缺血再灌注損傷

第十章缺血再灌注損傷 Ischemia reperfusioninjury IRI 1缺血 再灌注損傷 自由基 活性氧 氧反常 鈣反常 pH反常等概念 2缺血 再灌注損傷的發(fā)生機(jī)制 教學(xué)要求 掌握 1缺血 再灌注損傷的原因和條件 熟悉 了解 防治缺血 再灌注損傷的病理生理基礎(chǔ) 2缺血 再灌注損傷時(shí)機(jī)體機(jī)能和代謝變化 教學(xué)要求 概述 缺血 再灌注損傷的概念實(shí)驗(yàn)室依據(jù)缺血 再灌注損傷的原因缺血 再灌注損傷的條件缺血 再灌注損傷的發(fā)生機(jī)制缺血 再灌注損傷時(shí)機(jī)體的功能和代謝變化防治缺血 再灌注損傷的病理生理基礎(chǔ) 講授內(nèi)容 概述 缺血是臨床上常見(jiàn)的一種病理過(guò)程 缺血一定時(shí)間和一定程度會(huì)引起組織細(xì)胞的損傷 臨床上處理缺血性損傷的原則是盡早恢復(fù)血流 使缺血的組織器官重新得到氧 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)并清除代謝產(chǎn)物 大多數(shù)情況下確實(shí)收到了明顯療效 但近年來(lái)發(fā)現(xiàn) 在有些情況下恢復(fù)血液灌注后 缺血損傷進(jìn)一步加重 器官功能更加惡化 休克 DIC微循環(huán)再通冠脈解痙 各種動(dòng)脈搭橋術(shù)心腦血管栓塞再通 溶栓治療 自然再通 心肺手術(shù)體外循環(huán)后心肺復(fù)蘇斷肢再植 器官移植血供恢復(fù)等 臨床情況 概述 缺血 再灌注損傷的概念實(shí)驗(yàn)室依據(jù)缺血 再灌注損傷的原因缺血 再灌注損傷的條件缺血 再灌注損傷的發(fā)生機(jī)制缺血 再灌注損傷時(shí)機(jī)體的功能和代謝變化防治缺血 再灌注損傷的病理生理基礎(chǔ) 講授內(nèi)容 缺血 再灌注損傷的概念 在缺血基礎(chǔ)上恢復(fù)血流后組織損傷反而加重 甚至發(fā)生不可逆損傷的現(xiàn)象稱為缺血 再灌注損傷 ischemia reperfusioninjury 特點(diǎn) 1 可逆損傷 不可逆損傷 2 具有器官普遍性 概述 缺血 再灌注損傷的概念實(shí)驗(yàn)室依據(jù)缺血 再灌注損傷的原因缺血 再灌注損傷的條件缺血 再灌注損傷的發(fā)生機(jī)制缺血 再灌注損傷時(shí)機(jī)體的功能和代謝變化防治缺血 再灌注損傷的病理生理基礎(chǔ) 講授內(nèi)容 氧反常 鈣反常 pH反常 低氧 缺氧 正常氧供 無(wú)鈣 含鈣 損傷加重 酸中毒 糾正酸中毒 實(shí)驗(yàn)室依據(jù) 氧反常 oxygenparadox 用缺氧溶液灌流組織器官或培養(yǎng)細(xì)胞一定時(shí)間后 再恢復(fù)正常氧供應(yīng) 組織及細(xì)胞的損傷不僅未能恢復(fù)反而更趨嚴(yán)重 這種現(xiàn)象稱為 鈣反常 calciumparadox 用無(wú)鈣溶液灌流后再用含鈣液灌流組織器官 可造成細(xì)胞和器官代謝 功能障礙和結(jié)構(gòu)破壞損傷加重的現(xiàn)象 稱為 pH反常 pHparadox 缺血后再灌注時(shí)迅速糾正缺血組織的酸中毒 反而會(huì)加重缺血 再灌注損傷的現(xiàn)象 稱為 概述 缺血 再灌注損傷的概念實(shí)驗(yàn)室依據(jù)缺血 再灌注損傷的原因缺血 再灌注損傷的條件缺血 再灌注損傷的發(fā)生機(jī)制缺血 再灌注損傷時(shí)機(jī)體的功能和代謝變化防治缺血 再灌注損傷的病理生理基礎(chǔ) 講授內(nèi)容 組織器官缺血后恢復(fù)血液供應(yīng)休克時(shí)微循環(huán)的疏通 冠狀動(dòng)脈痙攣的緩解一些新的醫(yī)療技術(shù)的應(yīng)用動(dòng)脈搭橋溶栓療法PTCA等 體外循環(huán)下心臟手術(shù)心臟驟停后心 肺 腦復(fù)蘇其他器官移植和斷肢再植術(shù)后 缺血 再灌注損傷的原因 經(jīng)皮腔內(nèi)冠脈成形術(shù) percutaneoustransluminalcoronaryangioplasty PTCA 是一種治療冠心病 冠狀動(dòng)脈狹窄 的介入治療方法 其中 經(jīng)皮 的意思是經(jīng)過(guò)皮膚穿剌插入導(dǎo)管的意思 而不需要用手術(shù)刀切開(kāi)皮膚向人體內(nèi)插入導(dǎo)管 手術(shù)時(shí) 在患者大腿 常用左側(cè) 根部股動(dòng)脈處或手腕部橈動(dòng)脈處行局部消毒后 用動(dòng)脈穿刺法插入鞘管 通過(guò)鞘管將特殊材料制成的指引導(dǎo)管送至冠狀動(dòng)脈開(kāi)口處并注入造影劑 通過(guò)X線透視 觀察冠狀動(dòng)脈的病變部位及程度 然后 手術(shù)人員根據(jù)病變情況 選擇大小合適的球囊并送至狹窄處 注入一定壓力使球囊充盈擴(kuò)張 將狹窄或阻塞的冠狀動(dòng)脈擴(kuò)開(kāi) 此即為經(jīng)皮腔內(nèi)冠狀動(dòng)脈成形術(shù) PTCA 概述 缺血 再灌注損傷的概念實(shí)驗(yàn)室依據(jù)缺血 再灌注損傷的原因缺血 再灌注損傷的條件缺血 再灌注損傷的發(fā)生機(jī)制缺血 再灌注損傷時(shí)機(jī)體的功能和代謝變化防治缺血 再灌注損傷的病理生理基礎(chǔ) 講授內(nèi)容 缺血時(shí)間側(cè)枝循環(huán)需氧程度再灌注條件 缺血 再灌注損傷的條件 概述 缺血 再灌注損傷的概念實(shí)驗(yàn)室依據(jù)缺血 再灌注損傷的原因缺血 再灌注損傷的條件缺血 再灌注損傷的發(fā)生機(jī)制缺血 再灌注損傷時(shí)機(jī)體的功能和代謝變化防治缺血 再灌注損傷的病理生理基礎(chǔ) 講授內(nèi)容 一 自由基 Freeradical 的作用二 鈣超載 Calciumoverload 三 白細(xì)胞的作用 EffectofWBC leukocyte 缺血 再灌注損傷的發(fā)生機(jī)制 一 自由基的概念與類(lèi)型 外層軌道上含有單個(gè)不配對(duì)電子的原子 原子團(tuán)和分子的總稱 概念 一 自由基 Freeradical 的作用 一 自由基的概念與類(lèi)型 氧自由基脂性自由基其它 類(lèi)型 一 自由基 Freeradical 的作用 一 自由基的概念與類(lèi)型 由氧誘發(fā)的自由基 1 氧自由基 oxygenfreeradical 一 自由基 Freeradical 的作用 種類(lèi) 非脂質(zhì)氧自由基 O2 OH 概念 活性氧 reactiveoxygenspecies ROS 概念 一 自由基 Freeradical 的作用 類(lèi)型 指一類(lèi)由氧形成的 化學(xué)性質(zhì)較基態(tài)氧活潑的含氧代謝物質(zhì) 包括氧自由基和非自由基的含氧物質(zhì) 氧自由基2 非自由基的含氧物質(zhì)單線態(tài)氧 1O2 和過(guò)氧化氫 H2O2 一 自由基的概念與類(lèi)型 指氧自由基與多價(jià)不飽和脂肪酸作用后生成的中間產(chǎn)物 2 脂性自由基 一 自由基 Freeradical 的作用 種類(lèi) 如L 烷自由基 LO 烷氧自由基 LOO 烷過(guò)氧自由基 概念 一 自由基的概念與類(lèi)型 3 其他 一 自由基 Freeradical 的作用 種類(lèi) Cl 氯自由基 CH3 甲基自由基 NO 一氧化氮自由基 NO O2 ONOO 過(guò)氧亞硝基陰離子 二 自由基的代謝 產(chǎn)生途徑 一 自由基 Freeradical 的作用 活性氧生成的反應(yīng)式 1 自由基主要在線粒體產(chǎn)生 1 2 的氧 單純性Haber Weiss反應(yīng) 反應(yīng)很慢 很難產(chǎn)生O 2 H2O2OH OH O2Fenton反應(yīng) O 2 H2O2OH OH O2 Fe2 反應(yīng)速度大大提高 生理情況下 細(xì)胞內(nèi)的抗氧化系統(tǒng) 清除自由基 病理情況下 活性氧生成 或抗氧化能力 氧化應(yīng)激反應(yīng) 細(xì)胞損傷 死亡 三 缺血 再灌注時(shí)氧自由基生成增多的機(jī)制 一 自由基 Freeradical 的作用 黃嘌呤氧化酶形成增多 中性粒細(xì)胞聚集及激活線粒體功能受損CA增加和氧化 ATP ADP AMP 缺血期 再灌注期 腺嘌呤核苷 次黃嘌呤核苷 次黃嘌呤 黃嘌呤脫氫酶 XD 黃嘌呤氧化酶 XO 黃嘌呤 O2 H2O2 O2 O2 黃嘌呤氧化酶 尿酸 O2 H2O2 OH Ca2 依賴性蛋白酶 Fe2 Xanthinedehydrogenase 黃嘌呤氧化酶途徑 三 缺血 再灌注時(shí)氧自由基生成增多的機(jī)制 一 自由基 Freeradical 的作用 黃嘌呤氧化酶形成增多 中性粒細(xì)胞聚集及激活線粒體功能受損CA增加和氧化 三 缺血 再灌注時(shí)氧自由基生成增多的機(jī)制 一 自由基 Freeradical 的作用 中性粒細(xì)胞聚集及激活在吞噬活動(dòng)時(shí)耗氧量增加其攝入的氧的70 90 經(jīng)NADPH和NADH氧化酶催化 氧自由基 殺滅微生物 缺血 缺氧 補(bǔ)體趨化物質(zhì) 中性粒細(xì)胞聚集 激活 氧經(jīng)NADPH氧化酶和NADH氧化酶催化生成大量氧自由基 中性粒細(xì)胞的呼吸爆發(fā) respiratoryburst 中性粒細(xì)胞途徑 neutrophilpathway 再灌注時(shí) 再灌注期組織重新獲得氧供應(yīng) 激活的中性粒細(xì)胞耗氧量顯著增加 產(chǎn)生大量氧自由基的現(xiàn)象 稱為 或氧爆發(fā) oxygenburst 呼吸爆發(fā)的概念 三 缺血 再灌注時(shí)氧自由基生成增多的機(jī)制 一 自由基 Freeradical 的作用 黃嘌呤氧化酶形成增多 中性粒細(xì)胞聚集及激活線粒體功能受損CA增加和氧化 3線粒體途徑 1 缺血后ATP的產(chǎn)生 Ca2 進(jìn)入線粒體 細(xì)胞色素氧化酶的功能失調(diào) O2 4e H2O ATPO2 e O 2 e H202 e OH e H20 O2 e O 2 2 Ca2 進(jìn)入線粒體使Mn SOD減少清除OFR的能力 三 缺血 再灌注時(shí)氧自由基生成增多的機(jī)制 一 自由基 Freeradical 的作用 黃嘌呤氧化酶形成增多 中性粒細(xì)胞聚集及激活線粒體功能受損CA增加和氧化 腎上腺素腎上腺素紅 O 2 4兒茶酚胺的增加和氧化 單胺氧化酶 四 自由基引起缺血 再灌注損傷的機(jī)制 一 自由基 Freeradical 的作用 膜脂質(zhì)過(guò)氧化增強(qiáng) 抑制蛋白質(zhì)的功能 破壞核酸和染色體 1 膜脂質(zhì)過(guò)氧化增強(qiáng) 破壞膜的正常結(jié)構(gòu) 與膜內(nèi)多價(jià)不飽和脂肪酸作用液態(tài)性 流動(dòng)性 通透性 間接抑制膜蛋白的功能 脂質(zhì)過(guò)氧化 膜脂質(zhì)間交聯(lián)和聚合 離子泵功能障礙 細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)功能障礙 促進(jìn)自由基及其它生物活性物質(zhì)生成膜脂質(zhì)過(guò)氧化 激活磷脂酶C D 分解膜磷脂 生物活性物質(zhì) PG TXA2 LT 促進(jìn)再灌注損傷 減少ATP的生成 線粒體膜發(fā)生脂質(zhì)過(guò)氧化 功障 穿膜糖蛋白 膜表面蛋白 SH SH CH3 S 磷脂 正常細(xì)胞膜結(jié)構(gòu) 氨基酸殘基 蛋白質(zhì)斷裂 蛋白質(zhì) 蛋白質(zhì)交聯(lián) S S CH3 S 脂質(zhì) 脂質(zhì)交聯(lián) O 二硫交聯(lián) 脂質(zhì) 蛋白質(zhì)交聯(lián) 氨基酸氧化 OH HO 脂肪酸氧化 OH HO 從氧化的脂肪酸釋出的丙二醛 自由基損傷細(xì)胞膜結(jié)構(gòu) 一 自由基 Freeradical 的作用 膜脂質(zhì)過(guò)氧化增強(qiáng) 抑制蛋白質(zhì)的功能 破壞核酸和染色體 四 自由基引起缺血 再灌注損傷的機(jī)制 蛋白質(zhì)斷裂 蛋白質(zhì) 蛋白質(zhì)交聯(lián) S S CH3 S 脂質(zhì) 脂質(zhì)交聯(lián) O 二硫交聯(lián) 脂質(zhì) 蛋白質(zhì)交聯(lián) 氨基酸氧化 OH HO 脂肪酸氧化 OH HO 從氧化的脂肪酸釋出的丙二醛 自由基抑制蛋白質(zhì)功能 一 自由基 Freeradical 的作用 膜脂質(zhì)過(guò)氧化增強(qiáng) 抑制蛋白質(zhì)的功能 破壞核酸和染色體 四 自由基引起缺血 再灌注損傷的機(jī)制 3 破壞核酸和染色體 堿基羥化 DNA斷裂染色體畸變 細(xì)胞死亡 主要為OH 所致 自由基 脂質(zhì)過(guò)氧化過(guò)程中 生成多種醛類(lèi)產(chǎn)物 如丙二醛 malondialdehyde MDA 交聯(lián)劑促進(jìn)核酸 蛋白質(zhì)及磷脂交聯(lián)間接反映脂質(zhì)過(guò)氧化程度 一 自由基 Freeradical 的作用二 鈣超載 Calciumoverload 三 白細(xì)胞的作用 EffectofWBC leukocyte 缺血 再灌注損傷的發(fā)生機(jī)制 正常 細(xì)胞外 Ca2 10 3mol L細(xì)胞內(nèi) Ca2 10 7mol L細(xì)胞外 Ca2 是細(xì)胞內(nèi) Ca2 10000倍 鈣超載 calciumoverload 概念 各種原因引起細(xì)胞內(nèi)鈣含量異常增多并導(dǎo)致細(xì)胞結(jié)構(gòu)損傷和功能代謝障礙的現(xiàn)象 鈣的分布 依賴ATP的鈣泵 細(xì)胞內(nèi) 細(xì)胞外 對(duì)鈣低通透 鈣通道 細(xì)胞外 細(xì)胞內(nèi) Na Ca2 交換系統(tǒng) 細(xì)胞內(nèi) 細(xì)胞外 肌漿網(wǎng) SR 膜上鈣泵激活 促進(jìn)攝取 鈣結(jié)合蛋白 CaBP 線粒體攝取 鈣超載 calciumoverload 維持因素 細(xì)胞膜 細(xì)胞內(nèi) 鈣超載 細(xì)胞內(nèi)鈣超載的機(jī)制 未明主要發(fā)生在再灌注期 主要原因是鈣內(nèi)流1 Na Ca2 交換異常2 生物膜損傷 鈣超載發(fā)生的機(jī)制1Na Ca2 交換異常 鈉鈣交換蛋白 正常 3個(gè)Na 1個(gè)Ca2 可進(jìn)行雙相轉(zhuǎn)運(yùn)影響因素 1 跨膜鈉濃度梯度 2 細(xì)胞內(nèi)的氫濃度 Ca2 3Na K Na 鈣超載 calciumoverload 細(xì)胞內(nèi)鈣超載的機(jī)制1 Na Ca2 交換異常 Na 直接激活Na Ca2 交換蛋白 H 間接激活Na Ca2 交換蛋白PKC活化間接激活Na Ca2 交換蛋白 Na H 機(jī)制 1 細(xì)胞內(nèi)高Na 直接激活Na Ca2 交換蛋白缺血 ATP Na 泵 細(xì)胞內(nèi)Na 再灌注 高鈉激活Na Ca2 交換蛋白 反向轉(zhuǎn)運(yùn) Ca2 進(jìn)入細(xì)胞 ATP Na Ca2 鈣超載 calciumoverload 細(xì)胞內(nèi)鈣超載的機(jī)制 未明主要發(fā)生在再灌注期 主要原因是鈣內(nèi)流1 Na Ca2 交換異常 Na 直接激活Na Ca2 交換蛋白 H 間接激活Na Ca2 交換蛋白PKC活化間接激活Na Ca2 交換蛋白 Na H 2 細(xì)胞內(nèi)高H 間接激活Na Ca2 交換蛋白質(zhì)膜Na H 交換蛋白主要受細(xì)胞內(nèi) H 的變化調(diào)節(jié) Na o H o Na i H i缺血時(shí) 無(wú)氧代謝 細(xì)胞間液 細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生H 再灌時(shí) 組織間液H 迅速 細(xì)胞內(nèi)外較高的H 濃度差 激活Na H 交換蛋白 細(xì)胞內(nèi) Na 激活鈉泵激活Na Ca2 交換蛋白 Na H 再灌時(shí)H H Na Ca2 缺血時(shí)H 鈣超載 calciumoverload 細(xì)胞內(nèi)鈣超載的機(jī)制1 Na Ca2 交換異常 Na 直接激活Na Ca2 交換蛋白 H 間接激活Na Ca2 交換蛋白PKC活化間接激活Na Ca2 交換蛋白 Na H 1 去甲腎上腺素 Gq PLC P1 IP3 Ca2 Ca2 肌漿網(wǎng) DG PKC H Na Ca2 肌絲 PKC對(duì)Na Ca2 交換蛋白的間接激活 鈣超載 細(xì)胞內(nèi)鈣超載的機(jī)制1 Na Ca2 交換異常2 生物膜損傷 2 生物膜損傷 1 細(xì)胞膜損傷 鈣內(nèi)流 膜屏障作用 Ca2 激活磷脂酶 使膜磷脂分解FR使細(xì)胞膜脂質(zhì)過(guò)氧化 2 線粒體膜受損 ATP 鈣泵功能障礙 3 肌漿網(wǎng)膜受損 攝取鈣 通透性增加 鈣超載引起缺血 再灌注損傷的機(jī)制1 促進(jìn)自由基生成2 加重酸中毒3 破壞細(xì)胞 器 膜4 線粒體功能障礙5 激活其他酶的活性 Ca2 PO33 Ca3 PO3 2 黃嘌呤脫氫酶 黃嘌呤氧化酶 ATP 激活蛋白酶 細(xì)胞膜 結(jié)構(gòu)蛋白分解 細(xì)胞內(nèi)Ca2 ATP酶 細(xì)胞內(nèi)高能磷酸鹽水解 釋放H 加重細(xì)胞內(nèi)酸中毒 細(xì)胞內(nèi)Ca2 磷脂酶 膜磷脂降解 一 自由基 Freeradical 的作用二 鈣超載 Calciumoverload 三 白細(xì)胞的作用 EffectofWBC leukocyte 缺血 再灌注損傷的發(fā)生機(jī)制 三 微血管損傷和白細(xì)胞的作用 一 缺血 再灌注時(shí)VEC與白細(xì)胞激活VEC激活表現(xiàn)為 釋放多種細(xì)胞粘附分子 粘附分子 adhesionmolecule 概念 是指由細(xì)胞合成的 可促進(jìn)細(xì)胞與細(xì)胞之間 細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)之間粘附的一大類(lèi)分子的總稱 如整合素 選擇素 細(xì)胞間粘附分子 血管細(xì)胞粘附分子及血小板內(nèi)皮細(xì)胞粘附分子等 在維持細(xì)胞結(jié)構(gòu)完整和細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中起重要作用 微血管損傷和白細(xì)胞的作用 血管內(nèi)皮細(xì)胞與白細(xì)胞激活 內(nèi)皮釋放粘附分子 白細(xì)胞釋放趨化介質(zhì) 白細(xì)胞 內(nèi)皮細(xì)胞 二 VEC與中性粒細(xì)胞介導(dǎo)的缺血 再灌注損傷1 微血管損傷表現(xiàn) 無(wú)復(fù)流現(xiàn)象 no reflowphenomenon 在再灌注時(shí)放開(kāi)結(jié)扎動(dòng)脈 重新恢復(fù)血流 部分缺血區(qū)并不能得到充分的血液灌流的現(xiàn)象 機(jī)制 1 微血管血液流變學(xué)改變 白細(xì)胞粘附 2 微血管口徑改變 內(nèi)皮腫脹 縮血管物質(zhì)的釋放 3 微血管通透性增高2 組織細(xì)胞損傷激活的VEC和中性粒細(xì)胞可釋放大量生物活性物質(zhì)如FR 蛋白酶 細(xì)胞因子 2 介導(dǎo)的損傷 微血管損傷 無(wú)復(fù)流現(xiàn)象 no reflowphenomenon 細(xì)胞損傷 微血管通透性 自由基 粒細(xì)胞 血液流變學(xué)改變白細(xì)胞粘附聚集 血流緩慢 微血管口徑的改變內(nèi)皮細(xì)胞腫脹縮血管物質(zhì) 擴(kuò)血管物質(zhì) 概述 缺血 再灌注損傷的概念實(shí)驗(yàn)室依據(jù)缺血 再灌注損傷的原因缺血 再灌注損傷的條件缺血 再灌注損傷的發(fā)生機(jī)制缺血 再灌注損傷時(shí)機(jī)體的功能和代謝變化防治缺血 再灌注損傷的病理生理基礎(chǔ) 講授內(nèi)容 一 心肌缺血 再灌注損傷的變化 最常見(jiàn) 一 心功能變化1 再灌注性心律失常特點(diǎn) 室性心律失常為主電生理改變 EP 興奮性 傳導(dǎo)性 ECG改變 缺血心肌對(duì)應(yīng)部位ST段抬高 R波振幅 再灌使R波振幅迅速 ST段高度恢復(fù)原水平 Q波出現(xiàn)心律失常 缺血 再灌注損傷時(shí)機(jī)體的功能及代謝變化 影響因素 缺血時(shí)間缺血心肌的數(shù)量缺血的程度再灌注血流速度及電解質(zhì)紊亂情況發(fā)生機(jī)制 缺血心肌與正常心肌之間傳導(dǎo)性和不應(yīng)期差異 易形成興奮折返 R對(duì)CA反應(yīng)性 自律性 室顫閾 KATP激活 心肌電解質(zhì)紊亂 一 心肌缺血 再灌注損傷的變化 最常見(jiàn) 2 心肌舒縮功能 CO LVEDP 左室舒張末期壓力 dp dtmax 心室內(nèi)壓變化最大速率 心肌頓抑myocardialstunning 又稱遲呆心肌指心肌短時(shí)間缺血后恢復(fù)再灌一段時(shí)間內(nèi)心肌出現(xiàn)的可逆性收縮功能降低的現(xiàn)象 自由