǎng)Ca 2+ Ca2+泵Ca2+Ca2+Ca2+e：10-3MCa2+i:10-7M細(xì)胞內(nèi)Ca2+的穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)Ca2+泵Ca2+Na+Ca2+Ca2+泵 1.促進(jìn)氧自由基生成：增強(qiáng)鈣依賴性蛋白酶活性，促使XD 轉(zhuǎn)變?yōu)閄O.2.加重酸中毒: ATP酶被激活，高能磷酸鹽水解，釋出H+3

11、.破壞細(xì)胞（器）膜:激活磷脂酶4.線粒體功能障礙：Ca2+與含磷酸根的化合物結(jié)合，形成 不溶性磷酸鈣5.激活其他酶：蛋白酶，核酶（二）鈣超載引起缺血-再灌注損傷的機(jī)制 （一）缺血-再灌注時(shí)白細(xì)胞增多的機(jī)制1.黏附分子生成增多2.趨化因子生成增多趨化因子：白三烯、血小板活化因子、補(bǔ)體及激肽 黏附分子：整合素、選擇素、細(xì)胞間黏附分子、血管細(xì)胞黏附分子三、白細(xì)胞的作用 三、白細(xì)胞的作用 選擇素整合素趨化因子粘附分子（adhesion molecule) （二）白細(xì)胞介導(dǎo)缺血-再灌注損傷的機(jī)制1. 微血管損傷（1）微血管內(nèi)血液流變學(xué)改變（2）微血管口徑改變縮血管物質(zhì)（內(nèi)皮素、血管緊張素）, 擴(kuò)血管物質(zhì)

12、（NO ）前列腺素與TXA2之間的失衡 （3）微血管通透性增加白細(xì)胞釋放的某些炎癥介質(zhì)的作用。無復(fù)流現(xiàn)象(no-reflow phenomenon)：結(jié)扎犬的冠狀動脈造成局部心肌缺血后，再打開結(jié)扎的動脈，使血流重新開放，缺血區(qū)并不能得到充分的血流灌注。2. 細(xì)胞損傷激活的N和EC釋放的自由基、蛋白酶、溶酶體酶等 自由基鈣超載白細(xì)胞作用缺血-再灌注損傷的發(fā)生機(jī)制XO增多 中性粒細(xì)胞激活 線粒體損傷兒茶酚胺自身氧化Na+/Ca2+交換異常生物膜損傷黏附分子趨化因子膜脂質(zhì)過氧化增強(qiáng)蛋白質(zhì)功能受抑制破壞核酸及染色體促進(jìn)氧自由基生成加重酸中毒破壞細(xì)胞（器）膜線粒體功能障礙激活多種酶微血管損傷細(xì)胞損傷 第三節(jié) IRI時(shí)機(jī)體的功能及代謝變化 心功能變化心肌舒縮功能降低心肌缺血-再灌注損傷的變化心肌能量代謝變化心肌超微結(jié)構(gòu)變化再灌注性心律失常 1.心肌舒縮功能降低心肌頓抑(myocardial stunning)：缺血心肌在恢復(fù)血液灌注后一段時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)可逆性收縮功能降低的現(xiàn)象。 靜止張力 發(fā)展張力（一）心功能變化 2.再灌注性心律失常 室性心律失常機(jī)制：再灌注心肌之間動作電位時(shí)程的不均一再灌注心肌動作電位后延遲后除極的形成心肌電生理特性改變顫動閾降低NO減少 （二）心肌能量代謝變化 ATP含量降低ATP合成的前體物質(zhì)不足缺血心肌對氧利用障礙細(xì)胞膜破壞肌原纖維結(jié)構(gòu)破壞線粒體損傷（三）心肌超微