缺血再灌09-10-1晓彩星语出品完全.ppt

第七章 缺血-再灌注损伤 （IschemiaReperfusion injury） 病理生理学教研室 孙晓彩,患者，男，54岁，因胸闷、大汗1h入急诊病房。查体：血压65/40mmHg，意识淡漠，心率37次/min，律齐。既往有高血压病史10年，否认冠心病史。心电图示度房室传导阻滞。给予阿托品、多巴胺、低分子右旋糖酐等进行扩冠治疗。入院上午10时用尿激酶静脉溶栓。10时40分出现阵发性心室颤动（室颤），立即给予除颤，至11时20分反复发生室性心动过速、室颤，共除颤7次，同时给予利多卡因、小剂量异丙肾上腺素后心律转为窦性，血压平稳，意识清楚。冠状动脉造影证实：右冠状动 脉上段85%狭窄，中段78%狭窄。,病例分析,为什么在溶栓后出现严重的心律失常?,第一节 概 述,(Introduction),简 史,认识就从这简单现象开始,1年，Sewell结扎狗冠状动脉后，如突然解除结扎，恢复血流，动物室颤而死亡。,在心肌缺血恢复血流后，缺血心肌的损伤反 而加重，出现超微结构不可逆性损伤（爆 发性水肿、组织结构崩解、收缩带形成等）,年，Jennings第一次提出心肌再灌注损伤的概念,6年，Bulkley 和Hutchins发现冠脉搭桥血管再通后的病人发生心肌细胞反常性坏死。此后发现几乎所有的器官都可能发生缺血再灌注损伤。 年，Greenberg等证实猫小肠缺血3小时后再灌注时，粘膜损伤更严重。,都可能发生再灌注损伤,缺血-再灌注损伤概念 ：缺血的组织、器官经恢复血液灌注后不但不能使其功能和结构恢复，反而加重其功能障碍和结构损伤的现象称为缺血-再灌注损伤(ischemia-reperfusion injury).,从实践到理论地总结,第二节 原因和条件,(Influence factors of ischemia-reperfusion injury),1、原因 先缺血，后再灌 2、条件 缺血的时间和程度 组织缺血前的状态 功能状态、侧支循环、对氧的需求量 再灌注条件,活性氧的作用 钙超载 白细胞的作用 高能磷酸化合物生成障碍,第三节 发病机制,(Mechanisms of ischemia-reperfusion injury),（一）活性氧的基本概念,一、活性氧的作用,氧自由基,单线态氧(1O2),过氧化氢 (H2O2),1、活性氧（reactive oxygen）：指 化学性质活泼的含氧代谢物。,脂质过氧化物 及其裂解产物,NO,2、自由基 (free radical)：指外层轨 道上含有单个不配对电子的各种 原子、原子团或分子。,化学性质活泼 氧化性强 半衰期短,氧自由基 (oxygen free radical)：以氧为 中心的自由基称为氧自由基。 包括：超氧阴离子(O2 )、羟自由基(OH)。,O2是体内氧自由基存在的主要形式，主要来源于线粒体。 OH是体内最活跃的氧自由基，对机体危害也最大。,3、单线态氧 (single oxygen)：是一种激发态氧，其氧分子的同一或不同外层轨道中有两个自旋方向相反的电子。在紫外光谱中呈现一条单线，故称单线态氧。 化学性质活泼，能迅速氧化许多分子，特别是氧化蛋白质中发色基团。对机体所起的生物学作用与自由基相同。,4、H2O2：不是自由基。在Cu2+或Fe2+的作用下可生成OH，或通过均裂生成OH 。OH的生成是H2O2导致氧化应激的主要机制。,NO的作用具有双重性，由内皮型NOS合成的NO具有保护作用，由诱导型NOS合成的NO显示毒性作用。,6、脂质自由基：为氧自由基与多聚不饱和脂肪酸作用后生成的中间代谢产物，包括脂氧自由基（LO）、脂过氧自由基（LOO）。,在缺血再灌注损伤中最重要的是氧自 由基，它是其它自由基生成的基础。,线粒体产生活性氧增加 血管内皮细胞内黄嘌呤氧化酶形成增加 白细胞呼吸爆发产生大量活性氧 儿茶酚胺的自身氧化 诱导型NOS表达增强 体内清除活性氧的能力下降,（二）缺血-再灌注时活性氧增多的机制,1、线粒体产生活性氧增加,细胞缺氧使线粒体呼吸链上酶活性降低，不能产生足够的电子，自由基生成增加；再灌注提供大量的氧，产生大量活性氧，此时呼吸链复合体、和均可产生活性氧。,钙超载导致线粒体功能受损，线粒体氧化酶系统受抑制，氧经单电子还原成氧自由基增多。,缺氧导致细胞中抗氧化酶活性降低，自由基清除减少。,黄嘌呤氧化酶(XO) 10% 黄嘌呤脱氢酶(XD) 90%,Ca2+依赖性蛋白酶,2血管内皮细胞内黄嘌呤氧化酶形成增加,钙超载激活此酶,ATP降解,再灌提供大量氧,呼吸爆发(respiratory burst )：白细胞吞噬时伴耗氧量显著增加的现象。,3、白细胞呼吸爆发产生大量活性氧,摄取O2的70%90%经细胞内的NADPH氧化酶作用形成氧自由基，用以杀灭病原微生物。组织缺血过程中大量中性粒细胞被激活，再灌注又提供大量氧，使活性氧大量增加。,缺血再灌注（应激）,交感-肾上腺髓质系统兴奋,儿茶酚胺分泌增多,代偿调节作用,自氧化生成氧自由基,4、儿茶酚胺的自身氧化,单胺氧化酶,单核细胞和中性粒细胞中含有iNOS。缺血再灌注导致白细胞活化后，iNOS表达上调，导致NO大量生成。NO及其代谢产物过氧亚酸 根（OONO）、过氧亚硝酸（HOONO）、羟自由基（OH）都可导致组织损伤。,5、诱导型NOS（iNOS）表达增强,生物体内存在着完整的抗氧化系统 （1）抗氧化酶类： 超氧化物歧化酶(SOD)清除氧自由基 过氧化氢酶、谷胱甘肽过氧化物酶清除过氧化氢谷胱甘肽硫转移酶清除脂性自由基等 （2）非酶性抗氧化物： 维生素E、谷胱甘肽、白蛋白、铜蓝蛋白等也可清除活性氧或控制活性氧的生成。,6、体内清除活性氧的能力下降,霍金与CuZn-SOD突变所致的脊髓侧索硬化症,英国物理学家霍金的故事：霍金被称为“宇宙之王”，他因患Cu,Zn-SOD基因突变导致家族性脊髓侧索硬化症（是一种致死的神经退化性疾病 ,发病初期影响上下肢的运动神经元 ,进而引起皮质、脑干和脊索中的运动神经元变性、退化 ,最后导致进行性瘫痪和死亡）。霍金被禁锢在一把轮椅上达40年之久，现在全身只有面部肌肉会动，演讲和问答只能通过语音合成器来完成，他是物理天才，研究黑洞普通物理学定理不再适用的时空领域和宇宙起源大爆炸原理。,（三）活性氧的损伤作用,2. 蛋白质失活,3. DNA损伤,1. 膜脂质过氧化,4. 细胞间基质破坏,活性氧能和膜磷脂、蛋白质、核酸等 多种细胞成分发生反应，破坏细胞的 结构和功能，造成细胞损伤。,活性氧的作用 钙超载 白细胞的作用 高能磷酸化合物生成障碍,二、钙超载( calcium overload),各种原因引起的细胞内钙含量异常增多并导致细胞结构损伤和功能代谢障碍的现象，称为钙超载（calcium overload）。,(一)细胞内Ca 2+的稳态调节,细胞内钙浓度：10-7 mol/L 细胞外钙浓度：10-3 mol/L 浓度梯度的维持有赖于膜对钙的不自由通透性和钙转运系统的调节,Ca2+进入胞液的途径 质膜钙通道：电压依赖性钙通道 受体操纵性钙通道 细胞内钙库释放通道： 1,4,5-三磷酸肌醇（IP3）敏感钙池 ：由IP3系统调控。依赖于一定浓度的胞浆钙浓度。 IP3不敏感钙池 ：由二氢吡啶受体(RYR)系统调控。当电压控制性钙通道开放后，小剂量钙内流，钙与RYR结合后触发ER/SR释放钙，即Ca2+诱发Ca2+释放。,Ca2+离开胞液的途径 Ca2+泵的作用： Ca2+-ATP酶，活性依赖Ca2+ 、Mg2+。 Na+-Ca2+交换：非耗能，双向转运，3个Na+交换1个Ca2+ H+-Ca2+交换：主要见于线粒体，双向转运,（二）细胞内钙超载的产生机制,细胞膜通透性增加 Na+Ca2+交换增加 儿茶酚胺增多,(三) 钙超载引起细胞损伤的机制,损伤线粒体功能和结构 激活钙依赖性降解酶 促进活性氧生成 破坏细胞骨架,活性氧的作用 钙超载 白细胞的作用 高能磷酸化合物生成障碍,缺血再灌注后的炎症反应是以白细胞聚集并穿过微血管壁、浸润周围组织，同时伴有微血管功能紊乱及局部组织中液体及蛋白质积聚为标志的急性炎症反应。,三、白细胞的作用,（一）白细胞聚集的机制,1. 趋化因子生成增多 (increased production of chemokines),2. 细胞黏附分子生成增多 (increased production of adhesion molecules),无复流现象(no-reflow phenomenon ) 恢复血液灌注后，缺血区依然得不到充分血流灌注的现象称无复流现象。,(二)白细胞聚集在缺血-再灌注损伤中的作用,1. 阻塞微循环,2. 释放活性氧 3. 释放各种颗粒成分 4. 产生各种促炎性细胞因子,活性氧的作用 钙超载 白细胞的作用 高能磷酸化合物生成障碍,四、高能磷酸化合物生成障碍,1. 线粒体受损,2. ATP合成的前身物质减少,缺血-再灌注区ATP生成能力下降的机制为：,第四节 机体主要器官的缺血-再灌注损伤,一、心脏缺血-再灌注损伤,心肌顿抑（myocardial stunning):指心肌经短暂缺血并恢复供血后，在一段较长时间内处于“低功能状态”，常需数小时或数天才可恢复正常功能的现象。,1. 缺血-再灌注性心律失常 2. 心肌舒缩功能下降 3. 心肌结构的变化,自由基和钙 超载造成的 心肌损伤及 再灌注后细 胞内外离子 分布紊乱,心肌缺血性损伤和再灌注性损伤的主要表现,二、脑缺血再灌注损伤,临床表现：感觉、运动或意识严重障碍 脑电图：病理性慢波 组织学变化：脑水肿,脑缺血再灌注损伤的发生机制的特点：,兴奋性氨基酸的神经毒性作用 脑细胞更易受活性氧损伤,尽早恢复血流，减少缺血时间 采用低压、低温、低钙再灌注液 清除活性氧 钙拮抗剂的使用 抗白细胞疗法 补充能量及促进能量生成 启动细胞内源性保护机制,第五节 防治原则,启动细胞内源性保护机制 （1）缺血预适应：最有效 组织器官经反复短暂缺血后，会明显增强对随后较长时间缺血及再灌注损伤的抵抗力的现象。 （2）缺血后适应 在全面恢复再灌注前短暂多次预再灌、停灌处理，可减轻缺血再灌注损伤。,脑缺血预处理的脑保护作用,A: 7 d after an ischemic preconditioning for 3 min; B: ischemic insult for 8 min; C: preconditioning+ ischemic insult,肢体缺血预处理的脑保护作用,B: 7 d after LIP; C: ischemic insult for 8 min; D: LIP + ischemic insult,THE END,1、膜脂质过氧化（ lipid peroxidation）,生物膜的主要成分是极性脂质（磷脂、胆固醇）和膜蛋白（酶等），是活性氧攻击的主要部位。膜磷脂富含多价不饱和脂肪酸，易发生脂质过氧化。,（1）细胞膜结构破坏,离子通道变构,细胞膜受体失活,酶活性改变,（2）细胞器膜结构破坏,线粒体肿胀、功能障碍，产能减少；线粒体膜通透性增强，凋亡因子溢出，诱导凋亡,溶酶体破裂释放溶酶体酶，引起细胞结构破坏,肌浆网Ca2+-ATP酶活性降低，摄取的Ca2+减少，导致细胞内钙超载,（3）脂质信号分子生成异常,磷脂是细胞膜所特有的成分，其中肌醇磷脂在信号转导过程中十分重要。它的脂质过氧化不会影响膜的稳定性，但却会使前列腺素（PGs）、1，4，5-三磷酸肌醇（IP3）和二酰甘油（DG）等生成障碍，使细胞信号转导异常。,2、蛋白质失活,活性氧对酶活性的影响包括： 破坏氧化酶的活性中心巯基； 破坏酶活性所必需的脂质微环境 ； 在酶蛋白之间发生交联形成多聚物； 攻击酶活性中心部位的氨基酸； 可激活一些酶，加剧炎症反应。,使蛋白质变性、聚合、降解或肽链断裂，使酶、受体、离子通道等产生功能障碍。,3、DNA损伤,造成DNA损伤的活性氧主要是OH和NO，可造成碱基修饰、断裂和交联。 （1）细胞核DNA损伤 碱基修饰：活性氧与碱基发生加成反应，改变DNA结构， 影响遗传信息的正确表达。 DNA断裂：破坏核酸分子的完整性，导致遗传突变。 DNA交链：导致DNA复制、转录障碍，遗传信息表达受阻 （2）线粒体DNA损伤 导致线粒体的生长、分化和功 能障碍；活化凋亡蛋白酶，诱导细胞凋亡。,4、细胞间基质破坏,氧自由基可使透明质酸酶降解、胶原蛋白交联，从而使细胞间基质变得疏松、弹性降低。,细胞膜通透性增加,1、缺血导致细胞膜外板与外层的糖被分离 细胞膜对钙的通透性增加，钙进入细胞内。,2、磷脂酶被激活，膜磷脂被降解，细胞膜对钙的通透性增加，钙进入细胞内。,3、大量的活性氧破坏细胞质膜和细胞器质膜，膜通透性增加、结构损伤，胞外钙内流增加，胞内肌浆网和内质网钙转运障碍。,细胞内高H+ 促进Na+-Ca2+交换,胞内 H+,H+-Na+交换,胞内Na+,钠钙交换蛋白,Na+-Ca2+交换增加,钙超载,缺血 缺氧,再灌注,胞外低H+ 胞内高H+,H+- Na+ 交换蛋白,Na2+,H+,Ca2+,Na+Ca2+交换增加,酸中毒,细胞内高钠直接促进Na+-Ca2+交换,缺血,ATP减少,钠泵功能障碍,胞内 Na+,Na+向细胞外转移 Ca2+向细胞内转移,钙超载,儿茶酚胺增多,促进钙内流,1、受体使腺苷酸环化酶活化,激活PKA,L-型钙通道磷酸化,2、受体使磷脂酶C激活,产生IP3,内质网、肌浆网钙通道开放,