缺血-再灌注損傷 - 鄭州大學(xué)

1、第十章第十章缺血缺血- -再灌注損傷再灌注損傷（Ischemia Reperfusion injury）簡(jiǎn)簡(jiǎn) 史史 年，年，JenningsJennings第一次提出第一次提出心肌再心肌再灌注損傷灌注損傷的概念的概念臨床背景臨床背景溶栓療法溶栓療法器官移植器官移植體外循環(huán)體外循環(huán)PTCA冠脈搭橋冠脈搭橋治療手段的改進(jìn)治療手段的改進(jìn)氧反常氧反常鈣反常鈣反常pH反常反常低氧低氧/缺氧缺氧正常氧供正常氧供無(wú)鈣無(wú)鈣含鈣含鈣損傷加重?fù)p傷加重酸中毒酸中毒糾正酸中毒糾正酸中毒 缺血缺血- -再灌注損傷概念再灌注損傷概念 ： 缺血的組織、器官經(jīng)恢復(fù)血液灌缺血的組織、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

2、復(fù)，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)反而加重其功能障礙和結(jié)構(gòu)損傷的現(xiàn)象稱為象稱為缺血缺血- -再灌注損傷再灌注損傷(ischemia-(ischemia-reperfusion injury).reperfusion injury). 組織器官缺血后恢復(fù)血液供應(yīng)組織器官缺血后恢復(fù)血液供應(yīng) 休克時(shí)微循環(huán)的疏通休克時(shí)微循環(huán)的疏通 冠脈痙攣緩解冠脈痙攣緩解 心腦肺復(fù)蘇心腦肺復(fù)蘇 術(shù)后術(shù)后 動(dòng)脈搭橋動(dòng)脈搭橋 溶栓療法溶栓療法 PTCA體外循環(huán)體外循環(huán) 器官移植器官移植 斷指再植斷指再植一、原 因二、條件二、條件 1 1、缺血、缺氧時(shí)間、缺血、缺氧時(shí)間 2 2、需氧程度、

3、需氧程度 3 3、側(cè)支循環(huán)、側(cè)支循環(huán) 4 4、再灌注條件：、再灌注條件：自由基的作用自由基的作用鈣超載鈣超載白細(xì)胞的作用白細(xì)胞的作用（一）自由基的概念和類型（一）自由基的概念和類型一、自由基的作用一、自由基的作用 自由基自由基 (free radical):指外層電子軌道上指外層電子軌道上含有單個(gè)不配對(duì)電子的原子、原子團(tuán)和分含有單個(gè)不配對(duì)電子的原子、原子團(tuán)和分子的總稱。子的總稱?；瘜W(xué)性質(zhì)活化學(xué)性質(zhì)活潑潑氧化性強(qiáng)氧化性強(qiáng)半衰期短半衰期短種類：種類：氧自由基氧自由基 脂質(zhì)自由基脂質(zhì)自由基 其他其他： NO、氯氯自由基自由基氧自由基：氧自由基：以氧為中心的自由基稱為氧以氧為中心的自由基稱為氧自由基，

4、常常由氧誘發(fā)自由基，常常由氧誘發(fā)O O2 2線線粒粒體體9899%ATPATP12%NADPHNADPH氧化酶氧化酶黃嘌呤氧化酶黃嘌呤氧化酶P450P450細(xì)胞色素單加氧酶細(xì)胞色素單加氧酶超氧陰離子超氧陰離子 O O2 2- -羥自由基羥自由基 OHOH單線態(tài)氧單線態(tài)氧 1 1O O2 2SODSODH H2 2O O2 2谷胱甘肽過(guò)氧化物酶（谷胱甘肽過(guò)氧化物酶（GSH-PXGSH-PX）過(guò)氧化氫酶（過(guò)氧化氫酶（CATCAT）髓過(guò)氧化物酶（髓過(guò)氧化物酶（MPOMPO）清清除除脂性自由基和一氧化氮精氨酸精氨酸NOSNOSNONO氧自由基氧自由基過(guò)氧亞硝酸根過(guò)氧亞硝酸根ONOOONOO- -多聚不

5、飽和多聚不飽和脂肪酸脂肪酸氧自由基氧自由基烷氧自由基烷氧自由基 LOLO烷過(guò)氧自由基烷過(guò)氧自由基 LOLOOO氧自由基氧自由基 單線態(tài)氧單線態(tài)氧( (1O2) ) 過(guò)氧化氫過(guò)氧化氫( (H2O2) ) 活性氧活性氧(reactive oxygen species, ROS) 指化學(xué)性質(zhì)活潑的含氧代謝物。指化學(xué)性質(zhì)活潑的含氧代謝物。脂質(zhì)過(guò)氧化物脂質(zhì)過(guò)氧化物及其裂解產(chǎn)物及其裂解產(chǎn)物（二）自由基的代謝二）自由基的代謝1. 1. 線粒體內(nèi)單電子還原生成氧自由基增加線粒體內(nèi)單電子還原生成氧自由基增加 2. 2. 血管內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)黃嘌呤氧化酶形成增加血管內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)黃嘌呤氧化酶形成增加 3. 3. 白細(xì)胞呼吸

6、爆發(fā)產(chǎn)生大量活性氧白細(xì)胞呼吸爆發(fā)產(chǎn)生大量活性氧 4. 4. 兒茶酚胺的自身氧化兒茶酚胺的自身氧化5. 5. 體內(nèi)清除活性氧的能力下降體內(nèi)清除活性氧的能力下降 1 1、線粒體內(nèi)單電子還原生成氧自由基增加、線粒體內(nèi)單電子還原生成氧自由基增加CaCa2+2+進(jìn)入線粒體進(jìn)入線粒體 氧經(jīng)單電子還原氧經(jīng)單電子還原nO-2 缺氧缺氧 MnSOD 黃嘌呤氧化酶黃嘌呤氧化酶( (XOXO) ) 10%10% 黃嘌呤脫氫酶黃嘌呤脫氫酶( (XDXD) 90%) 90%CaCa+2+2依賴性蛋白酶依賴性蛋白酶 白細(xì)胞吞噬時(shí)伴耗氧量顯著增加的現(xiàn)象，稱白細(xì)胞吞噬時(shí)伴耗氧量顯著增加的現(xiàn)象，稱呼吸呼吸爆發(fā)爆發(fā)(Respir

7、atory Burst(Respiratory Burst )。 3 3、白細(xì)胞呼吸爆發(fā)產(chǎn)生大量活性氧、白細(xì)胞呼吸爆發(fā)產(chǎn)生大量活性氧缺氧缺氧交感交感- -腎上腺髓質(zhì)系統(tǒng)興奮腎上腺髓質(zhì)系統(tǒng)興奮兒茶酚胺分泌增多兒茶酚胺分泌增多代償調(diào)節(jié)作用代償調(diào)節(jié)作用氧化產(chǎn)生氧自由基氧化產(chǎn)生氧自由基4 4、兒茶酚胺的自身氧化、兒茶酚胺的自身氧化兒茶酚胺兒茶酚胺 Adr甲基轉(zhuǎn)移酶甲基轉(zhuǎn)移酶單胺氧化酶單胺氧化酶香草扁桃酸（正常代謝）香草扁桃酸（正常代謝）腎排出腎排出應(yīng)激時(shí)80%80%腎上腺素紅腎上腺素紅O O- -2 2 （四）自由基的損傷作用（四）自由基的損傷作用1. 膜脂質(zhì)過(guò)氧化（膜脂質(zhì)過(guò)氧化（ lipid per

8、oxidation） -S-S-CH3-S-脂質(zhì)脂質(zhì)- -脂質(zhì)交聯(lián)脂質(zhì)交聯(lián)OOHHO脂肪酸氧化脂肪酸氧化OHHO從氧化的脂肪從氧化的脂肪酸釋出的酸釋出的 丙丙二醛二醛MDAMDA 細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)破壞細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)破壞 細(xì)胞器膜結(jié)構(gòu)破壞細(xì)胞器膜結(jié)構(gòu)破壞 溶酶體破裂釋放溶酶體酶，破壞細(xì)胞溶酶體破裂釋放溶酶體酶，破壞細(xì)胞 線粒體腫脹、功能障礙，產(chǎn)能減少線粒體腫脹、功能障礙，產(chǎn)能減少 肌漿網(wǎng)肌漿網(wǎng)Ca Ca 2+2+ -ATP -ATP酶活性降低使攝取的酶活性降低使攝取的 Ca Ca 2+2+ 減少，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)鈣超負(fù)荷減少，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)鈣超負(fù)荷 脂質(zhì)信號(hào)分子生成異常脂質(zhì)信號(hào)分子生成異常促進(jìn)自由基及其他生物活性物

9、質(zhì)生成促進(jìn)自由基及其他生物活性物質(zhì)生成蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)斷裂斷裂蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)- -蛋白蛋白質(zhì)交聯(lián)質(zhì)交聯(lián)-S-S-CH3-S-脂質(zhì)脂質(zhì)- -脂質(zhì)交聯(lián)脂質(zhì)交聯(lián)O二硫交聯(lián)二硫交聯(lián)脂質(zhì)脂質(zhì)- -蛋白蛋白 質(zhì)交聯(lián)質(zhì)交聯(lián)氨基酸氨基酸 氧化氧化OHHO脂肪酸氧化脂肪酸氧化OHHO2. 2. 蛋白質(zhì)失活蛋白質(zhì)失活 3. DNA3. DNA損傷損傷自由基的作用自由基的作用鈣超載鈣超載白細(xì)胞的作用白細(xì)胞的作用 各種原因引起的細(xì)胞內(nèi)鈣含量異常各種原因引起的細(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，稱為障礙的現(xiàn)象，稱為鈣超載（鈣超載（calcium overload） 二、

10、鈣超載二、鈣超載( calcium overload)( calcium overload)( (一一) )細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞內(nèi)Ca Ca 2+2+的穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)的穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)Na Na + + -Ca -Ca 2+2+載體載體Ca2+2+ B Pr線粒體線粒體肌漿網(wǎng)肌漿網(wǎng)Ca 2+2+ Ca 2+2+ Ca2+泵Ca2+Ca2+Ca2+e：10-3MCaCa2+2+ii：1010-7-7M MVOCROC1 1 、NaNa+ + -Ca -Ca2+2+異常交換異常交換胞內(nèi)胞內(nèi)NaNa+ +、H H+ +、NE- NE- 1R- PLC-1R- PLC-PKCPKC缺氧酸中毒缺氧酸中毒細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞內(nèi)pH 再灌形

11、成細(xì)胞內(nèi)外再灌形成細(xì)胞內(nèi)外pH差差H+出、出、Na+入細(xì)胞入細(xì)胞 細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞內(nèi)Na+ 逆向逆向Na+ -Ca2+ 鈣超載鈣超載（二）細(xì)胞內(nèi)鈣超載的產(chǎn)生機(jī)制（二）細(xì)胞內(nèi)鈣超載的產(chǎn)生機(jī)制 1. 線粒體功能障礙線粒體功能障礙 2. 激活磷脂酶：加重膜損傷激活磷脂酶：加重膜損傷 3. 心律失常心律失常 4. 促進(jìn)自由基生成促進(jìn)自由基生成 5.激活多種酶的活性激活多種酶的活性Ca2+PO33+Ca3(PO3)2(黃嘌呤脫氫酶黃嘌呤脫氫酶黃嘌呤氧化酶黃嘌呤氧化酶)ATPNa+/Ca2+ 一過(guò)性內(nèi)向離子流一過(guò)性內(nèi)向離子流（三）（三） 鈣超載引起缺血再灌注損傷的機(jī)制鈣超載引起缺血再灌注損傷的機(jī)制鈣超載激活多種

12、酶的活性線粒體線粒體肌漿網(wǎng)肌漿網(wǎng)損傷刺激損傷刺激肌漿肌漿CaCa2+2+ATPATP酶酶ATPATP磷脂酶磷脂酶磷脂分解磷脂分解蛋白酶蛋白酶膜和骨架膜和骨架蛋白破壞蛋白破壞核酶核酶染色體染色體 損傷損傷自由基的作用自由基的作用鈣超載鈣超載白細(xì)胞的作用白細(xì)胞的作用（一）（一）白細(xì)胞聚集的機(jī)制白細(xì)胞聚集的機(jī)制SELECTINSProgressive ActivationINTEGRINSCaptureSlow RollingFirm AdhesionTransmigrationRolling趨化因子趨化因子粘附分子（粘附分子（adhesion molecule)三、白細(xì)胞的作用三、白細(xì)胞的作用（二

13、）白細(xì)胞聚集在缺血（二）白細(xì)胞聚集在缺血- -再灌注損傷中的作用再灌注損傷中的作用1. 微血管損傷微血管損傷 微血管通透性微血管通透性自自由基、粒細(xì)胞由基、粒細(xì)胞血液流變學(xué)改變血液流變學(xué)改變白細(xì)胞粘附聚白細(xì)胞粘附聚集、血流緩慢集、血流緩慢微血管口徑的改變微血管口徑的改變內(nèi)皮細(xì)胞腫脹內(nèi)皮細(xì)胞腫脹縮血管物質(zhì)縮血管物質(zhì)擴(kuò)血管物質(zhì)擴(kuò)血管物質(zhì)引起引起無(wú)復(fù)流現(xiàn)象無(wú)復(fù)流現(xiàn)象(no-reflow phenomenon ) 細(xì)胞粘附、聚集、堵塞血管細(xì)胞粘附、聚集、堵塞血管增加血管通透性增加血管通透性組織水腫組織水腫無(wú)復(fù)流無(wú)復(fù)流無(wú)復(fù)流現(xiàn)象無(wú)復(fù)流現(xiàn)象(no-reflow phenomenon )：恢復(fù)血液恢復(fù)血液灌

14、注后，缺血區(qū)依然得不到充分血流灌注的現(xiàn)象灌注后，缺血區(qū)依然得不到充分血流灌注的現(xiàn)象稱無(wú)復(fù)流現(xiàn)象稱無(wú)復(fù)流現(xiàn)象 . （二）白細(xì)胞聚集在缺血（二）白細(xì)胞聚集在缺血- -再灌注損傷中的作用再灌注損傷中的作用1. 微血管損傷微血管損傷 2. 2. 細(xì)胞損傷：細(xì)胞損傷： OFROFR、溶酶、細(xì)胞因子、溶酶、細(xì)胞因子IRI的主要發(fā)病機(jī)制再灌注再灌注中性粒細(xì)胞中性粒細(xì)胞無(wú)復(fù)流無(wú)復(fù)流致炎因子致炎因子氧自由基氧自由基鈣超載鈣超載細(xì)胞損傷細(xì)胞損傷缺血缺血O O2 2CaCa2+2+細(xì)胞壞死細(xì)胞壞死缺血損傷恢復(fù)缺血損傷恢復(fù)第三節(jié)第三節(jié) IRIIRI時(shí)機(jī)體的功能及代謝變化時(shí)機(jī)體的功能及代謝變化一、心臟缺血一、心臟缺血-

15、 -再灌注損傷再灌注損傷的變化的變化 再灌注性再灌注性 心律失常心律失常心肌動(dòng)作電位時(shí)程不均一心肌動(dòng)作電位時(shí)程不均一心肌動(dòng)作電位后延遲后除極心肌動(dòng)作電位后延遲后除極的形成的形成心肌電生理特性改變心肌電生理特性改變纖顫閾降低纖顫閾降低NONO減少減少 1 1、心、心功能變化功能變化 心肌舒縮心肌舒縮 功能降低功能降低心肌頓抑心肌頓抑鈣超載鈣超載自由基爆發(fā)性生成自由基爆發(fā)性生成可逆性可逆性I-R損傷損傷胞漿胞漿Na+超載超載Na+/Ca2+：O2.-H2O2OH.脂質(zhì)過(guò)氧化脂質(zhì)過(guò)氧化蛋白質(zhì)及酶失活蛋白質(zhì)及酶失活肌漿網(wǎng)鈣肌漿網(wǎng)鈣轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白質(zhì)膜通質(zhì)膜通離子泵離子泵線粒體線粒體損傷損傷收縮蛋收縮蛋

16、白損傷白損傷鈣超載鈣超載ATPCa2+敏感性敏感性心肌舒縮功能心肌舒縮功能（心肌頓抑）（心肌頓抑） 2. 2.心肌代心肌代謝變化謝變化 ATPATP含量降低含量降低ATPATP合成的前體物質(zhì)不足合成的前體物質(zhì)不足缺血心肌對(duì)氧利用障礙缺血心肌對(duì)氧利用障礙細(xì)胞膜破壞細(xì)胞膜破壞肌原纖維結(jié)構(gòu)破壞肌原纖維結(jié)構(gòu)破壞線粒體損傷線粒體損傷3.3.心肌超微心肌超微結(jié)構(gòu)變化結(jié)構(gòu)變化 心肌缺血性損傷和再灌注性損傷的主要表現(xiàn)？心肌缺血性損傷和再灌注性損傷的主要表現(xiàn)？缺血性損傷缺血性損傷再灌注性損傷再灌注性損傷發(fā)病環(huán)節(jié)發(fā)病環(huán)節(jié) 缺血、缺氧缺血、缺氧再灌注再灌注微小血管微小血管 早期無(wú)堵塞現(xiàn)象早期無(wú)堵塞現(xiàn)象微小血管堵塞、

17、出現(xiàn)無(wú)復(fù)流現(xiàn)象微小血管堵塞、出現(xiàn)無(wú)復(fù)流現(xiàn)象心肌功能心肌功能 進(jìn)行性下降進(jìn)行性下降心肌頓抑心肌頓抑心律失常心律失常 多緩慢發(fā)生，較少多緩慢發(fā)生，較少為室顫為室顫多突然發(fā)生，很快轉(zhuǎn)化為室顫多突然發(fā)生，很快轉(zhuǎn)化為室顫-阻滯劑有效阻滯劑有效-阻滯劑有效阻滯劑有效心肌心肌K KATPATP激活，細(xì)激活，細(xì)胞膜超極化胞膜超極化Na+ -Ca2+Na+ -Ca2+異常交換，心肌動(dòng)作異常交換，心肌動(dòng)作電位時(shí)程不均一性等電位時(shí)程不均一性等心電圖心電圖STST段抬高，段抬高，R R波增波增高高STST段不抬高，段不抬高，R R波降低，出現(xiàn)病理波降低，出現(xiàn)病理性性u(píng) u波波1968年由Ames率先報(bào)道腦缺血-再灌注損傷。有人提出細(xì)胞質(zhì)內(nèi)鈣聚積及氧自由基導(dǎo)致的脂質(zhì)過(guò)氧化在遲發(fā)性神經(jīng)元死亡中起重要作用。二、腦IRI損傷的變化腦組織富含磷脂，脂質(zhì)過(guò)氧化是腦損傷的主要特征腦組織富含磷脂，脂質(zhì)過(guò)氧化是腦損傷的主要特征腦IRI損傷的變化腦能量代謝變化腦能量代謝變化腦IRI損傷的變化腦氨基酸代謝變化腦氨基酸代謝變化腦組織學(xué)變化腦組織學(xué)變化興奮性氨基酸降低（谷氨酸、興奮性氨基酸降低（谷氨酸、天門冬氨酸）天門冬氨酸）抑制性氨基酸增多（丙氨酸、抑制性氨基酸增多（丙氨酸、-氨基丁酸）氨基丁酸）腦水腫腦水腫腦細(xì)胞壞死腦細(xì)胞壞死三、小腸的IRI粘膜損傷為主要特征粘膜損傷為主要特