急肝损伤的病理生理学机制PPT课件.ppt

急性肝损害的病理生理学机制,青岛大学医学院附属医院ICU孙运波,1,ICU病人有50%存在肝功能异常,急性肝功能衰竭作为急性肝损害最严重的结局,尽管综合治疗手段明显改善,但死亡率仍持续在40%-80%,伴有ARDS时死亡率达100%.有关肝硬化,肝炎,肝中毒及先天性异常等肝脏内在疾病所致的肝衰竭和肝昏迷已进行了广泛的研究,但对于外伤或手术引起的本身无肝疾病而发生肝功能异常的研究较少,2,缺血再灌注损伤是外科疾病中常见的病理生理过程（休克复苏、严重肝外伤，肝手术及肝移植）。肝脏在这些疾病的过程中的重要作用是由其血液供应、解剖结构、多种细胞相互作用决定。如何减轻肝脏缺血再灌注损伤是目前肝脏外科特别是移植外科的研究热点。,3,肝脏缺血再灌注损伤发生机制的研究目前肝脏缺血再灌注损伤确切的发生机制仍不十分清楚，多数研究认为与以下机制有关。,4,1.1钙超载：肝细胞内自由钙浓度Cai2+在调节许多细胞机能和激素的活性方面有重要作用。肝细胞依靠膜对Ca2+的低通透性、膜钙泵主动转运、Na+/Ca2+交换系统和H+/Ca2+交换系统，维持胞内外钙的动态平衡。在肝脏缺血再灌注时，细胞内Ca2+超载的机制比较复杂。目前多数学者认为有以下几个方面,5,（1）钙超载ATP缺乏，激活细胞膜上的Na+/Ca2+交换蛋白，Ca2+大量进入细胞细胞膜通透性增加，Ca2+被动扩散入细胞增多线粒体ATP生成减少，Ca2+泵排Ca2+能力减弱线粒体保护性摄取摄钙功能失常细胞膜内钙敏磷酸酶可引起脂质过氧化的连锁反应，使质膜上打开一些通道，Ca2+经这些通道顺高浓度差进入细胞内,6,钙超载是肝细胞损伤关键机制之一：激活Ca2+依赖蛋白酶，破坏细胞骨架与胞膜联接的完整性激活Ca2+依赖磷脂酶C和磷脂酶A2,使双分子层结构紊乱破坏膜性结构线粒体钙超载使其膜电位丧失，氧化磷酸化脱偶联，引起严重能量代谢障碍，并促进了氧自由基的产生，这些终致细胞不可逆损伤,7,（2）氧自由基生成正常情况下1%-5%分子氧通过多种途径产生自由基。但量小且随时被氧化、分解，其形成与清除处于动态平衡，故不引起细胞毒性作用。生物体内有自由基清除系统，（如超氧化物岐化酶SOD），在生理状态下生物体内通过自由基清除系统将生成的自由基维持在一种有利无害的低水平状态,8,维生素E等小分子量清除剂还原单线态氧、自由基、超氧自由基及脂质过氧化物自由基；酶类清除剂SOD将超氧自由基岐化为过氧化氢，过氧化氢酶清除过氧化氢生成水，从而阻断羟基自由基的生成过氧化物酶及谷胱甘肽过氧化物酶都是体内有效的自由基清除剂，通过各种途径消除和减低氧自由基对细胞的毒性作用,9,氧自由基在杀灭细菌、调节免疫等方面具有重要作用，但其生成量过多或清除系统某环节发生障碍，就对组织细胞产生毒性作用。氧自由基损伤：对蛋白质的损伤；对核酸和DNA的损伤；对线立体损害主要发生在缺血缺氧时，线粒体内的细胞色素氧化酶系电子减少或停止，造成自由基生成增多，最后线粒体内膜的脂质受到破坏,10,肝脏缺血再灌注损伤（肝脏血流减少，甚至无血流灌注时，肝脏的供氧、供糖障碍首先影响到肝脏的能量合成，肝脏缺血再灌注过程中氧自由基的产生主要与以下因素有关,11,肝细胞缺血缺氧，ATP分解代谢增加，分解产物次黄嘌呤在缺血组织中大量堆积，同时内源性抗氧化剂如SOD失活缺血的刺激激活Ca2+依赖蛋白酶促进胞内无害的黄嘌呤脱氢酶（XDH）向有害的黄嘌呤氧化酶（XOD）转化，后者利用胞内分子氧产生大量的氧自由基,12,激活Kupffer细胞、中性粒细胞、吞噬细胞和单核细胞通过细胞膜上NADPH氧化酶，释放大量氧自由基缺血、缺氧可使细胞色素氧化酶功能失调，使细胞内线粒体膜电势丧失，呼吸链功能障碍电子传递链电子漏率增加，从而促进氧自由基的产生,13,氧自由基对肝细胞损伤机制主要有：氧自由基对细胞膜双分子层磷脂结构中的重要脂类进行氧化作用，生成多种脂质过氧化物，超氧化物和过氧化物促进铁蛋白释放铁，使其与过氧化氢反应形成羟自由基，从而直接损伤细胞,14,引起血小板、粒细胞在微血管中粘附、聚集，造成微循环障碍直接氧化肝实质细胞核内DNA双链结构，引起DNA突变而造成肝脏结构和功能的损伤,15,（3）细胞因子激活的Kupffer细胞及粘附于肝窦内的白细胞释放多种细胞因子。这些细胞因子在肝内既可单个形式也可通过彼此间网络状协同作用而发挥对肝脏的损伤作用。TNF-及IL-1目前研究最活跃。TNF-不仅可直接导致肝窦内皮细胞肿胀，而且还可通过中性粒细胞和内皮细胞间的相互作用而导致肝脏微循环障碍,16,TNF尚可激活粘附于肝窦内中性粒白细胞释放氧自由基造成肝损伤。IL-1不仅促使Kupffer细胞产生TNF，而且与TNF-协同作用内皮细胞，诱导合成凝血酶及纤维蛋白酶，从而破坏内皮细胞的细胞骨架作用。其他细胞因子如IL-6能诱导肝细胞释放C反应蛋白、-抗胰蛋白酶及纤维蛋白原等物质从而发挥对肝脏损伤作用IL-2与TNF协同改变蛋白酶与抗蛋白酶间的平衡，引起内皮细胞基底膜蛋白降低,17,IL-10能抑制TNF-的mRNA表达及激活细胞间粘附的分子，从而减轻肝脏的缺血再灌注损伤（Yoshidome）血小板激活因子（PAF）来源于肝窦内皮细胞及激活Kupffer细胞、在肝脏缺血再灌注过程中，PAF既可激活粘附于肝窦内的中性粒细胞产生大量的氧自由基，同时也能诱导Kupffer细胞释放TNF及IL-8等毒性介质而间接地造成肝脏损伤,18,（4）Kupffer细胞激活及中性粒细胞聚集肝实质60%为肝细胞,及枯否、肝窦状内皮细胞、中性粒细胞和单核细胞.人体80%的巨噬细胞位于肝脏枯否细胞,不仅清除细菌,内毒素和炎症介质,而且分泌细胞因子,白三烯,溶酶体酶和氧自由基一方面感染等休克诱发因素改变料肝脏的血供,氧供及细胞水平的炎症反应,而导致肝损害另一方面在肝脏损伤中有清除产生炎症介质,吞噬细菌及合成急性期蛋白作用,19,肝缺血再灌注时肝组织出现双相损伤，相损伤-与肝窦内KC的激活有关相损伤-由聚集、活化的PMN介导所致Jaeschke等在小鼠肝脏再灌注模型（阻断45min）中发现肝脏相损伤与肝细胞周围白细胞浸润成度呈正相关，而相损伤期间未见到PMN进一步浸润,20,Kupffer细胞激活后释放水溶性酶、炎症介质和细胞因子，如TNF-、氧自由基、IL-1和IL-6、前列腺素和NO，促发白细胞和血小板与肝血窦内皮细胞的黏附，加重内皮细胞损伤并导致肝内微循环紊乱，最后引起肝脏持续性的缺血激活的Kupffer细胞降低线粒体质子ATP酶活性，减少肝细胞ATP合成。由KC诱导的氧应激和I相损伤可导致PMN激活，而启动了PMN依赖性的II相损伤,21,PMN依赖性的II相损伤主要通过脱颗粒释放蛋白酶，如弹性蛋白酶、组织蛋白酶等破坏肝组织，并可直接嵌塞在微血管，增加微血管通透性、出血和组织损伤，引起肝脏严重微循环障碍“无血流现象”；同时还可产生氧自由基而损伤肝组织,22,有研究证明在肝脏缺血再灌注时PMN聚集、黏附于肝脏内皮细胞并活化、释放活性氧和蛋白酶等毒性物质攻击肝细胞。Suzuki在缺血后恢复血供小鼠注射FK506或环孢素时发现PMN浸润明显减少，肝脏损伤程度减轻，动物成活率升高。这与药物抑制PMN合成细胞因子和表达粘附分子，阻断PMN粘附、浸润及活化有关,23,（5）内皮素（Endothelins,ET）以及ET与一氧化氮（NO）浓度的失衡ET来源于内皮细胞是具有广泛生物学活性的多肽类物质，作用于动静脉血管平滑肌而收缩血管。目前生物体内的ET主要有ET-1、ET-2、ET-3及血管活性肠肽异构体。ET-1是目前已知的作用最强、作用时间最持久的内源性缩血管活性肽,24,Stansby观察12例人类供肝在冷保存期间及灌注后，短期供肝内的ET-1浓度均显著的高于正常水平，Textor临床研究结果类似上述结果提示，在肝脏缺血再灌注过程中，肝窦内皮细胞合成及分泌ET的能力明显增强。这可能是因为一方面缺氧及胞浆内Ca2+浓度升高可促使内皮细胞产生ET，另一方面在再灌注短期内由门静脉进入肝脏的肠源性内毒性也可刺激内皮细胞产生ET,25,为了明确ET与肝脏缺血再灌注损伤的关系，Nakamura等在常温下阻断鼠肝脏血流120min后再恢复血流，发现在阻断血流前预先给予适量抗ET-1单克隆抗体，复流后其肝内微循环血流量显著增加，肝功能明显改善，且鼠术后成活率也显著增高,26,ET和NO浓度的失衡是肝脏缺血再灌注损伤另一个重要原因，肝脏缺血再灌注时期，ET浓度明显增高而NO浓度明显降低。ET浓度增高一方面是因为缺氧及胞浆内Ca2+浓度升高促使内皮细胞产生ET，另一方面在再灌注时期内由门静脉进入肝脏的肠源性内毒素刺激内皮细胞产生ET，另外，在肝脏缺血缺氧情况下NO合成所必需的L-精氨酸酶、NADPH和氧均减少，以致体内NO浓度降低,27,ET浓度增高将导致微血管收缩，肝脏血流减少而引起肝脏微循环功能障碍，继而导致肝细胞损伤NO浓度降低可反馈性促进ET产生而加重了其收缩血管的效应，同时NO抑制黏附分子的表达及抑制血小板聚集的功能减弱而导致肝细胞损伤。动物试验中增大NO浓度及运用ET单克隆抗体能明显减轻肝脏的缺血再灌注损伤,28,（6）内毒素（Endotoxin）的作用肝脏缺血再灌注时，肠源性内毒素可因肠道粘膜屏障损伤而随门静脉血流进入肝脏。目前的研究表明，内毒素在肝内可激活Kupffer细胞释放多种毒性介质而造成肝脏损伤。Smadly等在给予鼠注射少量的内毒素后发现Kupffer细胞即可产生大量的TNF。Shirratori的实验也证实，内毒素血症可诱发Kupffer细胞产生氧自由基,29,Lemasters在鼠原位肝移植时，预先给予供体小剂量的内毒素后能显著地激活供肝内的Kupffer细胞，降低移植术后成活率。Yokoyama曾动态地观察了90例人类原位肝移植患者在术前、术中无肝期及术后17天内血清中内毒素含量变化，发现术前及术中无肝期血清中内毒素浓度与移植术后患者生存率呈负相关关系,30,（7）微循环功能障碍肝脏缺血再灌注后早期即可发生微循环紊乱，其原因主要有：肝窦内皮细胞肿胀、坏死及脱落而阻塞血窦ET大量生成，而NO减少，引起肝血窦内皮细胞收缩，循环阻力增加血小板激活因子大量生成，血小板粘附、聚集而引起血管内凝血，形成血栓再灌注后粒细胞的粘附、聚集及毒性作用,31,微循环功能障碍使肝血窦血流减少或消失加重了肝脏缺血缺氧，同时激活了KC细胞及中性粒细胞并产生了大量炎症介质、细胞因子及氧自由基，而更加加重了肝细胞的损伤动物试验运用改善微循环药物如E5880（PAF拮抗剂）、OKL-O46（血栓素B2拮抗剂）等显著减轻肝脏缺血再灌注损伤,32,总之，肝脏缺血再灌注损伤时有各种机制相互影响、综合作用的结果，进一步了解和明确其作用机理，将对临床防治肝脏缺血再灌注损伤有着重要的意义,33,临床表现基于血流动力、细胞、免疫和分子学机制及危重病人实验室检查所见，休克、失血、复苏、低排高阻型感染性休克、手术等使肝脏血液灌注减少，进而发生损伤表现为血清乳酸清除、肝糖原合成、糖原分解、蛋白合成下降，血清肝酶水平显著升高，数天后可恢复正常。迟发性肝损伤常继发于脓毒症,34,Kupffer细胞触发的炎症反应导致局部组织炎症，表现为轻度的肝酶或胆红素升高。这种肝缺血性损害常被临床忽视，而机械通气、全静脉营养、儿茶酚胺等药物的使用更加重休克肝