缺血再灌注損傷PPT課件

缺血-再灌注損傷Ischemia-reperfusioninjury,I/RI,目錄,一、概論*二、缺血-再灌注損傷的機制*自由基（freeradical）鈣超載（calciumoverload）白細胞（leukocyte）無復流現(xiàn)象（no-reflowphenomenon）三、心臟I/RI（MIRI）的主要表現(xiàn)四、缺血-再灌注損傷防治的病理生理學基礎(chǔ),缺血-再灌注損傷(Ischemia-reperfusioninjury,I/RI):,給缺血組織恢復血液灌流，部分動物或患者缺血區(qū)的細胞功能代謝障礙及結(jié)構(gòu)破壞反而比永久性缺血區(qū)更為嚴重的反?，F(xiàn)象。,其反常現(xiàn)象包括：氧反常、鈣反常、pH反常等。,缺血性損傷（ischemicinjury）組織供血量性減少細胞損傷,一、概論,氧反常：鈣反常：PH反常：,缺血-再灌注損傷，兩者是獨立而又相互聯(lián)系的病理過程，再灌注損傷實質(zhì)上是將在缺血損傷期處于可逆損傷的細胞經(jīng)恢復血流轉(zhuǎn)化為不可逆損傷。,血管,壞死組織,瀕危組織,正常組織,缺血-再灌注損傷示意圖,缺血再灌注損傷的普遍性：不同種屬、各種組織器官都可發(fā)生再灌注損傷。1960年，Jenning提出心臟I/RI(MIRI)1968至今：相繼提出腦、腎、肺、腸、皮膚I/RI臨床現(xiàn)象:bypasssurgery(搭橋手術(shù))shocktreatment（休克治療）organtransplantation(器官移植)thrombolysis（溶栓療法）,I/RI的原因和條件,缺血時間：缺血2040min再灌注為可逆性損傷期；缺血4060min后再灌注為不可逆損傷期。側(cè)支循環(huán)：缺血后不易形成側(cè)支循環(huán)的組織再灌注條件:Ca2+、Na+濃度高需氧程度：對氧需求高的組織,原因:循環(huán)障礙后恢復血流-休克組織器官缺血恢復血流-冠脈痙攣緩解、斷肢再植、器官移植、心臟體外循環(huán)后恢復血流血管再通-溶栓療法、動脈搭橋術(shù),影響因素:以下條件更易發(fā)生I/RI,二、缺血-再灌注損傷的機制,自由基（freeradical）鈣超載（calciumoverload）白細胞（leukocyte）,（一）自由基的作用,1.自由基的概念和代謝2.再灌注時氧自由基生成增多的機制3.自由基介導缺血再灌注損傷,機制,1）自由基（freeradical)的概念和類型,自由基：外層電子軌道有單個不配對電子的原子、原子團和分子的總稱。又稱游離基。,1.自由基的概念和代謝,活性氧（reactiveoxygenspeciesROS）：由氧自由基（O2OH）、H2O2和O2組成,-,脂性自由基：是氧自由基與多聚不飽和脂肪酸作用后生成的中間代謝產(chǎn)物，,氧自由基：由氧誘發(fā)的自由基，屬非脂性自由基。超氧陰離子自由基O2，羥自由基OH,-,一氧化氮（NO）：弱氧化劑，是一種氣體自由基。,自由基和離子不同，前者是具有共價鍵的化合物發(fā)生均裂的產(chǎn)物，后者則是異裂的產(chǎn)物。,自由基在體內(nèi)存在的時間短（平均壽命僅1ms），化學性質(zhì)極其活潑，易和其他物質(zhì)反應(yīng)形成新的自由基，呈現(xiàn)自由基的連鎖反應(yīng)；易于失去電子和奪取電子，特別是氧化作用很強，具有強烈的引發(fā)脂質(zhì)過氧化作用。,生理情況下，約有2-4的自由基產(chǎn)生。它們可經(jīng)細胞內(nèi)超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-PX)、過氧化氫酶(CAT)等抗氧化酶及時清除，對機體并無有害影響。病理情況下，活性氧可引發(fā)氧化應(yīng)激，導致細胞損傷甚至死亡。,2）自由基的代謝,O2的產(chǎn)生途徑：生理調(diào)節(jié)下，約1-2的氧接受一個電子生成O2。Hb、肌紅蛋白、兒茶酚胺、酶等氧化;毒物作用于細胞，電離輻射等。,H2O2的生成途徑：O2歧化反應(yīng)：SODO2O22H+H2O2O2,Fenton反應(yīng),OH的生成途徑：OH是最活躍最強力的自由基。,2.再灌注時氧自由基生成增多的機制,黃嘌呤氧化酶形成增多：血管內(nèi)皮細胞源性黃嘌呤脫氫酶（XD）氧化酶（XO）系統(tǒng),中性粒細胞-呼吸爆發(fā)：白細胞源性,再灌注時中性粒細胞被激活，耗氧量增加，產(chǎn)生呼吸爆發(fā)，所攝氧絕大部分（70-90%）經(jīng)磷酸戊糖旁路產(chǎn)生氧自由基。,O2O2,一般認為，XO源性自由基生成增加是原發(fā)性的，而中性粒細胞源性自由基增加則是繼發(fā)性的。,e-,線粒體-單電子還原增多：,ATP、Ca2+超載、細胞色素氧化酶功能障礙,O2O2,e-,-,兒茶酚胺自氧化增強：,單胺氧化酶腎上腺素腎上腺素紅O2,3.自由基介導缺血-再灌注損傷,1）生物膜脂質(zhì)過氧化再灌注時形成大量自由基，尤其OH，可引發(fā)生物膜多價不飽和脂肪酸均裂，形成脂性自由基，產(chǎn)生脂質(zhì)過氧化生物膜多價不飽和脂肪酸/蛋白質(zhì)，使膜脂質(zhì)微環(huán)境改變，導致：膜結(jié)構(gòu)破壞膜蛋白功能抑制線粒體膜脂質(zhì)過氧化其它生物活性物質(zhì)的形成,誘導炎癥介質(zhì)產(chǎn)生ROS激活PLA2促進自由基產(chǎn)生和脂質(zhì)過氧化產(chǎn)生PGs、TXA2、LT等高度生物活性物質(zhì),促進血栓形成，加重再灌注損傷！,ROS激活轉(zhuǎn)錄因子NF-kB白細胞-內(nèi)皮細胞粘附,2）蛋白質(zhì)變性和酶活性降低自由基細胞結(jié)構(gòu)蛋白和酶的活性中心的巰基氧化，形成二硫鍵，引起蛋白質(zhì)分子變性、聚合、降解甚至肽鏈斷裂。丙二醛（重要的交聯(lián)因子）胞漿蛋白和膜蛋白及某些酶交聯(lián)成二聚體，導致蛋白質(zhì)（酶）變性和功能喪失。大分子物質(zhì)交聯(lián)后沉積在細胞內(nèi)，呈褐色，與老年斑有關(guān)。,3）DNA斷裂和染色體畸變自由基對細胞的毒性作用和損傷細胞基質(zhì)，主要表現(xiàn)為染色體畸變、核酸堿基改變或DNA斷裂。80為OH所致。使核酸分子的完整性破壞，導致染色體畸變，發(fā)生遺傳突變或細胞死亡。線粒體DNA損傷：誘導細胞凋亡。,（二）細胞內(nèi)鈣超載（Calciumoverload）,有人認為I/RI的可逆期損傷主要與氧自由基損傷有關(guān)，而不可逆損傷則與鈣超載有關(guān)。鈣反常、PH反常、氧反常細胞內(nèi)Ca2+濃度均有增加。鈣超載：各種原因引起的細胞內(nèi)鈣含量異常增多并導致細胞結(jié)構(gòu)損傷和功能代謝障礙的現(xiàn)象。,機制,1.細胞內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)2.再灌注時細胞內(nèi)鈣超載的機制3.鈣超載引起再灌注損傷的機制,1.細胞內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié),Ca2+進入胞液的途徑：是順濃度梯度的被動過程細胞膜鈣通道細胞內(nèi)鈣庫釋放通道Ca2+離開胞質(zhì)的途徑：是逆濃度梯度、耗能的主動過程鈣泵：存在于質(zhì)膜、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜和線粒體膜上Na+/Ca2+交換：,Na+-Ca2+交換異常：細胞內(nèi)高Na+對Na+Ca2+交換蛋白的直接激活細胞內(nèi)高H+對Na+Ca2+交換蛋白的間接激活缺血時：細胞內(nèi)Na+，細胞內(nèi)酸中毒H+再灌注時：能量和PH恢復，細胞內(nèi)外PH梯度差激活H+-Na+交換，細胞內(nèi)Na+激活Na+-Ca2+交換蛋白細胞外Ca2+大量內(nèi)流。,2.再灌注時細胞內(nèi)鈣超載的機制,H+,3Na+,ischemia,reperfusion,Na+,Ca2+,IncreasedNa+-Ca2+exchange,缺血、再灌注時，內(nèi)源性兒茶酚胺釋放增多：,-受體：激活G蛋白-磷脂酶C（PLC）介導的細胞轉(zhuǎn)導通路，促進磷脂酰肌醇（PIP2)分解，IP3肌漿網(wǎng)釋放Ca2+甘油二酯蛋白激酶C（PKC）刺激H+-Na+交換，進而Na+-Ca2+交換，導致細胞內(nèi)鈣超載-受體：通過激活腺苷酸環(huán)化酶，使受體操縱性鈣通道和膜電壓依賴性L-型鈣通道開放，引起Ca2+內(nèi)流增加。,蛋白激酶C活化對Na+Ca2+交換蛋白的間接激活,生物膜損傷：細胞膜損傷：缺血或無鈣液灌流時細胞外板與糖被表面分離；再灌注時磷脂酶激活降解膜磷脂再灌注時氧自由基細胞膜脂質(zhì)過氧化。,線粒體及肌漿網(wǎng)損傷鈣泵功能線粒體膜損傷氧化磷酸化障礙ATP生成鈣泵功能線粒體及肌漿網(wǎng)攝取鈣降低胞漿內(nèi)游離鈣增多。,3.鈣超載引起再灌注損傷的機制,（三）白細胞的作用（leukocyte）,1.再灌注時白細胞聚集、激活機理：趨化因子生成增多：細胞膜磷脂降解白三烯、PAF、補體、激肽。白細胞本身釋放炎癥介質(zhì)：IL-8等。粘附分子增加：,微血管損傷：無復流現(xiàn)象微血管內(nèi)血液流變學改變:滾動現(xiàn)象微血管口徑狹窄:縮血管物質(zhì)的釋放(ET、TXA2),內(nèi)皮細胞腫脹微血管通透性增高,2.白細胞聚集在再灌注損傷中的作用,細胞損傷:激活的白細胞與血管內(nèi)皮細胞都可釋放生物活性物使自身及周圍組織細胞受到損傷。,概念：缺血后重新恢復血流，缺血區(qū)并不能得到充分灌注現(xiàn)象，這是缺血的延續(xù)和疊加，使缺血區(qū)損傷加重。機制：中性粒細胞引起的毛細血管栓塞可能是主要因素。毛細血管內(nèi)塞外壓無復流現(xiàn)象,無復流現(xiàn)象（no-reflowphenomenon）,綜上，目前認為氧自由基和細胞內(nèi)鈣超載是缺血-再灌注損傷的基本機制，細胞內(nèi)鈣超載是細胞不可逆損傷的共同通路。,缺血,再灌注,中性粒細胞,致炎因子,氧自由基,無復流,細胞損傷,缺血-再灌注損傷的主要發(fā)病機制,鈣超載,細胞壞死,缺血損傷恢復,O2,Ca2+,總結(jié),三、心臟I/RI的主要表現(xiàn),（一）心功能變化：1.心肌舒縮功能降低：靜止張力發(fā)展張力2.再灌注性心律失常3.再灌注性心肌頓抑（二）心肌能量代謝改變：（三）心肌超微結(jié)構(gòu)改變:,心肌舒縮功能降低,表現(xiàn)為心輸出量減少，心室內(nèi)壓最大變化速率降低(dp/dtmax)，左室舒張末期壓力（LVEDP）升高，出現(xiàn)心肌頓抑。,心律失常（室速、室顫）機制：鈣超載-持續(xù)性內(nèi)向電流延遲后除極傳導緩慢心律失常再灌注心肌動作電位時程的不均一性多個興奮折返環(huán)路形成。,心肌頓抑（myocardialstunning）,概念：心肌缺血后-再灌注，血流已恢復或基本恢復正常后，一定時間內(nèi)心肌出現(xiàn)可逆性收縮功能降低的現(xiàn)象。機制：自由基生成、鈣超載,腦I/RI的主要表現(xiàn),1.能量代謝障礙：ATP、CP、G明顯下降，乳酸明顯增高2.病理性腦電慢波、腦水腫、腦細胞壞死。,其它：肝I/RI腎I/RI胃腸道I/RI肺I/RII/RI嚴重時可SIRS和MODS！,四、缺血-再灌注損傷防治的病理生理學基礎(chǔ),控制灌流條件降低缺血損傷、縮短組織缺血時間，盡快恢復血液灌流；多次短暫缺血預處理可增強細胞對缺血的耐受性。低壓、低流、低溫、低pH、低鈉、低鈣改善細胞能量代謝：清除自由基：VitE、半胱氨酸、SOD等抑制炎癥反應(yīng)：抗炎、糖皮質(zhì)激素、羥基脲等減輕鈣超載：鈣拮抗劑（維拉帕米）,清除自由基,低分子清除劑：VitE、VitA、VitC：O2、O2半胱氨酸、還原型谷胱甘肽（GSH）、還原型輔酶（NADPH）酶性清除劑：超氧化物歧化酶（SOD）：O2過氧化氫酶（CAT）：H2O2谷胱甘肽過氧化物酶（GSH-PX）：H2O2其他清除劑：二甲基亞砜（DMSO）、甘露醇:OH別嘌呤醇:XO銅藍蛋白，去鐵胺：防止Fenton反應(yīng),重點掌握,掌握缺血-再灌注損傷的概