缺血再灌注損傷-he課件

1、缺血-再灌注損傷病 例患者，男性，55歲。因胸悶、大汗1小時(shí)急診入院。體格檢查：血壓0，意識淡漠，心率37次/分，律齊。既往有高血壓病史10年，否認(rèn)冠心病史。心電圖提示急性下壁心肌梗死。入院后給予尿激酶靜脈溶栓處理，40分鐘后出現(xiàn)陣發(fā)性心室纖顫（室顫），立即除顫處理成功，但隨后又反復(fù)發(fā)生室性心動過速、室顫及阿斯綜合征，其中持續(xù)時(shí)間最長達(dá)3分鐘。共除顫7次，同時(shí)給予利多卡因、異丙腎上腺素等其他對癥處理，患者心律轉(zhuǎn)為竇性，血壓平穩(wěn)，意識清楚。?講授內(nèi)容 概述 病因及條件 I/R損傷的發(fā)生機(jī)制 機(jī)體主要器官的I/R損傷 I/R損傷的防治原則 良好的血供是組織細(xì)胞獲得足夠的氧、能量供應(yīng)并排出代謝產(chǎn)物的

2、基本保證。 體內(nèi)任何組織、器官的血流量不足都可造成組織損傷，甚至危機(jī)生命。治療缺血的重要措施是及時(shí)恢復(fù)血液灌流。 多數(shù)情況下，再灌注時(shí)，其功能恢復(fù)。但有時(shí)，再灌注反而加重組織、器官的損傷。 缺 血組織損傷處理：恢復(fù)再灌提供氧、能量供應(yīng)清除代謝廢物功能恢復(fù)“再灌注損傷”溶栓療法、動脈搭橋術(shù)“缺血性損傷”?諸多臨床現(xiàn)象也支持缺血再灌注損傷： 休克、DIC微循環(huán)再通 冠脈解痙、各種動脈搭橋術(shù) 心、肺、腦復(fù)蘇 斷肢再植、器官移植血供恢復(fù)急性心肌梗死再灌注研究顯示：1小時(shí)內(nèi)開始再灌注治療，病死率降低50%；3小時(shí)內(nèi)再灌注治療，病死率降低23%；6-9小時(shí)內(nèi)再灌注治療，療效明顯降低；9-12小時(shí)內(nèi)再灌注治

3、療，不僅沒有益處，反而增加出血等并發(fā)癥的發(fā)生。講授內(nèi)容 概述 病因及條件 I/R損傷的發(fā)生機(jī)制機(jī)體主要器官的 I/R損傷I/R損傷的防治原則病因: 凡能引起組織器官缺血后恢復(fù) 血流供應(yīng)的因素全身循環(huán)障礙后恢復(fù)血液供應(yīng)組織器官缺血后血流恢復(fù)某一血管再通后再灌注條件： 再灌注壓力、溫度、pH 再灌液成分(Na+、Ca2+）等條件：缺血時(shí)間和程度： 缺血時(shí)間、缺血程度、不同種屬、不同器官組織缺血前的狀態(tài)： 側(cè)支循環(huán) 對氧需求 組織缺血前的機(jī)能狀態(tài)講授內(nèi)容 概述 病因及條件 I/R損傷的發(fā)生機(jī)制 機(jī)體主要器官的 I/R損傷 I/R損傷的防治原則發(fā)生機(jī)制活性氧（reactive oxygen ）鈣超載（

4、calcium overload）白細(xì)胞（role of leukocyte）氧自由基單線態(tài)氧（ ）H2O2NO脂質(zhì)自由基 活性氧( reactive oxygen species，ROS) ： 化學(xué)性質(zhì)活潑的含氧代謝物，包括1O2活性氧的基本概念自由基：外層軌道上含有單個(gè)不配對電子的原子、原子團(tuán)或分子的總稱。氧自由基包括超氧陰離子（ O2 ）、羥自由基（ OH）O2氧自由基( oxygen free radical，OFR)： 以氧為中心的自由基，是氧在還原時(shí)接受電子不足所產(chǎn)生的一類具有高度化學(xué)反應(yīng)活性的含氧基團(tuán)，是機(jī)體內(nèi)氧分子的不完全代謝產(chǎn)物。 單線態(tài)氧（1O2）：激發(fā)態(tài)氧，外層軌道電子自

5、旋方向相反，紫外光譜呈一單線。過氧化氫（H2O2）：與O2可生成OH O2 + H2O2 O2 + OH + OH- 脂質(zhì)自由基：氧自由基與多聚不飽和脂肪酸作用后生成的中間產(chǎn)物。脂氧自由基（LO）、脂過氧自由基（LOO）NO + OONO-HOONO OH+NO2HO2H NO：氣體自由基NO作用具有雙重性內(nèi)皮型NOS合成的NO（保護(hù)作用）：能擴(kuò)張血管、降低血壓、松弛平滑肌，還具有信號傳遞、酶活性調(diào)節(jié)、免疫調(diào)節(jié)及抗氧化損傷等活性。誘導(dǎo)型NOS大量合成NO（毒性作用）：作用于鐵蛋白，影響線粒體氧化磷酸化，還可生成OH等，造成組織、細(xì)胞損傷。O2 O2 H2O2 OH H2O e-e- +2H+e

6、- +H+e- +H+O2 + eO2 O2+ 2e + 2H+H2O2O2 + 3 e + 3H+OH + H2OO2 + 4 e + 4H+ H2OCytaa3氧單電子還原1.線粒體內(nèi)氧的單電子還原生成活性氧增加線粒體在缺血-再灌注后產(chǎn)生活性氧和抗氧化活性示意圖 NADPH+ O2NADPH氧化酶H+ + O2 +NADPNADPH氧化酶缺血、缺氧白細(xì)胞激活再灌注時(shí)組織氧供應(yīng)增加呼吸爆發(fā)3.中性粒細(xì)胞呼吸爆發(fā)4.兒茶酚胺自氧化交感腎上腺髓質(zhì)興奮缺血、缺氧CAO2 單胺氧化酶5.誘導(dǎo)型NOS表達(dá)增強(qiáng)6、體內(nèi)清除活性氧的能力下降抗氧化酶類：超氧化物歧化酶(SOD)清除超氧陰離子，過氧化氫酶(C

7、AT)清除H2O2，谷胱苷肽過氧化物酶(GSHpx)清除H2O2等。非酶性抗氧化物：維生素E、谷胱苷肽、清蛋白、銅藍(lán)蛋白等。（三）活性氧的損傷作用 膜脂質(zhì)過氧化增強(qiáng) 蛋白質(zhì)失活 DNA損傷 細(xì)胞間基質(zhì)破壞1.膜脂質(zhì)過氧化增強(qiáng)（1）細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)破壞細(xì)胞膜主要成分是極性脂質(zhì)（磷脂、膽固醇）和膜蛋白（酶、受體、離子通道）。膜磷脂富含多價(jià)不飽和脂肪酸，易發(fā)生脂質(zhì)過氧化，其后果是發(fā)生膜流動性降低、膜受體和酶功能改變，嚴(yán)重可導(dǎo)致細(xì)胞結(jié)構(gòu)破壞?；钚匝鯇δさ膿p傷作用示意圖 （2）細(xì)胞器膜結(jié)構(gòu)破壞溶酶體破裂釋放溶酶體酶，引起細(xì)胞結(jié)構(gòu)損壞線粒體腫脹、功能障礙，產(chǎn)能減少肌漿網(wǎng)Ca2+ATP酶活性降低使攝取的Ca2+減

8、少，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)鈣超負(fù)荷（3）脂質(zhì)信號分子生成異常 肌醇磷脂的脂質(zhì)過氧化使前列腺素、1，4，5-三磷酸肌醇、二酰甘油生成障礙細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)異常2、蛋白質(zhì)失活 活性氧使蛋白質(zhì)分子氧化而發(fā)生變性、聚合、降解或肽鏈斷裂，從而使酶、受體、離子通道等產(chǎn)生功能障礙。80%由 OH所致3.DNA損傷 堿基修飾、DNA斷裂和交聯(lián) 細(xì)胞核DNA損傷堿基修飾：活性氧與堿基發(fā)生加成反應(yīng)，形成堿基-自由基，從而改變了DNA的結(jié)構(gòu)。DNA斷裂：OH和NO從核酸的戊糖中奪取氫原子，在-位發(fā)生鏈的斷裂，破壞核酸的完整性，導(dǎo)致遺傳突變。DNA交聯(lián)：活性氧可使DNA-DNA、DNA-組蛋白之間形成共價(jià)結(jié)合，引起交聯(lián)，導(dǎo)致DNA復(fù)制

9、、轉(zhuǎn)錄障礙。 線粒體DNA損傷（mtDNA） 線粒體DNA是裸露的，無組蛋白結(jié)合，易受攻擊； 活性氧致線粒體膜通透性增加，線粒體膜孔道開放， 細(xì)胞色素C和其它凋亡因子溢出，誘導(dǎo)凋亡。 4.細(xì)胞間基質(zhì)破壞 氧自由基可使透明質(zhì)酸酶降解、膠原蛋白交聯(lián)，使細(xì)胞間基質(zhì)變得疏松、彈性降低。二、鈣超載細(xì)胞內(nèi)鈣積聚細(xì)胞內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)鈣超載的機(jī)制鈣超載引起再灌注損傷的機(jī)制 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)損傷和功能障礙的現(xiàn)象。離子交換體離子通道離子泵細(xì)胞膜內(nèi)、外的離子交換 Carrier ProteinsThey do not extend the whole distance of mem

10、brane, instead move back and forth carrying nutrients and waste in and out.Channel ProteinsSome act as a passive pore to allow diffusion of water and some other molecules. Does not require energy.Each alpha1subunit has 4 homologous repeat domains, each comprised of 6 transmembrane segmentsalpha1 mod

11、ulated by other subunits 3D Structure of Potassium channelScience, 1998,280: 69Ca+ ATPaseMaintains low cytosolic Ca+Present In Plasma and ER membranes Model for mode of action for Ca+ ATPase Conformation changeMembrane Transport Proteins（一）細(xì)胞內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)Na + -Ca 2+交換體MtSRCa 2+ Ca 2+ Ca2+泵Ca2+Ca2+Ca2+鈣通道、鈣

12、泵、鈉（氫）-鈣交換體離子通道（二）再灌注細(xì)胞內(nèi)鈣超載的機(jī)制生物膜通透性增加Na+-Ca2+交換反轉(zhuǎn)1.生物膜通透性增加 鈣內(nèi)流增加細(xì)胞膜損傷 缺血造成細(xì)胞膜外板與糖被層分離，鈣通透性增加，復(fù)灌時(shí)，鈣順細(xì)胞內(nèi)外濃度差大量進(jìn)入。 鈣激活磷脂酶，使膜磷脂降解，細(xì)胞通透性進(jìn)一步增加。 鈣促使黃嘌呤脫氫酶轉(zhuǎn)為黃嘌呤氧化酶，使活性氧產(chǎn)生增加，加重細(xì)胞膜損傷。細(xì)胞膜損傷缺氧細(xì)胞膜外板和糖被膜分離 肌膜失去屏障Ca2+通透性再灌注細(xì)胞外Ca2+順濃度差內(nèi)流激活磷脂酶膜磷脂降解活性氧生成細(xì)胞膜脂質(zhì)過氧化膜結(jié)構(gòu)破壞+線粒體及肌漿網(wǎng)膜損傷缺血-再灌注活性氧損傷、膜磷脂分解肌漿網(wǎng)膜損傷鈣泵功能抑制肌漿網(wǎng)攝鈣胞漿鈣濃

13、度線粒體膜損傷ATP生成細(xì)胞膜、肌漿網(wǎng)鈣泵能量供應(yīng)不足2、鈉鈣交換反轉(zhuǎn)缺血缺氧導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)酸中毒、pH降低，再灌注時(shí)細(xì)胞內(nèi)外形成pH梯度差，鈉氫交換增加，使細(xì)胞內(nèi)鈉增加。促使鈉鈣交換反轉(zhuǎn)，使胞外鈣大量內(nèi)流，造成細(xì)胞內(nèi)鈣超載。 再灌注損傷時(shí)鈣超載的機(jī)制（三）鈣超載引起細(xì)胞損傷的機(jī)制線粒體功能障礙激活鈣依賴降解酶促進(jìn)活性氧生成破壞細(xì)胞骨架 損傷線粒體功能和結(jié)構(gòu)ATP生成減少線粒體通透性轉(zhuǎn)運(yùn)孔道開放氧化磷酸化脫偶聯(lián)，線粒體的跨膜電位遭到破壞，ATP產(chǎn)生終止；氧自由基大量產(chǎn)生；線粒體細(xì)胞色素C釋放進(jìn)入胞質(zhì)，激活半胱氨酸蛋白酶，誘發(fā)細(xì)胞凋亡；線粒體釋放其積聚的鈣，激活胞質(zhì)內(nèi)各種蛋白水解酶和磷脂酶，使細(xì)胞膜

14、受損崩解，細(xì)胞壞死。 （三）白細(xì)胞的作用 白細(xì)胞聚積的機(jī)制 白細(xì)胞聚積的作用 細(xì)胞黏附分子生成增多（一）再灌注時(shí)白細(xì)胞聚集機(jī)制 趨化因子生成增多再灌注損傷時(shí)，細(xì)胞膜磷脂降解，花生四烯酸代謝產(chǎn)物增多，白三烯B4白細(xì)胞本身釋放具有趨化作用的炎癥介質(zhì)，IL-8粘附分子（adhesion molecule）：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)之間粘附的一大類分子的總稱。缺血再灌注血管內(nèi)皮細(xì)胞激活表達(dá)大量粘附分子白細(xì)胞粘附、聚集白細(xì)胞滾動、粘附、并穿過血管壁游走到細(xì)胞間隙 （二）白細(xì)胞聚集在缺血再灌注損傷中作用 2. 釋放活性氧：白細(xì)胞活化后呼吸爆發(fā)產(chǎn)生O2- +H2O2 1. 阻塞微

15、循環(huán) 引起無復(fù)流(no-reflow phenomenon)現(xiàn)象 H2O2Cl- H+ HOClH2OMPO3. 釋放顆粒成分（1）酶性成分：降解基質(zhì)和膠原，致血管通透性（2）非酶性成分：次氯酸和氯胺，與酶性成分聯(lián)合作用 4. 釋放各種促炎性細(xì)胞因子，其又作用于其他細(xì)胞， 產(chǎn)生更多細(xì)胞因子，引起瀑布反應(yīng)。TNF、IL-1、ICAM-1、IL-1、IL-2、IL-6、PAF 無復(fù)流現(xiàn)象示意圖四、高能磷酸化合物生成障礙線粒體受損 受損線粒體對氧利用能力下降，合成ATP能力下降 ATP合成的前身物質(zhì)減少 ATP合成的前身物質(zhì)(腺苷、肌苷、次黃嘌呤等)再灌注時(shí)被沖洗活性氧鈣超載血管內(nèi)皮-中粒細(xì)胞代謝、

16、能量改變IRI機(jī)制小結(jié)講授內(nèi)容 概述 病因及條件 I/R損傷的發(fā)生機(jī)制 機(jī)體主要器官的 I/R損傷 I/R損傷的防治原則一、心臟缺血再灌注損傷 1. 再灌注性心律失常 與物種、缺血時(shí)間、程度、范圍、再灌注條件等有關(guān)。 機(jī)制：缺血心肌和正常心肌電生理特性的差異導(dǎo)致心肌細(xì)胞傳導(dǎo)性和不應(yīng)期的暫時(shí)不均一，易產(chǎn)生折返激動；兒茶酚胺通過刺激受體，提高心肌自律性；細(xì)胞內(nèi)外離子分布紊亂：胞內(nèi)高Na+、胞外高K+。2.心肌頓抑（mycardial stunning） 心肌經(jīng)短暫缺血并恢復(fù)供血后，在一段時(shí)間內(nèi)處于“低功能狀態(tài)”，常需數(shù)小時(shí)或數(shù)天才可恢復(fù)正常功能的現(xiàn)象。 機(jī)制： 活性氧 鈣超載 白細(xì)胞活化 合成高能

17、磷酸化合物能力降低3.微血管頓抑（microvascular stunning） 心肌冠狀血管經(jīng)短暫缺血并恢復(fù)供血后，在一段時(shí)間內(nèi)對擴(kuò)血管物質(zhì)反應(yīng)遲鈍的現(xiàn)象。機(jī)制: 白細(xì)胞堵塞、血管平滑肌反應(yīng)性降低、心肌間質(zhì)水腫和內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙 心肌結(jié)構(gòu)變化心肌細(xì)胞水腫壞死梗死周邊區(qū)心肌細(xì)胞凋亡線粒體內(nèi)Ca2+大量蓄積，形成致密顆粒肌原纖維斷裂、節(jié)段性溶解二、腦缺血-再灌注損傷1.興奮性氨基酸的神經(jīng)毒性作用：神經(jīng)元死亡 滲透性損傷：鈉、水內(nèi)流增加，腦細(xì)胞水腫（急性）鈣依賴性損傷：通過受體介導(dǎo)Ca2超載（遲發(fā)）2腦細(xì)胞更易受活性氧損傷神經(jīng)細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)富含膽固醇和多種不飽和脂肪酸腦組織僅含中等量超氧化物岐化酶和谷

18、胱苷肽過氧化物酶，缺乏過氧化氫酶腦組織富含催化自由基生成的鐵離子 三、肺缺血-再灌注損傷表現(xiàn)： 肺動脈壓升高、肺出血、肺水腫和急性呼吸功能衰竭主要病理變化： 水腫、肺透明膜變、出血 電鏡： 線粒體腫脹、嵴消失 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)擴(kuò)張 型細(xì)胞的板層體消失 內(nèi)皮細(xì)胞和型細(xì)胞腫脹 腸：粘膜損傷與屏障功能障礙 腎：以急性腎小管壞死最為嚴(yán)重，可導(dǎo)致急性腎功能衰竭或腎移植失敗。 肝：肝功能障礙其他器官再灌注損傷講授內(nèi)容 概述 病因及條件 I/R損傷的發(fā)生機(jī)制 機(jī)體主要器官的 I/R損傷 I/R損傷的防治原則防治原則減輕缺血性損傷，盡早恢復(fù)再灌（時(shí)間窗）控制再灌條件低壓、低流、低溫、低鈣、低PH、低鈉清除自由基（低分子

19、清除劑、酶性清除劑）減輕鈣超載（鈣拮抗劑）抗白細(xì)胞療法（糖皮質(zhì)激素）補(bǔ)充能量及促進(jìn)能量生成（ATP、Cyt.C）其它：細(xì)胞保護(hù)劑，調(diào)動內(nèi)源性機(jī)制等再灌注條件的控制低壓、低流、低溫、低PH、低鈉及低鈣液灌注 避免因灌注氧和液體量自由基過量生成，組織水腫。組織代謝率耗氧量、代謝產(chǎn)物聚集。細(xì)胞內(nèi)液堿化磷脂酶和蛋白酶對細(xì)胞的分解。心肌內(nèi)鈉積聚、細(xì)胞腫脹。鈣超載所致的 細(xì)胞損傷。胞漿：還原性輔酶細(xì)胞內(nèi)外水相：半胱氨酸、Vit C、谷胱甘肽細(xì)胞脂質(zhì)：Vit E、 Vit A低分子清除劑過氧化氫酶(H2O2)過氧化物酶（H2O2）超氧化物歧化酶（ O2）MnSODCuZnSOD酶性清除劑啟動細(xì)胞內(nèi)源性保護(hù)機(jī)制 缺血預(yù)適應(yīng)（ischemic preconditioning,IPC） 指組織器官經(jīng)反復(fù)短暫缺血再灌后，會明顯增強(qiáng)對隨后較長時(shí)間缺血再灌注損傷的抵抗力。 有限記憶性：間隔5min10min保護(hù)作用呈雙峰分布： 初始階段從數(shù)分鐘開始，維持13小時(shí) 延遲階段可持續(xù)數(shù)天或更長非特異性：模擬缺血的其它處理及藥物（藥物預(yù)適應(yīng)），均能誘導(dǎo)保護(hù)作用。 缺血后處理（Post-conditioning） 心肌在缺血較長時(shí)間后，首先反復(fù)短暫復(fù)流缺血，然后持續(xù)性再灌注，出現(xiàn)和預(yù)適應(yīng)相似的心肌保護(hù)作用。Zhao ZQ et al. Am J Physiol 2003051015202530