病理生理学缺血再灌注课件

,缺血-再灌注损伤,(Ischemia-reperfusion injury),第一节 概述,(Introduction),概念(Concept),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)。,研究缺血-再灌注损伤的临床意义,器官缺血后恢复血供：休克、冠脉 痉挛、心脏骤停后复苏 血管再通术：动脉搭桥、PTCA、溶栓疗法 体外循环术 器官移植及断肢再植术,第二节 缺血-再灌注损伤发生的条件,(Influence factors of ischemia -reperfusion injury),(Duration of ischemia),过长坏死,缺血时间太长或太短均不易发生IRI,过短功能恢复,1、缺血时间的长短,2、再灌注时灌流液的条件,反常(calcium paradox):预先用 无钙溶液短暂灌流后，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的现象。,(Conditions of reperfusion fluid),氧反常(oxygen paradox):用低 氧或无氧灌注液灌注心脏一段时 间后恢复正常氧供应，心肌的损 伤更趋严重的现象。,pH反常(pH paradox):再灌注时 迅速纠正缺血组织的酸中毒，损伤 反而进一步加重的现象。,pH反常(pH paradox),再灌注时纠酸,损伤加重,低氧灌注/缺氧培养,复氧,损伤加重,氧反常(oxygen paradox),钙反常(calcium paradox),无钙液灌注,含钙液,心肌损伤加重,3、组织器官缺血前的功能状态, 能量贮备及对缺血的敏感性 血液循环侧支代偿情况,(Functional state of organs before ischemia),第三节 缺血再灌注损伤的发生机制,(Mechanisms of ischemia-reperfusion injury),(Injury of reactive oxygen),活性氧(reactive oxygen)是化学性质活泼的含氧代谢物，包括氧自由基、单线态氧、过氧化氢、NO脂质过氧化物（LOOH）及其裂解产物脂氧自由基（LO）、脂过氧自由基（LOO ）等。,一、活性氧的作用,自由基(free radical)是指在外层电子轨道含有一个或多个不配对电子的原子、原子团或分子。以氧为中心的自由基称氧自由基。 单线态氧(1O2)是一种能量较高的激发态氧，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。这种氧分子在紫外光谱中呈现一条单线，故称单线态氧。 一氧化氮(NO)是L-精氨酸在一氧化氮合酶催化下产生的，有一个不配对电子。作用具有双重性，生理状态下具有保护作用，能扩张血管、降低血压、松弛平滑肌，还具有信号传递、酶活性调节、免疫调节及抗氧化损伤等生物活性；诱导型NOS作用下大量合成则有毒性作用，不仅作用于铁蛋白，影响线粒体磷酸化，还可生成OH等，可能造成组织、细胞损伤。,1. 氧自由基(oxygen free radical，OFR),自由基的种类(Categories of free radicals),e-+H+,H2O,e-,e-+2H+,H2O2,e-+H+,H2O,OH,O2,O2 、 OH 、1O2 、 H2O2,(二)再灌注时活性氧增多的机制,(Mechanism of reactive oxygen generation),1.黄嘌呤氧化酶途径(xanthine oxidase pathway),正常时 黄嘌呤氧化酶（xanthine oxidase, XO）占10， 其前身黄嘌呤脱氢酶（xanthine dehydrogenase, XD）占90。,缺血时 钙超载导致XD转化为XO ATP降解，次黄嘌呤增加,再灌注时 大量氧使次黄嘌呤生成黄嘌呤，再生成尿酸 上述两过程均有氧自由基生成,(+),(+),缺血,缺氧,补体 趋化物质,中性粒细胞 聚集,耗氧,氧经NADPH氧化酶和NADH氧化酶催化生成大量氧自由基,中性粒细胞的呼吸爆发(respiratory burst),2.中性粒细胞途径(neutrophil pathway),3.线粒体途径(mitochondrion pathway),缺氧,再灌注,线粒体Ca2+,细胞色素 氧化酶 功能抑制,氧单电子还原,氧自由基,呼吸链传递电子效能下降,含Mn的SOD,呼吸链复合体 ,缺血,缺氧,激活交感-肾上腺髓质系统,儿茶酚胺,单胺氧化酶,氧自由基,4.儿茶酚胺自身氧化途径(catecholamine auto-oxidation pathway),5.诱导型NOS表达增强,大量NO生成，NO及其代谢产物均可导致组织损伤,6.体内清除活性氧的能力下降,抗氧化酶类， 如超氧化物歧化酶（SOD），过氧化氢酶（CAT） 非酶性抗氧化物，如维生素E、谷胱甘肽、白蛋白铜蓝蛋白等,(1) 破坏膜的正常结构,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,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.,TXA2,PG,自由基,(+),(4) 减少ATP生成,自由基对膜的损伤,蛋白质变性 蛋白质(酶)交联,例：,肌纤维蛋白对Ca2+反应性,心肌收缩力,肌浆网钙转运蛋白受损,钙调节异常,2.导致蛋白质变性和酶活性降低 (protein denaturalization and decreased activity of enzymes),二、细胞钙超载引起再灌注损伤,(一)细胞钙超载的机制(Mechanism of calcium overload),Ca2+,Ca2+,ATP,Na2+,H+,Ca2+,正常细胞Ca2+运转体系,缺血,ATP,钠泵活性,Na+i,(+),Na+-Ca2+蛋白,酸中毒,再灌注,组织间隙H+ 细胞内H+仍高,(+),Na+-H+ 交换,1. 细胞内Na+对Na+-Ca2+交换蛋白的直接激活(direct activation of intracellular high level of Na+ to Na +-Ca2+ exchanger),胞内钙,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.激活钙依赖性降解酶,Ca2+,(+),ATP,磷脂酶,膜磷脂分解,膜受损,花生四烯酸、溶血磷脂,(二)细胞内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.促进活性氧生成,Ca2+,(+),Ca2+依赖性蛋白酶(XDXO),5.破坏细胞骨架,三、白细胞的作用,1.趋化因子生成增多(increased production of chemokines),(一)再灌注时白细胞聚集的机制,leukotriene、prostaglandin、PAF、kinin,neutrophils,2.细胞黏附分子生成增多 (increased production of adhesion molecules),Integrin,selectin,(二)白细胞聚集引起缺血再灌注损伤的机制,1.阻塞微循环 无复流现象,L-selectin,VSMC,VSMC,Myocyte,Myocyte,Myocyte,Endothelium,VSMC,VSMC,VSMC,Myocyte,Myocyte,Myocyte,Interaction between endothelial cells and neutrophils.,2. 释放活性氧 3. 释放各种颗粒 酶性成分：弹性蛋白酶、胶原酶和凝胶酶 非酶性成分：次氯酸和氯胺 4.产生各种促炎性细胞因子 TNF-、IL-1,第四节 缺血再灌注损伤时 机体的功能及代谢变化,(Functional and metabolic changes during ischemia-reperfusion injury),(Ischemia-reperfusion injury of myocardium),一、心肌缺血再灌注损伤,1.再灌注性心律失常 (reperfusion arrhythmia),在心肌缺血再灌注过程中 出现的心律失常。,在缺血心肌血流恢复后 一段时间内，心肌舒缩功能 仍不能恢复正常的状态，称 为心肌顿抑。,2.心肌顿抑 (myocardial stunning),3.再灌注对心肌代谢的影响 (Influence of reperfusion on myocardium metabolism),4.再灌注对心肌超微结构的影响 (Influence of reperfusion on ultrastructure of myocardium),二、脑的缺血再灌注损伤,(Ischemia-reperfusion injury of brain),病理性慢波,lipid peroxidation injury,水肿、坏死,1.小肠(intestine),黏膜屏障通透性,菌血症或内毒素血症,2.急性肾功衰,