醫(yī)學(xué)缺血再灌注損傷

第十二章缺血-再灌注損傷ischemia-reperfusioninjury第1頁/共41頁第一頁，共42頁。

病例患者，男，58歲，因胸悶、大汗40min入急診。患者于上午7時(shí)突然胸悶伴大汗。含服硝酸甘油不緩解。上午7時(shí)40分來診。體檢：意識(shí)清楚，血壓80/55mmHg，心率55次/min，律齊。既往有原發(fā)高血壓病史10年。心電圖示：急性前壁心肌梗死。給予擴(kuò)冠，降脂，心肌營養(yǎng)治療。聯(lián)系急診PTCA。術(shù)中冠脈造影顯示左前降支連續(xù)性中斷，90%狹窄。球囊擴(kuò)冠后，患者立即出現(xiàn)室顫，給予300J除顫一次，恢復(fù)竇性心率。術(shù)中反復(fù)發(fā)作室顫及室性心動(dòng)過速，給予除顫及利多卡因后轉(zhuǎn)變?yōu)楦]性心率，生命體征逐漸平穩(wěn)。第2頁/共41頁第二頁，共42頁。概述一、概念在缺血的基礎(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)象稱為缺血-再灌注損傷

（

ischemiareperfusioninjury，IRI）。

第3頁/共41頁第三頁，共42頁。IRI研究概況

1955年Sewell報(bào)道，結(jié)扎狗冠脈后，如突然解除結(jié)扎恢復(fù)血流，部分動(dòng)物立即發(fā)生室顫而死亡。1960年Jennings第一次提出了MIR概念1968年Ames腦IRI1972年Flore腎IRI1978年Modry肺IRI1981年Greenberg腸IRI

目前，IRI成為溶栓療法、搭橋術(shù)、斷肢再植、器官移植等醫(yī)療措施成敗的關(guān)鍵因素之一。第4頁/共41頁第四頁，共42頁。氧反常：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)胞一段時(shí)間后，再恢復(fù)正常氧供應(yīng)，組織及細(xì)胞的損傷不僅未能恢復(fù)，反而更趨嚴(yán)重，稱為氧反常

（oxygenparadox）。鈣反常：以無鈣溶液灌流離體大鼠心臟2min后再以含鈣溶液灌注時(shí)，出現(xiàn)了心肌電信號(hào)異常、心肌功能、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（calciumparadox）。pH反常：缺血引起的代謝性酸中毒是細(xì)胞功能及代謝紊亂的重要原因，再灌注時(shí)迅速糾正缺血組織的酸中毒，反而加重細(xì)胞的損傷，稱為pH反常（

pHparadox）。第5頁/共41頁第五頁，共42頁。第一節(jié)

缺血-再灌注損傷的原因及影響因素一、IRI常見原因(etiology)

——在組織器官缺血基礎(chǔ)上的血液再灌注。1.組織器官缺血后恢復(fù)血液供應(yīng)2．一些新的醫(yī)療技術(shù)的應(yīng)用如動(dòng)脈搭橋術(shù)、溶栓療法、經(jīng)皮腔內(nèi)冠脈血管成形術(shù)等3.體外循環(huán)下心臟手術(shù)4.斷肢再植和器官移植等第6頁/共41頁第六頁，共42頁。二、IRI影響因素(factors）

1.缺血時(shí)間是影響缺血-再灌注損傷的首要因素。2.組織器官對(duì)氧的需求程度越高越容易發(fā)生缺血-再灌注損傷,如心、腦等。3.缺血組織器官側(cè)支循環(huán)形成越早、越豐富損傷越輕。4.灌注液的壓力、溫度、pH值和電解質(zhì)是影響缺血-再灌注的重要因素。第7頁/共41頁第七頁，共42頁。第二節(jié)缺血再灌注損傷的發(fā)生機(jī)制

(pathogenesis)Theincreasefreeradicals,calciumoverload,neutrophilsactivation,dysfunctionofmicocirculation

playtheprincipalrolesinischemia-reperfusioninjury.自由基損傷作用鈣超載白細(xì)胞損傷作用微循環(huán)作用第8頁/共41頁第八頁，共42頁。一、自由基的損傷作用（一）概述1.概念與分類自由基（freeradical）

——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)和分子的總稱，也稱游離基。自由基的外層電子軌道的不配對(duì)電子狀態(tài)使其極易發(fā)生氧化（失去電子)或還原反應(yīng)（獲得電子）。

（Freeradicalareahighlyreactivegroupofatoms,moleculesorradicals,whichcarryunpairedelectroninouterorbital.）第9頁/共41頁第九頁，共42頁。■自由基分類（classificationoffreeradical

）氧自由基、脂性自由基、氮自由基（Oxygenfreeradical,Lipidradicals,Reactivenitrogenspecies）

▲氧自由基（oxygenfreeradical，OFR）由氧誘發(fā)的自由基稱為氧自由基，oxygen-derivedfreeradical）超氧陰離子自由基（superoxideanion）羥自由基（hydroxylradical）OH?氧自由基第10頁/共41頁第十頁，共42頁。

ROS分類（classoficationofROS）

Reactiveoxygenspecies(ROS)arecomposedbyoxygen-derivedfreeradicals(OFR)andnonfreeradicalsubstances,suchassuperoxideanionradical(),hydroxylradical(OH·),hydrogenperoxide(H2O2)andsingletoxygen(1O2).O2ˉ·氧自由基脂性自由基ROS非自由基活性氧自由基活性氧

【活性氧】（reactiveoxygenspecies,ROS）單線態(tài)氧(˙02)及過氧化氫(H2O2)雖不是自由基，但氧化作用很強(qiáng),與氧自由基共同稱為活性氧(reactiveoxygenspecies,ROS)。H2O2,1O2,ONOO-

第11頁/共41頁第十一頁，共42頁。O·-2形成：⑴自然氧化如CytC、Hb、CA等在自然氧化過程中可生成O2·-HbFe2+HbFe3++O2·⑵酶氧化XO、NADPH氧化酶、醛氧化酶⑶線粒體O2·生成的主要場(chǎng)所之一正常:O2+4e+4H+→H2O+ATP

病理:O2+e→+e+2H+→H202+e+H+→OH·+e+H+→H20⑷毒物作用CCL4、百草枯（除草劑）H20O2·-的生成是其他自由基或活性氧生成的基礎(chǔ)第12頁/共41頁第十二頁，共42頁。OH·的生成

O2·-+O2·-+2H+H2O2+O2單純性Haber-Weiss反應(yīng)：反應(yīng)很慢，很難產(chǎn)生

O2·-+H2O2OH-+OH·+O2Fenton反應(yīng)：

O2·-

H2O2OH·

+OH-

OH·是活性氧中毒性最強(qiáng)的一種SODSODFe2+Fe3+第13頁/共41頁第十三頁，共42頁。

▲脂性自由基（lipidradicals）氧自由基與多聚不飽和脂肪酸發(fā)生脂質(zhì)過氧化的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)后生成的中間代謝產(chǎn)物。烷自由基（L?）烷氧自由（LO?）烷過氧自由基（LOO?）脂性自由基第14頁/共41頁第十四頁，共42頁?！馧O和ONOO-產(chǎn)生一氧化氮（NO）過氧亞硝基陰離子（ONOO-）RNS●分類

▲氮中心自由基（reactivenitrogenspecies,RNS）

由氮形成，并在分子組成上含有氮的一類化學(xué)性質(zhì)非?；顫姷奈镔|(zhì)。也稱活性氮。第15頁/共41頁第十五頁，共42頁。

3.自由基的清除（scavengethefreeradicals）2.自由基的特性（propertyoffreeradical）■存在時(shí)間短；■高度化學(xué)活潑性；■氧化性強(qiáng)。第16頁/共41頁第十六頁，共42頁。（二）自由基增多機(jī)制

（mechanismoffreeradicalincrease）1.

黃嘌呤氧化途徑（increasexanthineoxidase(XO)inVEC）第17頁/共41頁第十七頁，共42頁。2.吞噬細(xì)胞呼吸爆發(fā)過程產(chǎn)生大量自由基缺血時(shí):補(bǔ)體激活或細(xì)胞釋放炎癥介質(zhì)如LTB4，白細(xì)胞在缺血區(qū)浸潤。再灌時(shí)：浸潤的白細(xì)胞耗氧量顯著增加↑：

NADPH+2O22O2·-

+NADP++H+

NADH+O2+2H+H2O2+NAD+NADPH氧化酶NADH氧化酶第18頁/共41頁第十八頁，共42頁。

3.線粒體電子傳遞鏈?zhǔn)軗p是自由基的主要來源之一

95%O2細(xì)胞色素C氧化酶O2H2O【正?！?e-O2

OFR【缺血】2%O2

電子受體和傳遞電子↓4e-95%O2呼吸鏈酶活性↓O2H2O↓【再灌注】e-OFR↑Ca2+超載╳第19頁/共41頁第十九頁，共42頁。缺血-再灌注時(shí)自由基產(chǎn)生途徑黃嘌呤氧化酶途徑第20頁/共41頁第二十頁，共42頁。活性氧使脂質(zhì)、蛋白質(zhì)、核酸氧化

（三）自由基損傷作用（mechanismsoffreeradicalinjury）

----------【氧化應(yīng)激】（oxidativestress）■膜脂質(zhì)過氧化增強(qiáng)（lipidperoxidation）生物膜是自由基攻擊主要部位。脂肪酸、芳香環(huán)的不飽和鍵

OFR（ROS）脂質(zhì)過氧化細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)損傷和破壞第21頁/共41頁第二十一頁，共42頁。

■細(xì)胞內(nèi)Ca2+超載（Ca2+overload）【細(xì)胞膜損傷形式】▲膜結(jié)構(gòu)破壞膜脂質(zhì)過氧化膜不飽和性異常膜流動(dòng)性↓、通透性↑▲膜蛋白功能抑制受體失活、泵失靈信號(hào)傳遞障礙▲線粒體功能受損

ATP生成減少第22頁/共41頁第二十二頁，共42頁?！鯠NA損傷和染色體畸變胸腺嘧啶5，6-雙鍵

胸腺嘧啶自由基OH?（占80%活性氧）加成反應(yīng)堿基發(fā)生修飾、斷裂、交聯(lián)染色體畸變、斷裂■蛋白質(zhì)變性和酶活性降低【蛋白失活機(jī)制】▲破壞酶的活性中心－巰基▲破壞酶活性所必需的脂質(zhì)微環(huán)境▲酶之間形成多聚物▲攻擊酶活性中心部位的氨基酸▲激活磷脂酶A2PG、LT生成↑炎癥反應(yīng)加劇第23頁/共41頁第二十三頁，共42頁。

二、鈣超載（calciumoverload）

各種原因引起的細(xì)胞內(nèi)Ca2+含量異常增多并導(dǎo)致細(xì)胞結(jié)構(gòu)損傷和功能代謝障礙，嚴(yán)重者可造成細(xì)胞死亡的現(xiàn)象，稱為鈣超載(calciumoverload)。

2．Ca2+離開胞液的途徑Ca2+泵、Na+-Ca2+交換、Ca2+-H+交換。

（一）細(xì)胞內(nèi)Ca2+穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)

1．Ca2+進(jìn)入胞液途徑質(zhì)膜鈣通道電壓依賴性Ca2+通道受體操縱性Ca2+通道細(xì)胞內(nèi)鈣庫釋放通道第24頁/共41頁第二十四頁，共42頁。（二）鈣超載機(jī)制（calciumoverloadmechanism)1.細(xì)胞膜通透性增加（membranepermeabilityincrease）

■缺血胞膜外板與糖被分離胞膜通透性↑膜磷脂降解↑激活PLA2

胞內(nèi)[Ca2+]↑

微管和微絲收縮細(xì)胞膜通透性↑心肌間緊密連接破壞■再灌注Ca2+大量進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)

OFR↑

細(xì)胞膜脂質(zhì)過氧化↑細(xì)胞膜通透性↑Ca2+超載

第25頁/共41頁第二十五頁，共42頁。2.Na+-Ca2+交換異常（disorderofNa+/Ca2+exchange）■缺血胞內(nèi)pH↓■再灌注Na+-H+交換↑胞內(nèi)Na+↑Na+-Ca2+交換細(xì)胞外Ca2+內(nèi)流↑鈣超載

3．線粒體損傷（mitochondrialinjury）胞內(nèi)游離鈣↑

ROS↑

線粒體膜損傷ATP生成↓鈣泵活性第26頁/共41頁第二十六頁，共42頁。細(xì)胞內(nèi)鈣超載機(jī)制第27頁/共41頁第二十七頁，共42頁。4．兒茶酚胺增多（CAincrease）

G蛋白-磷脂酶C↑IP3↑肌漿網(wǎng)Ca2通道開放↑■CA↑α受體DG↑激活PKCNa+-H+交換、Na+-Ca2+交換↑鈣超載胞漿[Ca2+]↑β受體■CA↑L型鈣通道開放第28頁/共41頁第二十八頁，共42頁。5．心律失常4．肌原纖維攣縮和細(xì)胞骨架破壞2．激活鈣依賴性降解酶胞內(nèi)[Ca2+]↑PLA2激活膜磷脂水解和受損蛋白酶、核酸內(nèi)切酶激活心肌纖維損傷3．促進(jìn)氧自由基生成

XD損害組織細(xì)胞激活Ca2+依賴性蛋白酶

鈣超載環(huán)加氧酶、脂加氧酶XOOFR↑PLA2激活花生四烯酸↑H2O2和OH?↑（三）鈣超載引起細(xì)胞損傷的機(jī)制1．線粒體功能障礙心肌收縮性↓線粒體內(nèi)[Ca2+]

↑線粒體內(nèi)磷酸鈣沉積ATP↓第29頁/共41頁第二十九頁，共42頁。缺血-再灌注損傷導(dǎo)致細(xì)胞死亡機(jī)制第30頁/共41頁第三十頁，共42頁。三、白細(xì)胞的損傷作用（roleofneutrophils）1．細(xì)胞粘附分子（celladhesionmolecules）生成增多缺血-再灌注PMN表達(dá)P-選擇素↑與VEC受體呈間歇性結(jié)合不穩(wěn)定黏附再灌注WBC表達(dá)2-整合素↑與VEC(ICAM-1)牢固黏附2．趨化因子生成增多PMN與VEC黏附PMN激活釋放趨化因子(LTB4)↑再灌注LT、PGE2、PAF、補(bǔ)體↑

WBC聚集↑第31頁/共41頁第三十一頁，共42頁。■無復(fù)流現(xiàn)象（no-reflowphenomenon）解除缺血原因并沒使缺血區(qū)得到充分血流灌注的反?，F(xiàn)象。Theischemiaregioncouldnotbereperfusedsufficientlyafterrelievingtheocclusiontorecoverthebloodflow.Basicvasculartonicityisacontinualbalancebetweentheinfluencesofvasoconstrictorsandvasodilatators.Endotheliumandthesmoothmusculatureplayavitalpartinitscontrol.Theconservationofaqualifiedvasomotricityimprovespostischaemicrecoveryofanorgan.四、微循環(huán)障礙第32頁/共41頁第三十二頁，共42頁。1.增多、激活的中性粒細(xì)胞與血管內(nèi)皮細(xì)胞之間的相互作用改變了微血管內(nèi)血液流變學(xué)。2.激活的中性粒細(xì)胞與血管內(nèi)皮細(xì)胞之間的相互作用是造成微血管結(jié)構(gòu)損傷的決定因素。3.內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙導(dǎo)致的微血管收縮-舒張失調(diào)是微血管功能障礙的維持因素。第33頁/共41頁第三十三頁，共42頁。目前認(rèn)為缺血-再灌注損傷基本機(jī)制主要是自由基、細(xì)胞內(nèi)鈣超載、白細(xì)胞及微循環(huán)障礙的共同作用。自由基是各種損傷機(jī)制學(xué)說中重要的啟動(dòng)因素。細(xì)胞內(nèi)鈣超載是細(xì)胞不可逆性損傷的共同通路。白細(xì)胞與微循環(huán)障礙是缺血-再灌注損傷引起各臟器功能障礙的關(guān)鍵原因。第34頁/共41頁第三十四頁，共42頁。第三節(jié)主要器官缺血-再灌注損傷(一)心功能變化

心肌頓抑myocardialstunning

，又稱遲呆心肌指心肌短時(shí)間缺血后恢復(fù)再灌一段時(shí)間內(nèi)心肌出現(xiàn)的可逆性收縮功能降低的現(xiàn)象。自由基的作用和鈣超載是心肌頓抑的主要機(jī)制MIR除心功能低下外，還可發(fā)生微血管遲呆（microvascularstuning)一、心臟缺血-再灌注損傷

（ischemia-reperfusioninjuryinheart）第35頁/共41頁第三十五頁，共42頁。（二）心律失常是缺血-再灌注損傷導(dǎo)致死亡的主要原因

患者主要以室性心動(dòng)過速和心室顫動(dòng)為主?！霭l(fā)生機(jī)制（pathogenesis）▲ROS、鈣超載Em負(fù)值變小、電位震蕩、早期后除極等▲再灌注GA流失心肌細(xì)胞自律性↑▲心肌損傷、ATP↓KATP鉀通道激活心律失?！鲂碾妶D變化（changeofECG）▲缺血：ST段抬高，R波振幅增加?！俟嘧p傷：R波振幅迅速降低，ST段高度恢復(fù)到原水平，

Q波很快出現(xiàn)，由竇性心律轉(zhuǎn)變?yōu)樾氖翌潉?dòng)。第36頁/共41頁第三十六頁，共42頁。

比較心肌缺血損傷和再灌注損傷

心肌再灌注損傷的始動(dòng)環(huán)節(jié)是能量代謝障礙，而直接損傷因素是ROS，其結(jié)果導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)鈣超載，并形成惡性循環(huán)。第37頁/共41頁第三十七頁，共42頁。二、腦缺血-再灌注損傷

（ischemia-reperfusioninjurytobrain）■細(xì)胞內(nèi)酸中毒■鈣超載▲突觸前興奮性氨基▲激活磷脂酶A2膜磷脂降解和游離花生四烯酸↑▲激活蛋白酶微管解聚、DNA降解N元骨架破壞▲突出前膜與后膜的蛋白質(zhì)過度磷酸化N末梢去極化障礙（一）對(duì)代謝的影響■代謝障礙