(基础医学)肝脏缺血再灌注损伤发生机制及防治PPT课件
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缺血再灌注损伤
（三）OFR的损伤作用 OFR的损伤作用
生物膜脂质过氧化（ 1、生物膜脂质过氧化（lipid peroxidation) 增强 （1）破坏膜的正常结构及功能 ） （2）间接抑制膜蛋白功能 ） 3）促进OFR及其它生物活性物生成 （3）促进OFR及其它生物活性物生成 （4）减少ATP生成 ）减少 生成
（二）影响因素
1、 缺血时间 过长过短都不易发生 不同动物不同器官差异 、 缺血时间: 过长过短都不易发生;不同动物不同器官差异 2、 侧枝循环 易形成者不易发生 、 侧枝循环: 3、 需氧程度 心\脑易发生 、 需氧程度: 脑易发生 4、 再灌注条件 高温 高压 高钠 高钙可诱发 高压\高钠 、 再灌注条件: 高温\高压 高钠\高钙可诱发
间接激活Na （3）PKC间接激活 +-Ca2+交换蛋白 ） 间接激活
肾上腺素能受体激活G蛋白 如α1肾上腺素能受体激活 蛋白 肾上腺素能受体激活 蛋白-PLC →H /Na +交换激活
+
2. 生物膜损伤
（1）细胞膜损伤 → 钙内流↑ ） 钙内流↑ 膜屏障作用↓ 膜屏障作用↓ Ca2+激活磷脂酶，使膜磷脂分解 激活磷脂酶， FR使细胞膜脂质过氧化 使细胞膜脂质过氧化 （2）线粒体受损 → ATP↓ ） ↓ （3）肌浆网膜受损 → 摄取钙↓ ） 摄取钙↓
黄嘌呤氧化酶（XO） 1 黄嘌呤氧化酶（XO）的形成增多
XO的作用： 的作用： 的作用 次黄嘌呤+O 次黄嘌呤 2
黄嘌呤+ 黄嘌呤 O·-2 +H2O2 ↓XO 尿酸+ 尿酸 O·-2 +H2O2 氧自由基的生成需要三个条件： 氧自由基的生成需要三个条件： XO OH· 次黄嘌呤 O2 XO
缺血-再灌注损伤
机制:
内皮素 （ET） ↑ 一氧化氮（NO）↓
血栓素A2（TXA2）↑
前列环素（PGI2）↓
后果:
有助于无复流现象的发生，加重组织损伤
（3）微血管通透性增高
机制：可能与白细胞释放的某些炎性介质有关
后果：①引发组织水肿
②导致血液浓缩，有助于形成无复流现象
③有利于中性粒细胞从血管内游走到细胞间隙，
直接释放细胞因子造成组织细胞的损伤
(三)心肌超微结构变化
肌原纤维结构破坏 (出现严重收缩带、肌丝断裂、溶解) 线粒体损伤 (极度肿胀、嵴断裂、溶解，空泡形成、 基质内致密物增多)
台湾野柳公园蘑菇石
二、脑缺血-再灌注损伤的变化 (一)脑能量代谢变化
ATP等均在短时间内减少 cAMP含量增加
cGMP含量下降
（二）脑氨基酸代谢变化
诊断: 心肌梗塞 问题:
1、为什么在溶栓后出现严重的心律失常?
2、如何防治？
台湾阿里山
3、核酸及染色体破坏 染色体畸变
核酸碱基改变
DNA断裂
（四）判断指标
O2-、OH· 1O2、H2O2 、
XO
MDA ( LPO )
SOD、CAT、GSH-PX VitC、VitE、 VitA
台东八仙台
二、钙超载
（一）钙超载的概念
钙超负荷
calcium overload CO
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
膜磷脂降解→线粒体膜受损→ATP生成↓→细胞膜、 肌浆网Ca2+ 泵功能障碍→胞浆Ca2+↑
（三）钙超载引起缺血-再灌注损伤的机制
1、激活XO→OFR生成↑ 2、激活ATP酶→加重细胞内酸中毒 3、激活PL→膜磷脂降解→直接造成生物膜受损
缺血-再灌注损伤
缺血-再灌注损伤概念 ：
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 象称为缺血-再灌注损伤(ischemiareperfusion injury).
第一节 原因和条件
一、原 因
• 组织器官缺血后恢复血液供应 休克时微循环的疏通 冠脉痉挛缓解 心脑肺复苏
Ca 2+ 减少，导致细胞内钙超负荷
③脂质信号分子生成异常 ④促进自由基及其他生物活性物质生成
2. 蛋白质失活
蛋白质 断裂
蛋白质-蛋白 质交联
二硫交联
-S-S-
脂质-蛋白 质交联
OH
OH
HO
HO
CH3-S-
O
氨基酸 氧化
脂肪酸氧化
脂质-脂质交联
3. DNA损伤
自由基的作用 钙超载 白细胞的作用
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）
(一)细胞内Ca 2+的稳态调节
VOC
Ca2+
ROC
[Ca2+]e：10-3M
Ca 2+
Ca 2+
Ca2+ B Pr
Ca2+
化学性质活 泼 氧化性强 半衰期短
种类：①氧自由基 ②脂质自由基 ③其他： NO、氯自由基
氧自由基：以氧为中心的自由基称为氧 自由基，常常由氧诱发
O2 98~99%
线 粒
体
NADPH氧化酶
黄嘌呤氧化酶
P450细胞色素单加氧酶
ATP
1~2%
第十二章 缺血-再灌注损伤
▲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
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↑
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
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）。
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
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↑
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
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）。
肝脏缺血再灌注损伤机制
粘附聚集 ，并穿过血管壁进入肝实质 中造成损伤 ，这是 Ｐ ＭＮ浸 润扩散至肝实质 内的分子基础 。
３ ． Ｐ ＭＮ 的活 化
、
．
经过趋化、粘 附、渗 出血管壁浸润至肝实质 内的 Ｐ ＭＮ 已经 活化。Ｐ ＭＮ 来源 的介质包括 活性氧代谢产物 ，脂类介质 ，蛋 白 酶类及各种细胞因子 。这些因子都是 Ｐ ＭＮ 的趋化、活化因子， 反过来又成为其产物，并不断地循环作用 ， 加重 了肝脏和全身各 脏器的损伤 。 肝脏 的缺血 再 灌注 损伤 事 实上 就 是一 个 炎症 反应 过程 ， Ｐ ＭＮ 的浸润是这一过程 中的重要组成 部分 。研 究发现缺血再 灌 注时微循环障碍的发生与中性粒细胞的激 活密切相关。 七 、细 胞 凋 亡 很 多研 究报 道肝脏缺血再灌注 中发生细胞凋亡 ，有 ５ ０ ％～ ７ ０ ％的 内皮细胞和 ４ ０ ％￣６ ０ ％的肝细胞在 再灌注 中发 生凋亡 。外 膜破裂而将线粒体膜 间腔 的内容物释放 出来 ， 进 而激 活一系列的 酶促级联反应导致氧化磷酸化障碍使细胞凋亡 。 八 、部分核 因子 肝缺血再灌注损伤早期枯否细胞在Ｔ Ｎ Ｆ ＿ ａ和Ｉ Ｌ － １ Ｂ等炎性因子 作用下被激活，而这些炎性因子受 Ｎ Ｆ ． Ｋ Ｂ和 Ａ Ｐ ． １ 等核转录因子的 调节。通过 Ｔ Ｎ Ｆ ． Ｑ 产生及血管内皮细胞表达 Ｉ Ｃ Ｍ － Ａ １ ，促使白细胞 黏附、激活导致肝再灌注损伤。Ｎ Ｆ ． ｘ Ｂ还可引起肝细胞凋亡。 九 、部分细胞 因子 主要有 Ｉ Ｌ ． １ 、Ｉ Ｌ ． １ ０ 、Ｔ ＮＦ ， ａ 、细 胞间粘 附分子 家族 、热休克 蛋 白、血小板激活 因子 （ Ｐ Ａ Ｆ ）等 。主要在缺血期被激活 ，参与 肝脏缺血再灌注损伤 。 综上所述 ，肝脏缺 血再灌注 损伤 是一个 多因素参与 、多种通 路共 同发挥作用 的复杂 的病理生理过程 。 通过进一步深入研究肝 脏 缺血再灌注损伤 的发生机制 ， 有助于找到新的更好的预防和治 疗 Ｈ Ｉ Ｒ Ｉ 的方法 。 参考文献： ［ １ ］ Ａ ｒ ｉ ｉ Ｓ ，Ｔ ｅ ｒ ａ ｍｏ ｔ ｏ Ｋ，Ｋ ａ ｗａ ｍｕ ｒ ａ Ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｔ ｐ ｒ ｏ ｇ ｒ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ
３ ． Ｐ ＭＮ 的活 化
、
．
经过趋化、粘 附、渗 出血管壁浸润至肝实质 内的 Ｐ ＭＮ 已经 活化。Ｐ ＭＮ 来源 的介质包括 活性氧代谢产物 ，脂类介质 ，蛋 白 酶类及各种细胞因子 。这些因子都是 Ｐ ＭＮ 的趋化、活化因子， 反过来又成为其产物，并不断地循环作用 ， 加重 了肝脏和全身各 脏器的损伤 。 肝脏 的缺血 再 灌注 损伤 事 实上 就 是一 个 炎症 反应 过程 ， Ｐ ＭＮ 的浸润是这一过程 中的重要组成 部分 。研 究发现缺血再 灌 注时微循环障碍的发生与中性粒细胞的激 活密切相关。 七 、细 胞 凋 亡 很 多研 究报 道肝脏缺血再灌注 中发生细胞凋亡 ，有 ５ ０ ％～ ７ ０ ％的 内皮细胞和 ４ ０ ％￣６ ０ ％的肝细胞在 再灌注 中发 生凋亡 。外 膜破裂而将线粒体膜 间腔 的内容物释放 出来 ， 进 而激 活一系列的 酶促级联反应导致氧化磷酸化障碍使细胞凋亡 。 八 、部分核 因子 肝缺血再灌注损伤早期枯否细胞在Ｔ Ｎ Ｆ ＿ ａ和Ｉ Ｌ － １ Ｂ等炎性因子 作用下被激活，而这些炎性因子受 Ｎ Ｆ ． Ｋ Ｂ和 Ａ Ｐ ． １ 等核转录因子的 调节。通过 Ｔ Ｎ Ｆ ． Ｑ 产生及血管内皮细胞表达 Ｉ Ｃ Ｍ － Ａ １ ，促使白细胞 黏附、激活导致肝再灌注损伤。Ｎ Ｆ ． ｘ Ｂ还可引起肝细胞凋亡。 九 、部分细胞 因子 主要有 Ｉ Ｌ ． １ 、Ｉ Ｌ ． １ ０ 、Ｔ ＮＦ ， ａ 、细 胞间粘 附分子 家族 、热休克 蛋 白、血小板激活 因子 （ Ｐ Ａ Ｆ ）等 。主要在缺血期被激活 ，参与 肝脏缺血再灌注损伤 。 综上所述 ，肝脏缺 血再灌注 损伤 是一个 多因素参与 、多种通 路共 同发挥作用 的复杂 的病理生理过程 。 通过进一步深入研究肝 脏 缺血再灌注损伤 的发生机制 ， 有助于找到新的更好的预防和治 疗 Ｈ Ｉ Ｒ Ｉ 的方法 。 参考文献： ［ １ ］ Ａ ｒ ｉ ｉ Ｓ ，Ｔ ｅ ｒ ａ ｍｏ ｔ ｏ Ｋ，Ｋ ａ ｗａ ｍｕ ｒ ａ Ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｔ ｐ ｒ ｏ ｇ ｒ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ
病理生理学课件：IRI 缺血-再灌注损伤
自由基的作用
1. 膜脂质过氧化增强
❖ 破坏膜的正常结构钙超载 ❖ 间接抑制膜蛋白功能钙超载、细胞
肿胀、信号转导障碍 ❖ 促进自由基及其他生物活性物质生成 ❖ 线粒体膜被破坏减少ATP生成能
量代谢障碍
自由基的作用
2. 蛋白质结构破坏，功能被抑制 (1) 蛋白质结构变性
❖ 氨基酸残基与ROS发生氧化反应肽链断裂蛋白质变性 ❖ ROS与酶蛋白活性中心的巯基发生氧化反应酶活性↓ (2) 蛋白质降解：变性蛋白质易被降解
1~2%
ATP
超氧阴离子 O2羟自由基 ·OH 单线态氧 1O2
SOD
H2O2
清
除
谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-PX） 过氧化氢酶（CAT） 髓过氧化物酶（MPO）
自由基的作用
自由基的生物学意义：
作为中间介质，少量有益，参与多种信号通路 ▪ 诱导保护性蛋白 ▪ 介导药物作用 ▪ 调节血管张力 ▪ 调节血小板粘附 ▪ 调节细胞增殖分化
IRI的影响因素
❖ 缺血时间的长短 ❖ 缺血程度：侧支循环的形成与否；组织需氧程度 ❖ 再灌注条件：再灌注时的压力、液体温度、pH值和电解质浓
度 低压、低温、低pH值、低钠、低钙或高钾、高镁时损伤轻
学习要点
❖ 基本概念：IRI、自由基、钙超载、心肌顿抑 ❖ 常见原因和影响因素 ❖ 发生机制：自由基、钙超载、白细胞 ❖ 心肌缺血-再灌注损伤 ❖ 临床上预防缺血-再灌注损伤的方法
自由基的代谢：
98~99% 线
O2
粒
体
NADPH氧化酶
黄嘌呤氧化酶
P450细胞色素单加氧酶
1~2%
ATP
超氧阴离子 O2羟自由基 ·OH 单线态氧 1O2
SOD
缺血-再灌注损伤(ischemia-reperfusioninjury)
（1） 非脂性自由基 氧自由基( oxygen free radical OFR)
概念：由氧诱发的自由基。 - ）羟自由基（OH· 种类：超氧阴离子（O· ），属非脂性自由 2 基 线粒体是O· -2生成的主要场所之一。O· -2的生成是其他
自由基或活性氧生成的基础。
活性氧（reactive oxygen species,ROS）：氧化还原过程 中产生的具有高活性的一系列中间产物，（ 1O2和H2O2）。 不属于自由基，其氧化作用很强。 单线态氧1O2：是一种激发态氧（在光敏剂存在下，作用于O2 激发而产生），反应活性较强，参与许多化学反应， 可由O· 2 自发歧化产生，也可在髓过氧化物酶（MPO）作用 下，由H2O2氧化卤化物产生。
（三）缺血—再灌注时OFR增多发 3 线粒体的损伤 4 儿茶酚胺的自身氧化
1 黄嘌呤氧化酶（XO）的形成增多
XO的作用： 次黄嘌呤+O2
- +H O XO 黄嘌呤+ O· 2 2 O2↓XO - +H O 尿酸+ O· 2 2 2 氧自由基的生成需要三个条件： XO OH· 次黄嘌呤 O2
维 持 因 素
细胞膜钙 通道
细胞膜结 合钙
Ca2+ Ca2+
电压依赖 性钙通道
Ca2+结合蛋白
Ca2+
Na+Ca2+ 交换 体
Mito
SR
细胞内钙代谢示意图
钙超载发生的机制
1 Na+-Ca2+交换异常（钙超载时进入细
胞的主要途径）
正常：3个Na+ 1个Ca2+ 可进行双相转运 Ca2+ 生理 影响因素：
缺血和再灌注时
缺血-再灌注损伤 (Ischemia-reperfusion injury)
C3,LTB4 呼吸爆发
NADH(I) NADPH(II) + O2
NADH氧化酶 NADPH氧化酶 + + O H
激活中粒
己糖旁路活化
+H 2· 2O2
3. 线粒体功能障碍（心肌细胞源性）
Ca2+进入线粒体 缺氧 MnSOD 氧经单电子还原↑
·↑ O 2
4. 儿茶酚胺
Adr
甲基转移酶
第十章
缺血-再灌注损伤
（Ischemia-reperfusion injury)
简史
认识就从这简单现象开始
1 ９ ５ ５ 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，临床类同
１９６０年，Jennings第一次
提出心肌再灌注损伤的概念
在心肌缺血恢复血流后， 缺血心肌的损伤反而加重
SLOW
Fenton 型Haber-Weiss反应
O 2 + H 2O 2
－
Fe
3
O2 + OH +OH
FAST
3 氧自由基的清除
（1）低分子清除剂
胞浆：还原性辅酶Ⅱ
细胞内外水相： 半胱氨酸、Vit C、谷胱甘肽
细胞脂质： Vit E、 Vit A
（2）酶性清除剂
超氧化物歧化酶
MnSOD CuZnSOD
单胺氧化酶
应激时80%O2
香草扁桃酸（正常代谢） 肾排出
O- 2 ·
肾上腺素红
（三）OFR的损伤机制
1. 膜脂质过氧化(lipid peroxidation) （1）膜脂质微环境改变 （2）膜蛋白功能受抑 （3）促花生四烯酸代谢 （4）线粒体膜 ：ATP生成障碍
NADH(I) NADPH(II) + O2
NADH氧化酶 NADPH氧化酶 + + O H
激活中粒
己糖旁路活化
+H 2· 2O2
3. 线粒体功能障碍（心肌细胞源性）
Ca2+进入线粒体 缺氧 MnSOD 氧经单电子还原↑
·↑ O 2
4. 儿茶酚胺
Adr
甲基转移酶
第十章
缺血-再灌注损伤
（Ischemia-reperfusion injury)
简史
认识就从这简单现象开始
1 ９ ５ ５ 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，临床类同
１９６０年，Jennings第一次
提出心肌再灌注损伤的概念
在心肌缺血恢复血流后， 缺血心肌的损伤反而加重
SLOW
Fenton 型Haber-Weiss反应
O 2 + H 2O 2
－
Fe
3
O2 + OH +OH
FAST
3 氧自由基的清除
（1）低分子清除剂
胞浆：还原性辅酶Ⅱ
细胞内外水相： 半胱氨酸、Vit C、谷胱甘肽
细胞脂质： Vit E、 Vit A
（2）酶性清除剂
超氧化物歧化酶
MnSOD CuZnSOD
单胺氧化酶
应激时80%O2
香草扁桃酸（正常代谢） 肾排出
O- 2 ·
肾上腺素红
（三）OFR的损伤机制
1. 膜脂质过氧化(lipid peroxidation) （1）膜脂质微环境改变 （2）膜蛋白功能受抑 （3）促花生四烯酸代谢 （4）线粒体膜 ：ATP生成障碍