病理生理学 IRI

缺血-再灌注损伤 （Ischemia-reperfusion injury) 病理生理学教研室 所需学时： 所需学时：4 4个学时 个学时 监督电话： 监督电话：3029945 3029945 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。 简史 l１９６０年，Jennings第一次 提出心肌再灌注损伤的概念 在心肌缺血恢复血流后 缺血心肌的损伤反而加重 一个新的医学问题逐渐给人们认识 缺血后恢复血流灌注反而加重组 织、器官的功能障碍和结构损伤的现 象，称为“缺血－再灌注损伤”。 概念 概念 ischemia-reperfusion injury 第一节 第一节 缺血再灌注损伤的 缺血再灌注损伤的 原因与条件（影响因素） 原因与条件（影响因素） 原因 先缺血，后复灌 l缺血时间和程度 l需氧程度 l侧支循环 l组织缺血前的状态 l再灌注条件 影响因素 缺血时间 缺血时间对大鼠再灌注心律失常的 对大鼠再灌注心律失常的影响 影响 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 发生率（%） 5min 10min 30min 缺血时间（min) 室性心律失常 室性心动过速 心室纤颤 第二节 第二节 缺血再灌注损伤的 缺血再灌注损伤的 发生机制 发生机制 活性氧的作用 活性氧的作用 钙超载 钙超载 白细胞的作用 白细胞的作用 高能磷酸化合物生成障碍 高能磷酸化合物生成障碍 活性氧（reactive Oxygen） 化学性质较基态氧活泼的含氧代谢产物。 包括：氧自由基  H 2 O 2  单线态氧  NO  脂质过氧化物（LOOH） 脂氧自由基（LO∙） 脂过氧自由基（LOO∙） 概念 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。 自由基（free radical ） “游离基” 分类一 氧自由基：以氧为中心的自由基。 主要包括： OH· O · - 2 （超氧阴离子） （羟自由基） O · · · · · · O * * * * * * O · · · · · · O * * * * * * O 2 +4e - +4H + =2H 2 O O 2 +e - +2H + =H 2 O 2 H 2 O 2 +e - +H + =H 2 O+OH 2% 2% 机体正常氧代谢 机体正常氧代谢 98% 98% O 2 +e - =O 2 ·  · H 2 O 2 OH· OH· + +H 2 O 2 O 2 +OH· OH - + O · - 2 Fe 2+ 或Cu 2+ 1、Fenton反应 均裂 2、 H 2 O 2 分类二 高能量激发态氧 氧分子外层轨道中的两个电子其中一个 发生反向自旋改变,这种分子称为单线态氧。 （singlet Oxygen） 单线态氧 1 O 2 分类三 由一氧化氮合酶（NOS）催化L-精氨酸产生 一氧化氮 NO 分类四 O · · · · · · N * * * * * * * 双重作用 eNOS iNOS 扩张血管 生成OH∙ 线粒体氧化磷酸化障碍 抗氧化 免疫调节 酶活性调节 信号传递 松弛平滑肌 脂性自由基：氧自由基与多价不饱和脂 肪酸作用后生成的中间代 谢产物。 脂自由基（L ） 脂氧自由基（LO ） 脂过氧自由基（LOO ） · · · 分类五 氧自由基的清除 （1）低分子清除剂 一些低分子的化合物 VitE、VitA、VitC、还原性谷光甘肽等 可以给出电子使自由基还原 （2）酶性清除剂 过氧化氢酶(CAT) 谷光甘肽过氧化物酶 超氧化物歧化酶 MnSOD CuZnSOD 缺血 缺血 - - 再灌注时氧自由基 再灌注时氧自由基 生成增多的机制 生成增多的机制 Ca 2+ 进入线粒体­ 氧经单电子还原↑ 线粒体功能障碍 1 ATP O · - 2 缺氧 SOD ¯ 抗氧化酶类清除能力下降 2 缺 血 期 再 灌 注 期 O O 2 2 黄嘌呤氧化酶途径 3 ATP ADP AMP 钙泵失灵 胞内[Ca 2+ ] # ATP 次黄嘌呤 黄嘌呤＋O 2 ＋H 2 O ˙ ˙ XO 尿酸＋O 2 ＋H 2 O ˙ ˙ Ca 2+ 依赖蛋白酶 XD XO OH· 肾上腺素 甲基转移酶 单胺氧化酶 香草扁桃酸（正常代谢） 肾排出 应激 肾上腺素红 儿茶酚胺自身氧化 O · - 2 活性氧在缺血 活性氧在缺血 - - 再灌注 再灌注 损伤中的作用 损伤中的作用 Oxidative attack Oxidative attack Ø 膜脂质微环境改变 Ø 间接抑制膜蛋白功能 Ø 线粒体膜 ：ATP生成障碍 Ø 脂质信号分子生成异常 膜脂质过氧化  (lipid peroxidation)  蛋白质失活 蛋白质断裂 蛋白质­蛋白质交联  ­S­S­  CH 3 ­S­  脂质­脂质交联 O  二硫交联 脂质­蛋白 质交联 氨基酸氧化  OH HO  脂肪酸氧化  OH  HO  从氧化的脂 肪酸释出的 丙二醛MDA 2、线粒体DNA损伤 DNA损伤 1、细胞核DNA损伤 影响遗传信 息正确达 DNA断裂 碱基修饰 DNA交联 线粒体生长 分化功能障碍 细胞间基质破坏 活性氧的作用 活性氧的作用 钙超载 钙超载 白细胞的作用 白细胞的作用 高能磷酸化合物生成障碍 高能磷酸化合物生成障碍 1966年Zimmerman和Hulsmann  描述了一个现象： 钙反常（calcium paradox） 钙超载（calcium  overload） 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 能代谢障碍的现象称为钙超载。 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 能代谢障碍的现象称为钙超载。 概念 (calcium overload) 缺血 缺血 - - 再灌注时钙超载 再灌注时钙超载 的机制 的机制 细胞膜通透性增加 Ø 自由基使膜脂质过氧化 Ø  Ca 2+ 激活磷脂酶，膜磷脂降解 Ø 糖萼层（glycocalyx）分离 3Na +  Ca 2+  Na +  K +  H +  Na +  再灌注时H + ↓  H + ↑  Na + ↑  Ca 2+ ↑ 缺血时H + ↑ 钙超载在 钙超载在 缺血 缺血 - - 再灌注 再灌注 损伤中的作用 损伤中的作用 线粒体功能障碍 胞浆[Ca 2+ ]↑ 线粒体摄取钙↑ 早期：代偿 晚期：磷酸钙形成 ，ATP消耗↑、生成↓ 激活钙依赖蛋白酶 磷脂酶分解膜磷脂使细胞膜和细胞器膜损伤 蛋白酶损伤细胞骨架 核酸内切酶分解核酸 促进自由基形成 激活XO  破坏细胞骨架 胞浆内高Ca 2+ 使肌细胞表面出现多个突 起，使细胞易于受损。 活性氧的作用 活性氧的作用 钙超载 钙超载 白细胞的作用 白细胞的作用 高能磷酸化合物生成障碍 高能磷酸化合物生成障碍 无复流现象 （no­reflow phenomenon)  再灌注后，部分或全部缺血组织不出现血 流灌注的现象。 最先发现于犬心实验。 用去粒细胞的血液进行灌注，可明显减轻症状。 白细胞介导的再灌注损伤 微血管损伤 阻塞微循环 微血管内血流变改变 微血管口径改变 微血管通透性增加 释放活性氧 产生各种细胞因子 释放颗粒成分 形成“炎症瀑布” 正常微循环 缺血再灌后的微循环障碍 缺血再灌后的微循环障碍1 缺血再灌后的微循环障碍 缺血再灌后的微循环障碍2 缺血再灌后的微循环障碍 缺血再灌后的微循环障碍3 活性氧的作用 活性氧的作用 钙超载 钙超载 白细胞的作用 白细胞的作用 高能磷酸化合物生成障碍 高能磷酸化合物生成障碍 线粒体受损 胞浆[Ca 2+ ]↑ 线粒体受损  ATP生成减少  ATP合成的前身物质减少 再灌注冲洗作用 活性氧氧化 第 第 三 三 节 节 机体主要器官的 机体主要器官的 缺血 缺血 - - 再灌注损伤 再灌注损伤 心功能变化 心脏舒缩功能↓ 心肌顿抑  (myocardial stunning） 心电变化 再灌注性心律失常 心肌能量代谢变化 心肌超微结构变化 心脏缺血­再灌注损伤 脑代谢的变化 能量障碍、酸中毒、cAMP增加而  cGMP减少、FFA增多 出现异常脑电波 病理性慢波兴奋递质、抑制递质 脑结构变化 脑水肿脑细胞坏死 脑缺血­再灌注损伤