病理学课件第十三章　缺血-再灌注损伤.ppt

第十三章 缺血-再灌注损伤 （ischemia-reperfusion injury）,恢复（有利） 缺血 再灌注 细胞损伤 缺血性损伤 O2 （ 缺血性损伤） O2 进一步加重 营养缺乏 能量 （ 不利） 代谢产物 带走代谢产物 （缺血再灌注损伤）,概 念,缺血后再灌注不但不能使组织、器官功能恢复，反而加重组织、器官的功能障碍和结构损伤，这种现象称为缺血再灌注损伤，简称再灌注损伤。,第一节 缺血-再灌注损伤的原因和条件 一、原因 凡能引起组织器官缺血后恢复血液供应 的因素都可能成为再灌注损伤的原因。,疾病过程 组织器官缺血后恢复血液供应 休克的不同阶段转换 心、脑血管痉挛自行缓解 治疗过程 溶栓疗法 心绞痛解痉术 休克后补液 烧伤植皮术 体外循环术 心肺、脑复苏术 新医疗技术手段 导管技术 动脉搭桥术 断肢再植术 器官移植,二、条 件,1、缺血时间 ： 缺血时间过短或过长都不易发生缺血再 灌注损伤。 2、侧枝循环：主要见于缺血后侧枝循环不易形成者。 3、需氧程度： 氧需求高的组织器官（心、脑等）易发 生再灌注损伤。 4、再灌注条件：一定程度低温、低压、低pH、低钠、 低钙灌注液灌注，可减轻再灌注损伤，而高钠、高钙 可诱发再灌注损伤。,第二节 缺血-再灌注损伤的发生机制,自由基的作用 钙超载 白细胞的作用,（一）自由基的概念与类型 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。表示方法：分子式后上方加一个点如：R。,自由基的作用,常见的氧自由基及活性氧,（二）自由基的代谢,生理情况下，98氧接受4个电子还原成水，同时释放能量，仅有12的氧经单电子还原成自由基。,（三）缺血/再灌注时氧自由基生成增多的机制,1、黄嘌呤氧化酶（XO）的形成增多 Ca2+进入细胞内激活Ca2+依赖性蛋白水解酶，使黄嘌呤脱氢酶（XD）大量转变为XO；黄嘌呤氧化酶再催化次黄嘌呤并进而转变为尿酸的两步反应中，都同时以分子氧为电子接受体，从而产生大量的 和H2O2。,ATP合成钙泵活性细胞内Ca2+Ca2+依赖性蛋白水解酶激活 ADP 黄嘌呤脱氢酶(XD) 黄嘌呤氧化酶（XO） AMP腺嘌呤核苷次黄嘌呤核苷次黄嘌呤 O2 黄嘌呤+H2O2 + O2 尿酸+H2O2 +,缺血,再灌注,黄嘌呤氧化酶源氧自由基的生成,2、中性粒细胞 中性粒细胞被激活时，氧耗量显著增加，所产生的氧自由基也显著增加，称为呼吸爆发。内皮细胞释放的氧自由基作用于细胞膜后，产生一些具有化学趋化作用的代谢产物，例如白三烯（LT），使局部白细胞增多，粘附后的中性粒细胞也变成了氧自由基的另一个重要来源。,缺血 补体被激活C3片段 细胞膜分解产物（白三烯） （趋化物）,再灌注,NADPH NADH,NADP+ NAD+,氧化酶,O2,O2,中性粒细胞,激活,杀灭病原微生物 造成细胞损伤,3、线粒体 缺氧缺氧时Ca2+进入线粒体增多，使线粒体功能受损，细胞色素氧化酶系统功能失调，以致进入细胞内的氧，经单电子还原而形成的氧自由基增多。,（四）自由基的注损伤作用,清除 自由基 引发连锁反应（死亡）,1、膜脂质过氧化增强 改变膜的结构，降低膜的流动性，使膜受体、膜蛋白酶、离子通道和膜转运功能障碍，从而导致膜的通透性增加，酶活性降低等。 LH+OH. L.+H2O 产生的中间代谢产物（如丙二醛）互相交联,2、抑制蛋白质的功能 自由基可使蛋白质分子中（酶）半胱 氨酸的SH（巯基）被氧化为二硫键。,3、破坏核酸及染色体 基可使碱基羟化或DNA断裂，导致 染色体畸变或细胞死亡。这种作用的80 是OH.所致。,二、钙超载,细胞内钙超载的机制 钙超载引起再灌注损伤的机制,Ca2+的自稳态调节（Ca2+进出细胞的机制） 1、Ca2+进入胞液的途径 ）质膜钙通道 质膜钙通道有电压依赖性Ca2+通道性（voltage operated calcium channel, VOC), 其通道的开启和关闭受膜电位控制，另一类为受体操纵性Ca2+通道（receptor operated calcium channel, ROC)：又称配体门控Ca2+通道（ligand gated calcium channel)。,）胞内钙库（肌浆网）释放通道 肌浆网有钙释放通道（calcium release channel)，它属于受体操纵性Ca2+通道，包括三磷酸肌醇（IP3）操纵的钙通道（IP3受体通道）、ryanodine敏感的钙通道。,2、Ca2+出细胞的机制 1）Ca2+泵的作用 Ca2+泵即Ca2+-ATP酶，又称Ca2+-Mg2+-ATP酶。它存在于细胞膜、内质网及线粒体膜上。Ca2+-Mg2+-ATP酶被激活，水解ATP供能，并将Ca2+泵出细胞，或将Ca2+摄入内质网、线粒体中，从而使细胞内的Ca2+浓度降低。,2）Na+-Ca2+交换 是非耗能的转运方式，转运方向为双向性，取决于细胞内外Na+和Ca2+的浓度变化。通常是Na+顺着电化学梯度进入细胞，而Ca2+则逆着电化学梯度移出细胞，3个Na+交换1个Ca2+，交换实际是一种产电性电流。,3）Ca2+-H+交换 Ca2+i升高时，Ca2+被线粒体摄取，线粒体中的H+排至胞液。,Ca2+主要功能,成骨：骨骼和牙齿 信使：兴奋收缩偶联 分泌 神经元兴奋 增殖 凝血： 酶活性的调节：,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称为钙超载。,（一）细胞内钙超载的机制 1、Na+Ca2+交换异常 2、生物膜受损,1、Na+Ca2+交换异常 1）细胞内高Na+对Na+Ca2+交换蛋白的直接激活 缺血引起ATP合成减少和细胞内酸中毒，导致钠泵活性降低，细胞内Na+增加。再灌注时，缺血细胞重新获得氧，细胞内高Na+除激活钠泵外，还迅速激活Na+Ca2+交换蛋白，以反向转运的方式加速Na+向细胞外转运，同时将大量Ca2+运入胞浆，可导Ca2+i增加。,2）细胞内高H+对Na+Ca2+交换蛋白的间接激活 质膜Na+H+交换蛋白主要感受细胞内H+浓度的变化，以1：1的比例将细胞内H+排出细胞，而将Na+摄入细胞。缺血时因无氧代谢使H+生成增加，组织间液和细胞内H+增多，再灌注时使组织间液H+迅速下降，而细胞内H+仍然很高，膜两侧H+梯度差可激活Na+H+交换蛋白，使细胞内Na+浓度升高，细胞内高Na+可继发性激活Na+Ca2+交换蛋白，导致Ca 2+超载。,与Gq结合,PLC,质膜上的磷脂酶肌醇二磷酸（PIP2）,三磷酸肌醇（IP3）,甘油二酯（DG）,肌浆网上的IP3操纵的钙通道开放,释放钙离子,1肾上腺素能受体 缺血,蛋白激酶C活化,细胞膜Na+/H+ 交换蛋白活化,Na+Ca2+交换蛋白,3）蛋白激酶C活化对Na+Ca2+交换蛋白的间接激活,2、生物膜受损 1）细胞膜损伤 细胞内钙增加可激活磷脂酶，使膜磷脂成分受损而分解，细胞膜通透性增加，使细胞内钙增加，Ca2+超载本身与氧自由基的大量生成有因果关系。,2）线粒体及肌浆网膜损伤 自由基损伤和膜磷脂分解可造成肌浆网膜损伤，钙泵功能抑制，胞浆钙浓度升高。 再灌注时，产生的氧自由基可破坏线粒体结构，使线粒体肿胀，膜流动性降低，氧化磷酸化功能受损，ATP生成减少，细胞膜及肌浆网膜钙泵功能障碍，造成细胞内钙超负荷。,（二）钙超载引起再灌注损伤的机制,1、线粒体功能障碍 线粒体ATP生成减少 一方面，缺血/再灌注损伤使Ca2+i升高，线粒体对Ca2+的摄取也随之增加，而线粒体的摄Ca2+过程是依赖ATP的，另一方面进入线粒体的Ca2+，与含磷酸根的化合物结合，形成磷酸钙沉积，破坏线粒体的结构和功能，干扰线粒体的氧化磷酸化，使能量代谢障碍，ATP生成减少。,2、激活多种酶 激活钙依赖性降解酶 细胞内游离钙增加，使Ca2+与钙调蛋白（CaM)结合增多，除激活钙依赖性蛋白水解酶外，并且激活多种钙依赖性降解酶，激活的磷脂酶水解生物膜磷脂，导致细胞膜及细胞器膜受损；蛋白水解酶和核酸内切酶的活化，又可引起细胞骨架和核酸的分解。,3、再灌注性心律失常 细胞内钙增加，通过Na+-Ca2+交换形成一过性内向离子流，称为暂时性内向电流（ITi)，ITi主要以Na+介导，其它阳离子在心肌细胞动作电位后形成短暂后除极，达到阈电位水平，引起新的动作电位称之为触发激动，它是再灌注诱发心律失常的主要原因之一。,4、促进氧自由基生成 钙超负荷使钙依赖性蛋白水解酶激活，促使黄嘌呤脱氢酶转变为黄嘌呤氧化酶，使自由基生成增加；磷脂酶A2的激活，使花生四烯酸（AA）生成增加，后者通过环氧化酶作用产生大量H2O2和OH。,5、肌原纤维过度收缩 再灌注引起心肌超微结构严重损害的一个标志是出现收缩带。 发生机制：细胞内Ca2+浓度增高； 再灌注使缺血期堆积的H+迅 速移出，减轻或消除了H+对 心肌收缩的抑制作用。,三、白细胞的作用,白细胞的激活 中性粒细胞介导的再灌注损伤,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） 中性粒细胞介导的再灌注损伤 1、微血管损伤 1)微血管内血液流变学改变：中性粒细胞与血管内皮细胞粘附；血小板沉积；红细胞聚集。 2)微血管口径的改变：血管内皮肿胀及中性粒细胞与血管内皮细胞粘附均可造成管腔狭窄。 3）微血管通透性增高 引发水肿，其机制可能与白细胞释放的某些炎症介质有关。,无复流现象,结扎犬的冠状动脉造成局部心肌缺血后，再打开结扎的动脉，使血流重新开放，缺血区并不能得到充分的灌注，而成为无功能的管道，故称此现象为无复流或无再灌注现象。它是再灌注损伤的一种特殊情况，实际上是缺血的延续和叠加，缺血细胞并未得到血液重新灌注，而是继续缺血，严重妨碍着缺血心肌的恢复。,无复流现象的原因 微血管痉挛和堵塞 缺血一定时间后，血管内血小板的沉积增加2倍。无复流区内白细胞（主要是中性粒细胞）的聚集增加10倍，可见白细胞嵌顿，阻塞毛细血管。,2、细胞损伤 激活的中性粒细胞与 血管内皮细胞 释放生物活性物质 （自由基、蛋白酶、细胞因子） 改变自身的 损伤周围的 结构功能 组织细胞,第三节 机体的功能代谢变化,心肌缺血再灌注损伤的变化 脑缺血再灌注损伤的变化,一、心肌缺血与再灌注损伤的变化 （一）心功能的变化 缺血再灌注导致心肌可逆性或不可逆性损伤均造成心肌舒缩功能降低，表现为心输出量减少。 心肌顿抑：心肌并未因缺血发生不可逆损伤，但在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的可逆性收缩功能降低的现象。,（二）心肌代谢的变化 ATP含量在缺血时明显下降，再灌注后ATP含量虽恢复都非常缓慢，由于ATP合成的前身物质（腺苷、肌苷、次黄嘌呤等）的含量减少，再灌注时从局部冲走这些物质。冠状动静脉氧差减小，与缺血/再灌注时心肌细胞线粒体受损有关。线粒体富含磷脂，又是再灌注时产生自由基的场所，因