《缺血再灌注损伤》PPT课件.ppt

缺血-再灌注损伤 Ischemia-reperfusion injury I/R II/R I 目 录 一、概 论* 二、缺血-再灌注损伤的机制* 自由基（free radical） 钙超载（calcium overload） 白细胞（leukocyte） 无复流现象（no-reflow phenomenon） 三、心脏I/R I（MIRI）的主要表现 四、缺血-再灌注损伤防治的病理生理学基础 l l 缺血缺血- -再灌注损伤再灌注损伤 ( ( Ischemia-reperfusion injury, I/R I ):Ischemia-reperfusion injury, I/R I ): 给缺血组织恢复血液灌流，部分动物或患 者缺血区的细胞功能代谢障碍及结构破坏反而 比永久性缺血区更为严重的反常现象。 其反常现象包括：氧反常、钙反常、pH反常等。 l缺血性损伤（ischemic injury） 组织供血量性减少 细胞损伤 一、概一、概 论论 氧反常：氧反常： 钙反常：钙反常： PHPH反常：反常： 缺血缺血- -再灌注损伤，再灌注损伤， 两者是独立而又相互联两者是独立而又相互联 系的病理过程，再灌注系的病理过程，再灌注 损伤实质上是将在缺血损伤实质上是将在缺血 损伤期处于可逆损伤的损伤期处于可逆损伤的 细胞经恢复血流转化为细胞经恢复血流转化为 不可逆损伤。不可逆损伤。 血管 坏死组织 濒危组织 正常组织 缺血-再灌注损伤示意图 缺血再灌注损伤的普遍性 ： 不同种属、各种组织器官都可发生再灌注损伤。 1960年，Jenning提出心脏I/R I(MIRI) 1968至今：相继提出脑、肾、肺、肠、皮肤I/R I 临床现象: bypass surgery (搭桥手术) shock treatment（休克治疗） organ transplantation(器官移植) thrombolysis（溶栓疗法） I/R I 的原因和条件 缺血时间：缺血2040min再灌注为可逆性损伤期； 缺血4060min后再灌注为不可逆损伤期。 侧支循环：缺血后不易形成侧支循环的组织 再灌注条件: Ca2+、Na+浓度高 需氧程度：对氧需求高的组织 原因:循环障碍后恢复血流-休克 组织器官缺血恢复血流-冠脉痉挛缓解、 断肢再植、器官移植、心脏体外循环后恢复血流 血管再通-溶栓疗法、动脉搭桥术 影响因素: 以下条件更易发生I/R II/R I 二、缺血-再灌注损伤的机制 自由基（free radical） 钙超载（calcium overload） 白细胞（leukocyte） （一）自由基的作用 1. 自由基的概念和代谢 2. 再灌注时氧自由基生成增多的机制 3. 自由基介导缺血再灌注损伤 机 制 1 1）自由基（）自由基（free radical)free radical)的概念和类型的概念和类型 HH OO HHHH + + + O H+ O H H H + O H+ O H 自由基：自由基：外层电子轨道外层电子轨道有单个不配对电子的原子、的原子、 原子团和分子的总称。又称游离基。原子团和分子的总称。又称游离基。 1. 自由基的概念和代谢 活性氧（活性氧（reactive oxygen species ROSreactive oxygen species ROS）：）： 由氧自由基（由氧自由基（OO 2 2 OH OH ）、HH 2 2 OO 2 2 和和OO 2 2 组成组成 - - 脂性自由基脂性自由基：是氧自由基与多聚不饱和脂肪酸作用后是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，生成的中间代谢产物， 氧自由基氧自由基：由氧诱发的自由基，属由氧诱发的自由基，属非脂性自由基非脂性自由基。 超氧阴离子自由基超氧阴离子自由基 O O 2 2 ， ，羟自由基羟自由基OHOH - - 一氧化氮（一氧化氮（NONO）：）：弱氧化剂，是一种气体自由基。弱氧化剂，是一种气体自由基。 v 自由基和离子不同，前者是具有共价键的化合物 发生均裂的产物，后者则是异裂的产物。 vv 自由基在体内存在的时间短（平均寿命仅自由基在体内存在的时间短（平均寿命仅1ms1ms），）， 化学性质极其活泼，易和其他物质反应形成新的自化学性质极其活泼，易和其他物质反应形成新的自 由基，呈现由基，呈现自由基的连锁反应自由基的连锁反应；易于失去电子和夺；易于失去电子和夺 取电子，特别是氧化作用很强，具有强烈的引发取电子，特别是氧化作用很强，具有强烈的引发脂脂 质过氧化质过氧化作用。作用。 vv 生理情况下，约有生理情况下，约有2 2-4-4的自由基产生。它的自由基产生。它 们可经细胞内们可经细胞内超氧化物歧化酶超氧化物歧化酶(SOD)(SOD)、谷胱甘肽过谷胱甘肽过 氧化物酶氧化物酶(GSH-PX)(GSH-PX)、过氧化氢酶过氧化氢酶(CAT)(CAT)等抗氧化酶等抗氧化酶 及时清除，对机体并无有害影响。及时清除，对机体并无有害影响。 vv 病理情况下，活性氧可引发氧化应激，导致细病理情况下，活性氧可引发氧化应激，导致细 胞损伤甚至死亡。胞损伤甚至死亡。 2 2）自由基的代谢）自由基的代谢 O2 O2 H2O2 OH 2H2O e-e- +2H+e- +H+ e- +H+ v O2 的产生途径： 生理调节下，约生理调节下，约1 1-2-2的氧接受一个电子生成的氧接受一个电子生成O2 。 Hb、肌红蛋白、儿茶酚胺、酶等氧化; 毒物作用于细胞，电离辐射等。 v H2O2的生成途径： O2 歧化反应： SOD O2 O2 2H + H2O2 O2 O2 H2O2 FeFe3+ 3+ CuCu2+ 2+ O2 OH OH Fenton反应 v OH 的生成途径： OH 是最活跃最强力的自由基。 2. 2. 再灌注时氧自由基生成增多的机制再灌注时氧自由基生成增多的机制 黄嘌呤氧化酶形成增多：黄嘌呤氧化酶形成增多：血管内皮细胞源性血管内皮细胞源性 黄嘌呤脱氢酶（黄嘌呤脱氢酶（XDXD）氧化酶（氧化酶（XOXO）系统系统 中性粒细胞中性粒细胞-呼吸爆发：白细胞源性呼吸爆发：白细胞源性 再灌注时中性粒细胞被激活，耗氧量增加，产生呼吸 爆发，所摄氧绝大部分（70-90%）经磷酸戊糖旁路产 生氧自由基。 O2 O2 一般认为，XO源性自由基生成增加是原发性的，而中性 粒细胞源性自由基增加则是继发性的。 e- 线粒体线粒体-单电子还原增多：单电子还原增多： ATPATP 、CaCa2+ 2+超载、细胞色素氧化酶功能障碍 超载、细胞色素氧化酶功能障碍 O O2 2 O O 2 2 e e - - - 儿茶酚胺自氧化增强：儿茶酚胺自氧化增强： 单胺氧化酶 肾上腺素 肾上腺素红O2 3. 自由基介导缺血-再灌注损伤 1 1）生物膜脂质过氧化）生物膜脂质过氧化 再灌注时形成大量自由基，尤其OH，可引发生物膜多 价不饱和脂肪酸均裂，形成脂性自由基，产生脂质过氧化 生物膜多价不饱和脂肪酸/蛋白质，使膜脂质微环境 改变，导致： 膜结构破坏膜结构破坏 膜蛋白功能抑制膜蛋白功能抑制 线粒体膜脂质过氧化线粒体膜脂质过氧化 其它生物活性物质的形成其它生物活性物质的形成 诱导炎症介质产生诱导炎症介质产生 ROSROS激活激活PLAPLA 2 2 促进自由基产生和脂质过氧化促进自由基产生和脂质过氧化 产生产生PGsPGs、TXATXA 2 2 、LTLT等等高度生物活性物质高度生物活性物质 促进血栓形成，加重再灌注损伤！促进血栓形成，加重再灌注损伤！ ROSROS激活转录因子激活转录因子NF-NF-kBkB 白细胞白细胞- -内皮细胞粘附内皮细胞粘附 2 2）蛋白质变性和酶活性降低）蛋白质变性和酶活性降低 自由基自由基细胞结构蛋白和酶的活性中心的细胞结构蛋白和酶的活性中心的巯基氧化巯基氧化， 形成二硫键，引起蛋白质分子形成二硫键，引起蛋白质分子变性、聚合、降解甚至变性、聚合、降解甚至肽肽 链断裂。链断裂。 丙二醛丙二醛（重要的交联因子）（重要的交联因子）胞浆蛋白和膜蛋白及某些酶交胞浆蛋白和膜蛋白及某些酶交 联联成成二聚体二聚体 ，导致蛋白质（酶）变性和功能丧失。大分，导致蛋白质（酶）变性和功能丧失。大分 子物质交联后沉积在细胞内，呈褐色，与老年斑有关。子物质交联后沉积在细胞内，呈褐色，与老年斑有关。 3 3）DNADNA断裂和染色体畸变断裂和染色体畸变 自由基对细胞的毒性作用和损伤细胞基质，主自由基对细胞的毒性作用和损伤细胞基质，主 要表现为染色体畸变、核酸碱基改变或要表现为染色体畸变、核酸碱基改变或DNADNA断裂。断裂。 8080为为OH所致。所致。 使核酸分子的完整性破坏，导致染色体畸变， 发生遗传突变或细胞死亡。 线粒体DNA损伤：诱导细胞凋亡。 （二）细胞内钙超载 （Calcium overload） 有人认为I/R I的可逆期损伤主要与氧自由基损伤有关，而 不可逆损伤则与钙超载有关。 钙反常、PH反常、氧反常细胞内Ca2+浓度均有增加。 钙超载：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。 机 制 1. 细胞内钙稳态调节 2. 再灌注时细胞内钙超载的机制 3. 钙超载引起再灌注损伤的机制 1. 细胞内钙稳态调节 Ca2+进入胞液的途径：是顺浓度梯度的被动过程 细胞膜钙通道 细胞内钙库释放通道 Ca2+离开胞质的途径：是逆浓度梯度、耗能的主动过程 钙泵：存在于质膜、内质网膜和线粒体膜上 Na+ / Ca2+交换： Na+-Ca2+交换异常： 细胞内高Na+对 Na+Ca2+交换蛋白的直接激活 细胞内高H+对 Na+Ca2+交换蛋白的间接激活 缺血时：细胞内Na+，细胞内酸中毒 H+ 再灌注时：能量和PH恢复，细胞内外PH梯度差激活H+-Na+ 交换，细胞内Na+激活Na+-Ca2+交换蛋白细胞外 Ca2+ 大量内流。 2. 再灌注时细胞内钙超载的机制 H+ 3Na+ ischemia reperfusion Na+ Ca2+ Increased NaIncreased Na + + -Ca-Ca2+ 2+ exchange exchange 缺血、再灌注时，内源性儿茶酚胺释放增多： -受体受体：激活激活G G蛋白蛋白- -磷脂酶磷脂酶C C（PLCPLC）介导的细胞转导介导的细胞转导 通路，促进磷脂酰肌醇（通路，促进磷脂酰肌醇（PIPPIP 2 2 ) )分解，分解， IPIP 3 3 肌浆网释放肌浆网释放CaCa2+ 2+ 甘油二酯甘油二酯蛋白激酶蛋白激酶C C（PKCPKC）刺激刺激 H H + + -Na-Na + + 交换，交换， 进而进而NaNa + + -Ca-Ca2+ 2+交换，导致细胞内钙超载 交换，导致细胞内钙超载 -受体受体 ：通过激活腺苷酸环化酶，使受体操纵性钙通通过激活腺苷酸环化酶，使受体操纵性钙通 道和膜电压依赖性道和膜电压依赖性L-L-型钙通道开放，引起型钙通道开放，引起 CaCa2+ 2+内流增加。 内流增加。 蛋白激酶C活化对Na+Ca2+交换蛋白的间接激活 生物膜损伤： 细胞膜损伤：缺血或无钙液灌流时缺血或无钙液灌流时细胞外板与糖被表面分离分离； 再灌注时磷脂酶再灌注时磷脂酶激活激活降解膜磷脂降解膜磷脂 再灌注时氧自由基再灌注时氧自由基细胞膜脂质过氧化细胞膜脂质过氧化。 线粒体及肌浆网损伤钙泵功能 线粒体膜损伤氧化磷酸化障碍ATP生成钙泵功能 线粒体及肌浆网摄取钙降低胞浆内游离钙增多。 3. 钙超载引起再灌注损伤的机制 Na+-Ca 2+交换 Ca2+超载的主要后果 Ca2+超载 线粒体沉积 激活磷脂酶 ATP水解酶 核酸内切酶 激活各种Ca2+依赖通路 线粒体 功能障碍 产能 耗能 肌原纤维 过度收缩 激活蛋白蛋白 水解酶水解酶 自由基 膜磷脂降解 PGsPGs、TXATXA 2 2 细胞变性坏死 再灌注性 心律失常 XDXDXOXO 一过性内向离子流一过性内向离子流 肌肉挛缩、肌肉挛缩、 断裂，断裂， 细胞骨架细胞骨架 破坏破坏 血栓形成血栓形成 生物膜损伤生物膜损伤 加重酸中毒加重酸中毒 细胞凋亡细胞凋亡 （三）白细胞的作用（leukocyteleukocyte） 1. 再灌注时白细胞聚集、激活机理： 趋化因子生成增多： 细胞膜磷脂降解白三烯、PAF、补体、激肽。 白细胞本身释放炎症介质：IL-8等。 粘附分子增加： 微血管损伤：无复流现象无复流现象 微血管内血液流变学改变:滚动现象 微血管口径狭窄: 缩血管物质的释放(ET、TXA2), 内皮细胞肿胀 微血管通透性增高 2.白细胞聚集在再灌注损伤中的作用 细胞损伤: 激活的白细胞与血管内皮细胞都可释放生物活性 物使自身及周围组织细胞受到损伤。 概念：缺血后重新恢复血流，缺血区并不能得到充分灌注 现象，这是缺血的延续和叠加，使缺血区损伤加重。 机制：中性粒细胞引起的毛细血管栓塞可能是主要因素。中性粒细胞引起的毛细血管栓塞可能是主要因素。 毛细血管内塞外压 无复流现象无复流现象 无复流现象（no-reflow phenomenon） n 综上，目前认为氧自由基和细胞内钙 超载是缺血-再灌注损伤的基本机制 ，细胞内钙超载是细胞不可逆损伤的 共同通路。 缺血 再灌注 中性粒细胞 致炎因子 氧自由基无复流 细胞损伤 缺血-再灌注损伤的主要发病机制 钙超载 细胞坏死 缺血损伤恢复 O2 Ca2+ 总 结 三、心脏I/R I的主要表现 （一）心功能变化： 1.心肌舒缩功能降低：静止张力发展张力 2.再灌注性心律失常 3.再灌注性心肌顿抑 （二）心肌能量代谢改变： （三）心肌超微结构改变: 心肌舒缩功能降低 表现为心输出量减少，心室内压最大 变化速率降低(dp/dtmax)，左室舒张末 期压力（LVEDP）升高，出现心肌顿抑。 心律失常 （室速、室颤） 机制： 钙超载-持续性内向电流延迟后除极 传导缓慢心律失常 再灌注心肌动作电位时程的不均一性多 个兴奋折返环路形成。 心肌顿抑（myocardial stunning） 概念：心肌缺血后-再灌注 ，血流已恢复或 基本恢复正常后，一定时间内心肌出 现可逆性收缩功能降低的现象。 机制： 自由基生成、钙超载 脑I/R I的主要表现 1. 能量代谢障碍：ATP、CP、G明显下降，乳酸明显增高 2. 病理性脑电慢波、脑水肿、脑细胞坏死。 其它：肝I/R I 肾I/R I 胃肠道I/R I 肺I/R I I/R I 严重时可 SIRS 和 MODS ！ 四、缺血四、缺血- -再灌注损伤防治的病理生理学基础再灌注损伤防治的病理生理学基础 控制灌流条件控制灌流条件 降低缺血损伤、缩短组织缺血时间，尽快恢复血液灌降低缺血损伤、缩