缺血-再灌注損傷精美醫(yī)學(xué)課件

1、缺血-再灌注損傷 （Ischemia-reperfusion injury)新疆醫(yī)科大學(xué)生理與病理生理學(xué)教研室缺血-再灌注損傷 （Ischemia-reperfusi1年，Sewell結(jié)扎狗冠狀動脈后，如突然解除結(jié)扎，恢復(fù)血流，部分動物室顫而死亡，臨床類同簡 史認識就從這簡單現(xiàn)象開始1年，Sewell結(jié)扎狗冠狀動脈后，如突然解除結(jié)扎，恢年，Jennings第一次提出心肌再灌注損傷的概念 在心肌缺血恢復(fù)血流后，缺血心肌的損傷反而加重年，Jennings第一次提出心肌再灌注損傷的概念 1975年Schaffer對234例急性心肌梗死病人插入心導(dǎo)管到冠狀動脈，注入溶栓劑治療，并對緩解后的病人追蹤觀察

2、了5個月，發(fā)現(xiàn)其中89例病人因復(fù)發(fā)室顫而死亡。尸檢未發(fā)現(xiàn)新的血栓與栓塞情況。作者認為再灌注所致。 1975年Schaffer對2346年，Bulkley 和Hutchins發(fā)現(xiàn)冠脈搭橋血管再通后的病人發(fā)生心肌細胞反常性壞死1968年由Ames率先報道腦缺血-再灌注損傷。6年，Bulkley 和Hutchins發(fā)現(xiàn)冠脈搭橋血1978年Modry報道了肺再灌注綜合征年，Greenberg等證實貓小腸缺血3小時后再灌注時，粘膜損傷更嚴重1972年Flore研究腎缺血-再灌注損傷1978年Modry報道了肺再灌注綜合征臨床： 休克、DIC微循環(huán)再通 冠脈解痙、各種動脈搭橋術(shù) 心腦血管栓塞再通（溶栓治療

3、、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： 休克、DIC微循環(huán)再通 缺血-再灌注損傷概念 ：在缺血的基礎(chǔ)上恢復(fù)血流后，組織器官的損傷反而加重的現(xiàn)象稱為 (ischemia-reperfusion injury)從實踐到理論地總結(jié) 缺血-再灌注損傷概念 ：在缺血的基礎(chǔ)上恢復(fù)血流后，組織器官缺血-再灌注損傷特點： 1.可逆損傷 不可逆損傷 2.具有器官普遍性缺血-再灌注損傷特點：鈣反常（ calcium paradox ) ：無鈣溶液灌流心臟后再用含鈣液體灌流，心肌細胞損傷加重氧反常（ oxygen paradox ) ：組織細胞 缺氧后再恢復(fù)氧供，組織細胞損傷反

4、而加重pH 反常（ pH paradox ) ：缺血時發(fā)生代謝性酸中毒，但再灌注時迅速糾正酸中毒， 反而加重細胞損傷。鈣反常（ calcium paradox ) ：無鈣溶液灌第一節(jié) 原因和影響因素 一 原因 先缺血，后復(fù)灌二 影響因素 1 缺血時間 2 側(cè)支循環(huán) 3 需氧程度 4 再灌注條件第一節(jié) 原因和影響因素 一 原因缺血時間對大鼠再灌注心律失常的影響缺血時間對大鼠再灌注心律失常的影響第二節(jié) 發(fā)生機制第二節(jié) 發(fā)生機制一、自由基的作用O2一、自由基的作用O2 自由基(free radical)是在外層電子軌道上含有單個不配對電子的原子、原子團和分子的總稱。主要包括：1氧自由基2脂性自由基3

5、其它 自由基的生成與降解處于動態(tài)平衡，對機體并無有害影響。（一）自由基的概念與類型氧自由基：由氧誘發(fā)的自由基?；钚匝酰夯瘜W(xué)性質(zhì)較基態(tài)氧活潑的含氧物質(zhì)活性氧的生成：活性氧氧自由基非自由基的含氧產(chǎn)物單線態(tài)氧(1O2) O2.- OH- H2O2O2O2.-H2O2OHH2O指氧自由基與多價不飽和脂肪酸作用后生成的中間代謝產(chǎn)物，烷自由基(L)烷氧自由基(LO)烷過氧自由基(L00)如氯自由基(Cl)、甲基自由基(CH)和NO等。 自由基(free radical)是在外層電子軌O2O2.-H2O2OHH2OSODFe2+HOClOHN02NO精氨酸MPOCATO2.-ONOO-NOSNADPH氧化酶

6、黃嘌呤氧化酶P450主要活性氧的生成和代謝H2OH20MPO:髓過氧化物酶 HOCl:次氯酸O2O2.-H2O2OHH2OSODFe2+HOClOHHaber-Weiss反應(yīng) (without Fe3 ) O2 + H2O2 O2 + OH +OHSLOWHaber-Weiss反應(yīng) (without Fe3 ) Fenton 型Haber-Weiss反應(yīng) Fe3O2 + H2O2 O2 + OH +OHFASTFenton 型Haber-Weiss反應(yīng) 氧自由基的清除 （1）低分子清除劑 胞漿：還原性輔酶細胞內(nèi)外水相：半胱氨酸、Vit C、谷胱甘肽細胞脂質(zhì)：Vit E、 Vit A 氧自由基的

7、清除胞漿：還原性輔酶酶性清除劑 過氧化氫酶(CAT)過氧化物酶（H2O2）超氧化物歧化酶MnSODCuZnSOD酶性清除劑過氧化氫酶(CAT)過氧化物酶（H2O2）超氧化物（二）缺血-再灌注時氧自由基生成增多的機制（二）缺血-再灌注時氧自由基生成增多的機制 1 黃嘌呤氧化酶增多（血管內(nèi)皮源性） 黃嘌呤氧化酶(XO) 10% 黃嘌呤脫氫酶(XD) 90%XO xanthine oxidaseXD xanthine dehydrogenase Ca+2敏蛋白酶 1 黃嘌呤氧化酶增多（血管內(nèi)皮源性） 黃嘌呤氧化酶(黃嘌呤氧化酶的形成增多O2OH腺嘌呤核苷黃嘌呤脫氫酶黃嘌呤脫氫酶次黃嘌呤核苷黃嘌呤氧化

8、酶次黃嘌呤黃嘌呤+ O2.- + H2O2缺血期再灌注期尿酸+ O2.- + H2O2 O2ATPADP AMP黃嘌呤氧化酶的形成增多O2OH腺嘌呤核苷黃嘌呤脫氫酶黃嘌呤2.中性粒細胞激活（白細胞源性）+ O2NADH(I)NADPH(II)NADPH氧化酶H+ + O-2+H2O2NADH氧化酶2.中性粒細胞激活（白細胞源性）+ O2NADH(I)NAD細胞缺血 補體激活 C3膜磷脂分解 白三烯激活再灌注時O2NADPH、NADH 活性氧大量白細胞細胞缺血 補體激活 C3膜磷脂分解 3. 線粒體功能障礙氧自由基缺血缺氧ATP Ca2+進入線粒體線粒體功能受損細胞色素氧化酶系統(tǒng)功能失調(diào)O24

9、價還原H2O單電子還原線粒體3. 線粒體功能障礙氧自由基缺血缺氧ATP 4. 兒茶酚胺Adr甲基轉(zhuǎn)移酶單胺氧化酶香草扁桃酸（正常代謝）腎排出應(yīng)激時80%O2腎上腺素紅O-24. 兒茶酚胺Adr甲基轉(zhuǎn)移酶單胺氧化酶香草扁桃酸（正常代（三）OFR的損傷機制（三）OFR的損傷機制自由基的損傷作用1膜脂質(zhì)過氧化(1ipid peroxidation)增強磷脂膜膜內(nèi)多價不飽和脂肪酸破壞膜的正常結(jié)構(gòu)。間接抑制膜蛋白功能。促進自由基及其它生物活性物質(zhì)生成。減少ATP生成。2蛋白質(zhì)功能抑制 3破壞核酸及染色體線粒體膜脂質(zhì)過氧化不飽和脂肪酸蛋白質(zhì)的比例失調(diào)，膜的液態(tài)性、流動性降低，通透性增加，細胞外Ca2內(nèi)流增

10、加；脂質(zhì)過氧化使膜脂質(zhì)之間形成交聯(lián)和聚合離子泵：鈉鈣內(nèi)流信號傳遞蛋白：膜脂質(zhì)過氧化可激活磷脂酶C、磷脂酶D花生四烯酸代謝反應(yīng)增加自由基生成和脂質(zhì)過氧化前列腺素、血栓素、白三烯酶的巰基氧化，形成二硫鍵；使氨基酸殘基氧化胞漿及膜蛋白和某些酶交聯(lián)形成二聚體或更大的聚合物。巰基氧化使肌纖維蛋白對Ca2+反應(yīng)性降低，抑制心肌收縮力。肌漿網(wǎng)鈣轉(zhuǎn)運蛋白受損，鈣調(diào)節(jié)異常。堿基羥化或DNA斷裂80為OH所致，因OH易與脫氧核糖核酸及堿基反應(yīng)并使其結(jié)構(gòu)改變。自由基的損傷作用1膜脂質(zhì)過氧化(1ipid peroxid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

11、氧化OHHO脂肪酸氧化OHHO從氧化的脂肪酸釋出的 丙二醛MDA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)缺血-再灌注損傷精美醫(yī)學(xué)課件自由基對膜的損傷正常血細胞自由基損傷嚴重自由基損傷自由基對膜的損傷正常血細胞自由基損傷嚴重自由基損傷二、鈣超載（calcium overload）Na + -Ca 2+載體Ca2+ B PrMtSRCa 2+ Ca 2+ 細胞內(nèi)鈣積聚Ca2+泵Ca2+Ca2+二、鈣超載（calcium overload）Na + -C鈣超載(calcium overload)各種原因引起的細胞內(nèi)鈣含量異常增多并導(dǎo)致細胞結(jié)構(gòu)損傷和功能代謝障礙的現(xiàn)象稱為鈣超載，嚴

12、重者可造成細胞死亡。鈣超載(calcium overload)各種原因引起的細胞(一) 鈣超載的機制 1. Na+ -Ca2+異常交換 胞內(nèi)Na+、H+、NE- 1R- PLC-PKC 2. 細胞膜損傷，通透性 疏松、膜磷脂降解、OFR 3. 線粒體受損 4. 兒茶酚胺增多？-R(一) 鈣超載的機制 1. Na+ -Ca2+異常交換1. Na+/Ca2+交換異常 Ca2+內(nèi)流細胞內(nèi)高鈉對 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蛋白激酶 C 活化對 Na+/ Ca2+交換蛋白的間接激活細胞內(nèi)酸中毒，再灌注時細胞外酸中毒被緩解，H+外流增加鈉內(nèi)流增

13、加細胞內(nèi)鈉增加進而激活鈉鈣交換鈣內(nèi)流增加。1. Na+/Ca2+交換異常 Ca2+內(nèi)流細胞內(nèi)酸腎上腺素能受體促進Ca2+內(nèi)流 ACcAMPPKACa2+ATP兒茶酚胺腎上腺素能受體促進Ca2+內(nèi)流 ACcAMPPKACa2+PKC間接激活Na+-Ca2+交換蛋白 如1腎上腺素能受體激活G蛋白-PLC H + /Na +交換激活PKC間接激活Na+-Ca2+交換蛋白細胞膜外板和糖被膜由Ca2+緊密聯(lián)結(jié)在一起。細胞內(nèi)Ca2+增加可激活磷脂酶，促進膜磷脂降解，進一步增加膜通透性；細胞膜脂質(zhì)過氧化 2. 細胞膜損傷，通透性 疏松、膜磷脂降解、OFR細胞膜外板和糖被膜由Ca2+緊密聯(lián)結(jié)在一起。 2. 細

14、胞膜損 3. 線粒體受損自由基損傷 肌漿網(wǎng)損傷、鈣泵障礙膜磷脂分解 肌漿網(wǎng)攝 Ca2+ 胞漿 Ca2+線粒體膜損傷 ATP 細胞膜和肌漿網(wǎng)鈣泵障礙 不能排出和攝取胞漿鈣 3. 線粒體受損（二）鈣超載引起損傷的機制1線粒體功能障礙 2鈣依賴性降解酶的激活3心律失常 4促進氧自由基生成5肌原纖維過度收縮先與CaM蛋白水解酶核酸內(nèi)切酶磷脂酶促進膜磷脂分解；膜磷脂降解產(chǎn)物花生四烯酸、溶血磷脂等增多通過Na+Ca2+交換形成一過性內(nèi)向離子流，在心肌動作電位后形成遲后除極，成為引起心律失常的原因之一。Ca2+向線粒體轉(zhuǎn)移：早期代償意義。線粒體過多攝人Ca2+增加ATP消耗磷酸鈣沉積干擾氧化磷酸化缺血細胞重

15、新獲得能量供應(yīng)，在胞漿存在高濃度Ca2+的條件下，肌原纖維發(fā)生過度收縮?？梢鹦募±w維斷裂。缺血-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。XH XO磷脂酶A2AA環(huán)加氧酶、脂加氧酶H2O2、OH（二）鈣超載引起損傷的機制1線粒體功能障礙 先與CaM通三 、白細胞的作用無復(fù)流現(xiàn)象(no-reflow phenomenon) 結(jié)扎狗冠狀動脈造成心肌局部缺血一段時間后，再開放節(jié)扎動脈恢復(fù)血流，部分缺血區(qū)并不能得到充分的血液灌流。病生基礎(chǔ)：中性粒細胞激活及其致炎細胞因子的釋放。三 、白細胞的作用無復(fù)流現(xiàn)象(no-reflow pheno（一）再灌注時血管內(nèi)皮細胞與白細胞

16、激活粘附分子花生四烯酸趨化物質(zhì)VECWBCWBC通過毛細血管（一）再灌注時血管內(nèi)皮細胞與白細胞激活粘附分子花生四烯酸趨化（一）再灌注時白細胞的激活白細胞激活和聚集的主要機制：再灌注期細胞膜磷脂降解趨化因子（LT、PAF、補體、激肽） 吸引中性粒細胞于缺血區(qū)組織。再灌注期，中性粒細胞激活炎癥介質(zhì)（如IL) 促進更多的白細胞聚集和浸潤。再灌注期，中性粒細胞和內(nèi)皮細胞表達粘附分子增加加劇白細胞粘附與集聚。（一）再灌注時白細胞的激活白細胞激活和聚集的主要機制：再灌注(一）再灌注時血管內(nèi)皮細胞與白細胞激活缺血-再灌注損傷血管內(nèi)皮細胞白細胞激活膜磷脂降解花生四烯酸代謝產(chǎn)物（白三烯，強趨化作）細胞粘附分子白

17、細胞與血管內(nèi)皮細胞粘附、浸潤促進激活炎癥介質(zhì)白介素-8(一）再灌注時血管內(nèi)皮細胞與白細胞激活缺血-再灌注損傷血管內(nèi)粘附分子（adhesionmolecules,AM） 是指介導(dǎo)細胞與細胞間或細胞與基質(zhì)間相互接觸和結(jié)合的一類分子，大都為糖蛋白，分布于細胞表面或細胞外基質(zhì)（extracellularmatrix,ECM）中。 目前按粘附分子的結(jié)構(gòu)特點，可將其分為粘合素超家族的粘附分子、免疫球蛋白超家族的粘附分子、選擇凝集素家族粘分子、鈣離子依賴的細胞粘附素家族粘附分子及其它未歸類的粘附分子 粘附分子（adhesionmolecules,AM） 通過表達于白細胞粘附分子CD11a/CD18、CD11

18、b/CD18、CD11c/CD18、VLA-4、L-selectin、CD15、CD15s、和P-selectin相互粘附，參與炎癥的發(fā)生；通過表達于淋巴細胞上的歸巢(Iymphocytehomingreceptor,LHR)、L-selectin、CLA、LFA-1、VLA-4、CD44、LPAM-2分別與表達于血管內(nèi)皮細胞上的定居素（addressin）PNAd、E-selectin、ICAM-1、ICAM-2、VCAM-1、MAd、CAM相互粘附使淋巴細胞向外周淋巴器官，皮膚炎癥部位或粘膜相關(guān)淋巴組織的回歸；粘附分子參與機體許多重要的生理和病理過程通過表達于白細胞粘附分子CD11a/CD

19、18、CD11b/通過CD/MHC類分子非多態(tài)部分、CD8/MHC1類分子非多態(tài)部分LFA-1/ICAM-1、LFA-2/LFA-3、CD28/B7的相互作用參與免疫應(yīng)答中APC呈提抗原、抗原識別、免疫細胞相互協(xié)作以及CTL殺傷靶細胞等多個環(huán)節(jié)； 通過Cadherin、N-CAM、CD31等分子的自身粘附，以及某些粘附分子與細胞外基質(zhì)的粘附，參與細胞的發(fā)育、分化、附著及移動；E-Cadherin、家庭些成員以及CD44分子等與腫瘤的浸潤、轉(zhuǎn)移有關(guān)；通過血小板表達的粘附分子參與動脈、靜脈中血栓形成以及其它形式的凝血過程。 、通過CD/MHC類分子非多態(tài)部分、CD8/MHC1類分子（二）血管內(nèi)皮細

20、胞與中性粒的損傷作用1 微血管損傷激活的中性粒細胞與血管內(nèi)皮細胞相互作用所致。 在心肌缺血和再灌注早期，中性粒細胞粘附在血管內(nèi)皮細胞上，隨后，有血小板沉積和紅細胞緡錢狀聚集，造成毛細血管阻塞。 再灌注活性氧內(nèi)皮細胞表面表達P-選擇素 ，與中性粒細胞表面受體結(jié)合白細胞在微血管內(nèi)流速減慢并與內(nèi)皮細胞發(fā)生間歇性結(jié)合，造成“滾動”現(xiàn)象。損傷的加重，整合素、E-選擇素等粘附分子的表達增加，中性粒細胞與內(nèi)皮細胞發(fā)生固定粘附，導(dǎo)致微血管機械性堵塞。（ 1 ）微血管血液流變學(xué)改變（二）血管內(nèi)皮細胞與中性粒的損傷作用1 微血管損傷激活（ 1 ）微血管血液流變學(xué)改變 缺血-再灌注 白細胞沿血管內(nèi)皮細胞表面滾動白細

21、胞粘附內(nèi)皮細胞血管腔變窄阻塞化學(xué)趨化介質(zhì)血小板和紅細胞的聚集（+）（ 1 ）微血管血液流變學(xué)改變 缺血-再灌注 白細胞（ 2 ）微血管口徑的改變損傷的血管內(nèi)皮腫脹縮血管物質(zhì)擴血管物質(zhì)微血管受壓再灌注時血管口徑變窄（ 2 ）微血管口徑的改變損傷的血管內(nèi)皮腫脹再灌注時血管口徑（ 3 ）微血管通透性增高 缺血-再灌注損傷自由基損傷和中性白細胞粘附 微血管通透性增高（ 3 ）微血管通透性增高 缺血-再灌注損傷自由基損傷和2細胞損傷中性粒細胞與血管內(nèi)皮細胞被激活 大量生物活性物質(zhì)（自由基、蛋白酶） 損害組織細胞缺血-再灌注時2細胞損傷中性粒細胞與血管內(nèi)皮細胞被激活缺血-再灌注時缺血-再灌注損傷的主要發(fā)病

22、機制缺血細胞壞死再灌注O2氧自由基中 性 粒 細 胞Ca2+鈣超載細 胞 損 傷無復(fù)流致炎因子缺血損傷恢復(fù)缺血-再灌注損傷的主要發(fā)病機制缺血細胞壞死再灌注O2氧自由基第三節(jié) 機體的變化 第三節(jié) 機體的變化 心臟再灌注損傷的變化（一）心肌功能變化再灌注性心律失常。 心舒縮功能降低 (心肌頓抑) （二）心肌代謝變化 心肌細胞能量代謝低下 （三）心肌超微結(jié)構(gòu)變化心臟再灌注損傷的變化（一）心肌功能變化缺血-再灌注性心律失常的發(fā)生機制 缺血-再灌注 自由基 鈣超載 心肌損傷、 ATP 鉀通道激活心肌電生理特性改變 心律失常兒茶酚胺 受體 自律性纖顫閾 電解質(zhì)紊亂缺血-再灌注性心律失常的發(fā)生機制 缺血-再

23、灌注 自由 心肌舒縮功能降低心肌頓抑(myocardial stunning)是指心肌缺血后沒有發(fā)生不可逆性損傷，但在恢復(fù)血流后一定時間內(nèi)心肌出現(xiàn)可逆性收縮功能降低的現(xiàn)象。 心肌舒縮功能降低心肌頓抑(myocardial心肌舒縮功能降低可逆性(心肌頓抑)不可逆性心肌舒縮功能 心室內(nèi)壓最大變化速率（dp/dtmax ）左室舒張末壓力（LVEDP）心肌舒縮功能降低可逆性不可逆性心肌舒縮功能 心室內(nèi)壓最大心肌頓抑的發(fā)病機制自由基的毒性作用鈣超載 心肌頓抑的發(fā)病機制自由基的毒性作用胞漿 Na+超載Na+/Ca+交換可逆性缺血再灌注損傷O2.H2O2OH 脂質(zhì)過氧化蛋白質(zhì)及酶失活肌漿網(wǎng)鈣轉(zhuǎn)運蛋白質(zhì)膜通透

24、性離子泵活性線粒體損傷收縮蛋白損傷Ca+敏感性鈣超載心肌收縮功能ATP 生成胞漿 Na+超載Na+/Ca+可逆性缺血再灌注損傷O2.心肌細胞能量代謝低下能量合成障礙 底物不足 耗氧增加 細胞內(nèi)鈣超載使ATP分解增強心肌細胞能量代謝低下能量合成障礙 心肌代謝變化缺血-再灌注線粒體損傷血流的沖洗ATP及磷酸肌酸ADP、AMP及其降解產(chǎn)物心肌代謝變化缺血-再灌注線粒體損傷血流的沖洗ATP及磷酸肌酸缺血-再灌注心肌出血壞死肌原纖維斷裂溶解、出現(xiàn)收縮帶線粒體損害細胞膜破裂心肌超微結(jié)構(gòu)變化缺血-再灌注心肌出血壞死肌原纖維斷裂線粒體損害細胞膜破裂心肌 腦缺血-再灌注損傷的變化（一）腦缺血-再灌注損傷時細胞代謝的變化腦缺血腦內(nèi)ATP 、葡萄糖 cGMP乳酸 、cAMP 再灌注cAMP 激活磷脂磷脂酶游離脂肪酸 +自由基興奮性氨基酸抑制性氨基酸過氧化脂質(zhì) 腦缺血-再灌注損傷的變化（一）腦缺血-再灌注損（二）腦缺血-再灌注損傷時組 織學(xué)變化 膜脂質(zhì)過氧化膜結(jié)構(gòu)破壞、鈉泵功能障礙腦水腫、腦細胞壞死（二）腦缺血-再灌注損傷時組 織學(xué)變化其它器官缺血-再灌注損傷的變化腸缺血-再灌注有害物質(zhì)進入機體吸收障礙粘膜屏障通透性腸粘膜損傷腎缺血-再灌注急性腎功能衰竭急性腎小管壞死線粒體損害其它器官缺血-再灌注損傷的變化腸缺血-再灌注有害物質(zhì)吸收障