病理生理学缺血再灌注损伤

Haber-Weiss反应
(without Fe3+)
_ O•2
+ H2O2
O2 + OH- + OH•
SLOW
Fenton型 Haber-Weiss反应
Fe3+ _ O•2 + H2O2
O2 + OH- + OH•
FAST
2. 脂性自由基(lipid free radical) 氧自由基 + 多价不饱和脂肪酸 L. (烷自由基) LO. (烷氧自由基) LOO. (烷过氧自由基)
细胞色素 氧化酶 功能抑制
氧单电子还原
细胞内氧分压 含Mn的SOD
氧自由基
98%
4e-+4H+
细胞色素氧化酶系统
_ • O O2 1%-2% 2
e-
NO
e-+H+ e-+2H+ e-+H+ OH• H2O H O 2 2 SOD H2O
ONOO-
4.儿茶酚胺自身氧化途径
缺血,缺氧 激活交感-肾上腺髓质系统 儿茶酚胺 单胺氧化酶 氧自由基
溶栓疗法等血管再通术后 • 体外循环下心脏外科手术 • 心脏停搏后的心、肺、脑复苏 • 其他: 如断肢再植，器官移植
冠脉搭桥 (CABG)
PTCA
影响因素 1、缺血时间的长短
过短——功能恢复
过长——坏死
缺血时间太长或太 短均不易发生IRI
大鼠在体缺血-再灌注
缺血 再灌注 时间 时间 （min） （min）
2 10
n
心率 异位 室速 室颤 死亡率 不齐 节律 (%) （%） （%） （%） （%）
0 0 0 0 0
10
5
10
21
80
38.1
47.6
47.6
25.8
10
10
10
60
40
30
40.0
10.0
15
10
11
9
9.0
9.0
0
0
2、侧支循环
容易形成侧支循环者，不易发
生再灌注损伤。
3、需氧程度
对氧需求高者，容易发生再灌注
3. 其他(others) Cl. ， CH3. ， NO等
1. 氧自由基
O2
以氧为中心的自由基称为氧自由基， 如超氧阴离子（
98%
_ • O O2 1%-2% 2 _ • O2
）、羟自由基（OH• ）。
细胞色素氧化酶系统
4e-+4H+
e-
e-+H+ e-+2H+ e-+H+ OH• H2O H O 2 2 SOD H2O
3. 氮中心自由基：NO、ONOOO2
L-精氨酸
NADPH
INOS
NADP+
L-胍氨酸 + NO
NO +
_ • O2
ONOONO2• + OH• + H+
ONOOH2O
活性氧（reactive oxygen species, ROS） 指化学性质活泼的含氧代谢物。
氧自由基
过氧化氢（H2O2） 脂质过氧化物 及其裂解产物
(+) 中性粒细胞 聚集,耗氧
中性粒细胞 的呼吸爆发 (respiratory burst)
_ NADH氧化酶 NADH • ++ H + O O 2 NADPH 2 NADPH氧化酶
氧经NADPH氧化酶 和NADH氧化酶催 化生成大量氧自 由基
2.中性粒细胞途径
3.线粒体途径
缺氧 ATP 线粒体Ca2+
2H2O + GSSG
活性氧（reactive oxygen species, ROS） 指化学性质活泼的含氧代谢物。
氧自由基
过氧化氢（H2O2） 脂质过氧化物 及其裂解产物
单线态氧（1O2）
（三）自由基生成增多的机制
1.黄嘌呤氧化酶途径 2.中性粒细胞途径 3.线粒体途径
4.儿茶酚胺自身氧化途径
心肌收缩力
钙调节异常
蛋白质-蛋 白质交联 蛋白质 断裂 二硫交联
-S-S-
脂质-蛋白 质交联
OH HO
OH HO
CH3-SO 氨基酸 氧化 脂肪酸氧化
脂质-脂质交联
从氧化的脂肪 酸释出的 丙二醛MDA
3.核酸及染色体破坏
80%由OH•所致
第三节 缺血－再灌注损伤的发生机制
自由基的作用 钙超载
白细胞的作用
缺血-再灌注损伤
(Ischemia-reperfusion injury)
患者：男，58岁，上午8时，起床后感到胸闷，30min后突感
心胸前区剧烈绞痛，9时入急诊病房。 体查：血压75/50mmHg，意识淡漠，心率65次/min，律齐。
心电图示Ⅲ度房室传导阻滞。
冠状动脉造影：右冠状动脉上段85%狭窄，中段78%狭窄。 入院治疗：立即给予阿托品、多巴胺、低分子右旋糖酐等进 行扩冠治疗。上午10时静脉点滴尿激酶。10.30分患者 出现阵发性心室颤动（室颤），立即给予除颤，到下 午13时反复发生室性心动过速、室颤，共计6次。到下 午16时，经给予利多卡因、小剂量异丙肾上腺素后心 律转为窦性，血压平稳，意识清楚。
单线态氧（1O2）
单线态氧 ( 1O2 )
单线态氧：是一种激发态氧，其氧分子两个外层
电子轨道中的电子发生反向自旋改变，使外层
轨道两个电子自旋方向相反，氧分子的反应能 力大大增加。这种氧分子在紫外光谱中呈现一
种单线，故称单线态氧。
(二)来自百度文库性氧的清除
Mn-SOD CuZn-SOD
抗氧化酶
SOD 过氧化氢酶（CAT） 过氧化物酶
谢障碍的现象称为钙超载（calcium overload）。
钙反常(calcium paradox): 1966年
Zimmerman和Hulsmann发现用无钙的 “生理盐水溶液” 灌流大鼠离体心脏， 短时间内即发生肌膜损伤，随后恢复
正常含钙的生理溶液，心脏发生更为
严重的结构和功能改变。
(一)细胞钙超载的机制
(2) 肌浆网膜及线粒体膜损伤
膜磷脂降解
膜脂质过氧化 线粒体ATP产生
(二)细胞内钙超载引起缺血－ 再灌注损伤的机制
1.促进氧自由基生成 (+) Ca2+ Ca2+依赖性蛋白酶 (XD→XO) 2.加重酸中毒
Ca
(+) 2+
激活某些ATP酶
细胞高能磷酸盐水解
释放大量 H+
加重细胞内酸中毒
3.破坏细胞（器）膜 (+) 2+ Ca 磷脂酶 膜磷脂分解
_ • O2
清除H2O2
_ CAT SOD • + +2H O2O + 2H2O H+ O + 2 2H 2O 22
O2
1O 还原 2 脂质自由基
_ • O2
非酶性抗氧化物
清除 1O2 ， 抑制脂质过氧化
维生素E 维生素A
协助维持维生素E 的活性状态
维生素C GSH GSHpx
H2O2 + 2GSH
迅速纠正缺血组织的酸中毒，
反而加重细胞损伤，称为pH反常。
氧反常(oxygen paradox)
低氧灌注/缺氧培养
复氧
损伤加重
钙反常(calcium paradox) 无钙液灌注 含钙液 心肌损伤加重
pH反常(pH paradox)
再灌注时纠酸
损伤加重
第三节 缺血－再灌注损伤的发生机制
自由基的作用 钙超载
ATP
1.黄嘌呤氧化酶途径
缺 血 期
ADP
AMP 黄嘌呤脱氢酶 XD（90%）
Ca2+依赖性蛋白水解酶
腺嘌呤核苷
次黄嘌呤核苷 次黄嘌呤
黄嘌呤氧化酶XO（10%） 黄嘌呤+ O2 尿酸+
_ O2• +H2O2
XO
_ O2• +H2O2
OH•
再
灌
注
期
缺血,缺氧 (+) 补体 趋化物 质 C3a，C5a 白三烯
1、Na+-Ca2+交换异常 （1）细胞内高Na+对Na+-Ca2+交换蛋白的直接激活 （2）细胞内高H+对Na+-Ca2+交换蛋白的间接激活 （3）蛋白激酶C（PKC）活化对Na+-Ca2+交换蛋白的 间接激活 2、生物膜损伤 （1）细胞膜损伤 （2）肌浆网膜损伤 （3）线粒体膜损伤
3.儿茶酚胺增加
血心肌的损伤反而加重 结构崩解、收缩带形成和线粒体内磷酸钙
颗粒形成
• 1967年，Bulkley和Hutchins发现冠脉搭 桥血管再通后的病人发生心肌细胞反常 性坏死
• 1968年，Ames率先报道脑缺血-再灌注损
伤
以后陆续有其它器官缺血-再灌注损伤报道：
• 1972年,Flore研究肾缺血-再灌注损伤
损伤，如心、脑等。
低压、低温、低pH、低钠
4、再灌注的条件
缺血-再灌注损伤的现象
钙反常 氧反常 pH反常
（oxygen paradox） （pH paradox） （calcium paradox）
提示:氧、钙和pH可能参与缺血-再灌注损伤的
发生和发展
钙反常(calcium paradox): 以无钙溶液
灌流离体大鼠心脏2min后再以含钙溶液
灌注时，心肌电信号异常、心脏功能、
代谢和形态结构发生异常变化，这种
现象称为钙反常。
氧反常(oxygen paradox):预先用低
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，称为氧反常。
pH反常(pH paradox):再灌注时
再灌注组织间隙H+↓(+)Na+-H+ 酸中毒 交换 细胞内H+仍高
⑶ PKC活化对Na+-Ca2+交换蛋白的间接激活
2.生物膜损伤致细胞内钙超载 (1) 细胞膜损伤 无钙液 膜外板与糖被膜分离 (+) 2+ 磷脂酶 膜磷脂降解 Ca 自由基 膜脂质过氧化 肌浆网Ca2+摄取↓ 钙泵能量不足
膜通透性
结合于质膜 糖被的Ca2+
VOC Ca2+ ROC [Ca2+]e：10-3M
Ca2+
IP3受体通道 Ca2+泵
Ca2+泵
肌浆网
线粒体 [Ca2+]i：10-7M
Na+
Ca2+
Na+-Ca2+ 交换蛋白
细胞内Ca2+的稳态调节
二、细胞钙超载引起再灌注损伤
各种原因引起的细胞内钙含量异 常增多并导致细胞结构损伤和功能代
白细胞的作用
一、自由基的损伤作用
自由基(free radical)是指在 外层电子轨道含有单个不配对电子 的原子、原子团或分子。
化学性质活泼 氧化性强 半衰期短
O2
(一)自由基的种类
1. 氧自由基 (oxygen free radical，OFR)
2. 脂性自由基 (lipid free radical)
• 1978年,Modry报道了肺再灌注综合征
• 1981年，Greenberg等证实猫小肠缺血3小时后再 灌注时，粘膜损伤更严重
以上说明再灌注损伤几乎可在每一种组织器官发生
第二节 缺血-再灌注损伤发生的 原因和条件
缺血-再灌注损伤原因
• 组织器官缺血后血流恢复: 如休克治疗
• 一些新的医疗技术: 冠脉搭桥、PTCA、
3.线粒体膜损伤
2.肌浆网膜损伤
H+ 2.细胞内高H+ Na+
1.细胞膜损伤
1.细胞内高Na+
1、Na2+-Ca2+交换异常
⑴ 细胞内Na+↑对Na+-Ca2+交换蛋白的直接激活 ⑵ 细胞内H+↑对Na2+-Ca2+交换蛋白的间接激活
ATP 缺血
钠泵活性 胞内钙↑
[Na+]i (+) Na+-Ca2+蛋白
花生四烯酸、溶血磷脂 4.线粒体功能障碍 线粒体 摄Ca2+
膜受损
消耗ATP 磷酸钙
抑制氧化 磷酸化
ATP
5.激活其它酶的活性 激活蛋白酶 → 细胞膜和结构蛋白的分解 激活核酶 → 染色体损伤
第三节 缺血－再灌注损伤的发生机制
自由基的作用 钙超载
白细胞的作用
三、白细胞的作用
(一)再灌注时白细胞聚集的机制 1.细胞粘附分子生成增多
(四)自由基的损伤作用
1.膜脂质过氧化作用增强
(1) 破坏膜的正常结构 脂质 膜不饱和 过氧化 脂肪酸 不饱和脂肪酸/ 蛋白质比例失调
膜通透性 膜液态性 流动性 Ca2+内流
-S-S-
OH HO
OH HO
CH3-SO 脂肪酸氧化
脂质-脂质交联
从氧化的脂肪 酸释出的 丙 二醛MDA
(2) 间接抑制膜蛋白功能 (-) 脂质之间交联 钙泵、钠泵 Na2+/Ca2+交换蛋白 胞内Na2+、Ca2+ 钙超载、细胞肿胀
本章内容
• 概述 • 缺血-再灌注损伤的原因和条件 • 缺血-再灌注损伤的发生机制** • 缺血-再灌注损伤时机体的功能、代谢变化 • 缺血-再灌注损伤防治的病理生理基础
第一节
概 述
(Introduction)
第一节
概 念
概 述
在缺血的基础上恢复血流后， 组织损伤反而加重,甚至发生不可逆 损伤的现象称为缺血-再灌注损伤
(3) 促进自由基及其它生物活性物质生成
膜脂质(+) 磷脂酶C 过氧化 磷脂酶D
膜磷脂分解
花生四烯酸 脂氧合酶 环氧合酶
过氧化物
OH. 前列腺素内过氧化物
自由基 TXA2 PG
白三烯
(4) 减少ATP生成
2.蛋白质功能抑制
蛋白质变性
蛋白质(酶)交联 例： 肌纤维蛋白对Ca2+反应性 肌浆网钙转运蛋白受损
(ischemia-reperfusion injury, IRI)。
历 史
认识就从这简单的现象开始
• 1955年，Sewell结扎狗冠状动脉后，如 突然解除结扎，恢复血流，动物室颤而 死亡。
• 1966 年， Jennings 第一次提出心肌再灌注
损伤的概念，证实再灌注会引起心肌超微 结构不可逆坏死，包括爆发性水肿、组织 在心肌缺血恢复血流后，缺