缺血再灌注损伤

缺血－再灌注损伤 （ischemia/reperfusion injury, IRI） 杨惠玲 一、概念 IRI概念： 在缺血基础上恢复血流后，加重细胞 的功能代谢障碍和结构损伤的现象。 二、IRI的原因和影响因素 （一）原因 1. 内科： 休克 DIC 心绞痛 2. 外科： 器官移植或断肢再植 动脉搭桥术 美容手术 （二）IRI的影响因素 １、缺血时间 大鼠心脏再灌流前缺血缺氧时间与 再灌流综合征发生率的关系 0 20 40 60 80 100 室 颤 发 生 率 （ %） 1 3 5 10 15 20 25 30 （分） 0 20 40 60 80 100室 颤 发 生 率 （ %） 1 3 5 10 15 20 25 30 （分） 离体大鼠心脏 在体不麻醉 （二）IRI的影响因素 １、缺血时间 ２、侧支循环 ３、对氧的需求程度 ４、灌流液的成分：K+,Mg2+；Na+,Ca2+（钙反常） ５、灌流液的压力、温度和pH(pH反常) ６、重给O2时的氧分压（氧反常） ７、动物本身的情况 线粒体产能↑ 心肌的温度↓ 储Ca2+↓ 心室壁厚度↓ 三、IRI的发生机制 （一）钙超负荷（calcium overload） 细胞内Ca2+过量积聚－细胞结构和功能↓ 1、缺血后再灌注细胞内钙超负荷的发生机制 三、IRI的发生机制 （一）钙超负荷（calcium overload） 细胞内Ca2+过量积聚－细胞结构和功能↓ 1、缺血后再灌注细胞内钙超负荷的发生机制 缺血时 钙反常的主要损伤： 细胞膜外板与糖被表面的分离 再灌注时 1) Na+ - Ca2+反向转运代偿性增加 （1）细胞内高Na+对Na+-Ca2+交换蛋白的直接激活 缺血 Na+泵↓ C内Na+↑ Na+-Ca2+反向转运↑ （2）细胞内高H+对Na+ - Ca2+交换蛋白的间接激活 缺血 细胞内H+↑ 代偿性细胞内Na+ ↑ 再灌注 跨膜H+浓度梯度↑ （3）PKC活化对 Na+ - Ca2+交换蛋白的间接激活 再灌 三、IRI的发生机制 （一）钙超负荷（calcium overload） 细胞内Ca2+过量积聚－细胞结构和功能↓ 1、缺血后再灌注细胞内钙超负荷的发生机制 缺血时 钙反常的主要损伤： 细胞膜外板与糖被表面的分离 再灌注时 1) Na+ - Ca2+反向转运代偿性增加 2)生物膜损伤↑（细胞膜，线粒体膜, 肌浆网膜） 3)线粒体功能障碍 2、钙超负荷引起IRI的机制 （1）线粒体功能障碍 （2）细胞结构受损：多种酶激活 2、钙超负荷引起IRI的机制 （1）线粒体功能障碍 （2）细胞结构受损：多种酶激活 （3）心律失常：室性心动过速，心室纤颤 （4）促进氧自由基生成 （5）肌原纤维过度收缩：挛缩和断裂 －－心肌舒缩功能降低 （二）WBC的作用 1、组织缺血和再灌注时WBC浸润增加的原因 组织受损→花生四烯酸代谢产物↑ ↓ 炎症介质↑ WBC浸润↑ 2、WBC浸润增多介导IRI的机制 （1）嵌顿、堵塞毛细血管→无复流现象 （2）微血管壁通透性↑→水肿 （3）溶酶体酶↑→破坏细胞(自身和周围组织) （4）FR↑→细胞损伤 （三）高能磷酸化合物缺乏 1、高能磷酸化合物减少的原因 （1）对氧的利用能力受限 （2）产能形式改变 （3）ATP合成的前身物质↓ 腺苷，肌苷，次黄嘌呤 （4）线粒体功能障碍 2、高能磷酸化合物缺乏在IRI中的作用 （四）无复流现象 （no-reflow phenomenon） 在缺血基础上，疏通血管使血流重新开 放，缺血区并不能得到充分的灌注。 * 无复流现象可能与下列因素有关： 1、心肌细胞肿胀 2、心肌细胞的收缩 3、血管内皮细胞肿胀 4、微血管堵塞 （1）血小板沉积 （2）WBC、RBC聚集 （3）纤维蛋白堵塞 （4）花生四烯酸代产物失衡 PGI2↓/ TXA2↑ (五)自由基的作用 1、自由基(free radical, FR)概念和分类 概念：在轨道上含有一个或一个以上不配对电子的 离子 原子、原子团或分子。（ 、OH.、 NO、O2) 分类：非脂性FR: 、OH.、 NO 脂性FR：L. , LO. , LOO. O2· - O2· - 2、FR性质和反应特点 （1）绝大多数FR活性强，极不稳定 （2）存在时间短（毫秒、毫微秒） （3）生物体内浓度极低（10- 4～10- 8mol/L） 较难测定（ESR） （4）FR反应的最大特点是连锁反应： A. 引发： Cl: Cl Cl. + Cl. B. 增殖：Cl. +CH4 CH3. + HCl CH3. + Cl2 CH3Cl + Cl. C. 终止：Cl. + Cl. Cl2 2 ＋2H+ SOD O2＋H2O2O2· - 3、生物体内FR的产生和清除 （1）FR的产生 A.均裂法： 共价键断裂方式：异裂和均裂 异裂： R:X→R- + X+ R:X→R++X- H:O:H→H+ + [:O:H]- 均裂： R:X→R. + X. H:O:H H. + .O:H电离辐射电离辐射 促进共价键均裂的因素： 具有弱键的分子 单电子氧化还原作用 电离辐射 光分解 其它：空气中的氧化性污染物 体内某些酶促反应 B.电子俘获法： O2+e→O2. O2+2e+2H+→H2O2 O2+3e+2H+→2OH. O2+4e+4H+→2H2O 活性氧：氧的代谢产物的合称（ 、H2O2、OH.、1O2） 氧自由基：由氧诱发的自由基（ 、OH.） 自由基：在轨道上含有一个或一个以上不配对电子的离 子、 原子、原子团或分子。 O2· - O2· - （2）FR的清除 FR清除酶 CAT O2 →H2O2 OH. H2O SOD GSH-PX FR清除剂 GSH, NADPH（胞浆）与酶协同作用 Vit E, Vit A （脂质）提供电子 半胱氨酸， Vit C（细胞内外水相） O2· - 自由基的作用 利：适量自由基参与许多重要的生理生化反应 －－ATP生成 OH· －－PG合成 ，H2O2－－防御功能 －－药物和毒物的羟化反应 弊：过量自由基导致和促进疾病的发生发展 O2· - O2· - O2· - 4、缺血再灌注时FR增多的机制 FR产生增多 （1）产生FR的酶和底物的增多 ATPATP AMPAMP R ep er fu s i on p ha se Is ch e m ia p ha se XD Hypoxanthine nucleosideHypoxanthine nucleoside XO Ca2+ OH• Fe2+ Xanthine + 2H O+ 22O.- Adenine nucleosideAdenine nucleoside ADPADP HypoxanthineHypoxanthine O 2 XO Uric acid + H2O2+ + H2O2O22 _. 1.黄嘌呤氧化酶途径(xanthine oxidase pathway) 4、缺血再灌注时FR增多的机制 FR产生增多 （1）产生FR的酶和底物的增多 （2）中性粒细胞浸润增多 激活血嗜中性粒细胞 O2 -· H2O2 化学趋化物↑ 脂质过氧化物↑ OH . HOCL 引起组织损伤 再灌流综合征发生与嗜中性粒细胞自由基的关系再灌流综合征发生与嗜中性粒细胞自由基的关系 4、缺血再灌注时FR增多的机制 FR产生增多 （1）产生FR的酶和底物的增多 （2）中性粒细胞浸润增多 （3）线粒体功能障碍 （4）儿茶酚胺的增加 FR清除减少 （1）抗氧化酶活性降低和含量减少 （2）抗氧化剂减少 5、FR对细胞的作用 （1）膜脂质过氧化(lipid peroxidation)增强 膜受体、膜蛋白酶和离子通道的脂质微 环境膜液态性、流动性和通透性 异常 5、FR对细胞的作用 （1）膜脂质过氧化（lipid peroxidation)增强 膜受体、膜蛋白酶和离子通道的脂质微环境 膜液态性、流动性和通透性异常 （2）蛋白质结构和功能异常： 结构改变（二硫键、二聚体形成） 失去活性 （3）破坏核酸和染色体： 染色体畸变 核酸碱基羟化 DNA断裂 6、FR在IRI机制中的地位 （1）缺血－再灌注时FR与钙超负荷 FR↑ 膜LP→Na+-K+ATPase↓→Na+- Ca2+交换增强 膜通透性↑ 细胞内钙超负荷 线粒体↓→ATP↓ Ca2+-ATPase↓ （2）缺血 - 再灌注时FR与WBC浸润增多 FR↑ 膜LP LT↑ WBC浸润 炎症介质 （3）缺血 - 再灌注时FR与高能磷酸合物缺乏 FR↑ 线粒体膜LP 线粒体结构受损 ATP↓ 线粒体功能↓钙超负荷 膜通透性↑ （4）缺血 - 再灌注时FR与无复流现象 缺血再灌 线粒体 FR↑ LTB4 ↑ WBC粘附血管内皮 无复流现象 PGI2↓ TXA2↑ 四、IRI的防治原则 1. 消除缺血原因，尽早恢复血流，减少缺血性损伤 2. 降低FR水平 ① FR清除剂：抗氧化酶 抗氧化剂 ② 抑制FR产生：别嘌呤醇 ↓ XO 大豆胰蛋白酶 3. 减轻钙超负荷：钙拮抗剂，钙通道阻断剂 4. 抑制白细胞浸润和作用 5. 控制再灌注条件 6. 改善缺血组织的代谢 补充： ATP 细胞色素C 醌类化合物等 7. 一些细胞保护剂的应用 XD XO 谢谢 谢谢