病理生理學缺血再灌注損傷(完整).ppt

1、,缺血-再灌注損傷,(Ischemia-reperfusion injury),患者：男，58歲，上午8時，起床后感到胸悶，30min后突感 心胸前區(qū)劇烈絞痛，9時入急診病房。 體查：血壓75/50mmHg，意識淡漠，心率65次/min，律齊。 心電圖示度房室傳導阻滯。 冠狀動脈造影：右冠狀動脈上段85%狹窄，中段78%狹窄。 入院治療：立即給予阿托品、多巴胺、低分子右旋糖酐等進 行擴冠治療。上午10時靜脈點滴尿激酶。10.30分患者 出現(xiàn)陣發(fā)性心室顫動（室顫），立即給予除顫，到下 午13時反復發(fā)生室性心動過速、室顫，共計6次。到下 午16時，經(jīng)給予利多卡因、小劑量異丙腎上腺素后心 律轉為竇性

2、，血壓平穩(wěn)，意識清楚。,本章內(nèi)容,概述 缺血-再灌注損傷的原因和條件 缺血-再灌注損傷的發(fā)生機制* 缺血-再灌注損傷時機體的功能、代謝變化 缺血-再灌注損傷防治的病理生理基礎,第一節(jié) 概 述,(Introduction),概 念,在缺血的基礎上恢復血流后， 組織損傷反而加重,甚至發(fā)生不可逆 損傷的現(xiàn)象稱為缺血-再灌注損傷 (ischemia-reperfusion injury, IRI)。,第一節(jié) 概 述,1955年，Sewell結扎狗冠狀動脈后，如突然解除結扎，恢復血流，動物室顫而死亡。,歷 史,認識就從這簡單的現(xiàn)象開始,1966年，Jennings第一次提出心肌再灌注損傷的概念，證實再灌

3、注會引起心肌超微結構不可逆壞死，包括爆發(fā)性水腫、組織結構崩解、收縮帶形成和線粒體內(nèi)磷酸鈣顆粒形成,在心肌缺血恢復血流后，缺血心肌的損傷反而加重,1967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，Ames率先報道腦缺血-再灌注損傷,以后陸續(xù)有其它器官缺血-再灌注損傷報道： 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 1981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 以上說明再灌注損傷幾乎可在每一種組織器官發(fā)生,第二節(jié) 缺血-再灌注損傷發(fā)生的 原因和條件,缺血-再灌

4、注損傷原因,組織器官缺血后血流恢復: 如休克治療 一些新的醫(yī)療技術: 冠脈搭橋、PTCA、溶栓療法等血管再通術后 體外循環(huán)下心臟外科手術 心臟停搏后的心、肺、腦復蘇 其他: 如斷肢再植，器官移植,冠脈搭橋 (CABG),PTCA,過長壞死,過短功能恢復,1、缺血時間的長短,影響因素,大鼠在體缺血-再灌注,容易形成側支循環(huán)者，不易發(fā)生再灌注損傷。,2、側支循環(huán),對氧需求高者，容易發(fā)生再灌注損傷，如心、腦等。,3、需氧程度,缺血-再灌注損傷的現(xiàn)象,氧反常 （oxygen paradox）,pH反常 （pH paradox）,鈣反常 （calcium paradox）,提示:氧、鈣和pH可能參與缺血

5、-再灌注損傷的發(fā)生和發(fā)展,4、再灌注的條件,低壓、低溫、低pH、低鈉,鈣反常(calcium paradox): 以無鈣溶液 灌流離體大鼠心臟2min后再以含鈣溶液 灌注時，心肌電信號異常、心臟功能、 代謝和形態(tài)結構發(fā)生異常變化，這種 現(xiàn)象稱為鈣反常。,氧反常(oxygen paradox):預先用低 氧溶液灌注組織器官或在缺氧條件下 培養(yǎng)細胞一定時間后，再恢復正常氧 供應，組織及細胞的損傷不僅未能恢 復，反而更趨嚴重，稱為氧反常。,pH反常(pH paradox):再灌注時 迅速糾正缺血組織的酸中毒， 反而加重細胞損傷，稱為pH反常。,pH反常(pH paradox),再灌注時糾酸,損傷加重

6、,低氧灌注/缺氧培養(yǎng),復氧,損傷加重,氧反常(oxygen paradox),鈣反常(calcium paradox),無鈣液灌注,含鈣液,心肌損傷加重,第三節(jié) 缺血再灌注損傷的發(fā)生機制,自由基的作用,鈣超載,白細胞的作用,自由基(free radical)是指在 外層電子軌道含有單個不配對電子 的原子、原子團或分子。,一、自由基的損傷作用,化學性質(zhì)活潑 氧化性強 半衰期短,1. 氧自由基 (oxygen free radical，OFR),(一)自由基的種類,2. 脂性自由基 (lipid free radical),1. 氧自由基,e-+H+,H2O,e-,e-+2H+,H2O2,e-+H

7、+,H2O,OH,O2,以氧為中心的自由基稱為氧自由基，如超氧陰離子（ ）、羥自由基（ ）。,OH,98% 4e-+4H+ 細胞色素氧化酶系統(tǒng),1%-2%,SOD,Haber-Weiss反應 (without Fe3+),+ H2O2 O2 + OH- + OH,SLOW,Fenton型 Haber-Weiss反應,FAST,+ H2O2 O2 + OH- + OH,Fe3+,2. 脂性自由基(lipid free radical),氧自由基,+,多價不飽和脂肪酸,L. (烷自由基) LO. (烷氧自由基) LOO. (烷過氧自由基),3. 氮中心自由基：NO、ONOO-,L-精氨酸,L-胍氨

8、酸 + NO,INOS,O2,NADPH,NADP+,NO +,ONOO-,ONOO-,OH + H+,NO2 +,H2O,活性氧（reactive oxygen species, ROS）指化學性質(zhì)活潑的含氧代謝物。,氧自由基,單線態(tài)氧（1O2）,過氧化氫（H2O2）,脂質(zhì)過氧化物 及其裂解產(chǎn)物,單線態(tài)氧 ( 1O2 ),單線態(tài)氧：是一種激發(fā)態(tài)氧，其氧分子兩個外層電子軌道中的電子發(fā)生反向自旋改變，使外層軌道兩個電子自旋方向相反，氧分子的反應能力大大增加。這種氧分子在紫外光譜中呈現(xiàn)一種單線，故稱單線態(tài)氧。,(二)活性氧的清除,SOD 過氧化氫酶（CAT） 過氧化物酶,抗氧化酶,Mn-SOD C

9、uZn-SOD,清除H2O2,維生素E 維生素A,非酶性抗氧化物,還原 1O2 脂質(zhì)自由基,清除 1O2 ， 抑制脂質(zhì)過氧化,GSHpx,+ 2GSH,H2O2,2H2O + GSSG,維生素C GSH,協(xié)助維持維生素E 的活性狀態(tài),活性氧（reactive oxygen species, ROS）指化學性質(zhì)活潑的含氧代謝物。,氧自由基,單線態(tài)氧（1O2）,過氧化氫（H2O2）,脂質(zhì)過氧化物 及其裂解產(chǎn)物,（三）自由基生成增多的機制,1.黃嘌呤氧化酶途徑 2.中性粒細胞途徑 3.線粒體途徑 4.兒茶酚胺自身氧化途徑,ATP,AMP,次黃嘌呤核苷,腺嘌呤核苷,ADP,次黃嘌呤,缺血期,黃嘌呤脫氫

10、酶 XD（90%）,黃嘌呤氧化酶XO（10%）,Ca2+依賴性蛋白水解酶,再 灌 注 期,黃嘌呤+ +H2O2,尿酸+ +H2O2,O2,OH,XO,1.黃嘌呤氧化酶途徑,(+),(+),缺血,缺氧,補體 趨化物質(zhì),中性粒細胞 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,中性粒細胞的呼吸爆發(fā)(respiratory burst),2.中性粒細胞途徑,C3a，C5a 白三烯,缺氧,ATP,線粒體Ca2+,細胞色素 氧化酶 功能抑制,氧單電子還原,氧自由基,細胞內(nèi)氧分壓,含Mn的SOD,3.線粒體途徑,e-+H+,H2O,e-,e-+2H+,H2O2,e-+H+,H2O,

11、OH,O2,98% 4e-+4H+ 細胞色素氧化酶系統(tǒng),1%-2%,SOD,ONOO-,NO,缺血,缺氧,激活交感-腎上腺髓質(zhì)系統(tǒng),兒茶酚胺,單胺氧化酶,氧自由基,4.兒茶酚胺自身氧化途徑,(1) 破壞膜的正常結構,脂質(zhì) 過氧化,膜不飽和 脂肪酸,不飽和脂肪酸/ 蛋白質(zhì)比例失調(diào),膜液態(tài)性 流動性,膜通透性,Ca2+內(nèi)流,1.膜脂質(zhì)過氧化作用增強,(2) 間接抑制膜蛋白功能,脂質(zhì)之間交聯(lián),(-),鈣泵、鈉泵 Na2+/Ca2+交換蛋白,胞內(nèi)Na2+、Ca2+,鈣超載、細胞腫脹,(3) 促進自由基及其它生物活性物質(zhì)生成,膜脂質(zhì) 過氧化,磷脂酶C 磷脂酶D,膜磷脂分解,花生四烯酸,脂氧合酶,白三烯,

12、過氧化物,環(huán)氧合酶,前列腺素內(nèi)過氧化物,OH.,TXA2,PG,自由基,(+),(4) 減少ATP生成,蛋白質(zhì)變性 蛋白質(zhì)(酶)交聯(lián),例：,肌纖維蛋白對Ca2+反應性,心肌收縮力,肌漿網(wǎng)鈣轉運蛋白受損,鈣調(diào)節(jié)異常,2.蛋白質(zhì)功能抑制,3.核酸及染色體破壞,80%由OH所致,第三節(jié) 缺血再灌注損傷的發(fā)生機制,自由基的作用,鈣超載,白細胞的作用,Na+-Ca2+交換蛋白,Ca2+泵,Ca2+,Ca2+e：10-3M,Ca2+i：10-7M,VOC,ROC,細胞內(nèi)Ca2+的穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié),結合于質(zhì)膜糖被的Ca2+,Na+,Ca2+,二、細胞鈣超載引起再灌注損傷,各種原因引起的細胞內(nèi)鈣含量異常增多并導致細胞

13、結構損傷和功能代謝障礙的現(xiàn)象稱為鈣超載（calcium overload）。,鈣反常(calcium paradox): 1966年 Zimmerman和Hulsmann發(fā)現(xiàn)用無鈣的 “生理鹽水溶液” 灌流大鼠離體心臟， 短時間內(nèi)即發(fā)生肌膜損傷，隨后恢復 正常含鈣的生理溶液，心臟發(fā)生更為 嚴重的結構和功能改變。,1、Na+-Ca2+交換異常 （1）細胞內(nèi)高Na+對Na+-Ca2+交換蛋白的直接激活 （2）細胞內(nèi)高H+對Na+-Ca2+交換蛋白的間接激活 （3）蛋白激酶C（PKC）活化對Na+-Ca2+交換蛋白的 間接激活 2、生物膜損傷 （1）細胞膜損傷 （2）肌漿網(wǎng)膜損傷 （3）線粒體膜損傷

14、,(一)細胞鈣超載的機制,2.肌漿網(wǎng)膜損傷,3.線粒體膜損傷,1.細胞膜損傷,3.兒茶酚胺增加,1.細胞內(nèi)高Na+,Na+,H+,2.細胞內(nèi)高H+,缺血,ATP,鈉泵活性,Na+i,(+),Na+-Ca2+蛋白,酸中毒,再灌注,組織間隙H+ 細胞內(nèi)H+仍高,(+),Na+-H+ 交換, 細胞內(nèi)Na+對Na+-Ca2+交換蛋白的直接激活,胞內(nèi)鈣, 細胞內(nèi)H+對Na2+-Ca2+交換蛋白的間接激活,1、Na2+-Ca2+交換異常, PKC活化對Na+-Ca2+交換蛋白的間接激活,(+),2.生物膜損傷致細胞內(nèi)鈣超載,(1) 細胞膜損傷,無鈣液,膜外板與糖被膜分離,Ca2+,磷脂酶,膜磷脂降解,自由

15、基,膜脂質(zhì)過氧化,(2) 肌漿網(wǎng)膜及線粒體膜損傷,肌漿網(wǎng)Ca2+攝取,鈣泵能量不足,膜通透性,線粒體ATP產(chǎn)生,膜磷脂降解,膜脂質(zhì)過氧化,(二)細胞內(nèi)鈣超載引起缺血再灌注損傷的機制,(+),1.促進氧自由基生成,Ca2+,Ca2+依賴性蛋白酶 (XDXO),2.加重酸中毒,(+),Ca2+,激活某些ATP酶,細胞高能磷酸鹽水解,釋放大量 H+,加重細胞內(nèi)酸中毒,3.破壞細胞（器）膜,Ca2+,磷脂酶,膜磷脂分解,膜受損,花生四烯酸、溶血磷脂,(+),4.線粒體功能障礙,線粒體 攝Ca2+,消耗ATP 磷酸鈣,抑制氧化 磷酸化,ATP,5.激活其它酶的活性,激活蛋白酶 細胞膜和結構蛋白的分解,激

16、活核酶 染色體損傷,第三節(jié) 缺血再灌注損傷的發(fā)生機制,自由基的作用,鈣超載,白細胞的作用,三、白細胞的作用,1.細胞粘附分子生成增多 2.趨化因子生成增多,(一)再灌注時白細胞聚集的機制,粘附分子,指由細胞合成的，可促進細胞與細胞之間、細胞與細胞外基質(zhì)之間粘附的一大類分子的總稱，如整合素、選擇素、細胞間粘附分子、血管細胞粘附分子及血小板內(nèi)皮細胞粘附分子等。 功能：維持細胞結構完整 細胞信號轉導,白細胞聚集的機制,(二)白細胞介導缺血再灌注損傷的機制,1. 微血管損傷,無復流現(xiàn)象 (no-reflow phenomenon) 恢復血液灌注后，缺血區(qū)的微血管依然得不到充分血流灌注的現(xiàn)象稱無復流現(xiàn)象

17、。,2. 細胞損傷 釋放大量的致炎物質(zhì)，如自由基、蛋白酶、溶酶體酶等。,無復流現(xiàn)象(no-flow phenomenon),機制小結：,自由基,鈣超載,白細胞,？,缺血-再灌注損傷,第四節(jié) 缺血再灌注損傷時 機體的功能及代謝變化,一、心肌缺血再灌注損傷,1、再灌注性心律失常,自由基和鈣超載造成的心肌損傷及再灌注后細胞內(nèi)外離子分布紊亂 表現(xiàn)：室速、室顫,心肌頓抑：在缺血心肌血流 恢復后一段時間內(nèi)，心肌舒 縮功能仍不能恢復正常的狀 態(tài)，稱為心肌頓抑。,2、心肌舒縮功能降低,3.再灌注對心肌代謝的影響,線粒體受損,能量合成,再灌注,底物沖走,高能磷酸 化合物,4.再灌注對心肌超微結構的影響,基底膜缺

18、失、肌原纖維結構破壞、心內(nèi)膜下出血性梗死等。,比較心肌缺血損傷和再灌注損傷,二、腦缺血再灌注損傷的變化 （）腦缺血-再灌注損傷時細胞代謝的變化,再灌注,cAMPcGMP 病理性慢波加重 興奮性神經(jīng)遞質(zhì)抑制性神經(jīng)遞質(zhì),（二）腦缺血-再灌注損傷時組織學變化,最明顯的組織學變化是： 腦水腫 及腦細胞壞死,脂質(zhì)過氧化膜結構破壞；鈉泵功能障礙。,三、其它器官缺血-再灌注損傷的變化,腸：粘膜功能障礙與損傷：腸管cap.通透性間質(zhì)性水腫上皮與絨毛分離、壞死、固有層破損、出血及潰瘍。 腎：以急性腎小管壞死最為嚴重，可導致急性腎功能衰竭或腎移植失敗。 表現(xiàn)：線粒體高度腫脹、變形、嵴減少，排列紊亂，甚至崩解，空泡形成等。血清肌酐。 骨骼肌：肌肉微血管和細胞損傷，自由基生成，脂質(zhì)過氧化,迄今為止，對于缺血/再灌注損傷的研究，絕大部分是在實驗動物身上進行的，然而這些實驗資料卻已經(jīng)