病理生理學(xué)缺血再灌注 PPT課件

1、 缺血缺血- -再灌注損傷再灌注損傷(ischemia-reperfusion injury)第一節(jié)第一節(jié) 概述概述(introduction)概念概念(concept) 缺血器官在恢復(fù)血液灌注后缺血缺血器官在恢復(fù)血液灌注后缺血性損傷進(jìn)一步加重的現(xiàn)象，稱為缺血性損傷進(jìn)一步加重的現(xiàn)象，稱為缺血再灌注損傷再灌注損傷(ischemia-reperfusion injury)。研究缺血-再灌注損傷的臨床意義 器官缺血后恢復(fù)血供：休克、冠脈 痙攣、心臟驟停后復(fù)蘇 血管再通術(shù)：動(dòng)脈搭橋、ptca、溶栓療法 體外循環(huán)術(shù) 器官移植及斷肢再植術(shù)第二節(jié)第二節(jié) 缺血缺血- -再灌注損傷發(fā)生的條件再灌注損傷發(fā)生的條件

2、(influence factors of ischemia-reperfusion injury) (duration of ischemia) 過長壞死缺血時(shí)間太長或缺血時(shí)間太長或太短均不易發(fā)生太短均不易發(fā)生iri過短功能恢復(fù)1、缺血時(shí)間的長短2 2、再灌注時(shí)灌流液的條件、再灌注時(shí)灌流液的條件 反常(calcium paradox):預(yù)先用無鈣溶液短暫灌流后，恢復(fù)正常含鈣溶液灌流，導(dǎo)致細(xì)胞外ca2+大量內(nèi)流而引起細(xì)胞損傷進(jìn)一步加重的現(xiàn)象。(conditions of reperfusion fluid) 氧反常(oxygen paradox):用低氧或無氧灌注液灌注心臟一段時(shí)間后恢復(fù)正常氧

3、供應(yīng)，心肌的損傷更趨嚴(yán)重的現(xiàn)象。 ph反常(ph paradox):再灌注時(shí)迅速糾正缺血組織的酸中毒，損傷反而進(jìn)一步加重的現(xiàn)象。 phph反常反常(ph paradox)(ph paradox)再灌注時(shí)糾酸再灌注時(shí)糾酸損傷加重?fù)p傷加重低氧灌注低氧灌注/ /缺氧培養(yǎng)缺氧培養(yǎng)復(fù)氧復(fù)氧損傷加重?fù)p傷加重氧反常氧反常(oxygen paradox)(oxygen paradox)鈣反常鈣反常(calcium paradox)(calcium paradox)無鈣液灌注無鈣液灌注含鈣液含鈣液心肌損傷加重心肌損傷加重 3 3、組織器官缺血前的功能狀態(tài)、組織器官缺血前的功能狀態(tài) 能量貯備及對(duì)缺血的敏感性能量貯

4、備及對(duì)缺血的敏感性 血液循環(huán)側(cè)支代償情況血液循環(huán)側(cè)支代償情況 (functional state of organs before ischemia) 第三節(jié)第三節(jié) 缺血再灌注損傷的發(fā)生機(jī)制缺血再灌注損傷的發(fā)生機(jī)制(mechanisms of ischemia-reperfusion injury)(injury of reactive oxygen) 活性氧活性氧(reactive oxygen)是化學(xué)性是化學(xué)性質(zhì)活潑的含氧代謝物，包括氧自由基、單質(zhì)活潑的含氧代謝物，包括氧自由基、單線態(tài)氧、過氧化氫、線態(tài)氧、過氧化氫、no脂質(zhì)過氧化物脂質(zhì)過氧化物（looh）及其裂解產(chǎn)物脂氧自由基）及其裂解產(chǎn)

5、物脂氧自由基（lo）、脂過氧自由基（）、脂過氧自由基（loo ）等。）等。一、活性氧的作用一、活性氧的作用 自由基自由基(free radical)是指在外層電子軌道含有一個(gè)或多個(gè)是指在外層電子軌道含有一個(gè)或多個(gè)不配對(duì)電子的原子、原子團(tuán)或分子。以氧為中心的自由基稱不配對(duì)電子的原子、原子團(tuán)或分子。以氧為中心的自由基稱氧自由基。氧自由基。 單線態(tài)氧單線態(tài)氧(1o2)是一種能量較高的激發(fā)態(tài)氧，其氧分子的是一種能量較高的激發(fā)態(tài)氧，其氧分子的同一或不同外層軌道中有兩個(gè)自旋方向相反的電子。這種氧同一或不同外層軌道中有兩個(gè)自旋方向相反的電子。這種氧分子在紫外光譜中呈現(xiàn)一條單線，故稱單線態(tài)氧。分子在紫外光譜中

6、呈現(xiàn)一條單線，故稱單線態(tài)氧。 一氧化氮一氧化氮(no)是是l-精氨酸在一氧化氮合酶催化下產(chǎn)生的，精氨酸在一氧化氮合酶催化下產(chǎn)生的，有一個(gè)不配對(duì)電子。作用具有雙重性，生理狀態(tài)下具有保護(hù)有一個(gè)不配對(duì)電子。作用具有雙重性，生理狀態(tài)下具有保護(hù)作用，能擴(kuò)張血管、降低血壓、松弛平滑肌，還具有信號(hào)傳作用，能擴(kuò)張血管、降低血壓、松弛平滑肌，還具有信號(hào)傳遞、酶活性調(diào)節(jié)、免疫調(diào)節(jié)及抗氧化損傷等生物活性；誘導(dǎo)遞、酶活性調(diào)節(jié)、免疫調(diào)節(jié)及抗氧化損傷等生物活性；誘導(dǎo)型型nos作用下大量合成則有毒性作用，不僅作用于鐵蛋白，作用下大量合成則有毒性作用，不僅作用于鐵蛋白，影響線粒體磷酸化，還可生成影響線粒體磷酸化，還可生成oh

7、等，可能造成組織、細(xì)胞等，可能造成組織、細(xì)胞損傷。損傷。1. 氧自由基(oxygen free radical，ofr) 自由基的種類(categories of free radicals) e-+h+h2oe-_o2e-+2h+h2o2 e-+h+h2o oho2o2 、 oh 、1o2 、 h2o22. 脂性自由基(lipid free radical)氧自由基+多價(jià)不飽和脂肪酸l.lo.loo.3. 其他(others) cl. ， ch3. ， no等(二二)再灌注時(shí)活性氧增多的機(jī)制再灌注時(shí)活性氧增多的機(jī)制 (mechanism of reactive oxygen generati

8、on)1.黃嘌呤氧化酶途徑黃嘌呤氧化酶途徑(xanthine oxidase pathway)正常時(shí) 黃嘌呤氧化酶（xanthine oxidase, xo）占10， 其前身黃嘌呤脫氫酶（xanthine dehydrogenase, xd）占90。缺血時(shí) 鈣超載導(dǎo)致xd轉(zhuǎn)化為xo atp降解，次黃嘌呤增加再灌注時(shí) 大量氧使次黃嘌呤生成黃嘌呤，再生成尿酸 上述兩過程均有氧自由基生成(+)(+)缺血,缺氧補(bǔ)體趨化物質(zhì)中性粒細(xì)胞聚集,耗氧氧經(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)(respiratory burst)2.中性粒細(xì)胞途徑(neutrophil pat

9、hway)3.線粒體途徑線粒體途徑(mitochondrion pathway)缺氧再灌注線粒體ca2+細(xì)胞色素氧化酶功能抑制氧單電子還原氧自由基呼吸鏈傳遞電子效能下降含mn的sod呼吸鏈復(fù)合體缺血缺血, ,缺氧缺氧激活交感激活交感- -腎上腺髓質(zhì)系統(tǒng)腎上腺髓質(zhì)系統(tǒng)兒茶酚胺兒茶酚胺單胺氧化酶單胺氧化酶氧自由基氧自由基4.兒茶酚胺自身氧化途徑兒茶酚胺自身氧化途徑(catecholamine auto-oxidation pathway)5.誘導(dǎo)型誘導(dǎo)型nos表達(dá)增強(qiáng)表達(dá)增強(qiáng)大量no生成，no及其代謝產(chǎn)物均可導(dǎo)致組織損傷6.體內(nèi)清除活性氧的能力下降體內(nèi)清除活性氧的能力下降p抗氧化酶類， 如超氧化物

10、歧化酶（sod），過氧化氫酶（cat）p非酶性抗氧化物，如維生素e、谷胱甘肽、白蛋白銅藍(lán)蛋白等target chemical alterationphysiological alterationslipids peroxidation of double bonds lipid-lipid cross-linking membrane permeability changes impairment of organelle function receptor conformation changesprotein oxidation of double bonds oxidation of s

11、h groups enzyme inhibition protein denaturation receptor conformation changescarbohydrates oxidation of double bonds receptor conformation changes denaturation of glycoproteinnucleic acids oxidation of double bonds strand scission base modification mutations(三三)活性氧的損傷作用活性氧的損傷作用(injury of reactive ox

12、ygen) (1) (1) 破壞膜的正常結(jié)構(gòu)破壞膜的正常結(jié)構(gòu)脂質(zhì)脂質(zhì)過氧化過氧化膜不飽和膜不飽和脂肪酸脂肪酸不飽和脂肪酸不飽和脂肪酸/ /蛋白質(zhì)比例失調(diào)蛋白質(zhì)比例失調(diào)膜液態(tài)性膜液態(tài)性流動(dòng)性流動(dòng)性膜通透性膜通透性caca2+2+內(nèi)流內(nèi)流1.膜脂質(zhì)過氧化作用增強(qiáng)膜脂質(zhì)過氧化作用增強(qiáng) (enhanced lipid peroxidation of membrane)(2) (2) 間接抑制膜蛋白功能間接抑制膜蛋白功能脂質(zhì)之間交聯(lián)脂質(zhì)之間交聯(lián)(-)(-)鈣泵、鈉泵鈣泵、鈉泵nana2+2+/ca/ca2+2+交換蛋白交換蛋白胞內(nèi)胞內(nèi)nana2+2+、caca2+2+鈣超載、細(xì)胞腫脹鈣超載、細(xì)胞腫脹(3

13、) (3) 促進(jìn)自由基及其它生物活性物質(zhì)生成促進(jìn)自由基及其它生物活性物質(zhì)生成膜脂質(zhì)膜脂質(zhì)過氧化過氧化磷脂酶磷脂酶c c磷脂酶磷脂酶d d膜磷脂分解膜磷脂分解花生四烯酸花生四烯酸脂氧合酶脂氧合酶白三烯白三烯過氧化物過氧化物環(huán)氧合酶環(huán)氧合酶前列腺素內(nèi)過氧化物前列腺素內(nèi)過氧化物ohoh. .txatxa2 2pgpg自由基自由基(+)(+)(4) (4) 減少減少atpatp生成生成自由基對(duì)膜的損傷自由基對(duì)膜的損傷蛋白質(zhì)變性蛋白質(zhì)變性 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)( (酶酶) )交聯(lián)交聯(lián)例：例：肌纖維蛋白對(duì)肌纖維蛋白對(duì)caca2+2+反應(yīng)性反應(yīng)性心肌收縮力心肌收縮力肌漿網(wǎng)鈣轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白受損肌漿網(wǎng)鈣轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白受損鈣調(diào)節(jié)異常

14、鈣調(diào)節(jié)異常2.導(dǎo)致導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性和酶活性降低蛋白質(zhì)變性和酶活性降低 (protein denaturalization and decreased activity of enzymes)核酸堿基的羥化，核酸堿基的羥化，dnadna的斷裂的斷裂染色體的斷裂染色體的斷裂3.引起引起dna斷裂和染色體畸變斷裂和染色體畸變 (dna disruption and chromosome aberration)二、細(xì)胞鈣超載二、細(xì)胞鈣超載引起再灌注損傷引起再灌注損傷 (一一)細(xì)胞細(xì)胞鈣超載的機(jī)制鈣超載的機(jī)制(mechanism of calcium overload) ca2+ca2+atp na2+h

15、+ca2+ 正常細(xì)胞正常細(xì)胞caca2+2+運(yùn)轉(zhuǎn)體系運(yùn)轉(zhuǎn)體系缺血缺血atpatp鈉泵活性鈉泵活性nana+ + i i(+)(+)nana+ +-ca-ca2+2+蛋白蛋白酸中毒酸中毒再灌注再灌注組織間隙組織間隙h h+ +細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞內(nèi)h h+ +仍高仍高(+)(+) nana+ +-h-h+ +交換交換1. 細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞內(nèi)na+對(duì)對(duì)na+-ca2+交換蛋白的直接交換蛋白的直接激活激活( (direct activation of intracellular high level of na+ to na +-ca2+ exchanger) ) 胞內(nèi)鈣胞內(nèi)鈣2.2.生物膜損傷致細(xì)胞內(nèi)鈣超載生物膜

16、損傷致細(xì)胞內(nèi)鈣超載(1) (1) 細(xì)胞膜損傷細(xì)胞膜損傷缺血缺血膜外板與糖被膜分離膜外板與糖被膜分離caca2+2+(+)(+)磷脂酶磷脂酶膜磷脂降解膜磷脂降解自由基自由基膜脂質(zhì)過氧化膜脂質(zhì)過氧化(2) (2) 線粒體及肌漿網(wǎng)損傷線粒體及肌漿網(wǎng)損傷線粒體和線粒體和srsr釋放釋放caca2+2+鈣泵能量不足鈣泵能量不足膜通透性膜通透性(3)(3)atpatp產(chǎn)生產(chǎn)生1. 1.線粒體功能障礙線粒體功能障礙線粒體線粒體攝攝caca2+2+消耗消耗atpatp磷酸鈣磷酸鈣抑制氧化抑制氧化磷酸化磷酸化2.2.激活鈣依賴性降解酶激活鈣依賴性降解酶caca2+2+(+)(+)atpatp磷脂酶磷脂酶膜磷脂分

17、解膜磷脂分解膜受損膜受損花生四烯酸、溶血磷脂花生四烯酸、溶血磷脂(二二)細(xì)胞內(nèi)鈣超載引起缺血再灌注損傷的機(jī)制細(xì)胞內(nèi)鈣超載引起缺血再灌注損傷的機(jī)制(mechanism of ischemia-reperfusion injury induced by calcium overload)3.3.致心肌心律失常致心肌心律失常nana+ +-ca-ca2+2+交換交換caca2+2+入致一入致一過性內(nèi)向過性內(nèi)向離子流離子流遲后除極遲后除極4.4.促進(jìn)活性氧生成促進(jìn)活性氧生成caca2+2+(+)(+)caca2+2+依賴性蛋白酶依賴性蛋白酶(xdxo)(xdxo)5.5.破壞細(xì)胞骨架破壞細(xì)胞骨架三三、

18、白細(xì)胞的作用白細(xì)胞的作用1.趨化因子生成增多趨化因子生成增多(increased production of chemokines)(一一)再灌注時(shí)白細(xì)胞聚集的機(jī)制再灌注時(shí)白細(xì)胞聚集的機(jī)制leukotriene、prostaglandin、paf、kininneutrophils2.細(xì)胞黏附分子生成增多細(xì)胞黏附分子生成增多(increased production of adhesion molecules) integrinselectin(二二)白細(xì)胞聚集引起缺血再灌注損傷的機(jī)制白細(xì)胞聚集引起缺血再灌注損傷的機(jī)制 1.阻塞微循環(huán)阻塞微循環(huán) 無復(fù)流現(xiàn)象無復(fù)流現(xiàn)象 l-selectinvsmc

19、vsmcmyocytemyocytemyocyteendotheliumrollingneutrophilofr , c5a ,paf+ +no, adenosine_integrinscd11/cd18adhesionmigrationofr ,proteasesvsmc vsmcvsmcmyocytemyocytemyocyteextravasationendotheliumpecam-1icamp-selectin interaction between endothelial cells and neutrophils. 2. 釋放活性氧釋放活性氧3. 釋放各種顆粒釋放各種顆粒 酶性成

20、分：彈性蛋白酶、膠原酶和凝膠酶酶性成分：彈性蛋白酶、膠原酶和凝膠酶 非酶性成分非酶性成分：次氯酸和氯胺：次氯酸和氯胺4.4.產(chǎn)生各種促炎性細(xì)胞因子產(chǎn)生各種促炎性細(xì)胞因子 tnf-tnf- 、il-1il-1 第四節(jié)第四節(jié) 缺血再灌注損傷時(shí)缺血再灌注損傷時(shí)機(jī)體的功能及代謝變化機(jī)體的功能及代謝變化(functional and metabolic changes during ischemia-reperfusion injury)(ischemia-reperfusion injury of myocardium)一、心肌缺血再灌注損傷一、心肌缺血再灌注損傷1.再灌注性心律失常再灌注性心律失常(reperfusion arrhythmia) 在心肌缺血再灌注過程中在心肌缺血再灌注過程中出現(xiàn)的心律失常。出現(xiàn)的心律失常。 在缺血心肌血流恢復(fù)后在缺血心肌血流恢復(fù)后一段時(shí)間內(nèi)，心肌舒縮功能一段時(shí)間內(nèi)，心肌舒縮功能仍不能恢復(fù)正常的狀