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1、缺血-再灌注损伤（Ischemia-reperfusion injury,IRI）,阎春玲Department of Pathophysiology,Chapter 10,研究背景,溶栓疗法,器官移植,体外循环,冠脉搭桥,治疗手段的改进,心脏介入手术,经皮冠状动脉腔内成形术（PTCA）,放置支架,PTCA结合支架治疗冠心病患者，成功率较高，长期生存率较高,1960年 Jennings等 Jennings第一次提出了MIR概念,证实 再灌注会引起心肌超微结构不可逆性 坏死，包括暴发性水肿，组织结构崩 解，收缩带形成和线粒体内磷酸钙颗 粒形成。提出心肌IRI的概念。,1975年 Schaffer对
2、234例急性心肌梗塞的病人 插入心导管到冠状动脉，注入溶栓剂 治疗，并对缓解后的病人追踪观察了5 个月，发现其中89例病人因复发室颤 死亡。尸解时冠状动脉未见新的血栓 与栓塞情况，认为是再灌注所致。,1977年 Bulkley和Hutchins报道,在成功地施行 冠脉搭桥术使血管再通后的病人发生 心肌细胞反常性坏死。实验与临床资料证明:冠脉重新恢复血流 后，有可能造成更严重的心肌损伤。,冠脉支架置入前后,1977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。,1 2 3 4h,损伤程度加重,单纯缺血,缺血再灌,实验与临床资料证明冠脉重新恢复血流后，有可能
3、造成更严重的心肌损伤,1968年 Ames率先报道了 脑IRI1972年 Flore 肾IRI1978年 Modry 肺IRI1981年 Greenberg 肠IRI缺血-再灌注损伤特点：1.可逆损伤 不可逆损伤 2.具有器官普遍性,氧反常,钙反常,pH反常,低氧/缺氧,正常氧供,无钙,含钙,损伤加重,酸中毒,纠正酸中毒,氧反常（oxygen paradox）,用低氧溶液灌注组织器官或在缺氧条件下培养细胞一定时间后，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，这种现象称为氧反常。,钙反常（calcium paradox）,预先用无钙溶液灌流大鼠离体心脏2分钟，再用含钙溶液进行
4、灌流时，心肌细胞酶释放增加，肌纤维过度收缩及心肌电信号异常，称为钙反常。,pH反常（pH paradox）,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，但在再灌注时迅速纠正缺血组织的酸中毒，反而会加重缺血/再灌注损伤，称为pH反常。,一、概念（Conception）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。,图1 肠黏膜缺血-再灌注损伤,Usually blood reperfusion should reduce the ischemia injury.However,recent clinical observations a
5、nd animal ex-periments showed that blood reperfusion sometimes indu-ces or aggravates the further reversible even irreversible cell damage,especially for a prolonged ischemia.,二、原因和条件（Etiology&Factors）,1原因（Etiology）：缺血后的血液再灌,全身循环障碍后恢复血液供应：如休克、心肺复苏后等（shock）组织器官缺血后血流恢复：断肢再植，器官移植，体外循环等。（Myocardial infa
6、rction,cardiac bypass surgery,organ transplantation）血管再通术后：冠脉搭桥术，PTCA，溶栓疗法等。（thrombolytic therapy,PTCA,etc）,2条件（Factors）缺血时间的长短（Duration of ischemia）侧支循环的形成情况（Collateral circulation）对氧需求程度（Dependency on oxygen）再灌注的条件（Condition of reperfusion）,【发病机制】（Pathogenesis）,一、自由基生成增多（Increase free radical）自由基的
7、概念与分类（Conception and classification）概念（Conception）外层轨道上有单个不配对价电子的原子、原子团或分子。,（Free radical are a highly reactive group of atoms,molecules or radicals,which carry unpaired electron in outer orbital.）,自由基(Free Radicals)名称的由来,1832年德国过化学家Baron Von Liebig&Friedrich Woher 发现化学反应中有一小群原子,并未把自己的单一原子放出,反而继续保留,
8、到处去找别的分子结合当时就称这种原子为“radicals”,此字源自于拉丁文“radix”,意思就是“a root”(根),表示它们根植在其他分子上自由基“Free Radicals”就是短暂的根植在其他分子上,而具有到处游走特性的原子,氧自由基（Oxygen free radical，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-derived free radical）,超氧阴离子自由基（）羟自由基（Hydroxyl radical,OH）,氧自由基,氧自由基,以氧为中心的自由基称为氧自由基。氧自由基(OxygenFreeRadicals,OFR)是
9、对机体危害最大的自由基种类。包括超氧阴离子自由基(O-2)、羟自由基(HO)等,过氧化氢(H2O2)及单线态氧(1O2)虽不是自由基,但其氧化作用亦强,经过反应可形成OFR或涉及自由基反应,所以常常把它们也列入到OFR中。,概 念,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。,一氧化氮（NO）过氧亚硝基阴离子（ONOO）,RNS,氧自由基的种类及其性质,超氧阴离子自由基(O2-)是所有氧自由基中的第一个自由基，可以经过一系列反应生成其它氧自由基，具有特别重要的意义。和其它活性氧相比，超氧阴离子
10、自由基不很活泼，但是由于它寿命较长，可以从其生成位置扩散到较远的距离，达到靶位置，从这种意义讲，超氧阴离子自由基具有更大的危险性。超氧阴离子自由基存在于气相，液相和固相之中。其物理性质往往取决于存在条件。超氧阴离子自由基既可以接受一个电子氧化其它物质而被还原，又可以提供一个电子还原其它物质而被氧化。,羟基自由基（HO）羟基自由基是已知最强的一个氧化剂,它比高锰酸钾和重铬酸钾的氧化性还强，是氧的三电子还原产物,反应性极强,寿命极短。几乎可以和所有细胞成分发生反应,对机体危害极大。但由于作用半径小只能和邻近分子发生反应。,过氧化氢和单线态氧过氧化氢和单线态氧不是自由基，但它们都是很重要的活性氧，而
11、且都可以反应产生氧自由基。过氧化氢（H2O2）是氧二电子还原产物,具有较强的氧化性,可以直接氧化一些酶的巯基,使酶失去活性,过氧化氢可以穿透大部分细胞膜，这是超氧阴离子自由基不能相比的。这就增加了过氧化氢的细胞毒性，当它穿越细胞膜后就可以与细胞内铁反应产生羟基自由基。过氧化氢在体内的重要来源可能是超氧阴离子自由基的歧化反应。单线态氧(1O2)是氧气的激发态。反应性极强。单线态氧同其它物质反应主要通过两种形式进行，一是同其它分子的结合反应，二是将它的能量转移给其它分子，自己回到基态，称为淬灭。,NO自由基NO作为自由基可以损伤正常细胞，在心肌和脑组织缺血再灌注损伤过程中起着重要作用。NO是最小的
12、几个分子之一。NO不稳定，半衰期短，与氧气极易反应，生成NO2自由基。NO还可以与超氧阴离子自由基以极快的速率反应生成过氧亚硝基，质子化后生成NO2和类羟基自由基。,细胞内大约90%的氧被线粒体消耗,它们大部分被电子传递链传来的电子还原为水,小部分氧被电子传递链中漏流出来的电子单价还原,形成超氧阴离子,在正常生理状态下,大约有2%30%的氧被从线粒体电子传递链中漏出的电子还原产生超氧阴离子,并经歧化作用产生过氧化氢。因此,可以说线粒体是体内氧自由基的主要来源之一。,线粒体是体内氧自由基的主要来源,O2的来源：（1）线粒体,（2）某些物质（还原性细胞色素C、血红蛋白、肌红蛋白、儿茶酚胺、甲状腺素
13、）自然氧化（3）酶氧化（黄嘌呤氧化酶、醛氧化酶）,微粒体中有两种氧化酶系统是O2-的发生器，是亚硫酸盐氧化酶，此酶能以O2作为电子受体，另一种是二巯基蛋白又称二巯基氧化系统，可以自氧化形成二硫键，在此过程中产生O2-。,（4）毒物作用于细胞（CCL4、除草剂）（5）电离辐射电离辐射 可以使某些分子的共价键断裂发生化学反应。,H2O 小于200nm光照射 2 OH,自由基具有高度的化学活泼性，极易与相邻的物质发生电子的得失交换，参与生化反应，不稳定，寿命短。自由基参与许多生命活动中的生化反应，如氧化还原反应、光合作用等，在维持生命正常活动中起着重要作用当自由基生成的数量或时空定位出现异常，超出机
14、体的调控能力时，自由基将造成组织的损伤，核酸、蛋白质、脂质等大分子物质最易受自由基破坏和攻击。,2.自由基的性质,3.自由基的清除,自由基与自由基防御系统处于动态平衡中,一旦平衡被打破,自由基造成对机体的毒性作用时,就会产生各种疾病,从而影响人体的健康。体内存在的消除自由基的防御系统,即由一些酶和非酶物质组成的抗氧化剂。,它们可防止自由基的生成。,抗氧化剂的分类,体内抗氧化剂,抗氧化剂,体外抗氧化剂,抗氧化酶,非酶抗氧化剂,天然抗氧化剂,人工合成抗氧化剂,超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)、谷胱甘肽转硫酶(GST)、,抗氧化酶,（1）体内抗氧化剂
15、,超氧化物歧化酶（SOD,Super Oxide Dlsmutase）,金属酶,分两大类：Cu,Zn-SOD Mn,Fe-SOD,SOD是超氧阴离子自由基的特异酶，经广泛研究未发现其它功能。,Cu,Zn-SOD含两个亚基,每个亚单位各含一个铜和锌离子,相对分子量为 23000.,Cu,Zn-SOD,从大肠杆菌分离出三种：FeSOD、MnSOD、Mn，Fe-SOD FeSOD与MnSOD的氨基酸序列类似，但与CuZn-SOD差别很大。,Mn，Fe-SOD,SOD分布很广，几乎从哺乳动物到细菌，以及植物中均存在。在高等动物SOD主要存在于红细胞、肝、脑组织中。Cu，ZnSOD一般存在胞浆中，而Mn
16、，FeSOD存在于线粒体中。现多从猪血中提取,商品名为Orgotdin,SOD的分布：,SOD的作用：,1993 年报道了家族肌萎性脊髓侧索硬化症(FALS)与SOD 有密切的关系。他们发现25%的FALS 患者(2.5%的ALS 患者)携带有多种SOD1突变体的基因,提出SOD1突变体可能是导致FALS 的重要原因。,ALS 是一种常见的成人神经退行性紊乱,每10万人中就有5 个人发病。该病的特点是运动神经元(连接大脑和脊髓以及脊髓和肌肉组织的较大神经细胞,控制肌肉组织的运动)的选择性退化。运动神经元的失去将使骨骼肌肉渐进性萎缩,最终导致ALS 患者瘫痪甚至死亡。1993 年发现与FALS
17、有关的SOD突变体的基因为ALS 的防治带来了希望。,家族肌萎性脊髓侧索硬化症(FALS),用SOD治疗类风湿关节炎、红斑痕疮,皮肌炎等均有明显效果。此外,在防辐射,防衰老,抗肿瘤等方面也已进入临床。,SOD的作用：,食物来源(Food Sources of SOD),蔬菜中的四季豆、青菜、芹菜、菠菜、韭菜、葱、茄子、胡萝卜、西红柿、黄瓜、南瓜和土豆中都含有丰富的SOD，常吃这些菜可减少氧自由基对人体的损害，延缓衰老。,含有SOD的营养保健品SOD化妆品 SOD牙膏SOD保健酒 SOD牛奶SOD糖果SOD口服液和其它保健品,SOD的活力测定方法,1、黄嘌呤氧化酶（XO）-细胞色素C法,2、邻苯
18、三酚自氧化法,3、化学发光法,李长生 王荣霞 李 军等。首乌益智灵对血管性痴呆模型大鼠脑组织SOD活性、MDA含量的影响。中国老年学杂志，2007；27（18）：1763-1765。,殷霞 李建薇 喻红玲等。那格列奈和瑞格列奈对2型糖尿病患者血清MDA水平和SOD活性的影响。华西药学杂志，2005；20（6）：500-502。,过氧化氢酶(CAT),过氧化氢酶分子含四个蛋白质亚基，。每个亚基均有1个Fe原卟啉作为辅基，后者连接到酶活性部位。牛肝脏的过氧化氢酶分子量约23万。过氧化氢酶的浓溶液在4能保持1个月，但稀溶液却迅速丧失活性。,无论动物、植物、微生物，凡是好氧的细胞均存在此酶。在动物的肝
19、脏、肾脏、红细胞里特别多。,CAT的分布：,过氧化氢酶能够消除细胞新陈代谢的副产物过氧化氢。过氧化氢又名“双氧水”，它是活跃的强氧化剂，能引起氧化反应破坏细胞的新陈代谢过程，同时又会产生一系列新的氧化性活跃物质即自由基。,2H2O2 CAT 2H2O+O2,CAT的作用,由华盛顿大学医学院的一个研究小组发现，细胞内过氧化氢酶增加的实验鼠，寿命比对照组的实验鼠都有不同程度的增加。特别是细胞线粒体内增加过氧化氢酶的实验鼠，平均寿命达到个半月，比对照组的实验鼠延长了，而细胞核、细胞质中增加过氧化氢酶的实验鼠，寿命延长则没有那么显著。,CAT的作用,食物来源(Food Sources of CAT),
20、谷胱甘肽过氧化物酶（CSHPx）,谷胱甘肽过氧化物酶（CSHPx）于1957年被发现。它属于过氧化物酶类。但在高等植物和细菌中并不普遍，它的底物是低分子量的含硫化合物谷胱甘肽。,GSH-Px酶系主要包括4种不同的GSH-Px，分别为胞浆GSH-Px、血浆GSH-Px、磷脂氢过氧化物GSH-Px及胃肠道专属性GSH-Px。胞浆GSH-Px由4个相同的分子量大小为22kDa的亚基构成四聚体，每个亚基含有1个分子硒半胱氨酸，广泛存在于机体内各个组织，以肝脏红细胞为最多。,CSHPx的结构及分布,H2O2+2GSH GSHPx 2H2O+GSSG,GSHPx的主要生物学作用是清除脂质氢过氧化物，并在过
21、氧化氢酶含量很少或H2O2产量很低的组织中，可代替过氧化氢酶清除H2O2。,CSHPx的作用,CSHPx与蚕豆病,蚕豆病的症状：吃蚕豆几小时或12天后，突然感到精神疲倦、头晕、恶心、畏寒发热、全身酸痛、萎靡不振，并伴有黄疸、肝脾肿大、呼吸困难、肾功能衰竭，甚至死亡。机理:蚕豆中有3种物质：裂解素、锁未尔和多巴胺。前两种使还原性谷胱甘肽氧化，遗传性6-磷酸葡萄糖脱氢酶缺乏者无法使红细胞中的氧化型谷胱甘肽还原，导致红细胞膜的脂质过氧化，使红细胞大量溶解，而发生蚕豆病。,蚕豆病（G6PD缺乏而引起红细胞膜受损易惹发溶血）6-磷酸葡萄糖 NADP 2GSH（还原型）蚕豆细胞毒素 磷酸戊 谷胱甘肽 糖途
22、径 还原酶 G6PD NADPH H 6-磷酸葡萄糖酸 GSSG（氧化型）（正常时GSH与GSSG之比为500，保护血液中红细胞不受氧化损伤并消除H2O2的毒害）,维生素C、维生素E、胡萝卜素、左卡尼丁、铜蓝蛋白、白蛋白、微量元素如锌、铁、铜、锰、硒、等非酶性抗氧化剂，在机体的抗氧化防御机制中也起了重要作用。,非酶性抗氧化剂,体内抗氧化剂,天然抗氧化剂,来自陆地的天然抗氧化剂,绿茶（茶多酚）葡萄籽提取物（原花青素）中药（人参、黄芪、当归、生地、女贞子、枸杞子等）松树皮提取物（碧萝芷-黄酮混 合物）迷迭香提取物（二萜类）甘草提取物银杏叶提取物 大豆（大豆异黄酮）,体外抗氧化剂,螺旋藻多糖（螺旋藻
23、）甲壳质 及其衍生物（虾、蟹 的甲壳）硫酸多糖（海带）类胡萝卜素扇贝多肽（扇贝）牛磺酸,天然抗氧化剂,体外抗氧化剂,来自海洋的天然抗氧化剂,丁基羟基茴香醚(BHA)、二丁基羟基甲苯(BHT)和没食子酸丙酯(PG）,小分子抗氧化剂,维生素E、维生素C 等,大分子抗氧化剂,人工合成抗氧化剂,体外抗氧化剂,自由基的生物学意义,（1）有益效应：适当浓度的 和H2O2作为生理功能的信号转导分子，可发挥有益生物学作用。（2）有害效应：如果ROS生成过多或机体抗氧化能力不足，可引发氧化应激（oxidative stress)反应,均可造成组织细胞损伤甚至死亡。,黄嘌呤氧化酶形成增多,4.自由基增多机制（Me
24、chanism of free radical increase）,小肠缺血时实验数据,中性粒细胞 的作用 缺血时:补体激活或细胞膜分解产生趋化物质如LTB4白细胞在缺血区激活。再灌时：激活的白细胞耗氧量显著 氧自由基大量产生。NADPH+2O2 2O-2+NADP+H+NADH+O2+2H+H2O2+NAD,呼吸爆发,NADPH氧化酶,NADH氧化酶,激活的PMN耗氧量显著增加，摄入O2的70%90%在NADPH oxidase和NADH oxidase的催化下，接受电子形成OFR。再灌注 激活的PMN耗氧OFR(respiratory burst),线粒体损伤氧化磷酸化功能障碍,（1）脂质
25、过氧化和生物膜损伤,5.自由基损伤作用,图 活性氧使脂质、蛋白质、核酸氧化,油脂久存以后会酸败，其本质即是脂质的过氧化。生物体内含有大量的脂质，特别是各种膜相结构含有丰富的不饱和脂肪酸，更易遭受自由基攻击，从而造成一系列的疾病的发生，严重危害健康。,自由基对脂质的损伤,链起动：反应性足够强的起始自由基抽去脂质分子的氢原子，或高能辐射使脂质分子均裂，可生成起始脂质自由基。链扩展：起始脂质自由基通过加成、抽氢、断裂等一种或几种方式生成更多的脂质自由基，这种反应反复进行，即成为链式反应。链终止：两个自由基之间可发生偶联或歧化反应，消除自由基，使链式反应终止。,脂质过氧化过程,脂质过氧化是1个典型的自
26、由基链反应过程，可分为链起动，链扩展和链终止。,1.脂质过氧化的中间产物脂质自由基、脂质过氧自由基作为引发剂通过抽氢使蛋白质分子变成自由基，引起链式反应，导致蛋白质聚合。2.终产物丙二醛导致蛋白质交联。3.脂质过氧化导致生物膜功能异常。4.脂质过氧化导致DNA损伤。,脂质过氧化作用对机体的损伤,丙二醛(MDA)是脂质过氧化的终产物，它的含量变化可定量反映生物膜、细胞膜等的受损程度。,丙二醛,脂质过氧化物的链式反应产生丙二醛(MDA)，MDA为强交联剂，可与蛋白质氨基发生美拉德等反应形成荧光物质的脂褐素，从而在体表积聚起来就表现为斑，对老年人即为“寿斑”。,丙二醛与皮肤,Alzheimer病是原
27、因不明的脑退行性疾病，多见于老年人。病理改变主要为脑部弥散性老年斑。斑块是丙二醛可与一些蛋白质、核酸等反应,导致分子间的交联聚合,结果生成大分子的难溶物(即脂褐素)沉积在细胞内,该色素在脑组织中堆积会导致记忆力减退或智力障碍,丙二醛与老年痴呆（Alzheimer病）,采用银染色Alzheimer 病形成的斑块。在大脑皮质和海马回处这样的斑块最多。,动脉硬化是指动脉内壁上局部性的肥厚、硬化、变形，导致动脉功能下降的一种疾病在动脉硬化的病灶中，有荧光的蜡样物质沉积，可用荧光显微镜观察到。一般认为，蜡样物质是由于丙二醛与蛋白质及氨基酸等含氨基的化合物所反应生成的物质。,丙二醛与动脉硬化,脂质过氧化作
28、用造成生物膜包括细胞器膜损伤。丙二醛(MDA)可与细胞器膜成分发生交联、聚合，改变膜的性质，还可与DNA、RNA碱基交联，产生细胞毒性作用。从而引发多种疾病，危害人类健康。,丙二醛与细胞,MDA（malondiadehycle）是细胞膜脂质过氧化的终产物之一，测其含量可间接估计脂质过氧化的程度。1个丙二醛（MDA）分子与2个硫代巴比妥酸（TBA）分子在酸性条件下共热，形成粉红色复合物。以波长536nm为激发光，在550nm有最强荧光强度。可用荧光法进行微量测定。,丙二醛的测量,蛋白质是自由基攻击的主要目标，特别是肽链中的蛋氨酸、酪氨酸、色氨酸、脯氨酸、半胱氨酸、苯丙氨酸等残基，更易受到攻击，引
29、起氨基酸残基的修饰、交联、肽链断裂、蛋白质变性受体、离子通道功能障碍、酶的巯基氧化，AA残基氧化等。,（2）自由基对蛋白质的损伤,蛋白质断裂,蛋白质-蛋白质交联,-S-S-,CH3-S-,脂质-脂质交联,O,二硫交联,脂质-蛋白 质交联,氨基酸 氧化,OH,HO,脂肪酸氧化,OH,HO,从氧化的脂肪酸释出的 丙二醛,（3）自由基对核酸的损伤：,造成DNA损伤的主要自由基是OH，依据损伤程度的不同，可引起突变、凋亡或坏死等。据有关专家估计，DNA的氧化损伤频率可达：1000次/每个基因组每个细胞每天。,二、钙超载（Calcium overload）【Concept】各种原因引起的细胞内钙含量异常
30、增多并导致细胞结构损伤和功能代谢障碍。,2Ca2+离开胞液的途径Ca2+泵、Na+-Ca2+交换、Ca2+-H+交换。,（一）细胞内Ca2+稳态调节 1Ca2+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,细胞内Ca2+的稳态调节,（二）细胞内钙超载的机制（Calcium overload production),Na+-Ca2+交换异常 生物膜的损伤,1、Na+-Ca2+交换异常正常：3个Na+1个Ca2+可进行双相转运生理条件下：正向转运Na+升高或膜正电位的情况下：反向转运（IRI与钙超载时Ca2+进入 细胞的主要途径）,C
31、a2+,3Na+,K+,Na+,机制:（1）细胞内高Na+直接激活Na+-Ca2+交换蛋白 缺血 ATPNa+泵细胞内Na+再灌注时激活Na+-Ca2+交换蛋白Ca2+进入细胞,(2)细胞内高H+间接激活Na+-Ca2+交换蛋白膜Na+/H+交换蛋白主要受细胞内H+的变化调节缺血时：无氧代谢产生H+增多再灌时：组织间液H+迅速减少细胞内外较高的 H+浓度差激活Na+/H+交换蛋白 激活Na+-Ca2+交换蛋白,再灌时H+,H+,Na+,Ca2+,缺血时H+,（3）PKC间接激活Na+-Ca2+交换蛋白,2.生 物 膜 损 伤,（2）线粒体膜受损 抑制氧化磷酸化 ATP（3）肌浆网膜受损 摄取钙
32、,5心律失常,4肌原纤维挛缩和细胞骨架破坏,三、白细胞的作用（Role of neutrophils）结扎狗冠状动脉造成心肌局部缺血一段时间后，再开放结扎动脉恢复血流，部分缺血区并不能得到充分的血液灌流，称为无复流现象（no-reflow phenomenon)。,病理生理学基础：中性粒细胞激活及其致炎细胞因子的释放。,三、白细胞的作用,局部组织在缺血一段时间后，重新恢复血流，不能再通，缺血区得不到充分的灌注，称此为无复流现象。,病理生理学基础：中性粒细胞激活及其致炎细胞因子的释放。,细胞膜磷脂降解，释放大量趋化因子,（二）中性粒细胞介导的再灌注损伤 1.微血管损伤-产生无复流现象：（1）微血
33、管血液流变学改变：白细胞粘附、聚集（2）微血管口径改变：内皮肿胀；缩血管物质的释放（3）微血管通透性增高:自由基损伤、中性粒细胞黏附 2.释放多种活性因子-损伤组织细胞 激活的VEC和N可释放大量致炎物质如FR、蛋白酶、细胞因子等，造成组织细胞的损伤。,微血管通透性自由基、粒细胞,血液流变学改变白细胞粘附聚集、血流缓慢,微血管口径的改变内皮细胞肿胀缩血管物质扩血管物质,。,白细胞在缺血再灌注中的作用,第三节 主要器官缺血-再灌注损伤,心电图变化（Change of ECG）缺血：ST段抬高，R波振幅增加。再灌注损伤：R波振幅迅速降低，ST段高度恢复到原水平，Q波很快出现，由窦性心律转变为心室颤
34、动。,（三）心功能的影响（Heart functional changes）主要表现为心肌舒缩功能下降（心肌顿抑）心肌顿抑（Myocardial stunning）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。,可逆性I-R损伤,胞浆Na+超载,Na+/Ca2+：,O2.-,H2O2,OH.,脂质过氧化,蛋白质及酶失活,肌浆网钙转运蛋白,质膜通离子泵,线粒体损伤,收缩蛋白损伤,钙超载,ATP,Ca2+敏感性,心肌舒缩功能,心肌顿抑的发生机制,Stunning,心肌顿抑的临床现象 心脏移植，冠脉搭桥术、体外循环、PTCA及心脏手术之后，在
35、没有心肌坏死存在的情况下，左心室功能仍然持续低下。在冠脉内成功地溶栓后，缺血心肌虽然恢复了血供，但心功能要两周后才恢复正常。因此，评价溶栓或心脏手术疗效应在再灌注后2周左右进行为宜。,（五）心肌超微结构变化（Alterations of myocardium ultrastructure）基底膜缺失、肌原纤维结构破坏、心内膜下出血性梗死等。,（四）心肌能量代谢变化（Alterations of myocardium metabolism）,表 比较心肌缺血损伤和再灌注损伤,二、脑缺血-再灌注损伤（Ischemia-reperfusion injury to brain）,细胞内酸中毒,胶质细胞
36、、VEC肿胀，周围间隙增大、白质纤维间隙疏松，微血栓形成。,Brain ischemia/reperfusion injury,Brain ischemia energy substance lactate,cAMP cGMP,cAMP cGMP,Peroxide reaction,Phospholipid lysis,PLC,Free fatty acid,reperfusion,Free radical,Injury,三、Intestine ischemia/reperfusion injury,肠管缺血时，液体通过毛细血管滤出而形成间质水肿。缺血后再灌注，肠管毛细血管通透性更加升高。从形
37、态学变化来看，严重肠管缺血所致损伤的特征为粘膜病变（粘膜损伤）。不论人和动物，在出血性休克及局部肠管缺血后出现肠粘膜损伤。粘膜损伤的特点表现为：广泛的上皮与绒毛分离，上皮坏死，固有层破坏，出血及溃疡形成,此必导致广泛的功能（如吸收）障碍及粘膜屏障的通透性增高，使大分子得以通过。,粘膜损伤为主要特征:上皮细胞损伤、炎性细胞浸润、出血和溃疡,1981年Greenberg介绍了肠缺血-再灌注损伤,黄嘌呤酶活性高,缺血时产生大量自由基,三、Intestine ischemia/reperfusion injury,其它器官IRI,1972年Flore研究肾缺血-再灌注损伤 表现为线粒体的损伤，导致急性
38、肾小管坏死,1978年Modry报道了肺再灌注综合征肺气肿、肺水肿,骨骼肌缺血-再灌注损伤：肌肉微血管和细胞损伤,肝缺血-再灌注损伤：肝细胞坏死、线粒体肿胀,第四节 防治原则1 减轻缺血性损伤，控制再灌注条件 消除缺血原因，尽早恢复血流.低压、低流、低温、低PH、低钠、低钙2 改善缺血组织的代谢 补充糖酵解底物：磷酸己糖、葡萄糖、ATP 改善线粒体功能:补充能量来源，应用氢醌、细胞色素C等治疗，延长 缺血组织的可逆性改变时限。,3 清除自由基（1）低分子清除剂:VitE，VitA、VitC，半胱氨酸，GSH和 NADPH等。含巯基的血管紧张素转换酶抑制剂（ACEI）可对抗再灌所致心律失常。别嘌
39、呤醇也是OH的清除剂。（2）酶性清除剂：SOD，CAT。二甲基亚砜（DMSO):OH清除剂SOD和某些化合物偶联（如聚乙二醇超氧化物歧化酶，PEG-SOD）可延长半衰期（可达30h，且吸收迅速）。,6 减轻钙超负荷再灌前应用钙拮抗剂，Na+-Ca2+交换或Na+-H+交换抑制剂。7.诱导机体内源性抗损伤能力（牛磺酸、金属硫蛋白、热休克蛋白）:不是通改变器官组织的血流量，而是增强组织细胞对内环境紊乱的耐受力而起细胞保护作用。在代谢调节、抗氧自由基、质膜稳定及钙稳态调节方面均有重要作用。,自由基在某些病变中的作用,自由基几乎和人类大部分疾病都有关系，从人类死亡率最高的心脑血管疾病，到人类最可怕的癌
40、症，以及近年来对人类造成巨大威胁的艾滋病，无一不和自由基有着密切关系。合理使用抗氧化剂可清除体内的自由基，预防多种疾病发生。,一、自由基与肿瘤,癌的发生和发展中都有自由基的产生和参与。因此可以说自由基和癌关系极为密切。,肿瘤发生的原因,研究表明，自由基与肿瘤的发生密切相关.,有人对食管癌高发的南澳岛的一项调查研究发现，南澳岛食管癌发生率高与当地居民的生活习惯有关.他们喜食腌制或晒干的小鱼虾、腌芥菜(当地称为咸菜、酸碱菜)、咸萝卜干、鱼露(高盐腌制)等，大部分男居民有烟酒嗜好.而这腌制品中含超氧阴离子；香烟烟雾中含有1101251014自由基数/g，可损伤DNA而致癌；酒精易发生自由基反应，对机
41、体发生损害.,荷兰学者就自由基和结肠癌的关系进行了研究，他们分析了人类正常结肠粘膜和20例结肠癌组织中CuZnSOD含量，观察到癌组织中CuZnSOD含量显著低于正常结肠粘膜。大鼠动物实验发现绿茶成分儿茶酸可通过增强组织中SOD活性预防实验性大肠癌的发生.,研究者通过用诱导大鼠肝癌的模型分析了自由基与肝癌的关系，认为实验性大鼠肝癌的发生中GSH-ST具有重要作用.肝癌的发生可能与SOD降低有关.,自由基与癌症,.辐射致癌和自由基,人类自古至今生活在一个充满辐射的自然环境辐射与阳光、空气、水都是人类生命的一 部分,辐射与健康,按接触到的辐射来源分主要有两大类 天然辐射源 人为辐射源,人体接受辐射
42、的主要来源,天然辐射源,阳光和来自太空的宇宙射线土壤及建筑材料中所含的天然放射性核种（钾 40、铀238等）食物中的钾40空气中的氡222等等,高度上升，宇宙射线辐射越强,人为辐射源,医疗应用及放射线治疗 放射性生活用品的使用（电脑、手机）核武器爆落尘 核能发电等,生活中的辐射源,高压电为室外电磁辐射的主要来源,辐射与癌症,早在1902年就发现从事放射性工作者手上容易得皮肤癌，受离子辐射容易得白血病。1945年日本广岛、长崎爆炸原子弹，18个月后白血病发病率开始增加，其后30年内白血病发病率明显增高，在广岛和长崎严重辐射地区的白血病发病率分别较未辐射地区高30和17倍。从事放射性元素矿物开采工
43、人由于吸入放射性尘埃肺癌发病率很高。荧光和紫外光照也可以引起皮肤癌。皮肤癌主要出现在暴露部分，如手头、脖子和胳膊上，而且皮肤癌主要出现在户外工作者身上。,辐射为何致癌？,辐射的直接作用 射线的粒子或光子的能量被DNA或其他分子直接吸收，使生物分子发生化学变化，这个效应为直接效应。辐射对核酸大分子（DNARNA)的直接作用，主要引起单链或双链断裂、或核酸之间、核酸与蛋白质之间出现交联。辐射对蛋白质的直接作用可引起蛋白质侧链发生变化，氢键、二硫键断裂，导致高度卷曲的肽链出现不同程度的伸展，空间结构改变。,辐射的间接作用 间接作用：辐射的能量向生物分子传递时，通过扩散的离子及自由基起作用，并被生物分
44、子所吸收而产生的生物学效应称为间接效应或间接作用 间接作用主要是指辐射通过水的射解产物（H，OH，H2O2等）等对生物大分子的作用，引起后者的损伤。,H2O 小于200nm光照射 2 OH,辐射的直接与间接作用,辐射致癌与机体有关的因素 放射敏感性：指当一切照射条件完全一致时，机体或其组织、器官对辐射作用的反应强弱或速度快慢不同。若反应强，速度快，其敏感性就高，反之则低。（一）生物种系的放射敏感性 总的趋势是：种系演化越高，机体组织结构越复杂，则其放射敏感性越高。,（二）个体发育的放射敏感性 总的来说，放射敏感性随着个体发育过程而逐渐降低.胚胎植入前期:照射母体-胚胎大量死亡，人为妊娠第0-9
45、日。器官形成期:受到照射出现大量畸形。人为妊娠第9-42天。器官形成期后:个体的放射敏感性逐渐下降。应当强调指出，胚胎和胎儿期受照射的儿童发生某些类型的癌症和白血病的危险度增高。,辐射对DNA的损伤,.化学物质致癌和自由基,化学物质经生物转化为能与细胞成分反应的高活性物质。这一活化过程中常常包括一些自由基中间物。在有氧条件下，自由基中间物可以向氧转移一个电子，形成超氧阴离子自由基，进一步产生羟基自由基和单线态氧。这些反应性很强的活性氧可以损伤几乎所有细胞成分，并形成二，三级自由基。这些初级和次级自由基在致癌过程都具有重要作用。,黄曲霉素是目前发现的化学致癌物中最强的物质之一。它主要引起肝癌，还
46、可以诱发骨癌、肾癌、直肠癌等。黄曲霉素主要存在于被黄曲霉素污染过的粮食、油及其制品中。例如黄曲霉污染的花生、花生油、玉米、大米、棉籽中最为常见，在干果类食品如胡桃、杏仁、榛子、干辣椒中，在动物性食品如肝、咸鱼中以及在奶和奶制品中也曾发现过黄曲霉素。,黄曲霉素,黄曲霉素诱发大鼠肝癌：在大鼠饲料中加入黄曲霉素，含，喂养6个月，诱发率达80。,肝癌发生的主要原因一是肝炎病毒造成的病毒性肝炎，另外常见的是化学致癌物导致的，其中最常见的为黄曲霉素。,Nyandieka与Wakhisi报道了60只大鼠用黄曲霉素致肝癌实验，第1组饲料喂食大鼠为对照组，第2组饲料中加人维生素C及硒，两组大鼠均以黄曲霉毒素持续
47、喂食24个月，结果第1组绝大部分大鼠发生肝癌，黄曲霉毒素诱发肝癌的主要原因是导致微粒体酶变性，氧自由基产生增多所至，研究表明，硒核维生素C 能使 黄曲霉毒素BI 所引起的肝癌发病率下降是由于维生素和硒防止黄曲霉毒素诱发微粒体酶变性，故极少发生肝癌。,环境污染产生的有害化学物质 大气污染 主要有 建筑材料及装饰材料和物品,污染大气中：亚硝酸和过氧化氢的光解是羟自由基(OH)的来源HNO+hv(波长小于400nm)OH+NO(光分解)H2O2+hv(波长小于360nm)2OH(光分解),大气污染产生的自由基,建筑材料及装饰材料和物品 现代化建筑装饰材料，散发出苯、甲醛等气体，常成为室内空气污染的重
48、要来源。,1.放射性氡2.甲醛3.甲苯4.二甲苯5.氨等挥发性有机化合物(TVOC)。,装修污染五大元凶,H2O2自由基的天然来源是大气中甲醛的光解HCHO+hv(波长小于370nm)H+HCO(光分解)2H+O2 H2O2 HCO+O2CO+H2O2,已经被世界卫生组织确定为致癌和致畸形物质，是公认的变态反应源，也是潜在的强致突变物之一。研究表明：甲醛具有强烈的致癌和促癌作用。大量文献记载，甲醛对人体健康的影响主要表现在嗅觉异常、刺激、过敏、肺功能异常、肝功能异常和免疫功能异常等方面。长期接触低剂量甲醛可引起慢性呼吸道疾病，引起鼻咽癌、结肠癌、脑瘤、细胞核的基因突变，DNA单链内交连和DNA
49、与蛋白质交连及抑制DNA损伤的修复、妊娠综合症、引起新生儿染色体异常、白血病，引起青少年记忆力和智力下降。在所有接触者中，儿童和孕妇对甲醛尤为敏感，危害也就更大。,甲醛的危害,最新统计表明，我国每年新增白血病患者约4万名，其中2万多是儿童，且以27岁的儿童居多。北京儿童医院调查显示，到医院就诊的白血病患儿中，有90的家里曾经装修过。医学研究已经证实，装修材料中的甲醛、苯及一些未知气体会诱发白血病。而对甲醛、苯的敏感性，女性甚于男性，儿童甚于成人。,蔬菜、水果类：蔬菜和水果含热量不高，却能提供丰富的纤维、维生素、矿物质和生物活性物质（phytochemicals）。现有的资料证明，蔬菜与水果能降
50、低肺癌、胃癌、口腔癌的危险性；十字花科蔬菜能使结肠-直肠癌和甲状腺癌的发病率下降；而蒜、葱、胡萝卜、西红柿和柑桔类水果对降低肺癌、胃癌及膀胱癌有好处。,食物与癌症,大豆类：近年国内外热点研究课题。大量实验证据显示大豆食品对乳腺癌、结肠癌和前列腺癌有保护作用，大豆异黄酮可能是其抗癌的主要活性成分。茶叶：大量研究表明，茶叶尤其是绿茶对实验性肿瘤有一定的化学预防作用。茶多酚可能是其抗癌的主要物质基础。,二、自由基与衰老,衰老是生命过程中的必然现象。任何物种都有一个特定寿限，人最高寿限大约为115岁。,人为什么会衰老？,1882年德国生物学家提出了衰老是人体长期被动消耗的结果。现代医学已不再把衰老看作
