缺血再灌注损伤.ppt

第10 章 缺血-再灌注损伤 Ischemia-reperfusion injury,患者：男54岁，因胸闷、大汗1h入急诊病房。 体查：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。冠状动脉造影证实：右冠状动脉上段85%狭窄，中段78%狭窄。 治疗：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。,病例分析 1,为什么在溶栓后出现严重的心律失常?,特点： 冠状动脉梗塞造成心肌细胞缺血 尿激酶溶解血栓：thrombolysis,病例分析 2,K.R. 68岁，女性，患糖尿病，接受传统的冠状动脉搭桥手术，术后心输出量（CO）反而降低。,1975年 Schaffer报道234例冠脉溶栓，89例室颤,手术或者溶栓之前心肌细胞缺血。 2. 通过溶栓治疗或者手术使冠脉恢复血流后，心肌细胞缺血造成的损伤更为严重。,病例共同特点,缺 血,动脉硬化、休克、血栓形成、血管收缩、血管受压（挤压综合征）等。,组织缺氧,再灌注损伤,冠脉搭桥术、断肢再植、心脑肺复苏、 休克时微循环的疏通冠脉痉挛缓解等在恢复供血的过程中，出现缺血组织的功能、结构损伤加重。,病情恶化,原 因,缺血-再灌注损伤 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。,概念 IRI,先缺血，后再灌,简 史,认识就从这简单现象开始,1955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，临床类同。,1960年，Jennings第一次提出心肌再灌注损伤MIR的概念。,1967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,1968 Ames brain IRI 1972 Flore kidney IRI 1978 Modry lung IRI 1981 Greenberg gut IRI,影响因素,缺血时间：过短功能恢复；过长坏死：损伤更严重 缺血 40 - 60 分钟 可逆性损伤期 不可逆性损伤期 侧支循环： 血液循环侧支代偿情况 需氧程度：能量贮备及对缺血的敏感性 再灌注条件,为什么同一种疾病使用同一种治疗措施会出现切然相反的结果呢？,侧支循环,T, Na+, pH, Ca2+,钙反常(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。,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。,低氧灌注/缺氧,复氧,损伤加重,无钙液灌注,含钙液,心肌损伤加重,再灌注时纠酸,损伤加重,缺血组织能量缺乏临床资料,心肌供血恢 复后20分钟,心肌组织内 ATP含量最高,心肌组织内 ATP含量高于 恢复心肌供血 后20分钟,心肌组织内 ATP含量最低,心肌组织内 ATP含量低 于心肌缺血 40分钟时,心脏换瓣手术过程中不同时间心肌组织内ATP含量测定结果,(Mechanisms of ischemia-reperfusion injury),第 2 节 缺血再灌注损伤的发生机制,中性粒细胞的作用,细胞内钙超载,【发病机制】（Pathogenesis）,自由基生成增多,自学,外层轨道上含有单个不配对电子的原子、原子团和分子的总称。,特 点,氧化性强 夺取其他分子的电子，稳定自身，破坏其他分子。 化学性质活泼,自由基,极易引起临近原子或分子发生连锁反应，产生新的自由基。, 氧自由基 超氧阴离子 羟自由基 OH 脂性自由基：氧自由基与多聚不饱和脂肪酸发生脂质过氧化，链式反应后生成的中间代谢产物。 氮中心自由基：活性氮 一氧化氮（NO）、 过氧亚硝基阴离子（ONOO-）,自由基种类,(oxygen free radical，OFR),烷自由基（L） 烷氧自由（LO） 烷过氧自由基（LOO）,活性氧 (R0S),氧自由基,超氧阴离子 羟自由基 OH,过氧化氢 H2O2,单线态氧 1O2,一种激发态氧，其氧分子中两个外层电子轨道中的电子自旋方向相反，氧分子的反应能力大大增加。这种氧分子在紫外光谱中呈现一条单线，故称单线态氧。,在活性氧中含量最高约占80% 在ROS中毒性最大， 直接损伤DNA,OH ,一对电子在 呼吸链中3次穿膜运动，向外室排放了10个质子。,NADPH提供一对电子，经电子传递链，产生质子浓度差，最后为O2所接受,正常体内氧自由基产生的机制,正常: O2 + 4 e- + 4H+H2O + ATP 自由基,O2,O2,OH ,H2O2,H2O,e-,e-+2H+,e-+H+,e-+H+,H2O,1-2%,O-2的生成是其他自由基或活性氧生成的基础,活性氧的清除,正常情况下：仍存在1-2%的ROS，因为体内的NADPH氧化酶、黄嘌呤氧化酶、P450细胞色素单加氧酶作用。,大部分被清除：,即体内抗自由基生化防护系统： 清除自由基的抗氧化酶：SOD、GSH-PX、CAT 低分子抗氧化剂：维生素E、C，谷光甘肽等,自由基,缺血再灌注损伤时自由基生成增多的机制,1. 黄嘌呤氧化酶的形成增多 2. 中性粒细胞 3. 线粒体 4. 儿茶酚胺的自身氧化,Ca2+,1. 黄嘌呤氧化酶的形成增多,(+),(+),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),再灌注,LTB4,NADPH +2O2 2O-2 +NADP+H+ NADH+O2+2H+ H2O2+NAD+,NADPH氧化酶,NADH氧化酶,呼吸爆发 (Respiratory Burst )： 缺血再灌注时中性粒细胞聚集，被激活后耗氧量显著增加，产生大量氧自由基。,3. 线粒体功能受损,钙超载，Ca2+ 使 Mn-SOD 合成减少，ROS清除率,O2 + 4 e- + 4H+H2O + ATP,钙超载，再灌注氧ROS生成增多,4. 儿茶酚胺增加和氧化,缺 氧,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,氧自由基,单胺氧化酶,肾上腺素红 +,香草扁桃酸,（正常）,氧化活性很高，链式反应。,因自由基外层轨道上有一个不配对的电子，其化学性质十分活泼，从其它物质分子结构的外层轨道上夺取电子，引发一个生成新自由基的连锁反应。 被夺取电子的物质分子结构因缺少一个电子发生结构的改变受损，同时生成新的自由基。,IRI时自由基生成增多对机体的损害,IRI时自由基生成增多对机体的损害,1. 膜脂质过氧化（ lipid peroxidation）,RH+OH R +H2O R +O2 ROO ROO +RH ROOH+R, 膜结构遭到破坏: 细胞膜、线粒体膜破坏 通透性增强,IRI时自由基生成增多对机体的损害,1. 膜脂质过氧化（ lipid peroxidation）, 膜蛋白（离子泵）、细胞信号蛋白遭破坏, 促进其它生物活性物质生成 白三烯、前列腺素、血栓素等促进白细胞聚集粘附到血管，造成无复流现象,2. 蛋白功能受到损伤（ lipid peroxidation） 肌浆网钙泵活性降低，使摄取的Ca2+ 减少导致细胞内钙超负荷，心肌收缩力减弱，,3. 染色体受到损伤（ lipid peroxidation） 断裂、碱基替换, 供能ATP减少,细胞膜为双层脂质结构，其中含有多个不饱和脂肪酸，即含有多个双键结构（存在共用电子对，化学键的键力相对较弱）此处的电子（氢离子）往往是自由基攻击（夺取）的目标。 等多种功能。 膜蛋白质包括受体、离子泵、离子通道上的巯基（SH）上的氢也是自由基夺取的目标。在自由基的攻击下细胞膜的脂质之间、蛋白质之间、脂质与蛋白质之间结合。破坏细胞膜的分子结构。,生物学与医学中的自由基,自由基啊!你仿佛时刻在显露 从造奶酪的脂质 到美酒中的亚硫酸盐 你在阳光中形成 在烟雾中漂浮 你渗入食物 一旦接触机体，就繁殖增生。,自由基啊！肝脏是你的摇蓝， 药物溶剂、杀虫剂 都是制造你的原料。 你的生命力极强， 甚至出没在蘑菇肼天地 古往今来，自由自在， 自由基啊！你生性凶残， 梗塞人的心脏 缩短人的年华， 变异人的基因。 你的成因及原理， 人们在议论纷纷。,自由基啊！你宛如幽灵， 有时纹丝不动， 有时无动于衷。 有时转眼即逝， 无损秋毫，有时露出狰狞面目， 侵蚀、摧残人们, 分光计、捕捉剂是你的敌人。 自由基啊自由基！ 你的复杂身世 专家们仅觉查三分， 你的其它奥妙 还待深入探明。,Ca2+e：10-3mol/L,Na+ -Ca2+ 载体,胞浆钙调蛋白,Mito线粒体,SR肌浆网,Ca 2+,Ca 2+,Ca2+泵,Ca2+,细胞内Ca2+的稳态调节,Ca2+通道,膜钙结合蛋白,Ca2+泵,CaBP,Ca2+通道,Ca2+i：10-7mol/L,二、钙超载（Calcium overload） 【概念】 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。,正常Na+-Ca2+交换蛋白,Ca2+,3 Na+,Na+,k+,1,发生缺血再灌注损伤时 Na+-Ca2+反方向交换（与正常交换方向相反）,a. 细胞内Na+对Na+-Ca2+交换蛋白的直接激活,细胞内钙超载,Na+,Na+,缺血 ATP降低 钠钾泵 胞内高钠,Na+,k+,Ca2+,（1 ）Na+-Ca2+交换蛋白异常,b.细胞内H+对Na+-Ca2+交换蛋白的间接激活,Na+,H+,H+,H+,H+,Na+,Ca2+,(1) Na+-Ca2+交换蛋白异常,缺血时：无氧代谢产生H+增多 再灌时：组织间液H+迅速减少细胞内外较高的H+差 激活Na+/H+交换蛋白细胞内Na+ 激活Na+-Ca2+交换蛋白,Na+,c. PKC对Na+-Ca2+交换蛋白的间接激活,Ca2+通道,(1) Na+-Ca2+交换蛋白异常,(2).生物膜损伤造成,a.细胞膜损伤 缺血 再灌注 OFR，胞膜结构破坏,b. 肌浆网膜损伤，该膜上的钙泵摄取钙能力降低,Ca2+超载,c.线粒体膜损伤，ATP产生水平降低，抑制钙泵功能，钙离子转运障碍，引起钙超载,二、钙超载,钙超载引起再灌注损伤的机制,肌浆网,损伤刺激,肌浆Ca2+,ATP酶,ATP,磷脂酶,磷脂分解,蛋白酶,膜和骨架蛋白破坏,核酶,染色体 损伤,Ca2+PO33+Ca3(PO3)2 （沉淀）,损伤膜性细胞器如溶酶体、线粒体、肌浆网,Ca2+依赖性蛋白酶(XDXO),心律失常,促进氧自由基生成,中性粒细胞的作用,细胞内钙超载,【IRI发病机制】（Pathogenesis）,自由基生成增多,自学,1.IRI白细胞（中性粒细胞）增多的机制, 缺血-再灌注时VEC与白细胞激活释放粘附因子,粘附分子（adhesion molecule） 是指由细胞合成的、可促进细胞与细胞之间、细胞与细胞外基质之间粘附的一大类分子的总称，如整合素、选择素、细胞间粘附分子、血管细胞粘附分子及血小板内皮细胞粘附分子等。在维持细胞结构完整和细胞信号转导中起重要作用。, 趋化因子生成增多,ORF促进产生白三烯、前列腺素、血栓素等，促进白细胞聚集、粘附到血管或者浸润至组织。,2. 白细胞（中性粒细胞）增多引起再灌注损伤,（1.）微血管损伤 表现：无复流现象（no-reflow phenomenon）： 局部组织在缺血一段时间后重新恢复血流，不能再通，缺血区得不到充分的灌注，称此为无复流现象。 机制： （1）微血管血液流变学改变：白细胞粘附 （2）微血管口径改变：内皮肿胀；缩血管物质的释放 （3）微血管通透性增高 2.组织细胞损伤 激活的VEC和N可释放大量粘附因子，促进中性粒细胞游走和跨内皮细胞迁移，从而对VEC造成损伤 此后VEC和N释放炎症介质造成组织损伤。,VEC通透性增大 中性粒细胞迁移. 增多的中性粒细胞释放炎症因子，损伤VEC，也可损伤组织细胞。 通透性增大后造成组织水肿进步挤压VEC造成官腔狭窄。 VEC通透性增大，血浆外渗，血液粘稠。,中性粒细胞之间、中性细胞与VEC之间的粘附 血流粘稠变慢 。,再灌注管径狭窄，血流阻力增大 VEC肿胀 缩血管物质增多 TAX2 舒张血管物质变少，PGI2,缺血再灌注损伤造成血液流变学发生变化,组织水肿,第3节 机体主要器官的缺血-再灌注损伤,一、 心肌缺血-再灌注损伤的变化 （一）心功能变化 1.缺血再灌注性心律失常 特点：发生率：50-80%，室性心律失常为主 电生理改变：兴奋性、传导性 ECG改变： 缺血：心肌对应部位ST段抬高，R波振幅 再灌：R波振幅迅速，ST段高度恢复原 水平，U波出现 心律失常,影响因素： 缺血时间 缺血心肌的数量 缺血的程度 再灌注血流速度及电解质紊乱情况 发生机制： 缺血,心肌与正常心肌之间传导性和不应期差异 再灌注，-R对CA反应性、自律性、室颤阈 KATP激活，心肌电解质紊乱,2. 心肌顿抑myocardial stunning ，又称迟呆心肌 指心肌短时间缺血后恢复再灌一段时间内心肌出现的可逆性收缩功能降低的现象（ “低功能状态”），常需数小时或数天才可恢复正常功能。自由基的作用和钙超载是心肌顿抑的主要机制,2. 心肌顿抑myocardial stunning ，又称迟呆心肌,可逆性I-R损伤,胞浆Na+超载,Na+/Ca2+：,O2.-,H2O2,OH.,脂质过氧化,蛋白质及酶失活,肌浆网钙 转运蛋白,质膜通离子泵,线粒体损伤,收缩蛋白损伤,钙超载,ATP,Ca2+敏感性,心肌舒缩功能,心肌顿抑,复极化3期延长,Ca2+内流,（二） 心肌代谢变化： ATP减少,核苷酸类物质下降 （三）心肌超微结构变化 肌纤维孪缩，肌丝断裂，溶解；线粒体损伤(空泡形成,嵴肿胀,断裂,溶解等.),二、 脑缺血-再灌注损伤的变化 （一）能量代谢障碍,脑组织富含磷脂，脂质过氧化是脑损伤的主要特征,脑氨基酸代谢变化,脑组织学变化,兴奋性氨基酸降低（谷氨酸、天门冬氨酸） 抑制性氨基酸增多（丙氨酸、-氨基丁酸）,脑水肿 脑细胞坏死,脑细胞更易受活性氧损伤,肠变化,缺血毛细血管通透性间质水肿肠上皮坏死、出血、溃疡,ATP、自由基、钙超载血清肌酐 肾功能不全,三、其它器官缺血-再灌注损伤的变化,肾变化,黏膜屏障通透性,菌血症或内毒素血症,第四节 防治原则 1 尽早恢复血流、控制再灌注条件 低压、低流、低温、低PH、低钠、 低钙 2 改善缺血组织的代谢 补充糖酵解底物：葡萄糖、ATP、 氢醌、CytC 3 清除自由基 （1）低分子清除剂:VitE VitA VitC 半胱氨酸G