病理生理学11缺血与再灌注损伤.ppt

缺血-再灌注损伤 (Ischemia-reperfusion injury) 广西医科大学病理生理教研室 缺血器官在恢复血液灌注后缺血性 损伤进一步加重的现象，称为缺血 再灌注损伤(ischemia-reperfusion injury)。 1、组织器官缺血后恢复血液供应。 2、动脉搭桥术、溶栓疗法等血管 再通术后、心脏外科体外循环术、器 官移植及断肢再植术后等。 一、原因 l. 缺血时间 2侧支循环 3需氧程度 4再灌注条件：压力、温度、酸碱度、 钠离子、钙离子 二、影响因素 缺血-再灌注损伤的现象 氧反常 （oxygen paradox ） 用低氧溶液灌注 组织器官或在缺 氧条件下培养细 胞一定时间后， 再恢复正常氧供 应组织及细胞 的损伤不仅未能 恢复，反而更趋 严重。 钙反常 （ calcium paradox） 预先用无钙液 短暂灌流后， 恢复正常含钙 溶液灌流，导 致细胞外Ca2+ 大量内流而引 起细胞损伤进 一步加重象。 。 pH反常 （pH paradox） 缺血-再灌时 ，迅速纠正 缺血组织的 酸中毒， 反而会加重 缺血-再灌注 损伤。 三、微血管损伤和白细胞的作用 二、钙超载 一、自由基的作用 （）自由基的概念与类型 概念： 自由基（free radical）是指在外层 电子轨道上含有单个不配对电子的原 子、原子团和分子的总称。 类型：1氧自由基(O2. 、OH ) 2. 脂性自由基 (L 、LO 、LOO ) 3其它如氯自由基（Cl ）、甲基自 由基（CH3 ）和一氧化氮等。 一、自由基的作用 O2H2O2OHH2OO2 e-e- +2H+e- +H+e- +H+ H2O 活性氧生成反应式 （二）氧自由基生成的机制 1、黄嘌呤氧化酶的形成 2、中性粒细胞 3、线粒体 4、儿茶酚胺的自身氧化 ATPADP AMP 腺嘌呤核苷 次黄嘌 呤核苷 次黄嘌呤 黄嘌呤脱氢酶(XD) 黄嘌呤氧化酶 (XO) 黄嘌呤+O2+H2O2 O2XO O2+H2O2+尿酸 OH 缺 血 期 再 灌 注 期 O2 1、黄嘌呤氧化酶的形成 Ca2+Ca2+依赖性蛋白酶 PMN吞噬 ： O2 氧自由基 杀灭病原 微生物 组 织 缺 血 趋化因子 (C3、白三烯等） PMN 再灌注 氧自由基 正 常 NADPH NADH 氧化酶 O2 细胞损伤 2、中性粒细胞 呼吸爆发 或氧爆发 缺血缺氧ATP 线粒体内Ca2+ 线粒体功能受损 氧自由基 3、线粒体 细胞色素氧化酶系统功能失调 再灌注 O2 + SOD 4、 儿茶酚胺的自身氧化 缺血缺氧儿茶酚胺调节作用 氧化产物 氧自由基 再灌注O2 + （三）自由基的损伤作用 膜脂质过氧化（lipid peroxidation） 破坏膜的正常结构 间接抑制膜蛋白功能 促进自由基及其它生物活性物质生成 减少ATP生成 蛋白质功能抑制 破坏核酸及染色体 (1) 破坏膜的正常结构 膜脂质 过氧化 膜不饱和 脂肪酸 不饱和脂肪酸/ 蛋白质比例失调 膜液态性 流动性 膜通透性 Ca2+内流 1.膜脂质过氧化作用增强 (enhanced lipid peroxidation of membrane) (2) 间接抑制膜蛋白功能 膜脂质之间交联 (-) 钙泵、钠泵 Na2+/Ca2+交换蛋白 胞内Na2+、Ca2+ 钙超载、细胞肿胀 (3) 促进自由基及其它生物活性物质生成 膜脂质 过氧化 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 过氧化物 环氧合酶 前列腺素内过氧化物 OH. TXA2PG 自由基 (+) (4) 减少ATP生成 核酸碱基的羟化，DNA的断裂 染色体的断裂 3.引起DNA断裂和染色体畸变 (DNA disruption and chromosome aberration) 二硫键形成二硫键形成 蛋白质交联蛋白质交联 脂质脂质- -蛋白质交联蛋白质交联 脂质脂质- -脂质交联脂质交联 蛋白质蛋白质- -胶原交联胶原交联 二聚体，大聚合物 2.导致蛋白质变性和酶活性降低 (protein denaturalization and decreased activity of enzymes) 二、钙超载 各种原因引起的细胞内钙含量 异常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） （）细胞内钙超载的机制 1 Na+Ca2+交换异常 （l）细胞内高Na+对 Na+Ca2+交换蛋白的 直接激活 （2）细胞内高H+对 Na+Ca2+交换蛋白的 间接激活 （3）蛋白激酶 C（PKC）活化对 Na+Ca2+ 交换蛋白的间接激活 细胞内高Na+对 Na+Ca2+交换蛋白的直接激活 缺血 细胞内ATP钠泵活性 细胞内Na+ 缺血- 再灌注 激活钠泵 、Na+ /Ca2+交换 蛋白 Na+向外转运 ， Ca2+运入细 胞。 细胞重新获 得氧、营养 物质供应 + 细胞内高H+对 Na+Ca2+交换蛋白的间接激活 缺血 缺血- 再灌注 无氧代谢H+生成 组织间液、细 胞内pH 组织间液H+ ，而细胞 内H+仍很高 跨膜H+浓 度梯度差 激活Na+ /H+交 换蛋白 H+外流、 Na+内流 继发性激活 Na+ /Ca2+交换 蛋白 Ca2+内流 钙超载 GqPLC 1 Ca2+Ca2+ IP3 DG PKC H+ 3Na+ Ca2+ Na+ 肌 丝 肌浆网 去甲肾上腺素 PIP2 蛋白激酶C对Na+/Ca2+交换蛋白的间接激活示意图 （2）线粒体及肌浆网膜损伤 2生物膜损伤 （l）细胞膜损伤 通透性； 离子分布 异常。 线粒体及肌浆网膜损伤 缺血- 再灌注 自由基 损伤、 膜磷脂 分解 肌浆网 膜损伤 钙泵功 能抑制 肌浆网 摄钙 胞浆钙浓度 线粒体 膜损伤 ATP生 成 细胞膜、肌 浆网钙泵能 量供应不足 1.线粒体功能障碍 线粒体 摄Ca2+ 消耗ATP 磷酸钙 抑制氧化 磷酸化 2.激活磷脂酶 Ca2+ (+) ATP 磷脂酶膜磷脂分解膜受损 花生四烯酸、溶血磷脂 (二) 钙超载引起缺血再灌注损伤的机制 (Mechanism of ischemia-reperfusion injury induced by calcium overload) 3.致心肌心律失常 Na+-Ca2+ 交换 Ca2+入致一 过性内向 离子流 迟后除极 4.促进氧自由基生成 Ca2+ (+) Ca2+依赖性蛋白酶(XDXO) 5.肌原纤维过度收缩 胞内Ca2+ 收缩 再灌注H+H+对心肌收缩的抑制 三、微血管损伤和白细胞的作用 研究表明 用除去白细胞的血液进行再灌注，可以防 止水肿和减轻再灌注损伤，反之再灌注损伤加 重，用补体抑制药降低补体，减少白细胞浸 润，可减轻组织损伤。因此，白细胞在缺血/再 灌注损伤中的作用日益受到重视。 （一）再灌注时白细胞激活机制 1、再灌注时可使细胞膜磷脂降解释放促大量趋化因 子，如白三烯（LTs）、血小板活化因子（PAF）、 补体和激肽等。 2、激活中性粒细胞可释放具有趋化作用的炎症介质 ，如白三烯。 3、再灌注时中性粒细胞和血管内皮细胞表达粘附分 子增加，加剧了缺血组织内白细胞聚集和激活。 （二）血管内皮细胞与中性粒细胞介导的 缺血-再灌注损伤 1、微血管损伤 （l）微血管血液流变学改变 微血管血流阻塞 （2）微血管口径的改变 口径变小 （3）微血管通透性 无复流现象（no-reflow phenomenon） 是指组织缺血后，重新恢复血流，部分缺血 区并不能得到充分的血液灌流 。 无复流现象示意图 激活的血管内皮细胞与中性粒细 胞释放的大量生物活性物质，不但 可改变自身的结构和功能，而且使 周围组织细胞受到损伤。 2、细胞损伤 （一）心功能变化 2、心肌舒缩功能 一、心脏缺血-再灌注损伤的变化 1、缺血-再灌注性心律失常 机制：自由基、钙超载、 ATP、纤颤阈值、电解质紊乱。 1、心律失常 （室速、室颤） 影响因素：缺血时间、缺血心肌的数量、 缺血的程度、再灌注血流的速度、 电解质紊乱等。 2心肌舒缩功能 表现为：心输出量，心室内压 最大变化速率 (dp/dtmax)，左 室舒张末期压力（LVEDP），出现 心肌顿抑(myocardial stunning)。 心肌顿抑（myocardial stunning ） 定义：心肌缺血-再灌注，血流已恢复或基 本恢复正常后，一定时间内心肌出 现可逆性收缩功能的现象。 机制：自由基生成、钙超载。 可逆性缺血-再灌注损伤 胞浆Na+超载 Na+/Ca2 + 交换 脂质过氧化蛋白质及酶失活 O2H2O2 OH 肌浆网钙转 运蛋白 质膜通透性离 子泵活性 线粒体 损伤 收缩蛋 白损伤 钙超载ATP生成 Ca2 +敏 感性 心肌收缩功能 心肌顿抑的 发生机制 （二）心肌代谢变化 缺血期心肌ATP及磷酸肌酸含量， ADP、AMP及其降解产物含量。 再灌注后心肌ATP及磷酸肌酸， ADP、AMP及其降解产物。 自由基、钙 超载线粒 体损伤 血流冲洗 （三） 心肌超微结构的变化 表现为：细胞膜破坏，线粒体肿胀、 嵴断裂、溶解、空泡形成，基质内致密 颗粒，肌原纤维断裂、节段性溶解， 出现收缩带， 心肌出血、坏死。 二、脑缺血-再灌注损伤的变化 （）脑缺血-再灌注损伤时细胞代谢的变化 ATP、CP、Gs、糖原乳酸 cAMPcGMP 病理性慢波 缺血 再灌注 cAMPcGMP 病理性慢波加重 兴奋性神经递质抑制性神经递质 （二）脑缺血-再灌注损伤时组织学变化 最明显的组织学变化是： 脑水肿 及脑细胞坏死。 脂质过氧化膜结构破坏 ；钠泵功能障碍。 三、其它器官缺血-再灌注损伤的变化 肠：粘膜功能障碍与损伤：肠管cap.通透性 间质性水肿上皮与绒毛分离、坏死、固有层破损、出血及溃疡。 肾：以急性肾小管坏死最为严重，可导致 急性肾功能衰竭或肾移植失败。 表现：线粒体高度肿胀、变形、嵴减少，排列紊乱，甚至 崩解，空泡形成等。血清肌酐。 骨骼肌：肌肉微血管和细胞损伤，自由基生成， 脂质过氧化。 一、减轻缺血性损伤，控制再灌注条件 二、改善缺血组织的代谢 三、清除自由基 （一）低分子清除剂： 1、存在于细胞脂质部分的自由基清除剂：维生素E、A 2、存在于细胞内外水相中的自由基清除剂：GSH、NADPH （二）酶性清除剂：CAT、SOD O2. 四、减轻钙超载 2H2O2 2H2O+O2 五、其它：细胞保护剂、腺苷 磷酸己糖、ATP、 细胞色素C、氢醌 减轻缺血性损伤 尽早恢复血流，多次短暂缺血预处理 缺血预处理（ischemin preconditioning ，IPC） 预先反复短暂缺血再灌注可以提高心肌组织 对随后持续缺血的耐受性