第十二章 缺血-再灌注损伤

2.吞噬细胞呼吸爆发过程产生大量自由基
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增加↑：
NADPH +2O2
NADPH氧化酶
2O2·+NADP++H+
NADH氧化酶
NADH+O2+2H+
H2O2+NAD+
3.线粒体电子传递链受损是自由基的主要来源之一
▲线粒体功能受损
ATP生成减少
■细胞内Ca2+超载（Ca2+
overload）
■DNA损伤和染色体畸变
胸腺嘧啶 5，6-双键
OH•
（占80%活性氧） 加成反应
胸腺嘧啶自由基 碱基发生修饰、断裂、交联
染色体畸变、断裂
■蛋白质变性和酶活性降低
【蛋白失活机制】
▲破坏酶的活性中心－巯基 ▲破坏酶活性所必需的脂质微环境
2．Ca2+离开胞液的途径 Ca2+泵、Na+-Ca2+交换、Ca2+-H+交换。
（二）钙超载机制（calcium overload mechanism) 1.细胞膜通透性增加（membrane permeability increase）
■缺血
胞膜外板与糖被分离 膜磷脂降解↑ 激活PLA2
胞膜通透性↑ 胞内[Ca2+]↑
单线态氧(˙02)及过氧化氢(H2O2)虽不是自由基，但氧化作用很强,与氧自 由基共同称为活性氧(reactive oxygen species, ROS)。
Reactive oxygen species (ROS) are composed by oxygenderived free radicals (OFR) and non free radical substances, such as superoxide anion radical ( Oˉ ), hydroxyl radical (OH· hydrogen ), · 2 peroxide (H2O2) and singlet oxygen (1O2).
微管和微丝收缩
细胞膜通透性↑
■再灌注
心肌间紧密连接破坏
Ca2+大量进入细胞内
OFR↑ 细胞膜脂质过氧化↑ 细胞膜通透性↑
Ca2+超载
2. Na+-Ca2+交换异常（disorder of Na+/Ca2+ exchange）
■缺血 ■再灌注
胞内pH↓
Na+-H+交换↑
胞内Na+↑
Na+-Ca2+交换
第一节 缺血-再灌注损伤的原因及影响因素
一、IRI常见原因(etiology) ——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 • 2．一些新的医疗技术的应用 如动脉搭桥术、溶栓疗法、经皮腔内冠脉 血管成形术等 • 3.体外循环下心脏手术 • 4.断肢再植和器官移植等
二、IRI影响因素(factors）
临床医学专业八年制卫生部规划教材
《病理生理学》 第2版
第 十二章 缺血-再灌注损伤
第十二章 缺血-再灌注损伤 ischemia-reperfusion injury
病例 患者，男，58岁，因胸闷、大汗40min入 急诊。患者于上午7时突然胸闷伴大汗。含服硝 酸甘油不缓解。上午7时40分来诊。体检：意识 清楚，血压80/55mmHg，心率55次/min，律齐。 既往有原发高血压病史10年。 心电图示：急性前壁心肌梗死。 给予扩冠，降脂，心肌营养治疗。联系急诊 PTCA。术中冠脉造影显示左前降支连续性中断， 90%狭窄。球囊扩冠后，患者立即出现室颤，给 予300J除颤一次，恢复窦性心率。术中反复发作 室颤及室性心动过速，给予除颤及利多卡因后转 变为窦性心率，生命体征逐渐平稳。
unpaired electron in outer orbital. ）
■自由基分类（classification
of free radical ）
氧自由基、脂性自由基、氮自由基
（Oxygen free radical, Lipid radicals, Reactive nitrogen species）
ROS分类（classofication of ROS） 自由基活性氧 非自由基活性氧 氧自由基 脂性自由基
H2O2, 1O2, ONOO-
ROS
O·2形成：
⑴自然氧化
如CytC、Hb、CA等在自然氧化过程中可 生成O2· HbFe2+ HbFe3++ O2· ⑵酶氧化 XO、NADPH氧化酶、醛氧化酶 ⑶线粒体 O2· 生成的主要场所之一
• 1.缺血时间是影响缺血-再灌注损伤的首要因素。 • 2.组织器官对氧的需求程度越高越容易发生缺血-再灌 注损伤,如心、脑等。
• 3.缺血组织器官侧支循环形成越早、越丰富损伤越轻。
• 4.灌注液的压力、温度、pH值和电解质是影响缺血-再 灌注的重要因素。
第二节 缺血再灌注损伤的发生机制 (pathogenesis)
▲氧自由基（oxygen
free radical，OFR）
由氧诱发的自由基称为氧自由基，oxygen-derived free
radical ）
氧自由基 超氧阴离子自由基（superoxide anion） 羟自由基（hydroxyl radical） OH•
【活性氧】（reactive oxygen species, ROS）
O2
O2 O2
e-
95%O2
2%O2
细胞色素C氧化酶 4e电子受体和传递电子↓ Ca2+超载
H2O
【正常】
OFR 【缺血】 H2O↓ 【再灌注】
95%O2 呼吸链酶活性↓ 4e-
╳
OFR↑
黄嘌呤氧化酶途径
缺血-再灌注时自由基产生途径
（三）自由基损伤作用
（mechanisms of free radical injury ） ------ห้องสมุดไป่ตู้---【氧化应激】（oxidative stress）
概述
一、 概念
在缺血的基础上恢复血流后组织损伤 反而加重，甚至发生不可逆性损伤的现象 称为缺血-再灌注损伤 （ ischemia reperfusion injury，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。 Jennings第一次提出了MIR概念 Ames 脑IRI Flore 肾IRI Modry 肺IRI Greenberg 肠IRI
1960年 1968年 1972年 1978年 1981年
目前， IRI成为溶栓疗法、搭桥术、断肢再植、器官移植 等医疗措施成败的关键因素之一。
氧反常：预先用低氧溶液灌注组织器官或在缺氧 条件下培养细胞一段时间后，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 （oxygen paradox）。
• • • • 自由基损伤作用 钙超载 白细胞损伤作用 微循环作用
The increase free radicals, calcium overload, neutrophils activation, dysfunction of micocirculation play the principal roles in ischemia-reperfusion injury.
▲酶之间形成多聚物 ▲激活磷脂酶A2 ▲攻击酶活性中心部位的氨基酸
PG、LT生成↑
炎症反应加剧
二、钙超载（calcium overload）
各种原因引起的细胞内Ca2+含量异常增多并导致细胞结构损伤 和功能代谢障碍，严重者可造成细胞死亡的现象，称为钙超载 (calcium overload)。
（一）细胞内Ca2+稳态调节 1．Ca2+进入胞液途径 质膜钙通道 电压依赖性Ca2+通道 受体操纵性Ca2+通道 细胞内钙库释放通道
钙反常：以无钙溶液灌流离体大鼠心脏2min后再 以含钙溶液灌注时，出现了心肌电信号异常、心 肌功能、代谢及形态结构发生异常变化，这种现 象称为钙反常 （calcium paradox）。
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，再灌注时迅速纠正缺血组 织的酸中毒，反而加重细胞的损伤，称为pH反常 （ pH paradox）。
■膜脂质过氧化增强（
lipid peroxidation）
生物膜是自由基攻击主要部位。 脂肪酸、芳香环的不饱和键 OFR（ROS） 脂质过氧化 细胞膜结构损伤和破坏
活性氧使脂质、蛋白质、核酸氧化
【细胞膜损伤形式】
▲膜结构破坏
膜脂质过氧化
膜不饱和性异常
膜流动性↓、通透性↑
▲膜蛋白功能抑制
受体失活、泵失灵 信号传递障碍
细胞外Ca2+内流↑ 钙超载
3．线粒体损伤（mitochondrial injury）
胞内游离钙↑
ROS↑
线粒体膜损伤
ATP生成↓
钙泵活性
细胞内钙超载机制
4．儿茶酚胺增多（CA increase）
G蛋白-磷脂酶C↑
■CA↑
IP3↑
肌浆网Ca2通道开放↑
α受体 DG↑
■CA↑
激活PKC
β受体
Na+-H+交换、Na+-Ca2+交换↑
与VEC(ICAM-1)牢固黏附
2．趋化因子生成增多 PMN与VEC黏附PMN激活 再灌注 释放趋化因子(LTB4)↑ WBC聚集↑
LT、PGE2、PAF、补体↑
四、微循环障碍
■无复流现象（no-reflow
phenomenon）
解除缺血原因并没使缺血区得到充分血流灌注的反常现象。 The ischemia region could not be reperfused sufficiently
烷氧自由（LO•）
烷过氧自由基（LOO•）
▲氮中心自由基（reactive
nitrogen species, RNS）
由氮形成，并在分子组成上含有氮的一类化学性质非常 活泼的物质。也称活性氮。
●分类
一氧化氮（NO） RNS
●NO
过氧亚硝基阴离子（ONOO-）
和ONOO-产生
2. 自由基的特性（ property of free radical）
■存在时间短；■高度化学活泼性；■氧化性强。
3. 自由基的清除（scavenge the free radicals）
（二）自由基增多机制 （mechanism of free radical increase）
1. 黄嘌呤氧化途径 （increase xanthine oxidase (XO) in VEC）
4．肌原纤维挛缩和细胞骨架破坏 5．心律失常
缺血-再灌注损伤导致细胞死亡机制
三、白细胞的损伤作用（role of neutrophils）
1．细胞粘附分子（cell adhesion molecules）生成增多
缺血-再灌注 PMN表达P-选择素↑与VEC受体呈间歇性结合 不稳定黏附
再灌注
WBC表达2-整合素↑
一、自由基的损伤作用
（一）概述 1. 概念与分类 • 自由基（free radical） ——外层电子轨道上含有单个不配对电子的原 子、原子团和分子的总称，也称游离基。 自由基的外层电子轨道的不配对电子状态使其 极易发生氧化（失去电子)或还原反应（获得电子）。
（ Free radical are a highly reactive group of atoms, molecules or radicals, which carry
L型钙通道开放
钙超载
胞浆[Ca2+]↑
（三）钙超载引起细胞损伤的机制
1．线粒体功能障碍 线粒体内[Ca2+ ] ↑ 线粒体内磷酸钙沉积 心肌收缩性↓ ATP↓
2．激活钙依赖性降解酶 胞内[Ca2+]↑ PLA2激活 膜磷脂水解和受损 心肌纤维损伤
蛋白酶、核酸内切酶激活 3．促进氧自由基生成
XD 损害组织细胞 钙超载 环加氧酶、脂加氧酶 PLA2激活 花生四烯酸↑ XO OFR↑ H2O2和OH•↑ 激活Ca2+依赖性蛋白酶
正常:O2+4e+4H+→H2O+ATP 病理:O2+e→ +e +2H+→H202+e+H+→
OH· +e+H+→H20
H20
⑷毒物作用 CCL4、百草枯（除草剂）
O2·的生成是其他自由基或活性氧生成的基础
OH· 的生成
SOD
O2· + O2· +2H+
H2O2+O2 OH- + OH· 2 +O
Fe3+
单纯性Haber-Weiss反应：反应很慢，很难产生
-+H O2· 2O2
Fenton 反应：
O2
·
Fe2+
SOD
H2O2
OH· OH+
OH· 是活性氧中毒性最强的一种
▲脂性自由基（lipid
radicals）
氧自由基与多聚不饱和脂肪酸发生脂质过氧化的链式 反应后生成的中间代谢产物。
烷自由基（L•） 脂性自由基