缺血再灌注损伤

第十二章缺血-再灌注损伤（Ischemia-reperfusioninjury,IRI）要点：掌握缺血-再灌注损伤概念。掌握缺血-再灌注损伤的原因及影响因素。掌握缺血-再灌注损伤的自由基，钙超载，白细胞和微循环障碍损伤机制。熟悉缺血-再灌注损伤时机体各脏器的功能代谢变化。了解缺血-再灌注损伤的临床防治原则和病理生理学基础。缺血-再灌注损伤的认识过程1955：Sewell首次描述，动物实验中发现，结扎狗心脏冠脉后，如突然解除结扎，恢复血流，部分动物立即发生室颤而死亡的现象。1960：Jennings第一次提出了心肌缺血-再灌注损伤概念。1968：Ames率先报道了脑缺血-再灌注损伤现象。1972：Flore报道了肾缺血-再灌注损伤现象。1978：Modry报道了肺缺血-再灌注损伤现象。1981：Greenberg报道了肠缺血-再灌注损伤现象。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。缺血-再灌注损伤(ischemia-reperfusioninjury，IRI)是指在缺血的基础上，恢复缺血组织血液灌注过程中，使缺血所致的组织器官功能、代谢障碍和结构破坏进一步加重，甚至发生不可逆性损伤的现象。概念（conception）Usuallybloodreperfusionshouldreducetheischemiainjury.However,recentclinicalobservationsandanimalexperimentsshowedthatbloodreperfusionsometimesinducesoraggravatesthefurtherreversibleevenirreversiblecelldamage,especiallyforaprolongedischemia.▲O2反常（Oxygenparadox）以低氧溶液灌注组织器官一段时间后，再以正常氧溶液灌注，或先在缺氧条件下培养细胞，再恢复正常氧培养细胞，发现组织或细胞的损伤未能恢复，反而更趋严重，这种现象称为氧反常。▲Ca2+反常（Calciumparadox）应用大鼠离体心脏，先用无钙或低浓度钙溶液灌流，2min后再以含钙或高钙溶液灌注时，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。▲pH反常（pHparadox）缺血时，组织因缺氧产生了大量的酸性产物，如，乳酸等，发生了代谢性酸中毒，再灌注时，一方面恢复了氧供，减少了酸性代谢产物的产生，另一方面，再灌注血流带走了局部堆积的酸性物质，酸中毒迅速被纠正，但却使细胞的损伤加重的反常现象，称为pH反常。缺血-再灌注损伤的研究历史：第一节缺血-再灌注的原因和影响因素1．原因（Etiology）临床上任何原因导致的缺血（Ischemia），在救治过程中的血液再灌注都可能造成缺血-再灌注损伤的发生。常见原因：1.组织器官缺血后恢复血液供应如休克时微循环的疏通，冠状动脉痉挛的缓解，心脏骤停后心肺复苏等。2．一些新的医疗技术的应用如经皮冠脉动脉腔内成形术、支架植入术、溶栓疗法等。3.体外循环下心脏手术。4.断肢再植和器官移植等。（Myocardialinfarction,cardiacbypasssurgery,shock,organtransplantation,thrombolytictherapy,PTCA,etc）2．影响因素（Factors）缺血时间的长短（Durationofischemia）----首要因素不同动物、不同器官发生缺血-再灌注损伤的缺血时限不同。对氧需求程度（Dependencyonoxygen）----重要因素对氧需求程度高,依赖性强，易发生缺血-再灌注损伤，如心、脑。再灌注的条件（Conditionofreperfusion）----重要因素灌注液的压力、温度、pH值和电解质。侧支循环的形成情况（Collateralcirculation）----常见因素容易形成侧支循环的器官不易发生再灌注损伤。临床上，并不是所有的再灌注都会发生损伤，影响缺血-再灌注损伤及其严重程度的因素有：第二节缺血-再灌注损伤的发生机制（PATHOGENESIS）Theincreasefreeradicals,calciumoverload,neutrophilsactivation,endothelinplaytheprincipalrolesinischemia-reperfusioninjury.自由基损伤细胞内钙超载中性粒细胞激活微循环障碍一、自由基损伤作用1.概念与分类（Conceptionandclassification）■自由基概念（Conceptionoffreeradical）外层轨道上有单个不配对价电子的原子、原子团或分子。（Freeradicalareahighlyreactivegroupofatoms,moleculesorradicals,whichcarryunpairedelectroninouterorbital.）e图10-1自由基模式图自由基特点：■存在时间短；■高度化学活泼性；■氧化性强。■自由基分类（Classificationoffreeradical）氧自由基、脂性自由基、氮中心自由基（Oxygenfreeradical,Lipidradicals,Reactivenitrogenspecies）▲氧自由基（Oxygenfreeradical，OFR）以氧为中心的自由基称为氧自由基。（由氧诱发的自由基称为氧自由基，Oxygen-derivedfreeradical）超氧阴离子自由基（Superoxideanion,）羟自由基（Hydroxylradical,•OH）O2ˉ·例如Reactiveoxygenspecies(ROS)arecomposedbyoxygen-derivedfreeradicals(OFR)andnonfreeradicalsubstances,suchassuperoxideanionradical(),hydroxylradical(·OH),hydrogenperoxide(H2O2)andsingletoxygen(1O2).O2ˉ·【活性氧】（Reactiveoxygenspecies,ROS）单线态氧(102)及过氧化氢(H2O2，双电子还原)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(reactiveoxygenspecies,ROS)名称特点O2•-超氧阴离子单电子还原状态，是第一代活性氧，主要在线粒体生成。•OH羟自由基三电子还原状态，由fenton反应和铁盐催化的Haber-Weiss反应生成，最强的活性氧，对DNA损伤作用强。102单线态氧第一激发态，具有氧化作用。HO2•氢过氧化基超氧阴离子的质子化形式，脂溶性强。H2O2过氧化氢双电子还原状态，O2•-（HO2•）岐化形成，或由O2直接生成。LO•烷氧自由基氧有机自由基，由氧自由基与不饱和脂肪酸作用后生成。LOO•烷过氧自由基同上NO一氧化氮精氨酸经iNOS/eNOS催化生成的气体分子，具有氧化作用。ONOO-过氧亚硝基阴离子由O2•-和NO反应生成，具有强氧化特性。机体内存在的一些活性氧及其特点▲脂性自由基（Lipidradicals）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•）烷氧自由（LO•）烷过氧自由基（LOO•）脂性自由基一氧化氮（NO）过氧亚硝基阴离子（ONOO-）RNS●分类▲氮中心自由基（Reactivenitrogenspecies,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。O2·-ONOO-+L-精氨酸iNOS/eNOSO2NADPHNADP+L-瓜氨酸+NONO2··OH+2.自由基的生成（Generationoffreeradical）3.自由基的清除（Scavengethefreeradicals）抗氧化剂作用酶超氧化物歧化酶2O2·-+2H﹢SODH2O2+O2性（Cu/Zn/Mn-SOD）抗过氧化氢酶2H2O2CAT2H2O+O2氧（CAT）化谷胱甘肽过氧化物酶H2O2+2GSHGPx2H2O+GS-SG剂（GPx）非维生素E脂溶性抗氧化剂，清除O2·-,1O2及阻断脂质过氧化。酶类胡萝卜素脂溶性抗氧化剂，淬灭1O2及清除脂自由基。性维生素C水溶性抗氧化剂，是维生素E的辅助因子，清除O2·-,抗HO2,1O2。氧泛素电子传递体系的氧化还原剂。化铜蓝蛋白抑制•OH生成，清除O2·-。剂清蛋白清除•OH。金属硫蛋白清除O2·-,•OH，H2O2。4.自由基增多机制（Mechanismoffreeradicalincrease）(1)线粒体中电子传递链受损，导致O2·-产生增多线粒体线粒体4e-95%-98%O2呼吸链酶活性↓e-Ca2+O2·-【再灌注】H2O2O2H2OGpxH2OONOO-NO·OH【缺血】MnSOD(2)黄嘌呤氧化过程产生大量自由基（IncreasexanthineoxidaseinVEC）（3）吞噬细胞呼吸爆发过程产生大量自由基（Neutrophilsrespiratoryburst）激活的PMN耗氧量显著增加，摄入O2的70%~90%在NADPH/NADH氧化酶的催化下，接受电子形成自由基。MPO：过氧化物酶（4）儿茶酚胺代谢过程中产生大量自由基5.自由基损伤机制（Mechanismsoffreeradicalinjury）生物膜的结构模式图自由基自由基胞质蛋白交联膜蛋白质断裂膜蛋白质交联脂质过氧化膜断裂自由基自由基自由基对生物膜的损伤跨膜蛋白膜表面蛋白膜镶嵌蛋白胞质蛋白【1】生物膜损伤▲膜结构破坏膜脂质过氧化：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▲线粒体功能受损ATP生成减少【2】DNA损伤和染色体畸变胸腺嘧啶5，6-双键胸腺嘧啶自由基•OH（占80%活性氧）加成反应碱基发生修饰、断裂、交联染色体畸变、断裂【3】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；▲酶之间形成多聚物；▲攻击酶活性中心部位的氨基酸；▲激活磷脂酶A2PG、LT生成↑炎症反应加剧【4】改变细胞功能（诱导炎症介质产生）【活性氧（ROS）作用机制】▲氧化还原剂作用脂质过氧化、细胞内钙超载激活PLA2PG、TXA2、LT↑，▲转录因子作用细胞因子、粘附分子启动NF-B转录、合成、表达↑▲激活WBC炎症介质↑PLA2：磷脂酶A2、LT：白三烯二、钙超载（Calciumoverload）【Concept】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。（2）．Ca2+离开胞液的途径Ca2+泵、Na+-Ca2+交换、Ca2+-H+交换。1.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（VOC）▲受体操纵性Ca2+通道（ROC）■细胞内钙库释放通道2.钙超载产生（Calciumoverloadproduction)（1）.细胞膜通透性增加（Membranepermeabilityincrease）&线粒体损伤（Mitochondrialinjury）（2）.Na+-Ca2+交换异常（DisorderofNa+/Ca2+exchange）（3）．儿茶酚胺增多（CAincrease）3.钙超载引起细胞损伤的机制（1)．线粒体功能障碍心肌收缩性↓线粒体内[Ca2+]↑线粒体内磷酸钙沉积ATP↓(5)．心律失常(4)．肌原纤维挛缩和细胞骨架破坏(2)．激活钙依赖性降解酶胞内[Ca2+]↑PLA2激活膜磷脂水解和受损蛋白酶、核酸内切酶激活心肌纤维损伤(3)．促进氧自由基生成XD损害组织细胞激活Ca2+依赖性蛋白酶钙超载环加氧酶、脂加氧酶XO↑PLA2激活花生四烯酸↑和↑O2·-·OHH2O2[H+]eNa+K+图10-10缺血