缺血-再灌注损伤(副本).ppt

Tenthchapter缺血 再灌注损伤 ischemia reperfusioninjury 徐长庆教授主讲 教学要求 1 掌握自由基 活性氧 缺血 再灌注损伤 氧反常 钙反常 pH反常 钙超载 无复流现象 呼吸爆发 粘附分子 心肌顿抑 预适应和凋亡的概念 2 熟悉缺血 再灌注损伤的原因和条件 影响因素 3 掌握缺血 再灌注损伤的发生机制 4 熟悉缺血 再灌注损伤时机体的功能和代谢变化 5 了解防治缺血 再灌注损伤的病理生理基础 一 基本概念1 自由基 freeradical 2 氧自由基 oxygenfreeradical 3 活性氧 reactiveoxygenspecies 4 缺血 再灌注损伤 ischemia reperfusioninjury 5 氧反常 oxygenparadox 6 钙反常 calciumparadox 7 pH反常 pHparadox 8 钙超载 calciumoverload 9 无复流现象 no reflowphenomenon 10 呼吸爆发 respiratoryburst 11 粘附分子 adhensionmolecule 12 心肌顿抑 myocardialstunning 13 预适应 preconditioning 14 凋亡 apoptosis 第一节概述 summarization 一 缺血 再灌注损伤在临床上的重要性1 缺血 再灌注的临床事例血液循环是维持生命活动的重要条件组织血液灌流量 缺血性损伤 溶栓疗法 导管技术 动脉搭桥术 心肺复苏 心外科体外循环 断肢再植和器官移植等2 缺血 再灌注的特点1 再灌注效果的两重性 多数好转 部分恶化 缺血 再灌注损伤 氧反常 钙反常 pH反常 缺血不仅有缺氧 而且缺少代谢基质 包括钙离子 2 缺血 再灌注损伤的普遍性 临床观察和动物实验不同种属 各种组织 器官 多种病理过程探索缺血 再灌注损伤的特点 规律和发生机制 已成为医学研究的热点 二 缺血 再灌注损伤的原因和条件缺血时间 侧支循环 需氧程度 电解质浓度 一般说来 缺血40 60min后再灌注 缺血后不易形成侧支循环的组织 对氧需求高的组织器官 钠钙浓度增多易诱发再灌注损伤 反之 缺血时间过短或过长 缺血后易形成侧支循环的组织 对氧需求不高的组织器官 钾镁浓度增多则不易诱发再灌注损伤 第二节缺血 再灌注损伤的发生机制1 自由基的作用2 钙超载3 白细胞的作用4 无复流现象5 能量代谢障碍 一 自由基损伤学说1 自由基的概念 代谢和生物学意义自由基 freeradical 系指外层轨道上有单个不配对价电子的原子 原子团和分子的总称 又称游离基 存在时间短 化学性质活泼 连锁反应均裂异裂由氧诱发的自由基 称为氧自由基 oxygenfreeradical 活性氧 reactiveoxygenspecies 则是指由氧形成 并在分子组成上含有氧的一类化学性质非常活泼的物质总称 氧自由基 包括O2 OH 1O2 H2O2等 自由基脂性自由基 包括L LO LOO 等 其他自由基 NO Cl 等 O2 是基础OH 危害最大O2 产生途径 线粒体 自然氧化 酶氧化 毒物作用和电离辐射等 体内自由基清除剂 存在于细胞脂质的低分子VE V Vc和谷胱甘肽等 细胞的过氧化氢酶 CAT 过氧化物酶和超氧化物歧化酶 SOD 等 自由基生理过程 疾病和病理过程 自由基犹如一把 双刃剑 1 适度浓度发挥有益生物学作用 诸如调节血管张力 抑制血小板粘附 诱导亚铁血红素加氧酶基因的表达 激活核因子kB NF kB 等 参与细胞增殖和分化等 2 高浓度损害细胞所有主要成分 参与许多疾病和病理过程的发生 例如 动脉粥样硬化 心脑血管疾病 神经退行性疾病 糖尿病 癌症 肌萎缩 风湿性关节炎 急性呼吸窘迫综合征 人类免疫缺陷病毒感染 阻塞性睡眠呼吸暂停 衰老 休克 氧中毒 炎症和缺血 再灌注损伤等 1954年 发现生物学中存在自由基 CommnerB 1956年 DenhamHarman提出 氧自由基可作为酶促反应的产物在体内产生 并将自由基比喻成潘多拉的罪恶之盒 Pandora sboxofevils 实际上 在体内同时存在着自由基产生和清除两个系统 共同维持机体的氧化 抗氧化平衡 Oxidant antioxidantbalance 在病理条件下 由于活性氧产生过多或抗氧化酶活性下降 可导致氧化应激损伤 Oxidativestressinjury 甚至细胞死亡 2 缺血 再灌注时氧自由基生成增多的机制 1 黄嘌呤氧化酶形成增多ATP合成 钙泵失灵 细胞内Ca2 Ca2 依赖性蛋白水解酶激活 缺血ADP黄嘌呤脱氢酶 XD 黄嘌呤氧化酶 XO xanthinedehydrogenase xanthineoxidase AMP 腺嘌呤核苷 次黄嘌呤核苷 次黄嘌呤O2 再灌注黄嘌呤 O2 H2OO2 尿酸 O2 H2O2 2 中性粒细胞补体 内皮细胞激活 趋化因子 呼吸爆发 3 线粒体细胞色素氧化酶失调电子还原 MnSOD 过氧化氢酶和过氧化物酶 4 儿茶酚胺增加应激原 儿茶酚胺自氧化 肾上腺素红 O2 3 氧自由基的损伤作用 1 生物膜脂质过氧化增强多价不饱和脂肪酸均裂 脂性自由基 脂质过氧化物 脂质微环境改变 膜受体 膜蛋白酶 离子通道 膜转运系统 膜结构破坏 液态性和流动性 通透性 抑制膜蛋白功能 离子泵失灵 细胞信号传递障碍 线粒体功能受损 ATP生成 2 细胞内Ca2 超载 细胞膜通透性增强 膜Na K ATP酶失活 Na Ca2 交换增强 线粒体功能障碍 ATP生成减少 使钙泵失灵 3 DNA断裂和染色体畸变细胞毒性作用的主要表现80 OH 与脱氧核糖及碱基反应 外面无组蛋白保护的线粒体DNA mtDNA 对氧化应激敏感 造成碱基片段丢失 碱基修饰及插入突变等 4 蛋白质变性和酶活性降低蛋白质肽链断裂 酶活性中心巯基氧化 丙二醛 胞浆和膜蛋白及某些酶交联 变性和功能丧失 肌纤维蛋白巯基氧化 对Ca2 反应性降低 抑制心肌收缩力 5 诱导炎症介质产生脂质过氧化 游离钙 激活磷脂酶 脂加氧酶及环加氧酶 花生四烯酸代谢 前列腺素 血栓素 白三烯等 二 钙超载学说1 细胞内钙稳态的调节 Ca2 o10 3 10 2 Ca2 i10 8 10 7 mol L 1 Ca2 进入胞液的途径 被动过程 触发内钙释放 质膜钙通道 电压依赖性钙通道 VDC 分为L型 T型等亚型 受体操纵性钙通道 ROC 亦称配体门控性钙通道 LGC 胞内钙库释放通道 属于受体操纵性钙通道 包括IP3受体通道和ryanodine敏感的钙通道 2 Ca2 离开胞液的途径 主动过程 钙泵的作用存在于质膜 内质网膜和线粒体膜上 Na Ca2 交换非耗能 双向转运 产电性电流 3个Na 交换1个Ca2 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 Ca2 H 交换 Ca2 i升高时 Ca2 被线粒体摄取 H 则排至胞液 细胞内钙稳态调节示意图 电压依赖性钙通道 质膜钙泵ATP酶 Na Ca2 交换 线粒体 肌浆网 细胞内蛋白或阴离子结合的钙 膜磷脂的极性头部 结合于质膜糖被的钙 参与神经元钙稳态调控的跨膜通路和细胞器示意图 引自SamanthaL Budd 1998 VACC电压依赖性钙通道ER内貭网Extracellularfluid细胞外液Cytosol细胞浆exchanger交换体mGluR代谢型谷氨酸盐受体ionophore离子载体calmodulin钙调素uniporter单搬运体 2 细胞内钙超载的机制 1 Na Ca2 交换异常主要机制Na Ca2 交换蛋白是一种跨膜蛋白 主要受跨膜Na 浓度梯度的调节 缺血时 ATP生成减少 钠泵失灵 细胞内Na 细胞内酸中毒 再灌注时 Na H 交换 细胞内Na Na Ca2 交换 细胞外Ca2 大量内流 2 细胞膜通透性增高Ca2 顺着化学梯度大量内流 细胞外板与糖被表面分离 细胞内钙增加 激活磷脂酶 微管和微丝收缩 心肌细胞紧密连接 润盘 破坏 自由基生成增加 细胞膜脂质过氧化增强 3 线粒体功能障碍氧自由基 线粒体肿胀 膜流动性降低 氧化磷酸化障碍 ATP生成减少 质膜和肌浆网膜钙泵失灵 4 儿茶酚胺增多缺血时 内源性儿茶酚胺释放 心肌 和 受体密度 1肾上腺素能受体 激活G蛋白 磷脂酶C PLC 细胞传导通路 磷脂酰肌醇分解 生成三磷酸肌醇 IP3 和甘油二脂 DG IP3可促使肌浆网释放Ca2 而DG激活蛋白激酶C PKC 刺激H Na 交换 进而引起Na Ca2 交换 受体兴奋 通过受体依赖性钙通道和电压依赖性L 型钙通道 引起Ca2 内流增加 3 钙超载引起再灌注损伤的机制 1 线粒体功能障碍 摄取消耗ATP 磷酸钙沉积干扰氧化磷酸化 2 激活钙依赖性降解酶 与钙调蛋白 CaM 结合 激活钙依赖性降解酶 磷脂酶 膜受损 花生四烯酸和溶血卵磷脂 蛋白水解酶 细胞骨架 和核酸内切酶 核酸 3 促进氧由基生成 钙敏感蛋白水解酶 XO XD 钙依赖性磷脂酶A2 AA 环 脂 加氧酶和脂加氧酶 H2O2和OH 4 引起心律失常 Na Ca2 交换 一过性内向离子流 AP后短暂除极 持续Ca2 内流 第二平台期 EAD或DAD 5 肌原纤维挛缩和破坏细胞骨架 重获能量 排除H 游离钙 收缩带 三 白细胞作用学说1 缺血 再灌注时白细胞增多的机制 1 趋化因子生成增多 花生四烯酸代谢 白三烯 PGE2 PAF 补体和激肽等 白细胞本身释放 如LTB4 2 细胞粘附分子生成增多缺血 再灌注诱导血管内皮细胞和白细胞表达和分泌的整合素 选择素等细胞粘附分子增多 2 白细胞介导缺血 再灌注损伤的机制 1 机械阻塞作用白细胞大而僵硬 变形能力弱 与血管内皮细胞粘附后 易滚动 嵌顿和堵塞毛细血管 形成无复流现象 2 炎症反应失控白细胞激活 释放细胞因子 TNF IL 1 IL 8 脂质炎症介质 LTs TXA2 PAF 氧自由基 O2 OH 溶酶体酶 蛋白酶 胶原酶 弹性蛋白酶 四 无复流学说无复流现象实际上是缺血的延续和叠加心肌无复流现象的发生机制 心肌细胞肿胀 渗透压升高 Na 泵失灵 自由基增加 压迫微血管血管内皮细胞肿胀 同上 管腔狭窄和血流受阻再微血管通透性增高 自由基和炎症介质 细胞间质水肿灌心肌细胞挛缩 细胞内钙超载 形成收缩带 压迫微血管注微血管痉挛和堵塞 儿茶酚胺 血管紧张素 内皮素 白三烯 TXA2 内皮素增加 协同血管紧张素 激活PLC IP3途径 使游离钙增加 收缩血管补体激活 激活 趋化白细胞 增加黏附分子转录 抑制内皮依赖性舒张 五 能量代谢障碍氧化磷酸化脱偶联 线粒体氧应激损伤 合成ATP能力下降 再灌注高能磷酸化合物缺乏 对氧利用能力下降 合成ATP基质被冲出 一般认为 能量代谢障碍是始发环节 自由基生成增多和细胞内钙超载互为因果 主要机制 参与MODS的发生 第三节缺血 再灌注损伤时机体的功能 代谢变化 一 心脏缺血 再灌注损伤1 心功能变化 1 心肌舒缩功能降低心输出量降低 静止张力升高 发展张力下降 氧自由基 钙超载 能量代谢障碍等 TNF 增多 巨噬细胞和心肌细胞产生的TNF 增多也是一个重要因素 TNF 诱导心肌收缩力降低的机制 1 影响心肌细胞钙稳态 直接细胞毒性 破坏兴奋 收缩偶联 使 受体脱敏和反馈性诱导其他心肌抑制因子 如IL 1 NO 使心肌对钙离子敏感性下降 神经鞘氨醇 阻断SR的ryanodine受体 2 诱导心肌细胞凋亡 再灌注可激活丝裂原活化蛋白激酶 MAPK 后者促使核因子NF B与它的抑制亚单位 I B 解离 引起TNF mRNA的转录和蛋白合成 导致心肌细胞凋亡 2 缺血 再灌注性心律失常以室性心律失常为主 其发生机制 主要与氧自由基和钙超载有关 两者可造成静息膜电位负值变小 电位震荡 早期后除极和延迟后除极 再灌注冲刷出的儿茶酚胺刺激 受体 提高了心肌细胞自律性 再灌注明显降低心室纤颤阈 再灌注时离子浓度快速改变 导致心肌细胞传导性与不应期的不均一性 为折返心律创造了条件 3 心肌顿抑是指心肌短时间缺血后不发生坏死 但所致结构 代谢和功能改变 尤其收缩功能障碍 在再灌注后延迟恢复的现象 其发生机制与ATP合成减少 冠状动脉微血管痉挛或栓塞 交感神经反应性受损 氧自由基产生 白细胞激活 磷酸激酶活性降低 钙稳态紊乱等有关 2 心肌能量代谢变化氧化磷酸化功能障碍 ATP和CP含量减少 3 心肌超微结构变化基底膜缺失 质膜破坏 肌原纤维出现收缩带 肌丝断裂 溶解 线粒体肿胀 嵴断裂 溶解 空泡形成 基质内磷酸盐沉积形成的致密物增多 二 脑缺血 再灌注损伤可发生于中风 颅脑创伤和手术等 其特点是血脑屏障破坏 白细胞释放各种炎症介质 细胞因子和活性氧 导致能量代谢障碍和脑水肿及脑细胞坏死 生物电出现病理性慢波 表现为感觉 运动或意识严重障碍 甚至死亡 三 肝缺血 再灌注损伤肝移植和阻断血管的肝脏切除术等 可发生肝脏缺血 再灌注损伤 此时 肝血管内皮细胞 枯否氏细胞 中性粒细胞 均可产生氧自由基 趋化因子 致炎性细胞因子 例如TNF IL 1和PAF 细胞间黏附分子 ICAM 表达增加 出现内皮细胞和枯否氏细胞肿胀 胞浆空泡形成和广泛坏死 血管痉挛 白细胞诱陷和肝窦状隙血小板集聚等 四 肾缺血 再灌注损伤肾缺血 再灌注时 血清肌酐明显增高 肾功能严重受损 线粒体高度肿胀 变形 嵴减少 排列紊乱 甚至崩解 空泡形成等 再灌注激活p38MAP激酶和TNF转录因子 TNF和受体结合可激活NF B 后者上调TNF和其他致炎因子表达 形成炎症反应的正反馈 TNF能诱导肾细胞凋亡 引起肾小球纤维蛋白沉积 细胞浸润和血管收缩 导致肾小球滤过率降低 五 胃肠道缺血 再灌注损伤肠套叠 血管外科手术和失液性休克等 可伴有胃肠道缺血 再灌注损伤 其特征为粘膜损伤和屏障功能障碍 表现为广泛上皮与绒毛分离 上皮坏死 大量中性粒细胞浸润 固有层破损 出血及溃疡形成 可导致细菌移位和全身性炎症反应综合症的发生 六 肺缺血 再灌注损伤特点肺缺血 再灌注损伤