缺血-再灌注损伤的发病机制

谷胱甘肽氧化酶
ROH + H2O
GSH
GSSG
谷胱甘肽还原酶
NADP+
NADPH + H+
问题：
• 氧自由基？活性氧？
• 超氧物岐化酶,过氧 化氢酶,谷胱甘肽氧 化酶催化何种反应?
活性氧与缺血-再灌注损伤 ROS & I/R Injury
1. 黄嘌呤氧化酶（Xanthine Oxidase）
2. 中性粒细胞（Neutrophils） 3. 线粒体（Mitochondria）
Coronary occlusion
Reperfusion
Endothelial damage Tissue edema Platelet/fibrin Oxygen free radical Leukocytes Tissue contracture
问题：
无复流现象 及机制?
心肌顿抑（Myocardial Stunning）
缺血-再灌注损伤的发病机制
概念(Concept)
氧反常（oxygen paradox）：用低氧或无 氧液灌注后再恢复正常氧供应器官的损伤不见 恢复反而更趋严重。
pH反常（pH paradox）：器官在再灌注时 pH从酸性恢复到正常时细胞损伤加重的现象。
钙反常（calcium paradox）：器官在无钙 溶液灌流后恢复正常含钙溶液灌流导致的细胞 外钙离子大量内流而引起细胞损伤加重的现象。
肺在缺血-再灌注损伤过程中的变化 特点(I/R Injury of the Lungs)
• 肺是全身静脉血液回流的滤器。创伤和 休克复苏时常导致代谢产物、炎症细胞 及炎症介质等从缺血周围组织流出滞留 于肺，产生大量ROS等毒性物质，造成 肺损伤。
• 肺I/R损伤主要表现为肺水肿和肺出血
缺血-再灌注损伤防治的原则 Principles of the Treatment
心肌并未因缺血发生不 可逆性损伤，但在再灌注血 流已恢复或基本恢复正常后 的一定时间内心肌出现的可 逆性收缩功能降低的现象。
心肌顿抑的发生机制 Mechanisms of Myocardial Stunning
可逆性I/R损伤
OH.
脂质过氧化，蛋白质及酶失活
肌浆网钙 转运蛋白
胞内Na+超载
Na+/Ca2+交换
无复流现象 (No-Reflow Phenomenon)
解除缺血原因后缺血组织得不到 充分血液灌流。
• 受损血管内皮细胞肿胀 • 血小板及纤维蛋白栓塞 • 中性粒细胞与内皮细胞黏附,嵌顿,堵塞毛细
血管 • ROS 中性粒细胞黏附,微血管通透性增高，
组织水肿 • 缺血组织收缩，微血管被挤压
Genesis of No-Flow Phenomenon
of I/R Injury)
• 尽量缩短缺血时间 • 控制再灌注条件(低压低流灌流可避免再灌
注时因氧和液体量的供应突然增加而引起 大量ROS生成及组织水肿；低温可降低减少 代谢产物聚积；低pH可抑制磷脂酶和蛋白 酶对细胞的分解，减轻Na+/H+交换的过度激 活；低钙可减轻钙超载所致的细胞损伤)。
缺血-再灌注损伤防治的原则 Principles of the Treatment
活性氧（Reactive Oxygen Species, ROS): 超氧阴离子,羟自由基,单线态氧 (singlet oxygen, 1O2),过氧化氢(hydrogen peroxide, H2O2）.
脂性自由基（Lipid Free Radicals）
脂性自由基:氧自由基与不饱和脂肪酸作 用后生成的中间代谢产物.
rotenone
antimycin A
NADH(Site I)
Succinate
(Site II)
TTFA Ubiquinol
Ubiquinone
泛醌
Ubisemiquinone
.
._
O2
H2O2
hypoxia
二氢泛醌
泛半醌
O2
myxothiazol
Cytochrome normoxia
Fe-S c1 Cyt c Oxidase H2O
黄嘌呤氧化酶与缺血-再灌注损伤 Xanthine Oxidase & I/R Injury
ATP 黄嘌呤脱氢酶
allopurinol
AMP
蛋白酶
黄嘌呤氧化酶 次黄嘌呤
-
黄嘌呤 + O2.-
OH . H2O2
O2
黄嘌呤氧化酶理论的一些注意点 Some Issues Related to the Xanthine Oxidase Hypothesis
烷自由基（L·） 烷氧自由基（LO·） 烷过氧自由基（LOO·）
其它: 如氯自由基(Cl·),甲基自由基
(CH3·),一氧化氮(NO),过氧亚硝基(OONO-)
抗氧化物酶 (Antioxidant Enzymes)
O2._ 超氧物岐化酶
H2O2
过氧化氢酶 Fe2+
H2O .
OH
H2O2
H2O
ROOH
干扰氧化磷酸化过程，使ATP生成减少
4. 核酸内切酶
核染色质受损
问题：
钙超载发生 的Na+/Ca2+ 交换机制?
血管内皮细胞和中性粒细胞间的相互作用 Interaction between Endothelial Cells and Neutrophils
再灌注时: • 趋化因子(chemokines)生成增多: 膜磷脂
of I/R Injury)
• 清除氧自由基 • 补充能量 • 中性粒细胞抑制剂 • 腺苷可通过①解除微血管痉挛；②抑制
贮Ca2+
钙超载引起缺血再灌注损伤的机制 Mechanism of I/R Injury Induced
by Calcium Overload
1. 激活Ca2+依赖性的磷脂酶 膜受损
膜磷脂分解,
2. 激活Ca2+依赖性的蛋白酶，①加速XD转化为XO， 促进ROS生成; ②膜受损
3. 大量Ca2+在线粒体内以磷酸钙的形式沉积，
脑在缺血-再灌注损伤过程中的变化 特点(I/R Injury of the Brain)
• 脑对缺氧最敏感，其活动主要靠有氧氧化 提供能量，缺血时间长可引起不可逆性损 伤。
• 脑是一个富含磷脂的器官，脂质过氧化是 脑I/R损伤的主要原因。
• 脑最明显的组织学变化是脑水肿及脑细胞 坏死。脂质过氧化是脑水肿的主要原因。
缺血-再灌注损伤时机体的功能变化 Functional Changes in I/R Injury
一些其它器官在缺血-再 灌注损伤过程中的变化特点： 心脏,脑，肺，胃肠道。
缺血-再灌注对心脏的损伤
Functional Changes of the Heart in I/R Injury
• 无复流现象 • 心肌顿抑 • 再灌注性心律失常 • 心肌坏死
分解 LTs,PGs,PAF,补体,激肽.
• 内皮细胞与中性粒细胞细胞黏附分子生成 增多: 如选择素（selectin）如整合素 （integrin)等.
• 中性粒细胞滚动,黏附,进入缺血组织。 • 释放ROS.
Mechanisms Mediating Increased LeukocyteEndothelial Adhesion
膜通透性 线粒体 收缩蛋白
离子泵活性 损伤
损伤
钙超载
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ATP 钙敏感性
心肌收缩功能
再灌注性心律失常
Reperfusion Arrhythmias
• 缺血心肌和正常心肌之间因传导性和不应 期存在差异，可导致兴奋折返的发生
• 增多的儿茶酚胺作用于α受体，使得心肌 自律性增高、纤颤阈值降低
• 活性氧和钙超载导致心肌细胞损伤、ATP 生成减少、ATP敏感性钾通道激活等改变 心肌电生理特性
问题：
缺血-再灌注损 伤？
氧反常,钙反常, 和pH反常？
缺血-再灌注损伤的发生机制 Mechanisms of I/R Injury
• 自由基的损伤作用（Injury by Free Radicals）
• 钙超载（Calcium Overload） • 血管内皮细胞和中性粒细胞间的相互作用
（Interaction between endothelial cells and neutrophils）
• 动物种类，器官，组织分布差异（主要存在于 肝和肠道。在人，猪和兔的心含量很低）。
• 黄嘌呤脱氢酶转为氧化酶的量及时间不能解释 一些器官的I/R发生。
• 黄嘌呤在黄嘌呤氧化酶作用下生成尿酸。尿酸 为ROS,RNS清除剂。
• 缺氧条件下黄嘌呤氧化酶可还原硝酸盐，亚硝
酸盐为一氧化氮。一氧化氮可减轻I/R损伤。
线粒体与缺血-再灌注损伤 Mitochondria & I/R Injury
• I/R增加ROS释放，抑制线粒体源的ROS生 成可降低I/R损伤。
• I/R降低线粒体超氧物岐化酶活性，含量， 及mRNA。
• 升高线粒体内ROS清除剂含量可降低I/R损 伤。
Cellular Sources of Free Radicals
氧自由基损伤发生机制 Mechanism Underlying the Injury Caused by Oxygen Free Radicals
1. 膜脂质过氧化 膜结构破坏,膜蛋 白质功能抑制,ATP生成减少
2. 蛋白质分子肽链断裂,酶的巯基氧化, 蛋白及某些酶相互交联、聚合 蛋 白质变性和酶活性降低
问题：
心肌顿抑的定义 及发生机制？
胃肠道在缺血-再灌注损伤过程中的 变化特点(I/R Injury of Gastrointestinal Tract)
• 小肠血管内皮细胞中的黄嘌呤脱氢酶和 黄嘌呤氧化酶活性为各脏器中最高，再 灌注时易于产生大量ROS。
• 严重的肠I/R损伤的特征为广泛的肠上皮 坏死，固有层破损、出血及溃疡，造成 广泛的肠吸收功能障碍，肠黏膜通透性 增高，大量细菌、内毒素等入血，造成 菌血症或内毒素血症。
自由基（Free Radicals)
指在外层电子轨道含有一 个或多个不配对电子的原子、原 子团或分子。为表达不配对电子， 常常在其分子式后方或上方加一 个点（如R·）。
氧自由基（Oxygen Free Radicals）
氧自由基: 由氧衍生的自由基. 超氧阴离子（superoxide anion, O2-·） 羟自由基（hydroxyl radical, OH·）
3. DNA断裂和染色体畸变
4. 诱导炎症介质产生
问题：
氧自由基损伤 发生的机制?
钙超载的发生机制:激活Na+/Ca2+交换 Mechanism of Calcium Overload: Activation of Na+/Ca2+ Exchanger
缺血 缺氧
无氧 酵解
ATP
H+
H+/Na+ 交换
钠泵
胞内 Na+
钙超载 Ca2+内流
Na+/Ca2+ 交换
钙超载的发生机制: 生物膜损伤
Mechanism of Calcium Overload: Membrane Injury
细胞膜:
缺血 Ca2+通透性 Ca2+内流
缺氧 钙泵
排Ca2+
钙
肌浆网:
超
缺血 Ca2+通透性 Ca2+释出
载
缺氧 钙泵
Plasma membrane: lipoxygenases, cyclooxygenases, NADPH oxidase Mitochondria: electron transport system Cytosol: xanthine oxidase, hemoglobin, catecholamines, riboflavin, Transition metals (Fe2+/3+, Cu1+/2+) Peroxisome: oxidases, flavoproteins Endoplasmic reticulum: mixed-function oxidase cytochromes P-450 and b5
缺血-再灌注损伤发生的条件 Conditions Predisposing to Ischemia-Reperfusion (I/R) Injury
• 缺血时间的长短
• 再灌注时灌流液的条件（灌注液的 成分，灌流温度，压力等)
• 组织器官缺血前的功能状态（缺氧 耐受性，侧枝循环，高胆固醇血症， 糖尿病，高血压）
中性粒细胞与缺血-再灌注损伤 Neutrophils & I/R Injury
呼吸爆发（respiratory burst）或氧爆发（oxygen burst）：中性粒细胞在吞噬活动时耗氧量明显增加 的现象。
线粒体与活性氧 Mitochondria & ROS
线粒体与活性氧 Mitochondria & ROS