缺血再灌注損傷1.ppt

1、第十二章缺血-再灌注損傷（ischemia-reperfusion injury,恢復(fù)（有利） 缺血 再灌注 細(xì)胞損傷 缺血性損傷 O2 （缺血性損傷） 進(jìn)一步加重 營養(yǎng)缺乏 能量 （ 不利） 代謝產(chǎn)物 帶走代謝產(chǎn)物 （缺血再灌注損傷,概 念,缺血后再灌注不但不能使組織、器官功能恢復(fù)，反而加重組織、器官的功能障礙和結(jié)構(gòu)損傷，這種現(xiàn)象稱為缺血再灌注損傷，簡稱再灌注損傷,第一節(jié) 缺血-再灌注損傷的原因及條件 凡能引起組織器官缺血后恢復(fù)血液供應(yīng) 的因素都可能成為再灌注損傷的原因,一、常見原因,組織器官缺血后恢復(fù)血液供應(yīng)，如休克時微循環(huán)的疏通、 斷肢再植術(shù)和 器官移植等。 2.某些新的醫(yī)療技術(shù)的應(yīng)用，

2、如冠脈搭橋術(shù)、經(jīng)皮 腔內(nèi)冠脈血管成形 術(shù)及溶栓療法等。 3.體外循環(huán)條件下的心臟手術(shù)、心、肺、腦復(fù)蘇等,二、常見條件,1. 缺血時間：缺血時間過短或過長都不易發(fā)生缺血再 灌注損傷。 2. 缺血程度：缺血后側(cè)枝循環(huán)容易形成者不易發(fā)生再灌 注損傷。氧需求高的組織器官（心、腦等）易發(fā)生再 灌注損傷。 3. 再灌注條件：一定程度低溫、低壓、低pH、低鈉、 低鈣灌注液灌注，可減輕再灌注損傷，而高鈉、高 鈣可誘發(fā)再灌注損傷。適當(dāng)增加鉀和鎂離子的含量， 有助于減輕再灌注損傷,第二節(jié) 缺血-再灌注損傷的發(fā)生機(jī)制,自由基的作用 鈣超載的作用 白細(xì)胞的作用,一）自由基的概念和分類 在外層電子軌道上含有單個不配對電

3、子的原子、原子團(tuán)和分子的總稱。表示方法：分子式后上方加一個點(diǎn)如：R,一、自由基的作用,常見的氧自由基及活性氧,二）自由基的代謝,生理情況下，98氧接受4個電子還原成水，同時釋放能量，僅有12的氧經(jīng)單電子還原成自由基,三）缺血/再灌注導(dǎo)致自由基生成增多的機(jī)制,1、黃嘌呤氧化酶（XO）的形成增多 Ca2+進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)激活Ca2+依賴性蛋白水解酶，使黃嘌呤脫氫酶（XD）大量轉(zhuǎn)變?yōu)閄O；黃嘌呤氧化酶再催化次黃嘌呤并進(jìn)而轉(zhuǎn)變?yōu)槟蛩岬膬刹椒磻?yīng)中，都同時以分子氧為電子接受體，從而產(chǎn)生大量的 和H2O2,ATP合成鈣泵活性細(xì)胞內(nèi)Ca2+Ca2+依賴性蛋白水解酶激活 ADP 黃嘌呤脫氫酶(XD) 黃嘌呤氧化酶（X

4、O） AMP腺嘌呤核苷次黃嘌呤核苷次黃嘌呤 O2 黃嘌呤+H2O2 + O2 尿酸+H2O2,缺血,再灌注,黃嘌呤氧化酶源氧自由基的生成,2、中性粒細(xì)胞聚集及激活 中性粒細(xì)胞被激活時，氧耗量顯著增加，所產(chǎn)生的氧自由基也顯著增加，稱為呼吸爆發(fā)。內(nèi)皮細(xì)胞釋放的氧自由基作用于細(xì)胞膜后，產(chǎn)生一些具有化學(xué)趨化作用的代謝產(chǎn)物，例如白三烯（LT），使局部白細(xì)胞增多，粘附后的中性粒細(xì)胞也變成了氧自由基的另一個重要來源,缺血 補(bǔ)體被激活C3片段 細(xì)胞膜分解產(chǎn)物（白三烯） （趨化物,再灌注,NADPH NADH,NADP+ NAD,氧化酶,O2,O2,中性粒細(xì)胞,激活,殺滅病原微生物 造成細(xì)胞損傷,3、線粒體膜損

5、傷 缺氧缺氧時Ca2+進(jìn)入線粒體增多，使線粒體功能受損，細(xì)胞色素氧化酶系統(tǒng)功能失調(diào)，以致進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)的氧，經(jīng)單電子還原而形成的氧自由基增多,4、兒茶酚胺自氧化增加,在缺氧的應(yīng)激刺激下，交感腎上腺 髓質(zhì)系統(tǒng)分泌大量兒茶酚胺，后者在自氧 化生成腎上腺素紅的過程中產(chǎn)生,四）自由基引起缺血-再注損傷的機(jī)制,清除 自由基 引發(fā)連鎖反應(yīng)（死亡,1、膜脂質(zhì)過氧化增強(qiáng) （1）破壞膜的正常結(jié)構(gòu)：降低膜的流動性，使膜受體、膜蛋白酶、離子通道和膜轉(zhuǎn)運(yùn)功能障礙，從而導(dǎo)致膜的通透性增加，酶活性降低等。 LH+OH. L.+H2O 產(chǎn)生的中間代謝產(chǎn)物（如丙二醛）互相交聯(lián),2）促進(jìn)自由基及其他生物活性物質(zhì)的生成,膜脂質(zhì)過氧化

6、 激活磷脂酶C、D 分解膜磷脂，催化花生四烯酸代謝反應(yīng) 形成前列腺素、TXA2、LT等生物活性物質(zhì),3）改變血管的正常功能,OH.可促進(jìn)白細(xì)胞黏附到血管壁，生成趨化因子 和白細(xì)胞 激活因子 可滅活一氧化氮，影響血管舒縮反應(yīng) 自由基 可促進(jìn)組織因子的生成和釋放，加重DIC,4）減少ATP生成,線粒體膜脂質(zhì)過氧化線ATP生成減少，細(xì)胞能量代謝障礙加重,2、蛋白質(zhì)功能抑制 （1）直接抑制： 自由基可使蛋白質(zhì)分子中（酶）半胱氨酸的SH （巰 基）被氧化為二硫鍵。 氨基酸殘基氧化，胞質(zhì)及膜蛋白和某些酶交聯(lián)形成 二聚體或更大的聚合物。如膜離子通道蛋白的抑制； 肌纖維蛋白的損傷；肌漿網(wǎng)鈣轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的損傷等,2

7、）間接抑制,脂質(zhì)過氧化 可使膜脂質(zhì)交聯(lián)、聚合，間接抑制 鈣、鈉泵 及Na+/Ca2+ 交換系統(tǒng) ，胞內(nèi) Na+/Ca2+ 升高。 脂質(zhì)過氧化 可抑制膜受體G蛋白與效應(yīng)器的偶聯(lián)， 引起細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)功能障礙,3、核酸及染色體破壞 自由基可使堿基羥化或DNA斷裂，導(dǎo)致 染色體畸變或細(xì)胞死亡。這種作用的80 是OH.所致,二、鈣超載的作用,細(xì)胞內(nèi)鈣超載的機(jī)制 鈣超載導(dǎo)致再灌注損傷的機(jī)制,Ca2+的自穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)（Ca2+進(jìn)出細(xì)胞的機(jī)制） 1、Ca2+進(jìn)入胞液的途徑 ）質(zhì)膜鈣通道 質(zhì)膜鈣通道有電壓依賴性Ca2+通道性（voltage operated calcium channel,VOC), 其通道的開啟

8、和關(guān)閉受膜電位控制，另一類為受體操縱性Ca2+通道(receptor operated calcium channel, ROC)：又稱配體門控Ca2+通道（ligand gated calcium channel,胞內(nèi)鈣庫（肌漿網(wǎng)）釋放通道 肌漿網(wǎng)有鈣釋放通道（calcium release channel)，它屬于受體操縱性Ca2+通道，包括三磷酸肌醇（IP3）操縱的鈣通道（IP3受體通道）、ryanodine敏感的鈣通道,2、Ca2+出細(xì)胞的機(jī)制 1）Ca2+泵的作用 Ca2+泵即Ca2+-ATP酶，又稱Ca2+-Mg2+-ATP酶。它存在于細(xì)胞膜、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)及線粒體膜上。Ca2+-Mg2+

9、-ATP酶被激活，水解ATP供能，并將Ca2+泵出細(xì)胞，或?qū)a2+攝入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、線粒體中，從而使細(xì)胞內(nèi)的Ca2+濃度降低,2）Na+-Ca2+交換 是非耗能的轉(zhuǎn)運(yùn)方式，轉(zhuǎn)運(yùn)方向?yàn)殡p向性，取決于細(xì)胞內(nèi)外Na+和Ca2+的濃度變化。通常是Na+順著電化學(xué)梯度進(jìn)入細(xì)胞，而Ca2+則逆著電化學(xué)梯度移出細(xì)胞，3個Na+交換1個Ca2+，交換實(shí)際是一種產(chǎn)電性電流,3）Ca2+-H+交換 Ca2+i升高時，Ca2+被線粒體攝取，線粒體中的H+排至胞液,Ca2+主要功能,成骨：骨骼和牙齒 信使：興奮收縮偶聯(lián) 分泌 神經(jīng)元興奮 增殖 凝血： 酶活性的調(diào)節(jié),鈣超載,各種原因引起的細(xì)胞內(nèi)鈣含量異常增多并導(dǎo)致細(xì)胞結(jié)構(gòu)

10、損傷和功能代謝障礙的現(xiàn)象稱為鈣超載,一）細(xì)胞內(nèi)鈣超載的機(jī)制 1、Na+Ca2+交換異常 2、蛋白激酶C（PKC）活化 3、生物膜損傷,1、Na+Ca2+交換異常 1）細(xì)胞內(nèi)高Na+對Na+Ca2+交換蛋白的直接激活 缺血引起ATP合成減少和細(xì)胞內(nèi)酸中毒，導(dǎo)致鈉泵活性降低，細(xì)胞內(nèi)Na+增加。再灌注時，缺血細(xì)胞重新獲得氧，細(xì)胞內(nèi)高Na+除激活鈉泵外，還迅速激活Na+Ca2+交換蛋白，以反向轉(zhuǎn)運(yùn)的方式加速Na+向細(xì)胞外轉(zhuǎn)運(yùn)，同時將大量Ca2+運(yùn)入胞漿，可導(dǎo)Ca2+i增加,2）細(xì)胞內(nèi)高H+對Na+/Ca2+交換蛋白的間接激活 質(zhì)膜Na+/H+交換蛋白主要感受細(xì)胞內(nèi)H+濃度的變化，以1:1的比例將細(xì)胞內(nèi)

11、H+排出細(xì)胞，而將Na+攝入細(xì)胞。缺血時因無氧代謝使H+生成增加，組織間液和細(xì)胞內(nèi)H+增多，再灌注時使組織間液H+迅速下降，而細(xì)胞內(nèi)H+仍然很高，膜兩側(cè)H+梯度差可激活Na+/H+交換蛋白，使細(xì)胞內(nèi)Na+濃度升高，細(xì)胞內(nèi)高Na+可繼發(fā)性激活Na+/Ca2+交換蛋白，導(dǎo)致Ca2+超載,與Gq結(jié)合,PLC,質(zhì)膜上的磷脂酶肌醇二磷酸（PIP2,三磷酸肌醇（IP3,甘油二酯（DG,肌漿網(wǎng)上的IP3操縱的鈣通道開放,釋放鈣離子,1腎上腺素能受體 缺血,蛋白激酶C活化,細(xì)胞膜Na+/H+ 交換蛋白活化,Na+/Ca2+交換蛋白,2、蛋白激酶C（PKC）活化,3、生物膜損傷（1）細(xì)胞膜損傷 細(xì)胞內(nèi)鈣增加可激

12、活磷脂酶，使膜磷脂成分受損而分解，細(xì)胞膜通透性增加，使細(xì)胞內(nèi)鈣增加，Ca2+超載本身與氧自由基的大量生成有因果關(guān)系,2）線粒體膜損傷,再灌注時，產(chǎn)生的氧自由基可破壞線粒體結(jié)構(gòu)，使線粒體腫脹，膜流動性降低，氧化磷酸化功能受損，ATP生成減少，細(xì)胞膜及肌漿網(wǎng)膜鈣泵功能障礙，造成細(xì)胞內(nèi)鈣超負(fù)荷,3）溶酶體膜損傷,嚴(yán)重缺血時溶酶體膜破裂，酶逸出引起細(xì)胞自溶；鈣超載可激活磷脂酶，使膜的通透性增高；溶 酶體酶進(jìn)入血液可破壞多種組織，造成廣泛的細(xì)胞 損傷,4）肌漿網(wǎng)膜損傷 自由基損傷和膜磷脂分解可造成肌漿網(wǎng)膜損傷，鈣泵功能抑制，胞漿鈣濃度升高,二）鈣超載導(dǎo)致再灌注損傷的機(jī)制 1、細(xì)胞膜損傷 2、線粒體膜損傷

13、 3、蛋白酶激活 4、加重酸中毒,1、細(xì)胞膜損傷,細(xì)胞內(nèi)Ca2+增加可激活磷脂酶類， 促使膜磷脂降解，造成細(xì)胞膜及細(xì)胞器 結(jié)構(gòu)受損。此外，膜磷脂降解產(chǎn)物花生 四稀酸、溶血磷脂等增多，亦可加重細(xì) 胞功能紊亂,2、線粒體膜損傷 線粒體ATP生成減少 一方面，缺血/再灌注損傷使Ca2+i升高，線粒體對Ca2+的攝取也隨之增加，而線粒體的攝Ca2+過程是依賴ATP的，另一方面進(jìn)入線粒體的Ca2+，與含磷酸根的化合物結(jié)合，形成磷酸鈣沉積，破壞線粒體的結(jié)構(gòu)和功能，干擾線粒體的氧化磷酸化，使能量代謝障礙，ATP生成減少,3、蛋白酶激活 激活鈣依賴性降解酶 細(xì)胞內(nèi)游離鈣增加，使Ca2+與鈣調(diào)蛋白結(jié)合增多，除激

14、活鈣依賴性蛋白水解酶外，并且激活多種鈣依賴性降解酶，激活的磷脂酶水解生物膜磷脂，導(dǎo)致細(xì)胞膜及細(xì)胞器膜受損；蛋白水解酶和核酸內(nèi)切酶的活化，又可引起細(xì)胞骨架和核酸的分解,4、加重酸中毒,細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度升高可激活某些ATP 酶，導(dǎo)致細(xì)胞高能磷酸鹽水解，釋放出 大量H+，加重細(xì)胞內(nèi)酸中毒,肌原纖維過度收縮 再灌注引起心肌超微結(jié)構(gòu)嚴(yán)重?fù)p害的一個標(biāo)志是出現(xiàn)收縮帶。 發(fā)生機(jī)制：細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度增高； 再灌注使缺血期堆積的H+迅 速移出，減輕或消除了H+對 心肌收縮的抑制作用,再灌注性心律失常 細(xì)胞內(nèi)鈣增加，通過Na+-Ca2+交換形成一過性內(nèi)向離子流，稱為暫時性內(nèi)向電流（ITi)，ITi主要以Na+介

15、導(dǎo)，其它陽離子在心肌細(xì)胞動作電位后形成短暫后除極，達(dá)到閾電位水平，引起新的動作電位稱之為觸發(fā)激動，它是再灌注誘發(fā)心律失常的主要原因之一,三、白細(xì)胞的作用,缺血-再灌注損傷時白細(xì)胞增多的機(jī)制 白細(xì)胞介導(dǎo)缺血-再灌注損傷的機(jī)制,一）缺血-再灌注損傷時白細(xì)胞增多的機(jī)制,1、細(xì)胞黏附分子生成增多 再灌注時中性粒細(xì)胞和血管內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)黏附分子增加，加劇了缺血組織內(nèi)白細(xì)胞聚集和激活,2、趨化因子生成增多,再灌注時可使細(xì)胞膜磷脂降解釋放促大量趨化因子，如白三烯（LTs）、血小板活化因子（PAF）、補(bǔ)體和激肽等；激活中性粒細(xì)胞可釋放具有趨化作用的炎癥介質(zhì),二）白細(xì)胞介導(dǎo)缺血-再灌注損傷的機(jī)制 1、微血管損傷

16、（1)微血管內(nèi)血液流變學(xué)改變：中性粒細(xì)胞 血管內(nèi)皮細(xì)胞粘附；血小板沉積；紅細(xì)胞聚集。 （2)微血管口徑的改變：血管內(nèi)皮腫脹及中性粒細(xì)胞與血管內(nèi)皮細(xì)胞粘附均可造成管腔狹窄。 （3）微血管通透性增高 引發(fā)水腫，其機(jī)制可能與白細(xì)胞釋放的某些炎癥介質(zhì)有關(guān),無復(fù)流現(xiàn)象,結(jié)扎犬的冠狀動脈造成局部心肌缺血后，再打開結(jié)扎的動脈，使血流重新開放，缺血區(qū)并不能得到充分的灌注，而成為無功能的管道，故稱此現(xiàn)象為無復(fù)流或無再灌注現(xiàn)象。它是再灌注損傷的一種特殊情況，實(shí)際上是缺血的延續(xù)和疊加，缺血細(xì)胞并未得到血液重新灌注，而是繼續(xù)缺血，嚴(yán)重妨礙著缺血心肌的恢復(fù),無復(fù)流現(xiàn)象的原因 微血管痙攣和堵塞 缺血一定時間后，血管內(nèi)血小

17、板的沉積增加2倍。無復(fù)流區(qū)內(nèi)白細(xì)胞（主要是中性粒細(xì)胞）的聚集增加10倍，可見白細(xì)胞嵌頓，阻塞毛細(xì)血管,2、細(xì)胞損傷 激活的中性粒細(xì)胞與 血管內(nèi)皮細(xì)胞 釋放生物活性物質(zhì) （自由基、蛋白酶、細(xì)胞因子） 改變自身的 損傷周圍的 結(jié)構(gòu)功能 組織細(xì)胞,第三節(jié)缺血再灌注損傷時器官的功能代謝變化,心肌缺血再灌注損傷的變化 腦缺血再灌注損傷的變化 其他器官缺血再灌注損傷的變化,一、心肌缺血-再灌注損傷的變化（一）心功能變化1、心肌舒縮功能降低 缺血再灌注導(dǎo)致心肌可逆性或不可逆性損傷均造成心肌舒縮功能降低，表現(xiàn)為心輸出量減少,心肌頓抑,缺血心肌在恢復(fù)血液灌注后一段時間內(nèi)出現(xiàn)可逆性舒縮功能降低的現(xiàn)象，稱為心肌頓抑

18、。 心肌短時間缺血后不發(fā)生壞死，但引起的結(jié)構(gòu)、代謝和功能改變，尤其是收縮功能障礙，在再灌注后延遲恢復(fù)的現(xiàn)象（常需數(shù)小時、數(shù)天或數(shù)周,2、再灌注性心律失常,再灌注性心律失常（reperfusion arrhythmia) 的基本條件是再灌注區(qū)存在功能可恢復(fù)的 心肌細(xì)胞，也與缺血時間、缺血心肌數(shù)量、缺血程度和再灌注速度有關(guān)。 以室速或室顫等室性心律失常為主,再灌注性心律失常的發(fā)生機(jī)制,主要與自由基和鈣超載有關(guān)； 再灌注被沖出來的兒茶酚胺刺激受體 提高了心肌細(xì)胞自律性； 再灌注明顯降低心室纖顫閾； 再灌注時缺血區(qū)離子濃度快速和突然改變，導(dǎo)致心肌細(xì)胞傳導(dǎo)性與不應(yīng)期不均一性,二）心肌能量代謝變化 ATP含量在缺血時明顯下降，再灌注后ATP含量恢復(fù)都非常緩慢。冠狀動靜脈氧差減小，與缺血/再灌注時心肌細(xì)胞線粒體受損有關(guān)。線粒體富含磷脂，又是