病生本碩缺血再灌注

1、第十二章 缺血-再灌注損傷（Ischemiareperfusion injury）病理生理學教研室張敬各 患者，男，54歲，因胸悶、大汗1h入急診病房。查體：血壓65/40mmHg，意識淡漠，心率37次/min，律齊。既往有高血壓病史10年，心電圖顯示度房室傳導阻滯。給予阿托品、多巴胺、低分子右旋糖酐等進行擴冠治療。入院上午10時用尿激酶靜脈溶栓。10時40分出現陣發(fā)性心室顫動（室顫），立即給予除顫，至11時20分反復發(fā)生室性心動過速、室顫，共除顫7次，同時給予利多卡因、小劑量異丙腎上腺素后心律轉為竇性，血壓平穩(wěn)，意識清楚。冠狀動脈造影證實：右冠狀動脈上段85%狹窄，中段78%狹窄。 病例分析

2、為什么在溶栓后出現嚴重的心律失常? 概述 原因和條件 發(fā)生機制 器官的功能、代謝變化 防治的病理生理基礎主要內容概 述(Introduction)1955年，Sewell結扎狗冠狀動脈后，如突然解除結扎，恢復血流，動物室顫而死亡。認識就從這簡單現象開始概 述在心肌缺血恢復血流后，缺血心肌的損傷反而加重，出現超微結構不可逆性損傷（爆發(fā)性水腫、組織結構崩解、收縮帶形成等）。1960年，Jennings第一次提出 心肌缺血再灌注損傷的概念概 述冠脈支架置入前后1967年，Bulkley 和Hutchins發(fā)現冠脈血管再通后的病人發(fā)生心肌細胞反常性壞死。 概 述1981年，Greenberg等證實貓小

3、腸缺血 3小時后再灌注時，粘膜損傷更嚴重。此后發(fā)現幾乎所有的器官都可能發(fā)生缺血再灌注損傷。 概 述缺血-再灌注損傷（ischemia-reperfusion injury）：在缺血基礎上恢復血流后組織損傷反而加重，甚至發(fā)生不可逆損傷的現象。概 述第一節(jié) 缺血-再灌注損傷的原因及條件一、常見的原因組織器官缺血后恢復血液供應休克微循環(huán)再通、斷肢再植和器官移植等某些新的醫(yī)療技術的應用冠脈解痙、各種動脈搭橋術、心腦血管栓塞再通等（經皮腔內冠脈血管成形術-PTCA）體外循環(huán)下心臟手術以及心肺復蘇等都可能發(fā)生再灌注損傷心臟介入手術經皮冠狀動脈腔內成形術（PTCA）放置支架PTCA結合支架治療冠心病患者，成

4、功率較高，長期生存率較高 二、常見的條件1、缺血時間 缺血時間短恢復血供后再灌注損傷不明顯 缺血時間長恢復血供后再灌注損傷明顯2、缺血程度 側支循環(huán)、對氧的需求量、功能狀態(tài)3、再灌注條件 與再灌注時的壓力、溫度、pH值以及電解質 濃度有關： 低溫、低壓、低pH、低鈉、低鈣減輕； 高鈉、高鈣加重。020406080100室顫發(fā)生率（%）1351015202530（分）離體大鼠心臟020406080100室顫發(fā)生率（%）1351015202530（分）在體不麻醉缺血時間對大鼠再灌注心律失常的影響第二節(jié) 缺血-再灌注損傷的發(fā)生機制自由基的作用鈣超載的作用白細胞的作用缺血-再灌注損傷的發(fā)生機制(Mec

5、hanisms of ischemia-reperfusion injury)自由基的作用鈣超載的作用白細胞的作用缺血-再灌注損傷的發(fā)生機制(Mechanisms of ischemia-reperfusion injury)自由基 (free radical)：指外層電子軌道上含有單個不配對電子的原子、原子團或分子的總稱。（一）自由基的概念一、自由基的作用化學性質活潑：易于失去電子（氧化）或奪取電子（還原）氧化作用強：強烈的引發(fā)脂質過氧化作用半衰期短：平均壽命僅1ms （二）自由基的種類2、脂性自由基3、其他自由基1、非脂性自由基 （二）自由基的種類主要指氧自由基(oxygen free r

6、adical, OFR)，如超氧陰離子（O2）、羥自由基（OH）。 1、非脂性自由基 以氧為中心的自由基稱為氧自由基。包括：超氧陰離子(O2 )、羥自由基(OH)。氧自由基 (oxygen free radical)O2 是體內氧自由基存在的主要形式O2H2Oe-_O2e-+2H+H2O2H2O OHO2e-+H+e-+H+SOD12%9899% 4e- + 4H+ 細胞色素氧化酶系統(tǒng)Fenton反應 O2 + H2O2 O2 + OH + OHFe2或Cu2+OH是體內最活躍的氧自由基，對機體危害最大。Haber-Weiss反應 O2 + H2O2 O2 + OH + OHSlowFast

7、（二）自由基的種類2、脂性自由基 指氧自由基與多價不飽和脂肪酸作用后生成的中間代謝產物，如：烷自由基（L）、烷氧自由基（LO）、烷過氧自由基（LOO）等。多價不飽和脂肪酸氧自由基烷自由基（L）脂氧自由基 （LO）脂過氧自由基（LOO） （二）自由基的種類3、其他自由基如：氯自由基（Cl）、甲基自由基（CH3）、一氧化氮（NO）等。NO的作用具有雙重性，由內皮型NOS合成的NO具有保護作用，由誘導型NOS合成的NO顯示毒性作用。NO+ O2 ONOO HOONO OH+NO2e +H+H+ 一氧化氮（NO） NO是L-精氨酸在NOS催化下產生的一種氣體自由基。能與其他自由基反應生成毒性更強的自由

8、基：ONOO 、過氧亞硝酸（HOONO）和OH 。單線態(tài)氧(singlet oxygen)：是一種激發(fā)態(tài)氧，其氧分子的同一或不同外層軌道中有兩個自旋方向相反的電子。在紫外光譜中呈現一條單線，故稱單線態(tài)氧。指單線態(tài)氧和過氧化氫：不屬于自由基4、活性氧（active oxygen species, ROS） O2 + H2O2 O2 + OH + OHFe2或Cu2+Fenton反應過氧化氫（H2O2）：不是自由基。在Cu2+或Fe2+的作用下可生成OH，或通過均裂生成OH。OH的生成是H2O2導致氧化應激的主要機制。 （三）自由基的代謝H2Oe-_O2e-+2H+H2O2H2O OH O2e-+

9、H+e-+H+SOD12%9899% 4e- + 4H+ 細胞色素氧化酶系統(tǒng)在缺血再灌注損傷中最重要的是氧自由基，它是其它自由基生成的基礎。氧在基態(tài)情況下是一種相對較弱的氧化劑。另外：血紅蛋白、肌紅蛋白、兒茶酚胺及黃嘌呤氧化過程中也可產生超氧陰離子。 （三）自由基的代謝 生理情況下，抗氧化防御系統(tǒng)及時清除自由基；病理條件下，由于活性氧產生過多或抗氧化酶類活性下降，引發(fā)氧化應激反應損傷細胞，使細胞死亡。體內主要的內源性抗氧化劑和作用黃嘌呤氧化酶形成增多中性粒細胞聚集及激活 線粒體膜損傷兒茶酚胺自氧化增加 誘導型NOS表達增強體內清除自由基的能力下降 （四）缺血-再灌注導致自由基生成增多的機制 黃

10、嘌呤氧化酶（XO）10% 黃嘌呤脫氫酶（XD）90% 1、黃嘌呤氧化酶形成增多 Ca2+依賴性蛋白酶毛細血管內皮細胞鈣超載激活此酶ATP降解再灌提供大量氧OH圖12-1 黃嘌呤氧化酶在自由基生成增多中的作用 1、黃嘌呤氧化酶形成增多 NADP+ + H+ +_O2NADPH氧化酶NADPH + O2NADH+O22、中性粒細胞聚集及激活呼吸爆發(fā)(respiratory burst )中性粒細胞在吞噬活動時伴耗氧量顯著增加的現象。 NAD+ + H+ +_O2NADH氧化酶3、線粒體膜損傷H2Oe-_O2e-+2H+H2O2H2O OHO2e-+H+e-+H+SOD12%9899% 4e- +

11、4H+ 細胞色素氧化酶系統(tǒng)ATP鈣超載氧化磷酸化功能障礙 錳-超氧化物歧化酶減少 線粒體內O29899%H2O+ATP12%NADPH氧化酶黃嘌呤氧化酶P450細胞色素單加氧酶超氧陰離子 O2羥自由基 OH單線態(tài)氧 1O2H2O2谷胱甘肽過氧化物酶（GSHpx）過氧化氫酶（CAT）髓過氧化物酶（MPO）維生素C清除SOD維生素E維生素C維生素A清除 細胞缺血電子傳遞鏈活性受損不能產生足夠的電子氧自由基生成增加； 鈣超載線粒體功能受損線粒體氧化酶系統(tǒng)受抑制氧經單電子還原成氧自由基增多。 再灌注提供大量的氧，產生大量氧自由基。各種應激（包括缺血）交感-腎上腺髓質系統(tǒng)興奮兒茶酚胺分泌增多代償調節(jié)作用

12、4、兒茶酚胺自氧化增加單胺氧化酶自氧化生成_O2 單核細胞和中性粒細胞中含有iNOS。缺血-再灌注導致中性粒細胞活化后，iNOS表達上調，導致NO大量生成。 NO及其代謝產物過氧亞硝酸根 (OONO)、過氧亞硝酸 (HOONO)、羥自由基 (OH) 都可導致組織損傷。5、誘導型NOS（iNOS）表達增強eNOSNO維持血管功能的保護因子iNOSNO對機體有一定的毒副作用O2 + O2 + 2H+ H2O2 + O2超氧化物歧化酶（SOD）過氧化氫酶（CAT）過氧化物酶抗氧化酶清除H2O2Mn-SODCuZn-SODSOD6、體內清除自由基的能力下降非酶性抗氧化物維生素E維生素A還原O2 、1O

13、2、脂性自由基清除1O2，抑制脂質過氧化維生素CGSH協(xié)助維持維生素E的活性狀態(tài) H2O2+2GSH 2H2O+GSSGGSHpx適量時參與化學反應、信號轉導、基因調控 自由基清除能力下降 自由基大量產生 過多時造成組織細胞損傷霍金與CuZn-SOD突變所致的脊髓側索硬化癥英國物理學家霍金的故事：霍金被稱為“宇宙之王”，他因患Cu,Zn-SOD基因突變導致家族性脊髓側索硬化癥（是一種致死的神經退化性疾病，發(fā)病初期影響上下肢的運動神經元，進而引起皮質、腦干和脊索中的運動神經元變性、退化，最后導致進行性癱瘓和死亡）?；艚鸨唤d在一把輪椅上近50年之久，現在全身只有面部肌肉會動，演講和問答只能通過語

14、音合成器來完成，他是物理天才，研究黑洞普通物理學定理不再適用的時空領域和宇宙起源大爆炸原理。（五）自由基引起缺血-再灌注損傷的機制2、蛋白質功能抑制3、核酸及染色體破壞1、膜脂質過氧化增強 自由基能和膜磷脂、蛋白質、核酸等多種細胞成分發(fā)生反應，破壞細胞的結構和功能，造成細胞損傷。 1、膜脂質過氧化（ lipid peroxidation）增強 生物膜的主要成分是極性脂質（磷脂、膽固醇）和膜蛋白（酶等），是自由基攻擊的主要部位。膜磷脂富含多價不飽和脂肪酸，易發(fā)生脂質過氧化。正常自由基對生物膜的損傷作用（1）破壞膜的正常結構（2）促進自由基及其他生物活性物質生成細胞膜及細胞器膜（線粒體、溶酶體）的

15、液態(tài)性、流動性降低及通透性升高，可使細胞外Ca2+內流增加。磷脂酶C、D被激活，膜磷脂被降解，催化花生四烯酸代謝，在增加自由基生成和增強脂質過氧化的同時，導致前列腺素、白三烯等生成增多，促進損傷。1、膜脂質過氧化增強（3）改變血管的正常功能（4）減少ATP的生成線粒體膜脂質過氧化導致線粒體功能抑制，ATP生成減少，細胞能量代謝障礙加重。促進白細胞黏附到血管壁（OH）；通過滅活NO影響血管舒縮反應（ O2）；通過促進組織因子的釋放加重DIC。（1）直接抑制作用 使蛋白和酶的巰基氧化 使氨基酸殘基氧化 使胞漿及膜蛋白交聯形成2、蛋白質功能抑制使蛋白質變性、聚合、降解或肽鏈斷裂，使酶、受體、離子通道

16、等產生功能障礙。（2）間接抑制作用交聯聚合脂質過氧化膜脂質抑制膜受體、G蛋白鈣泵鈉泵與 Na+/Ca2+交換系統(tǒng)（）細胞腫脹、鈣超載 與效應器的偶聯細胞信號轉導障礙造成核酸及染色體破壞的自由基主要是OH。 主要表現為 染色體畸變 核酸堿基改變 DNA斷裂自由基再灌注損傷互為因果3、核酸及染色體破壞自由基的作用鈣超載的作用白細胞的作用缺血-再灌注損傷的發(fā)生機制(Mechanisms of ischemia-reperfusion injury)鈣超載（calcium overload）指各種原因引起的細胞內鈣含量異常增多并導致細胞結構損傷和功能代謝障礙的現象，嚴重時可造成細胞死亡。 二、鈣超載的

17、作用（一）細胞內Ca2+的穩(wěn)態(tài)調節(jié)細胞內鈣濃度：10-7mol/L細胞外鈣濃度：10-3mol/L濃度梯度的維持有賴于膜對鈣的不自由通透性和鈣轉運系統(tǒng)的調節(jié)細胞內Ca2+細胞內鈣庫（內質網、肌漿網等）44%細胞核 50%細胞膜 5%細胞質（結合鈣0.5%，游離鈣0.005%）質膜鈣通道：電壓依賴性鈣通道 受體操縱性鈣通道細胞內鈣庫釋放通道：內質網(ER)/肌漿網(SR) 1,4,5-三磷酸肌醇（IP3）敏感鈣池：由IP3系統(tǒng) 調控。依賴于一定濃度的胞漿鈣濃度。 IP3不敏感鈣池：由二氫吡啶受體(RYR)系統(tǒng)調 控。當電壓依賴性鈣通道開放后，小劑量鈣內 流，鈣與RYR結合后觸發(fā)ER/SR釋放鈣，

18、即Ca2+ 誘發(fā)Ca2+釋放。Ca2+進入胞液的途徑Ca2+離開胞液的途徑Ca2+泵的作用：存在于細胞膜、內質網膜和線粒體膜， Ca2+激活鈣泵（Ca2+-Mg2+-ATP），水解ATP 供能， Ca2+泵出細胞或泵入內質網及線粒體。 Na+-Ca2+交換：雙向轉運，主要受跨膜Na+梯度調節(jié)。 生理條件下，3個Na+順著電化學梯度進入細胞、1個 Ca2+逆著電化學梯度移出細胞。Ca2+-H+交換：主要見于線粒體， Ca2+升高被線粒 體攝取，H+排至胞質。 線粒體肌漿網 SRCa 2+ Ca 2+ Ca2+Ca2+Ca2+e：10-3MCa2+i：10-7M電壓依賴性鈣通道受體操縱性鈣通道Ca

19、2+泵Ca2+Na+-Ca2+載體Ca2+膜電位達一定程度時開放細胞內鈣庫釋放：IP3敏感和不敏感兩類鈣庫H+-Ca2+與激動劑結合后開放Ca2+Ca2+細胞內Ca2+的穩(wěn)態(tài)調節(jié)（二）缺血-再灌注導致鈣超載的機制 Na+ Ca2+交換異常 蛋白激酶C（PKC）激活 生物膜損傷 直接激活（細胞內高鈉直接促進Na+-Ca2+交換）缺血ATP減少鈉泵功能障礙 胞內 Na+Na+向細胞外轉移Ca2+向細胞內轉移鈣超載1、Na+- Ca2+交換異常鈉鈣交換蛋白 間接激活（細胞內高H+ 促進Na+-Ca2+交換）胞內H+H+-Na+交換胞內Na+鈉鈣交換蛋白Na+-Ca2+交換增加鈣超載缺血缺氧再灌注胞外

20、低H+胞內高H+H+-Na+交換蛋白Na+H+Ca2+酸中毒1、Na+- Ca2+交換異常蛋白激酶C對Na+/Ca2+交換蛋白的激活2、蛋白激酶C（PKC）激活兒茶酚胺增多促進鈣內流（2）受體使腺苷酸環(huán)化酶活化激活PKAL-型鈣通道開放cAMP（1）1受體使PLC激活產生IP3、DG IP3內質網、肌漿網鈣的釋放 DG激活PKC 促進H+-Na+交換 Na+-Ca2+ 交換 胞外Ca2+內流 細胞膜損傷 線粒體膜損傷 溶酶體膜損傷 肌漿網膜損傷3、生物膜損傷 細胞膜和細胞內膜性結構是維持細胞內、外以及細胞內各間區(qū)離子平衡的重要結構。生物膜損傷可使其通透性增強，Ca2+順濃度差進入胞漿，引起鈣超

21、載。（1）細胞膜損傷 缺血可造成細胞膜正常結構的破壞。 細胞內鈣增加可激活磷脂酶，膜磷脂被降解，進一步損傷膜結構。 再灌注時生成的大量自由基的作用。3、生物膜損傷（2）線粒體膜損傷 鈣鹽的沉積使線粒體產能障礙。 自由基及磷脂酶的作用。 線粒體滲透性轉導孔開放，抑制其功能。 正常時線粒體內Ca2+含量為胞質的500倍，是細胞內的鈣庫。因此線粒體膜損傷后Ca2+順濃度差進入胞漿，可引起鈣超載。（3）溶酶體膜損傷 嚴重缺血可造成溶酶體膜破裂。 溶酶體酶的自身作用。 磷脂酶的作用。 溶酶體含有多種水解酶，一旦釋放出來就會造成廣泛的生物膜損傷，然后Ca2+順濃度差進入胞漿，引起鈣超載。（4）肌漿網膜損傷

22、 肌漿網鈣攝取是逆濃度差的主動轉運過程，肌漿網膜損傷后對Ca2+的攝取減少，可引起鈣超載。自由基及磷脂酶的作用。（二）細胞內鈣超載的產生機制3.生物膜損傷1.Na+/Ca2+交換增加2.兒茶酚胺增多Na+Ca2+H+1、細胞膜損傷 鈣超載膜磷脂降解 降解產物加重細胞功能紊亂(三)鈣超載導致缺血-再灌注損傷的機制 ATP生成減少 線粒體通透性轉換孔開放，導致： 氧化磷酸化脫偶聯，ATP產生終止 氧自由基大量產生 線粒體細胞色素C釋放入胞質，誘發(fā)細胞凋亡 激活蛋白水解酶和磷脂酶，使細胞膜受損崩解，細胞壞死2、損傷線粒體結構和功能3、蛋白酶激活 黃嘌呤脫氫酶黃嘌呤氧化酶 膜磷脂酶 核酸內切酶 (三)

23、鈣超載導致缺血-再灌注損傷的機制鈣超載激活ATP酶高能磷酸鹽水解，釋放H+4、加重酸中毒自由基的作用鈣超載的作用白細胞的作用缺血-再灌注損傷的發(fā)生機制(Mechanisms of ischemia-reperfusion injury)（一）缺血- 再灌注時白細胞增多的機制2、趨化因子生成增多 (increased production of chemokines)1、黏附分子生成增多 (increased production of adhesion molecules) 三、白細胞的作用1、黏附分子生成增多黏附分子：指由細胞合成的，可促進細胞與細胞之間、細胞與細胞外基質之間黏附的一類分子的

24、總稱，如整合素、選擇素、細胞間黏附分子（ICAM-1）、血管細胞黏附分子等。維持細胞結構完整細胞信號轉導功能1、黏附分子生成增多， 2、趨化因子生成增多選擇素 整合素 細胞膜磷脂降解，花生四烯酸代謝產 物LTB4、PAF； 血漿炎癥介質C3a、C5a和激肽； 白細胞本身釋放具有趨化作用的炎癥 介質，如LTB4、IL-8等。2、趨化因子生成增多無復流現象(no-reflow phenomenon ) 恢復血液灌注后，缺血區(qū)依然得不到充分血流灌注的現象，稱無復流現象。主要原因可能是白細胞黏附、聚集所致的機械阻塞。（二）白細胞介導缺血-再灌注損傷的機制1、微血管損傷引起微循環(huán)阻塞 （1）微血管血液流

25、變學改變 白細胞不易變形 黏附分子的作用加上內皮損傷、血小板黏附、微血栓形成及組織水腫等，更易形成無復流現象。 缺血-再灌注時，白細胞被激活，激活的白細胞釋放自由基和溶酶體酶，可損傷內皮細胞。激活的白細胞、損傷的內皮細胞以及二者的相互作用是造成微血管損傷的決定因素。微血管的損傷表現為：1、微血管損傷引起微循環(huán)阻塞 （2）微血管口徑的改變 縮血管物質增多 擴血管物質減少 微血栓形成（3）微血管通透性增加 （組織水腫、血液濃縮） 激活的白細胞和內皮細胞可釋放大量的致炎物質，如自由基、蛋白酶、溶酶體酶等，不但會改變自身的結構和功能，而且造成周圍組織細胞損傷。2、細胞損傷1、自由基的作用2、鈣超載的作

26、用3、白細胞的作用缺血-再灌注損傷的發(fā)生機制(Mechanisms of ischemia-reperfusion injury)其中鈣超載是不可逆損傷的共同通路；細胞膜損傷是不同機制相互作用引起的共同的病理改變。 自由基在缺血-再灌注損傷機制中的地位 1、缺血再灌注時自由基與鈣超載自由基 膜磷脂Na+-K+ATPaseNa+- Ca2+交換增強膜通透性細胞內鈣超載線粒體ATPCa2+-ATPase激活鈣依賴蛋白水解酶2、缺血 - 再灌注時自由基與白細胞增多炎癥介質WBC 增多膜磷脂自由基LTB4 自由基在缺血-再灌注損傷機制中的地位第三節(jié) 缺血-再灌注損傷時器官的功能、代謝變化O2-H2O2

27、HOClOHgutheart & vesselsairwaysbrain &nerves機體主要器官的缺血-再灌注損傷（一）心功能變化 一、心臟缺血-再灌注損傷的變化心肌頓抑再細胞Ca2+轉運模式圖一、心臟缺血-再灌注損傷的變化缺血心肌在恢復血液灌注后一段時間內出現可逆性舒縮功能降低的現象。自由基和細胞內鈣超載是心肌頓抑的主要機制 。2、再灌注性心律失常 發(fā)生機制： （一）心功能變化 再灌注心肌之間動作電位時程的不均一性 Ca2+超載 自由基增多 纖顫閾降低（二）心肌能量代謝變化嚴重缺血心肌 ATP 磷酸肌酸 自由基鈣超載再灌注心肌 ATP 磷酸肌酸 ADP AMP 腺苷、肌苷 次黃嘌呤缺血心肌纖維結構破壞（出現嚴重收縮帶、肌絲斷裂、溶解）。線粒體極度腫脹、嵴斷裂、溶解，空泡形成、基質內致密物增多。 （三）心肌結構的變化 心肌缺血性損傷和再灌注性損傷的主要表現 缺血性損傷 再灌注性損傷發(fā)病環(huán)節(jié)缺血、缺氧再灌注微小血管早期無堵塞現象微小血管堵塞、出現無復流現象心肌功能進行性下降心肌頓抑心律失常多緩慢發(fā)生多突然發(fā)生較少為室顫很快轉化為室顫-阻滯劑有效-阻滯劑有效心電圖ST段抬高，R波增高ST段不抬高，R波降低，出現病理性Q波二、腦缺血-再灌注損傷的變化