1、,第十三章 缺血-再灌注损伤,(Ischemia-reperfusion injury),第一节 概述,(Introduction),休克的特征是什么？ 休克复苏后会出现什么并发症？,概念(Concept),缺血器官在恢复血液灌注后缺血 性损伤进一步加重的现象，称为缺血 再灌注损伤(ischemia-reperfusioninjury)。,Reperfusion-induced injury,How do we go from Life to Death?,Not a clear point of death anymore?,Alive,Dead,Alive,Dead,?,Resuscita
2、tion is Life and Death,What do we know about life/death interface?,Alive,Dead,Alive,Dead,?,Resuscitation Research,We pronounce people dead before most cells are dead,Cell dysfunction,Organ dysfunction,Heart stops,Cell death,第二节 缺血-再灌注损伤发生的原因及条件,(Causes and influential factors of ischemia-reperfusion
3、 injury),一、原因,全身性 区域性 局限性,休克、DIC、挤压伤综合征、心梗后再灌流，心肺脑复苏等。,冠脉搭桥术、溶栓疗法、器官移植、断肢再植等。,疾病引起缺血 复苏,引起缺血 复苏,(Duration of ischemia),过长坏死,过短功能恢复,（一）、缺血时间的长短,二、条件,损伤程度,100%,50%,再灌流 改善 加重 康复,时间,损伤程度,100%,50%,再灌流 改善 加重 死亡,时间,损伤程度,100%,50%,再灌流 改善 康复,（二）侧枝循环,2,1,（三）、需氧程度,脑、心、肾 、肝 重量只占体重的5%左右 血流量（ml/m）占全身的62.4% 氧耗量（ml/
4、m）占62.8%,（四）、再灌注时灌流液的条件,钙反常(calcium paradox):预先用 无钙溶液短暂灌流后恢复正常含钙 溶液灌流导致细胞外Ca2+大量内流 而引起细胞损伤进一步加重的现象。,(Conditions of reperfusion fluid),氧反常(oxygen paradox):用低 氧或无氧灌注液灌注心脏一段时 间后恢复正常氧供应，心肌的损 伤更趋严重的现象。,pH反常(pH paradox):再灌注时 迅速纠正缺血组织的酸中毒，损伤 反而进一步加重的现象。,第三节 发生机制（Mechanisms）,缺血,嘌呤碱、酸性产物,再灌流,钙超载炎症反应 自由基损伤,活性
5、氧（ROS）指较O2的化学性质更为 活跃的O2代谢产物及其衍生的含氧物质 的统称,包括所有的含氧自由基和过氧化物。,(Injury of free radicals),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 一个或多个不配对电子的原子、原子团或分子。,氧自由基、非氧自由基（Cl 、L、R )、活性氧,氧化应激 Oxidative stress,机体活性氧的产生过多/和或者机体抗氧化能力减弱，活性氧清除不足，导致活性氧在体内增多，破坏机体氧化/还原的正常平衡，并引起细胞氧化损伤的病理过程。,2. 脂性自由基(lipid free radical): LOO
6、L, LO 3. 活性氧(reactive oxygen substances): 1O2, H2O2,1. 氧自由基(oxygen free radical，OFR),(一)活性氧的种类,O2,NO, CO和 ONOO-,2. 氧自由基增多的机制 (1)通过XO途径生成,黄嘌呤脱氢（XD）,黄嘌呤氧化（XO）,含-SH、以NAD+为电子受体,含-SS- 、以O2为电子受体,XD XO 正常 81 19 缺血1h 66 34 2h 54 46 3h 39 61 ,ATP次黄嘌呤,O2,黄嘌呤O2 H2O2尿酸O2 H2O2,再 灌 流,XO,XD,缺血缺氧,Ca+,(2) 激活的白细胞产生自由
7、基 PMN在呼吸爆发时大量摄取氧，在NADPH、NADH氧化酶作用下产生氧 自由基,(+),(+),缺血,缺氧,补体 趋化物质,中性粒细胞 聚集,耗氧,氧经NADPH氧化酶和NADH氧化酶催化生成大量氧自由基,中性粒细胞的呼吸爆发(respiratory burst),2.中性粒细胞途径(neutrophil pathway),缺氧,ATP,线粒体Ca2+,细胞色素 氧化酶 功能抑制,氧单电子还原,氧自由基,细胞内氧分压,含Mn的SOD,3.线粒体途径(mitochondrion pathway),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,4.儿茶酚胺自身氧化途径(
8、catecholamine auto-oxidation pathway),5、体内清除自由基的能力下降 （Reduced capability in the clearance of free radicals,缺血再灌流损伤时，抗氧化酶类和抗氧化剂大量被消耗，自由基清除不足，自由基增多。,清除自由基的酶,低分子抗氧化剂,VitE、VitC、谷胱甘肽,过氧化氢酶(CAT) 、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-PX) ：,2).蛋白质变性和酶活性降低 (protein denaturalization and decreased activity of enzymes),3).DNA断裂和染色体畸变
9、 (DNA disruption and chromosome aberration),4).诱导炎性因子产生(generation of inflammatory factors),1).膜脂质过氧化作用增强 (enhanced lipid peroxidation of membrane),3、自由基的损伤作用,自由基如何引起组织损伤？,.,链式反应,(1) 破坏膜的正常结构,脂质 过氧化,膜不饱和 脂肪酸,不饱和脂肪酸/ 蛋白质比例失调,膜液态性 流动性,膜通透性,Ca2+内流,1).膜脂质过氧化作用增强 (enhanced lipid peroxidation of membrane)
10、,(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,(3) 促进自由基及其它生物活性物质生成,膜脂质 过氧化,磷脂酶C 磷脂酶D,膜磷脂分解,花生四烯酸,脂氧合酶,白三烯,过氧化物,环氧合酶,前列腺素内过氧化物,OH.,TXA2,PG,自由基,(+),(4) 减少ATP生成,自由基对膜的损伤,4).诱导炎性因子产生(generation of inflammatory factors),二、细胞钙超载引起再灌注损伤,(一)细胞钙超载的机制(Mechanism of calcium overload),缺血,ATP
11、,钠泵活性,Na+i,(+),Na+-Ca2+蛋白,酸中毒,再灌注,组织间隙H+ 细胞内H+仍高,(+),Na+-H+ 交换,1. 细胞内Na+对Na+-Ca2+交换蛋白的直接激活(direct activation of intracellular high level of Na+ to Na +-Ca2+ exchanger),胞内钙,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,Ca2+,(+),磷脂酶,膜磷脂降解,自由基,膜脂质过氧化,(2) 线粒体及肌浆网损伤,线粒体和SR释放Ca2+,钙泵能量不足,膜通透性,(3),ATP产生,1.线粒体功能障碍,
12、线粒体 摄Ca2+,消耗ATP 磷酸钙,抑制氧化 磷酸化,2.激活磷脂酶,Ca2+,(+),ATP,磷脂酶,膜磷脂分解,膜受损,花生四烯酸、溶血磷脂,(二)细胞内钙超载引起缺血再灌注损伤的机制 (Mechanism by which of calcium overload induced IR),3.致心肌心律失常,Na+-Ca2+ 交换,Ca2+入细胞内致一过性内向离子流,迟后除极,4.促进氧自由基生成,Ca2+,(+),Ca2+依赖性蛋白酶(XDXO),5.肌原纤维过度收缩,胞内Ca2+,收缩,再灌注,H+,H+对心肌收缩的抑制,三、血管内皮细胞和中性粒细胞间的相互作用(Interacti
13、on between endothelial cells and neutrophils),1.趋化因子生成增多(increased production of chemokines),(一)再灌注时中性粒细胞增多的机制 (Mechanism of increase of neutrophils during reperfusion),leukotriene、prostaglandin、PAF、kinin,neutrophils,Cytokines,2.细胞黏附分子生成增多 (increased production of adhesion molecules),Integrin,select
14、in,亲和素,选择素,3. 粒细胞呼吸爆发（Respiratory burst of polymorphonuclear leukocyte）,(二)内皮细胞和中性粒细胞相互作用引起缺血再灌注损伤的机制 (Mechanism of ischemia-reperfusion injury induced by interaction between endothelial cells and neutrophils),微血管损伤(injury of microvessel) 2.细胞损伤(injury of cells),L-selectin,VSMC,VSMC,Myocyte,Myocyte,
15、Myocyte,VSMC,VSMC,VSMC,Myocyte,Myocyte,Myocyte,Interaction between endothelial cells and neutrophils.,Proinflammatory factors,无复流现象(no-reflow phenomenon),第四节 缺血再灌注损伤时 机体的功能及代谢变化,(Functional and metabolic changes during ischemia-reperfusion injury),(Ischemia-reperfusion injury of myocardium),(一)再灌注对心
16、功能的影响,一、心肌缺血再灌注损伤,(Influence of reperfusion on heart function),1.再灌注性心律失常 (reperfusion arrhythmia),在心肌缺血再灌注过程中 出现的心律失常,原因： 心肌钠和钙超载 动作电位时程不均一。,在缺血心肌血流恢复后 一段时间内，心肌舒缩功能 仍不能恢复正常的状态,2.心肌顿抑 (myocardial stunning),原理,自由基与膜磷脂、蛋白质、核酸等发生过氧化反应，破坏心肌细胞胞浆和膜蛋白的功能，造成细胞内外离子分布异常，心肌舒缩功能降低； 自由基与钙超载均可损伤线粒体膜，使线粒体功能障碍，ATP生
17、成减少，心肌能量代谢障碍； 钙超载和自由基直接损伤收缩蛋白，甚至引起心肌纤维断裂，抑制心肌收缩功能； 自由基破坏肌浆网膜，抑制钙泵活性，引起钙超载和心肌舒缩功能障碍。钙超载与自由基互为因果，进一步抑制心肌功能。,心肌僵硬度,心输出量,心室内压最大变化速率,左室舒张末期压力,3.致死性再灌注心肌损伤 (Lethal reperfusion injury of myocardium),可逆性损伤,不可逆性损伤,二、脑的缺血再灌注损伤,(Ischemia-reperfusion injury of brain),lipid peroxidation injury,水肿、坏死,三、其他器官、组织的缺血
18、再灌注损伤,1.肺,(Ischemia-reperfusion injury of other organs),ATP ， ATP/ADP比值 ，乳酸,肺动脉高压、非心源性肺水肿,透明膜、局灶性出血区,2.小肠,黏膜屏障通透性,菌血症或内毒素血症,三、多器官功能衰竭,两个以上器官系统同时或相继发生急性衰竭 全身炎症反应综合症 氧化应激是多器官功能衰竭的重要原因,第五节 防治缺血再灌注 损伤的病理生理基础,(Pathophysiological basis of prevention and treatment for ischemia-reperfusion injury),(Shorten
19、ischemia duration),一、尽量缩短缺血时间,Hypothermia protection in cardiomyocytes,Reperfuse and cool,ischemia,Ischemia/reperfusion (no hypothermia),Cell Death (%),Time (hours),cool,53% n = 7,24% n = 5,Hypothermia protection in cardiomyocytes,Reperfuse and delayed cooling,ischemia,Ischemia/reperfusion (no cooli
20、ng),Cell Death (%),15 min,cool,53% n = 7,45% n = 3,Time (hours),Hypothermia protection in cardiomyocytes,Reperfuse and cool,ischemia,Ischemia/reperfusion (no hypothermia),Cell Death (%),Time (hours),cool,53% n = 7,24% n = 5,Hypothermia protection in cardiomyocytes,Cool and reperfuse,ischemia,60 min
21、ischemia/reperfusion (no hypothermia),Cell Death (%),Time (hours),cool,Ischemia 70 min,24%,53%,15% n = 6,Hypothermia protection in cardiomyocytes,Cool and reperfuse,ischemia,60 min ischemia/reperfusion (no hypothermia),Cell Death (%),Time (hours),cool,Ischemia 90 min,53%,28% n= 5,Ready to buy your a
22、ntioxidants?,(Clear oxygen free radicals),三、清除氧自由基,八、细胞保护剂(Cell protectors),六、腺苷(Adenosine),七、钙拮抗剂(Calcium antagonists),小结,缺血-再灌注损伤是指组织、器官缺血后再灌注不但不能使其功能恢复，反而加重组织、器官的功能障碍和结构损伤的现象。缺血-再灌注损伤的发生机制与活性氧 产生增多、细胞内钙超载、中性粒细胞活化聚集和高能磷酸化合物生成障碍等有关。心脏缺血-再灌注损伤主要表现为再灌注性心率失常和心肌顿抑。缺血-再灌注 损伤的防治应从清除和减少活性氧产生、降低细胞内钙水平和抗白细胞疗法等入手。,思考题,1心肌缺血-再灌注时氧自由基生成增多的途径是什么？ 2自由基对细胞有何损伤作用？ 3造成细胞内钙超载的机制是什么？ 4细胞钙超载可以从哪些方面引起再灌注损伤？ 5中性粒细胞在缺血-再灌注损伤中的作用是什么？ 6什么是心肌无复流现象？其可能的发生机制是什么？ 7应如何控制再灌注条件才能减轻再灌注损伤？,
