第七章 缺血-再灌注损伤

化学性质活泼；氧化性强；半衰期短
自由基的种类(Categories of free radicals)
1. 氧自由基 (oxygen free radical，OFR)
- _ e-+2H+ -+H+ -+H+ e e e • O2 H2 O2 O2 H2 O • OH
2. 脂性自由基
多聚不饱和脂肪酸
① 活性氧清除能力下降
② 活性氧大量产生 过多时造成组织细胞损伤
霍金与CuZn-SOD突变所致的脊髓侧索硬化症
总结：缺血-再灌注时活性氧增多的机制
线粒体产生活性氧增加 血管内皮细胞内黄嘌呤氧化酶形成增加 白细胞呼吸爆发产生大量活性氧 儿茶酚胺的自身氧化
诱导型NOS表达增强
体内清除活性氧的能力下降
酶催化下产生的一种气体自由基。
由内皮型NOS合成的NO具有保护作用， 由诱导型NOS合成的NO显示毒性作用。
NO+ O2
e +H+ ONOO H+
HOONO
过氧亚硝酸根 过氧亚硝酸
· OH+NO2
4、单线态氧 (1O2)：一种激发态氧，其
氧分子的同一或不同外层轨道中有两个 自旋方向相反的电子。在紫外光谱中呈 现一条单线，故称单线态氧。
1. 阻塞微循环
无复流现象(no-reflow phenomenon ) 恢复血液灌注后，缺血区依然得不 到充分血流灌注的现象称无复流现象。
2. 释放活性氧 3. 释放各种颗粒成分
4. 产生各种促炎性细胞因子
活性氧的作用 钙超载 白细胞的作用 高能磷酸化合物生成障碍
四、高能磷酸化合物生成障碍
缺血-再灌注区ATP生成能力下降的机制为： 1. 线粒体受损
活性氧的作用 钙超载 白细胞的作用 高能磷酸化合物生成障碍
三、白细胞的作用
缺血再灌注后的炎症反应是以白细胞 聚集并穿过微血管壁、浸润周围组织，同 时伴有微血管功能紊乱及局部组织中液体 及蛋白质积聚为标志的急性炎症反应。
（一）白细胞聚集的机制
选择素 整合素
趋化因子和细胞黏附分子生成增多
(二)白细胞聚集在缺血-再灌注损伤中的作用
发性水肿、组织结构崩解、收缩带形成等）。
冠脉支架置入前后
1967年，Bulkley 和
Hutchins发现冠脉血管再
通后的病人发生心肌细胞
反常性坏死。
1981年，Greenberg等证实小肠缺血3小
时后再灌注时，粘膜损伤更严重。 此后发现几乎所有的器官都可能发生缺
血再灌注损伤。
从实践到理论地总结
2、条件
缺血的时间和程度(15min以内或60min以上)


组织缺血前的状态(侧支循环、 对氧的需求程度)
再灌注条件(低温、低压、低钙等)
第三节 发病机制
(Mechanisms of ischemia-reperfusion injury)
活性氧的作用 钙超载 白细胞的作用 高能磷酸化合物生成障碍
（三）活性氧的损伤作用
1. 膜脂质过氧化 2. 蛋白质失活 3. DNA损伤 4. 细胞间基质破坏
活性氧的作用
钙超载 白细胞的作用
高能磷酸化合物生成障碍
二、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（calcium overload）。
线粒体产生活性氧增加 血管内皮细胞内黄嘌呤氧化酶形成增加 白细胞呼吸爆发产生大量活性氧 儿茶酚胺的自身氧化
诱导型NOS表达增强
体内清除活性氧的能力下降
1、线粒体产生活性氧增加
_ e-+2H+ -+H+ -+H+ e e e • O2 H2O H2O2 •OH O2 H2O
线粒体内O2
化学性质活泼，能迅速氧化许多分子， 特别是氧化蛋白质中发色基团。对机体 所起的生物学作用与自由基相同。
5 、 H2O2 ： 不是自由基。在 Cu2+
或 Fe2+ 的作用下可生成 · OH ，或通
过均裂生成· OH 。 · OH 的 生 成 是
H2O2导致氧化应激的主要机制。
（二）缺血-再灌注时活性氧增多的机制
4、儿茶酚胺的自身氧化
缺血再灌注（应激） 交感-肾上腺髓质系统兴奋 儿茶酚胺分泌增多
单胺氧化酶
代偿调节作用
自氧化生成超氧 阴离子自由基
5、诱导型NOS（iNOS）表达增强
单核细胞和中性粒细胞中含有iNOS。
缺血再灌注导致白细胞活化后，iNOS表 达上调，导致NO大量生成。NO及其代谢 产物过氧亚硝酸根（OONO—）、过氧亚 硝酸（HOONO）、羟自由基（· OH）都
一、活性氧的作用
（一）活性氧的基本概念
活性氧（reactive oxygen）： 指化学性质活泼的含氧代谢物。 氧自由基 单线态氧(1O2) 过氧化氢 (H2O2) NO
脂质过氧化物 及其裂解产物
自由基的概念及特点：
自由基 (free radical)：指外层轨道上含 有单个不配对电子的各种原子、原子团 或分子。
(一)细胞内Ca2+的稳态调节
膜电位达一定 程度时开放 Ca 2+ Ca 2+
[Ca2+]↑
电压依赖 性钙通道 Ca2+ 受体操纵 性钙通道 [Ca2+]e：10-3M
与激动剂结 合后开放
Ca2+ Ca2+泵
Ca2+
H+-Ca2+
肌浆网 SR [Ca2+]i：10-7M
Ca2+
Na+-Ca 2+载体
缺血、缺氧
早期无堵塞现象 进行性下降 多缓慢发生 较少为室颤 α-阻滞剂有效
心电图
ST段抬高，R波增高
ST段不抬高，R波降低，病理性Q波
二、脑缺血／再灌注损伤
临床表现：感觉、运动或意识严重障碍 脑电图：病理性慢波 组织学变化：脑水肿
脑缺血／再灌注损伤的发生机制的特点：
兴奋性氨基酸的神经毒性作用 脑细胞更易受活性氧损伤
1~2% 超氧阴离子 O2-· 羟自由基 · OH
98~99%
H2O+ATP
H2O2
清 除
SOD 维生素C
谷胱甘肽过氧化物酶 过氧化氢酶 髓过氧化物酶 维生素C 、SOD
细胞缺氧→线粒体呼吸链上酶活性↓→不能产生 足够的电子→自由基生成增加。
再灌注提供大量的氧，产生大量活性氧，呼吸 链复合体Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ均可产生活性氧。
线粒体
[Ca2+]↑
细胞内钙库释放：IP3敏感和不敏 感(二氢吡啶受体)两类钙库
（二）细胞内钙超载的产生机制
细胞膜通透性增加 Na+—Ca2+交换反转 儿茶酚胺增多

（二）细胞内钙超载的产生机制
(三) 钙超载引起细胞损伤的机制
损伤线粒体功能和结构 激活钙依赖性降解酶 促进活性氧生成 破坏细胞骨架
H2 O 氧自由基 烷氧自由基 LO· 烷过氧自由基 LOO· 过氧亚硝酸根 ONOO-
3. NO
NO
氧自由基
4. 其他
在缺血再灌注损伤中最重要的是氧自由基，它是其它自由基生成的基础。
1. 氧自由基 (oxygen free radical)： 以氧为中心的自由基称为氧自由基。 包括：超氧阴离子(O2· )、羟自由基(· OH)。
1、原因
凡能引起组织器官缺血后恢复血液供应 的因素（先缺血，后再灌）。
临床
休克微循环再通
冠脉解痉、各种动脉搭桥术
都可能发生再灌 注损伤
心脑血管栓塞再通(经皮冠状动脉腔内血管成形术-PTCA)
心肺手术体外循环后心肺复苏 断肢再植、器官移植血供恢复等
PTCA
第二节 原因和条件
(Influence factors of ischemia-reperfusion injury)
2. ATP合成的前身物质减少
第四节 机体主要器官的缺血-再灌注损伤
gut
O2OH
airways
HOCl
H2O2
brain & nerves
heart & vessels
一、心脏缺血-再灌注损伤
1. 缺血-再灌注性心律失常 2. 心肌舒缩功能下降 3. 心肌结构的变化 自由基和钙 超载造成的 心肌损伤及 再灌注后细 胞内外离子 分布紊乱
可导致组织损伤。
6、体内清除活性氧的能力下降
（1）抗氧化酶类：
超氧化物歧化酶(SOD)清除超氧阴离子 过氧化氢酶、谷胱甘肽过氧化物酶清除H2O2 谷胱甘肽硫转移酶清除脂性自由基等
（2）非酶性抗氧化物：
维生素E、谷胱甘肽、白蛋白、铜蓝蛋白等也 可清除活性氧或控制活性氧的生成。
适量时参与化学反应、信号 转导、基因调控
O2 +e. O
2
O2 + Hቤተ መጻሕፍቲ ባይዱO2
Fe2或Cu2+
O2 + OH + OH

Fenton反应
O2是体内氧自由基存在的主要形式，主要来源于线粒体。 · OH是体内最活跃的氧自由基，对机体危害最大。
2、脂质自由基
多聚不饱 和脂肪酸 氧自由基 脂氧自由基 LO· 脂过氧自由基 LOO·
3、一氧化氮（NO）: 是L-精氨酸在一氧化氮合
呼吸爆发(respiratory burst )：白细胞 吞噬时伴耗氧量显著增加的现象。
NADPH + O2
NADPH氧化酶
NADP+ + H+ +
_ • O2
摄取O2的70%~90%经细胞内的NADPH氧化酶作 用形成氧自由基，用以杀灭病原微生物。组织缺
血过程中大量中性粒细胞被激活，再灌注又提供
大量氧，使活性氧大量增加。
（2）缺血后适应
在全面恢复再灌注前短暂多次预再灌、停灌处理，
可减轻缺血—再灌注损伤。
脑缺血预处理的脑保护作用
A
B
C
A: 7 d after an ischemic preconditioning for 3 min; B: ischemic insult for 8 min; C: preconditioning+ ischemic insult
钙超载→线粒体功能受损→线粒体氧化酶系统 受抑制→氧经单电子还原成氧自由基增多。 缺氧→细胞中抗氧化酶活性降低→氧自由基清 除减少。
2 血管内皮细胞内黄嘌呤氧化酶形成增加
黄嘌呤氧化酶(XO) 10%
Ca2+依赖性蛋白酶
黄嘌呤脱氢酶(XD) 90%
②ATP降解
①钙超载 激活此酶
③再灌提供大量氧
3、白细胞呼吸爆发产生大量活性氧
Ca2+进入胞液的途径
质膜钙通道：电压依赖性钙通道 受体操纵性钙通道 细胞内钙库释放通道： ①1,4,5-三磷酸肌醇（IP3）敏感钙池 ②IP3不敏感钙池：二氢吡啶受体 (Ca2+诱发Ca2+释放) 。 Ca2+离开胞液的途径 ◆Ca2+泵：存在于细胞膜、内质网膜和线粒体膜
◆Na+-Ca2+交换：双向转运， 3个Na+交换1个Ca2+ ◆H+-Ca2+交换：主要见于线粒体，双向转运
缺血-再灌注损伤 (ischemia-reperfusion injury) 缺血的组织、器官经恢复血 液灌注后不但不能使其功能和结 构恢复，反而加重其功能障碍和 结构损伤的现象。
第二节 原因和条件
(Influence factors of ischemia-reperfusion injury)
第五节 防治原则
尽早恢复血流，减少缺血时间 采用低压、低温、低钙再灌注液 清除活性氧 钙拮抗剂的使用 抗白细胞疗法 补充能量及促进能量生成 启动细胞内源性保护机制
启动细胞内源性保护机制
（1）缺血预适应：最有效
组织器官经反复短暂缺血后，会明显增强对随后
较长时间缺血及再灌注损伤的抵抗力的现象。
为什么在溶栓后出现严重的心律失常?
第一节 概 述
(Introduction)
简史
认识就从这简单现象开始
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。
1960年，Jennings第一次提出
心肌缺血再灌注损伤的概念。
在心肌缺血恢复血流后，缺血心肌的损伤反 而加重，出现超微结构不可逆性损伤（爆
LOGO
缺血-再灌注损伤
（Ischemia–reperfusion injury）
病理生理学教研室
李淑琴
病例分析
患者，男，54岁，因胸闷、大汗1h入急诊病房。 查体：血压65/40mmHg，意识淡漠，心率37次/min， 律齐。既往有高血压病史 10年。心电图显示Ⅲ度房 室传导阻滞。给予阿托品、多巴胺等扩冠治疗。入 院上午10时用尿激酶静脉溶栓。10时40分出现阵发 性室颤，立即给予除颤，至11时20分反复发生多次 室颤，共除颤 7 次，同时给予利多卡因、小剂量异 丙肾上腺素后心律转为窦性，血压平稳，意识清楚。 冠状动脉造影证实：右冠状动脉上段85% 狭窄，中段78%狭窄。
心肌顿抑（myocardial stunning):指心肌经短暂缺血 并恢复供血后，在一段较长时间内处于“低功能状 态”，常需数小时或数天才可恢复正常功能的现象。
心肌缺血性损伤和再灌注性损伤的主要表现
缺血性损伤
发病环节
微小血管 心肌功能 心律失常
再灌注性损伤
再灌注
微小血管堵塞、出现无复流现象 心肌顿抑 多突然发生 很快转化为室颤 β-阻滞剂有效