缺血再灌注损伤

第十二章 缺血-再灌注损伤（Ischemia-reperfusion injury）,1,目的与要求,掌握：缺血再灌注损伤的概念及发生机制；自由基、钙超载、无复流现象、再灌注性心律失常的概念。熟悉：缺血再灌注损伤的原因、条件和缺血再灌注损伤时机体的功能代谢变化。了解：缺血再灌注损伤防治的病理生理基础。,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。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。冠状动脉造影证实：右冠状动脉上段85%狭窄，中段78%狭窄。,病例分析,为什么在溶栓后出现严重的心律失常?,概述第一节 原因和条件第二节 发生机制第三节 器官的功能代谢变化第四节 防治的病理生理基础,简史-认识就从这简单现象开始,1955 Sewell结扎狗冠状动脉后解除结扎1960 Jenings提出概念1975 Schaffer234例冠脉内溶栓，89例室颤1977 Bulkley;Hutchins 冠状动脉搭桥术 电子自旋共振、核磁共振等研究1981 Greenberg等证实猫小肠缺血3小时后再灌注时，粘膜损伤更严重,概述,再灌注损伤的概念（concepte）,在缺血基础上恢复血流后组织损伤反而加重，甚至发生不可逆性损伤的现象称为缺血-再灌注损伤（ischemia-reperfusion injury）在缺血前短暂、间歇地阻断冠状动脉，可以减轻因长时间缺血所造成的组织损伤以及心肌梗塞的范围，而称之为缺血预适应（preconditioning,6,人民卫生出版社 病理生理学,概述,再灌注损伤的概念（concepte）,在缺血后短暂、间歇地阻断动脉供血，可减轻再灌注损伤及梗塞范围，从而获得与缺血预适应相似的效果，而称之为缺血后适应（postconditioning）,7,人民卫生出版社 病理生理学,概述,1 2 3 4h,损伤程度加重,单纯缺血,缺血再灌,实验与临床资料证明冠脉重新恢复血流后，有可能造成更严重的心肌损伤,概述第一节 原因和条件第二节 发生机制第三节 器官的功能代谢变化第四节 防治的病理生理基础,一、常见的原因,组织器官缺血后恢复血液供应某些新的医疗技术的应用体外循环下心脏手术以及心肺复苏等,10,人民卫生出版社 病理生理学,冠状动脉疾病,经皮冠脉成形术,冠脉搭桥,心脏介入手术,经皮冠状动脉腔内成形术（PTCA）,放置支架,PTCA结合支架治疗冠心病患者，成功率较高，长期生存率较高,冠脉支架置入前后,1967年，Bulkley 和Hutchins发现冠脉血管再通后的病人发生心肌细胞反常性坏死。,二、常见的条件,1.缺血时间缺血时间短恢复血供后再灌注损伤不明显缺血时间长恢复血供后再灌注损伤明显2.缺血程度 侧支循环易形成者 不易发生再灌注损伤尽早实施再灌注者需氧程度高 易发生再灌注损（如心、脑）,17,人民卫生出版社 病理生理学,二、常见的条件,3.再灌注的条件再灌注压力愈高，损伤愈严重适当降低灌注液的温度、pH值，可减轻损伤减少灌注液的 Ca2+、Na+含量，可减轻损伤,18,人民卫生出版社 病理生理学,概述第一节 原因和条件第二节 发生机制第三节 器官的功能代谢变化第四节 防治的病理生理基础,一、自由基的作用二、钙超载三、白细胞的作用,第二节缺血-再灌注损伤的发生机制,一、自由基的作用,（一）自由基的概念自由基（free radical）是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。自由基的种类很多，可分为：,21,人民卫生出版社 病理生理学,自由基,化学性质非常活泼，极易与其生成部位的其它物质发生连锁反应。,1、自由基与离子的不同：自由基是共价健化合物发生均裂产物或者是氧在还原过程中电子转移。如：H2OH.+OH.，O2+eO2.，离子是共价健化合物异裂（解离）产物，如： H2OH+OH-,2、自由基外层轨道上不配对电子有配对倾向，易于失去电子（氧化）或获得电子（还原）A、存在时间短（平均寿命仅1ms)B、化学性质极其活泼,3、病理情况下，自由基生成过多或者清除不足 生物大分子损伤,自由基的概念要强调的几点：,氧自由基,O2,线粒体,9899%,ATP,12%,NADPH氧化酶黄嘌呤氧化酶P450细胞色素单加氧酶,超氧阴离子 O2-羟自由基 OH单线态氧 1O2,SOD,H2O2,谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-PX） 过氧化氢酶（CAT）,清除,一氧化氮和脂性自由基,精氨酸,NOS,NO,氧自由基,过氧亚硝酸根ONOO-,多聚不饱和脂肪酸,氧自由基,烷氧自由基 LO烷过氧自由基 LOO,活性氧：化学性质活泼的含氧物质。,（二）自由基的代谢,（三）IRI导致自由基增多的机制,黄嘌呤氧化酶形成增多中性粒细胞聚集及激活线粒体损伤儿茶酚胺自氧化增加,1.黄嘌呤氧化酶形成增多,28,人民卫生出版社 病理生理学,（三）缺血-再灌注时自由基生成增多的机制,黄嘌呤氧化酶在自由基生成增多中的作用,1.黄嘌呤氧化酶形成增多,（三）缺血-再灌注时自由基生成增多的机制,2.中性粒细胞聚集及激活 中性粒细胞在吞噬活动时耗氧量显著增加，所摄取的氧绝大部分经细胞内NADPH氧化酶和 NADH氧化酶的催化,31,人民卫生出版社 病理生理学,（三）缺血-再灌注时自由基生成增多的机制,白细胞吞噬时伴耗氧量显著增加的现象，称呼吸 爆发(Respiratory Burst )。,3.线粒体膜损伤,33,人民卫生出版社 病理生理学,（三）缺血-再灌注时自由基生成增多的机制,3、线粒体内单电子还原生成氧自由基增加,4.儿茶酚胺增加和氧化增强,35,人民卫生出版社 病理生理学,（三）缺血-再灌注时自由基生成增多的机制,36,（四）自由基引起缺血-再灌注的机制,自由基对生物膜的损伤作用,1.膜脂质过氧化增强，表现为（1）破坏膜的正常结构（2）促进自由基及其他生物活性物质的形成（3）减少ATP生成,37,人民卫生出版社 病理生理学,（四）自由基引起缺血-再灌注的机制,2.蛋白质功能抑制（1）直接作用,38,人民卫生出版社 病理生理学,（四）自由基引起缺血-再灌注的机制,2.蛋白质功能抑制（2）间接作用,39,人民卫生出版社 病理生理学,（四）自由基引起缺血-再灌注的机制,3.核酸及染色体破坏 主要表现为,40,人民卫生出版社 病理生理学,（四）自由基引起缺血-再灌注的机制,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。,一、自由基的作用二、钙超载的作用三、白细胞的作用,第二节缺血-再灌注损伤的发生机制,二、钙超载的作用,钙超载（calcium overload）系指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。,45,人民卫生出版社 病理生理学,二、钙超载的作用,维持细胞内外钙浓度差的因素：,46,人民卫生出版社 病理生理学,二、钙超载的作用,47,细胞Ca2+转运模式图电压依赖性钙通道；细胞膜钙泵；Na+/Ca2+交换；胞浆结合钙；线粒体渗透性转导孔；肌浆网；细胞膜结合钙,Ca2+,Ca2+,Na2+,ATP,ADPPi,钙超载的发生机制,Ca2+,Ca2+,ATP减少,Na2+,H+,Ca2+,钙超载的发生机制,1.Na+-Ca2+交换异常 （1）直接激活（细胞内高Na+对Na+/Ca2+交换体的作用） Na+/Ca2+交换蛋白的反向运转,50,（一）再灌注导致钙超载的机制,ischemia,reperfusion,Na+,Ca+,Increased Na+-Ca2+ exchange,细胞内高Na+对Na+Ca+交换蛋白的直接激活,1）细胞内高Na+直接激活Na+-Ca2+交换蛋白 缺血 ATPNa+泵细胞内Na+ 激活Na+-Ca2+交换蛋白Ca2+进入细胞,ATP,Na+,Ca2+,1.Na+-Ca2+交换异常 （2）间接激活（细胞内高H+对Na+/Ca2+交换体的作用）,53,（一）再灌注导致钙超载的机制,H+,ischemia,reperfusion,Na+,H+,Ca+,细胞内高H+对Na+Ca+交换蛋白的间接激活,再灌时H+,H+,Na+,Ca2+,缺血时H+,2）细胞内高H+对Na+Ca+交换蛋白的间接激活,细胞间液H+，细胞内,钙超载机制,2.蛋白激酶C（PKC）激活,57,（一）再灌注导致钙超载的机制,2.蛋白激酶C(PKC)激活,3.生物膜损伤（1）细胞膜损伤（2）线粒体膜损伤（3）肌浆网膜损伤,58,人民卫生出版社 病理生理学,（一）再灌注导致钙超载的机制,1.细胞膜损伤 2.线粒体膜损伤3.蛋白酶激活4.加重酸中毒,59,人民卫生出版社 病理生理学,（二）钙超载导致再灌注损伤的机制,钙超载引起再灌注损伤的机制,线粒体,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,一、自由基的作用二、钙超载的作用三、白细胞的作用,第二节缺血-再灌注损伤的发生机制,三、白细胞的作用,（一）缺血-再灌注时白细胞增多的机制 1.黏附分子生成增多黏附分子由细胞合成的，可促进细胞与细胞之间、细胞与细胞外基质之间黏附的一类大分子物质的总称，包括：,62,人民卫生出版社 病理生理学,2.趋化因子生成增多组织损伤时，细胞膜磷脂降解，花生四烯酸代谢产物增多；如：使微循环中白细胞进一步增加。,63,人民卫生出版社 病理生理学,（一）缺血-再灌注时白细胞增多的机制,无复流现象(no-reflow phenomenon ) 恢复血液灌注后，缺血区依然得不到充分血流灌注的现象称无复流现象 .,1.微血管损伤(1)微血管内血液流变性改变,三、白细胞的作用,(2)微血管口径的改变 (3)微血管通透性增高2.细胞损伤,IRI的主要发病机制,再灌注,中性粒细胞,无复流,致炎因子,氧自由基,钙超载,细胞损伤,缺血,O2,Ca2+,细胞坏死,缺血损伤恢复,其中钙超载是不可逆损伤的共同通路,67,第三节 缺血-再灌注损伤时器官的功能、代谢变化,人民卫生出版社 病理生理学,一、心肌缺血-再灌注损伤的变化,（一）心功能变化,68,人民卫生出版社 病理生理学,一、心肌缺血-再灌注损伤的变化,心肌顿抑心肌缺血-再灌注损伤的表现形式之一，自由基和细胞内钙超载是心肌顿抑的主要机制 。,69,人民卫生出版社 病理生理学,细胞Ca2+转运模式图,2.再灌注性心律失常发生机制：,70,人民卫生出版社 病理生理学,（一）心功能变化,71,人民卫生出版社 病理生理学,（二）心肌能量代谢变化,心肌纤维结构破坏（出现严重收缩带、肌丝断裂、溶解）。线粒体极度肿胀、嵴断裂、溶解，空泡形成、基质内致密物增多。,72,人民卫生出版社 病理生理学,（三）心肌结构的变化,二、脑缺血-再灌注损伤的变化,（一）脑能量代谢变化,73,人民卫生出版社 病理生理学,游离脂肪酸,74,人民卫生出版社 病理生理学,（二）脑组织学变化,正常海马 海马细胞坏死 海马细胞凋亡,1.兴奋性氨基酸毒作用 2.自由基的作用 3.钙超载的作用,75,人民卫生出版社 病理生理学,（三）缺血-再灌注引起脑损伤的机制,三、其他,（一）肺缺血再灌注损伤的改变（二）肠缺血再灌注损伤的改变（三）肾缺血再灌注损伤的改变（四）肝缺血再灌注损伤的改变,76,人民卫生出版社 病理生理学,77,第四节 缺血-再灌注损伤防治的病理生理基础,人民卫生出版社 病理生理学,缺血-再灌注损伤防治的病理生理基础,一、尽早恢复血流与控制再灌注条件二、清除自由基与减轻钙超载三、细胞保护剂与细胞抑制剂的应用四、缺血预适应与缺血后适应的应用,78,人民卫生出版社 病理生理学,缺血预适应与缺血后适应的机制,预适应的机制可能包括激活PKC通路激活磷脂酰肌醇-3激酶（PI-3K）/Akt通路内源性腺苷释放增多 后适应的机制可能包括激活PI-3K/Akt信号通路激活丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）信号通路 通过机械信号转 和压力感受器调节血液重新分布,79,人民卫生