第10章：缺血-再灌注损伤

缺血-再灌注损伤Ischemia-reperfusioninjury缺血-再灌注损伤Ischemia-reperfusioninjury第一节概述一、概念缺血的基础上恢复血流后，组织器官的损伤反而加重的现象称为缺血-再灌注损伤ischemiareperfusioninjury（IRI）。IRI研究概况：1955年Sewell报道，结扎狗冠脉后，如突然解除结扎恢复血流，部分动物立即发生室颤而死亡。1960年Jennings第一次提出了MIR概念1968年Ames率先报道了脑IRI1972年Flore肾IRI1978年Modry肺IRI1981年Greenberg肠IRI氧反常：用低氧溶液灌注组织器官或在缺氧条件下培养细胞一定时间后，再恢复正常氧供应，组织及细胞的损伤不仅未能恢复，反而更趋严重，这种现象称为氧反常oxygenparadox。钙反常：预先用无钙溶液灌流大鼠离体心脏2分钟，再用含钙溶液进行灌流，心肌细胞酶释放增加，肌纤维过度收缩及心肌电信号异常，称为钙反常calciumparadox。pH反常：缺血引起的代谢性酸中毒是细胞功能及代谢紊乱的重要原因，但在再灌注时迅速纠正缺血组织的酸中毒，反而会加重缺血/再灌注损伤，称为pH反常pHparadox。二缺血-再灌注损伤的原因和条件（一）原因———在组织器官缺血基础上的血液再灌注。1、组织器官缺血后恢复血液供应：如休克，冠状动脉痉孪的缓解，2、血管再通术后：冠脉搭桥术，PTCA，溶栓疗法等,3、其他：断肢再植，器官移植.（二）影响因素1缺血时间2侧枝循环3需氧程度4再灌注条件第二节发生机制一、自由基的作用（一）概念与分类自由基（freeradical）——外层轨道上具有单个不配对电子的原子、原子团和分子的总称。分类（1）氧自由基(oxygenfreeradicalOFR)概念：由氧诱发的自由基。种类：超氧阴离子（O·-2）羟自由基（OH·）生成：O·-2形成：⑴自然氧化如CytC、Hb、Mb、CA等在自然氧化过程中可生成O·-2HbFe2+HbFe3++O·-2⑵酶氧化XO、NADPH氧化酶、醛氧化酶⑶线粒体O·-2生成的主要场所之一正常:O2+4e+4H+→H2O+ATP病理:O2+e→O·-2+e+2H+→H202+e+H+→OH·+e+H+→H20⑷毒物作用CCL4、白草枯（除草剂）O·-2的生成是其他自由基或活性氧生成的基础H20OH·的生成O·-2+O·-2+2H+H2O2+O2单纯性Haber-Weiss反应：反应很慢，很难产生O·-2+H2O2OH·+OH·+O2Fenton型Haber-Weiss反应：O·-2H2O2OH·+OH-OH·是活性氧中毒性最强的一种SODSODFe2+Fe3+•活性氧（reactiveoxygenspecies,ROS）：氧化还原过程中产生的具有高活性的一系列中间产物。（OFR、1O2和H2O2）•单线态氧1O2：是一种激发态氧（在光敏剂存在下作用于O2激发而产生），反应活性较强，参与许多化学反应，可由O·-2自发歧化产生，也可在髓过氧化物酶（MPO）作用下，由H2O2氧化卤化物产生。可分为两种：1gO2和1ΔgO2O21ΔgO2O·-21gO2几种氧气的最高占有分子轨道Ⅱ*2pⅡ2p（2）脂性自由基概念：OFR与不饱和脂肪酸作用后生成的中间产物。种类：烷自由基（L·）烷氧基（LO·）烷过氧基（LOO·）（3）其它：一氧化氮（NO）、CL·、CH3·生理情况下，自由基的生成与清除处于动态平衡如果ROS生成过多或机体抗氧化能力不足，均可造成组织细胞损伤。（二）缺血—再灌注时OFR增多的机制1黄嘌呤氧化酶形成↑2中性粒细胞呼吸爆发3线粒体的损伤4儿茶酚胺的自身氧化1黄嘌呤氧化酶（XO）的形成增多XO的作用：次黄嘌呤+O2XO黄嘌呤+O·-2+H2O2↓XO尿酸+O·-2+H2O2氧自由基的生成需要三个条件：XO次黄嘌呤O2OH·正常时：VEC内黄嘌呤氧化酶(xanthineoxidase,XO)10%黄嘌呤脱氢酶(xanthinedehydrogenase,XD)90%缺血时：ATP↓→Ca2+入胞↑→↓ATP→ADP→AMP→腺苷、肌苷→次黄嘌呤再灌注时：带来O2次黄嘌呤+O2→黄嘌呤+O·-2+H2O2↓XO尿酸+O·-2+H2O2XDXOXOO22中性粒细胞的作用缺血时:补体激活或细胞释放炎症介质如LTB4→白细胞在缺血区浸润。再灌时：浸润的白细胞耗氧量显著↑：NADPH+2O22O·-2+NADP++H+NADH+O2+2H+H2O2+NAD+NADPH氧化酶NADH氧化酶3线粒体功能障碍缺血后ATP的产生↓→Ca2+进入线粒体→细胞色素氧化酶的功能失调→O2+4e→H2O+ATPO2+e→O·-2+e→H202+e→OH·+e→H20+O2+e→O·-2Ca2+进入线粒体使Mn-SOD减少清除OFR的能力↓4儿茶酚胺的增加肾上腺素肾上腺素红+O·-2单胺氧化酶（三）OFR的损伤作用1、生物膜脂质过氧化（lipidperoxidation)增强（1）破坏膜的正常结构及功能液态性、流动性、通透性（2）间接抑制膜蛋白功能离子泵功能障碍细胞信号转导功能障碍（3）促进OFR及其它生物活性物生成激活磷脂酶C、D（4）减少ATP生成2、蛋白质功能抑制（1）自由基使蛋白质和酶分子聚合、交联、肽链断裂蛋白质变性、酶的活性丧失受体、离子通道功能障碍（2）自由基可使酶的巯基氧化，AA残基氧化3、破坏核酸及染色体自由基可使碱基羟化或DNA断裂，从而引起染色体畸变或细胞死亡，这种作用80%为OH.所致，因OH.易与脱氧核酸及碱基反应并使其结构改变。·4.破坏细胞间基质自由基可使透明质酸降解、胶原蛋白发生交联细胞间基质变得疏松二、钙超载（calciumoverload）各种原因引起细胞内钙含量异常增多并导致细胞结构损伤和功能代谢障碍的现象。正常:细胞外[Ca2+]10-3mol/L细胞内[Ca2+]10-7mol/L细胞外[Ca2+]是细胞内[Ca2+]10000倍依赖ATP的钙泵钠钾泵Na+-Ca2+交换系统肌浆网（SR）钙结合蛋白（CaBP)线粒体摄取细胞膜细胞内维持因素MitoSRCa2+Ca2+ATPPi+ADPCa2+Ca2+B细胞内钙代谢示意图电压依赖性钙通道结合于质膜糖被的钙膜磷脂的极性头部钙泵Na+-Ca2+交换体钙超载发生的机制1Na+-Ca2+交换异常（钙超载时进入细胞的主要途径）正常：3个Na+1个Ca2+可进行双相转运影响因素：（1）跨膜钠浓度梯度（2）细胞内的氢浓度此外还有Ca2+,ATPMg2+Ca2+3Na+K+Na+机制:（1）细胞内高Na+直接激活Na+-Ca2+交换蛋白缺血→ATP↓→Na+泵↓→细胞内Na+↑→激活Na+-Ca2+交换蛋白→Ca2+进入细胞K+Na+3Na+Ca2+ATP↓Na+↑Ca2+↑(2)细胞内高H+间接激活Na+-Ca2+交换蛋白质膜Na+/H+交换蛋白主要受细胞内[H+]的变化调节[Na+]o[H+]o[Na+]i[H+]i缺血时：无氧代谢↑→产生H+增多再灌时：组织间液H+迅速减少→细胞内外较高的H+浓度差→激活Na+/H+交换蛋白→细胞内[Na+]↑激活钠泵激活Na+-Ca2+交换蛋白＞Na+H+3Na+Ca2+Na+K+H+Na+再灌时H+↓H+↑Na+↑Ca2+↑缺血时H+↑（3）PKC间接激活Na+-Ca2+交换蛋白如α1肾上腺素能受体激活G蛋白-PLC→H+/Na+交换激活2.生物膜损伤（1）细胞膜损伤→钙内流↑膜屏障作用↓Ca2+激活磷脂酶，使膜磷脂分解FR使细胞膜脂质过氧化（2）线粒体受损→ATP↓（3）肌浆网膜受损→摄取钙↓通透性增加钙超载引起组织细胞损伤的机制1.线粒体功能障碍胞浆[Ca2+]↑线粒体摄钙↑早期：代偿晚期：磷酸钙形成ATP消耗↑、生成↓2.激活膜磷脂酶分解膜磷脂细胞膜和细胞器膜的损伤3.再灌注性心律失常一过性内向离子流3Na+Ca2+迟后除极4.促进氧自由基生成激活XO5.使肌原纤维过度收缩(1)胞浆内高Ca2+(2)再灌注期消除了H+对心肌收缩的抑制作用三、微血管损伤和白细胞的作用（一）缺血-再灌注时VEC与白细胞激活VEC激活表现为:释放多种细胞粘附分子粘附分子（adhesionmolecule）是指由细胞合成的、可促进细胞与细胞之间、细胞与细胞外基质之间粘附的一大类分子的总称，如整合素、选择素、细胞间粘附分子、血管细胞粘附分子及血小板内皮细胞粘附分子等。在维持细胞结构完整和细胞信号转导中起重要作用。白细胞组织浸润的机制趋化（PAF、LTs）粘附初始粘附牢固粘附定位释放组织持续的缺血缺氧CAMs上调（二）VEC与中性粒细胞介导的缺血-再灌注损伤1.微血管损伤表现：无复流现象（no-reflowphenomenon）：在再灌注时放开结扎动脉，重新恢复血流，部分缺血区并不能得到充分的血液灌流的现象。机制：（1）微血管血液流变学改变：白细胞粘附（2）微血管口径改变：内皮肿胀；缩血管物质的释放（3）微血管通透性增高2.组织细胞损伤激活的VEC和N可释放大量生物活性物质如FR、蛋白酶、细胞因子第三节机体的功能及代谢变化一、心肌缺血-再灌注损伤的变化（一）心功能变化1.再灌注性心律失常特点：室性心律失常为主电生理改变：EP↓兴奋性、传导性↓ECG改变：缺血心肌对应部位ST段抬高，R波振幅↑再灌使R波振幅迅速↓，ST段高度恢复原水平，Q波出现心律失常影响因素：缺血时间缺血心肌的数量缺血的程度再灌注血流速度及电解质紊乱情况发生机制：缺血心肌与正常心肌之间传导性和不应期差异，易形成兴奋折返α-R对CA反应性↑、自律性↑、室颤阈↓KATP激活，心肌电解质紊乱2.心肌舒缩功能↓：CO↓，LVEDP↑±dp/dtmax↓心肌顿抑myocardialstunning，又称迟呆心肌指心肌短时间缺血后恢复再灌一段时间内心肌出现的可逆性收缩功能降低的现象。自由基的作用和钙超载是心肌顿抑的主要机制MIR除心功能低下外，还可发生微血管迟呆（microvascularstnning)（二）心肌代谢变化：ATP及CP减少,核苷酸类物质下降.（三）心肌超微结构变化肌纤维孪缩,严重时有收缩带形成,肌丝断裂,溶解;线粒体损伤(空泡形成,嵴肿胀,断裂,溶解等.)二、脑缺血-再灌注损伤的变化（一）能量代谢障碍1.ATPCPG糖原↓乳酸↑2.cAMP↑cGMP↓磷脂酶激活游离脂肪酸增加.⒊氨基酸代谢有明显变化：兴奋性↓抑制性↑（二）脑结构变化脑水肿,脑细胞坏死.脂质过氧化↑第四节防治原则1尽早恢复血流、控制再灌注条件低压、低流、低温、低PH、低钠、低钙2改善缺血组织的代谢补充糖酵解底物：葡萄糖、ATP氢醌、CytC3清除自由基（1）低分子清除剂:VitEVitAVitC半胱氨酸GSH和NADPH等。（2）酶性清除剂：SODCAT。CAT能清除H2O2，SOD能岐化O·-2。4减轻钙超载Ca2+离子阻断剂5其他内外源性细胞保护剂IPC、药物预处理等复习思考题名词解释：缺血-再灌注损伤、钙反常、OxygenparadoxpH反常、Freeradical、活性氧、粘附分子心肌顿抑、钙超载、no-reflowphenomenon再灌注性心律失常1.缺血再灌注时氧自由基生成增多的机制是什么？2.简述自由基的损伤作用。3.论述缺血-再灌注损伤细胞内Ca2+超载的机制？4.灌注损伤时氧自由基的增多与钙超载的关系如何？