缺血再灌注损伤

第十二章缺血-再灌注损伤（Ischemia-reperfusioninjury,IRI）,要点：,掌握缺血-再灌注损伤概念。掌握缺血-再灌注损伤的原因及影响因素。掌握缺血-再灌注损伤的自由基，钙超载，白细胞和微循环障碍损伤机制。熟悉缺血-再灌注损伤时机体各脏器的功能代谢变化。了解缺血-再灌注损伤的临床防治原则和病理生理学基础。,缺血-再灌注损伤的认识过程1955：Sewell首次描述，动物实验中发现，结扎狗心脏冠脉后，如突然解除结扎，恢复血流，部分动物立即发生室颤而死亡的现象。1960：Jennings第一次提出了心肌缺血-再灌注损伤概念。1968：Ames率先报道了脑缺血-再灌注损伤现象。1972：Flore报道了肾缺血-再灌注损伤现象。1978：Modry报道了肺缺血-再灌注损伤现象。1981：Greenberg报道了肠缺血-再灌注损伤现象。,目前，IRI成为溶栓疗法、搭桥术、断肢再植、器官移植等医疗措施成败的关键因素之一。,缺血-再灌注损伤(ischemia-reperfusioninjury，IRI)是指在缺血的基础上，恢复缺血组织血液灌注过程中，使缺血所致的组织器官功能、代谢障碍和结构破坏进一步加重，甚至发生不可逆性损伤的现象。,概念（conception）,Usuallybloodreperfusionshouldreducetheischemiainjury.However,recentclinicalobservationsandanimalexperimentsshowedthatbloodreperfusionsometimesinducesoraggravatesthefurtherreversibleevenirreversiblecelldamage,especiallyforaprolongedischemia.,缺血-再灌注损伤的研究历史：,第一节缺血-再灌注的原因和影响因素,1原因（Etiology）临床上任何原因导致的缺血（Ischemia），在救治过程中的血液再灌注都可能造成缺血-再灌注损伤的发生。常见原因：1.组织器官缺血后恢复血液供应如休克时微循环的疏通，冠状动脉痉挛的缓解，心脏骤停后心肺复苏等。2一些新的医疗技术的应用如经皮冠脉动脉腔内成形术、支架植入术、溶栓疗法等。3.体外循环下心脏手术。4.断肢再植和器官移植等。（Myocardialinfarction,cardiacbypasssurgery,shock,organtransplantation,thrombolytictherapy,PTCA,etc）,2影响因素（Factors）,缺血时间的长短（Durationofischemia）-首要因素不同动物、不同器官发生缺血-再灌注损伤的缺血时限不同。对氧需求程度（Dependencyonoxygen）-重要因素对氧需求程度高,依赖性强，易发生缺血-再灌注损伤，如心、脑。再灌注的条件（Conditionofreperfusion）-重要因素灌注液的压力、温度、pH值和电解质。侧支循环的形成情况（Collateralcirculation）-常见因素容易形成侧支循环的器官不易发生再灌注损伤。,临床上，并不是所有的再灌注都会发生损伤，影响缺血-再灌注损伤及其严重程度的因素有：,一、自由基损伤作用1.概念与分类（Conceptionandclassification）自由基概念（Conceptionoffreeradical）外层轨道上有单个不配对价电子的原子、原子团或分子。,（Freeradicalareahighlyreactivegroupofatoms,moleculesorradicals,whichcarryunpairedelectroninouterorbital.）,自由基特点：存在时间短；高度化学活泼性；氧化性强。,氧自由基（Oxygenfreeradical，OFR）以氧为中心的自由基称为氧自由基。（由氧诱发的自由基称为氧自由基，Oxygen-derivedfreeradical）,【活性氧】（Reactiveoxygenspecies,ROS）单线态氧(102)及过氧化氢(H2O2，双电子还原)虽不是自由基，但氧化作用很强,与氧自由基共同称为活性氧(reactiveoxygenspecies,ROS),机体内存在的一些活性氧及其特点,氮中心自由基（Reactivenitrogenspecies,RNS）由氮形成，并在分子组成上含有氮的一类化学性质非常活泼的物质。也称活性氮。,2.自由基的生成（Generationoffreeradical）,3.自由基的清除（Scavengethefreeradicals）,4.自由基增多机制（Mechanismoffreeradicalincrease）,(1)线粒体中电子传递链受损，导致O2-产生增多,(2)黄嘌呤氧化过程产生大量自由基（IncreasexanthineoxidaseinVEC）,（3）吞噬细胞呼吸爆发过程产生大量自由基（Neutrophilsrespiratoryburst）,激活的PMN耗氧量显著增加，摄入O2的70%90%在NADPH/NADH氧化酶的催化下，接受电子形成自由基。,MPO：过氧化物酶,（4）儿茶酚胺代谢过程中产生大量自由基,5.自由基损伤机制（Mechanismsoffreeradicalinjury）,生物膜的结构模式图,【1】生物膜损伤膜结构破坏膜脂质过氧化：膜流动性、通透性膜蛋白功能抑制受体失活、泵失灵、信号传递障碍线粒体功能受损ATP生成减少,【2】DNA损伤和染色体畸变胸腺嘧啶5，6-双键胸腺嘧啶自由基,OH,（占80%活性氧）,加成反应,碱基发生修饰、断裂、交联,染色体畸变、断裂,【4】改变细胞功能（诱导炎症介质产生）【活性氧（ROS）作用机制】氧化还原剂作用脂质过氧化、细胞内钙超载激活PLA2PG、TXA2、LT，转录因子作用细胞因子、粘附分子启动NF-B转录、合成、表达激活WBC炎症介质,PLA2：磷脂酶A2、LT：白三烯,二、钙超载（Calciumoverload）【Concept】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。,（2）Ca2+离开胞液的途径Ca2+泵、Na+-Ca2+交换、Ca2+-H+交换。,1.细胞内Ca2+稳态调节（1）Ca2+进入胞液途径质膜钙通道电压依赖性Ca2+通道（VOC）受体操纵性Ca2+通道（ROC）细胞内钙库释放通道,2.钙超载产生（Calciumoverloadproduction)（1）.细胞膜通透性增加（Membranepermeabilityincrease）&线粒体损伤（Mitochondrialinjury）,（2）.Na+-Ca2+交换异常（DisorderofNa+/Ca2+exchange）,（3）儿茶酚胺增多（CAincrease）,3.钙超载引起细胞损伤的机制（1)线粒体功能障碍心肌收缩性线粒体内Ca2+线粒体内磷酸钙沉积ATP,(5)心律失常,(4)肌原纤维挛缩和细胞骨架破坏,(2)激活钙依赖性降解酶胞内Ca2+PLA2激活膜磷脂水解和受损蛋白酶、核酸内切酶激活心肌纤维损伤,缺血-再灌注损伤中细胞死亡的形式与机制,三、增多激活的中性粒细胞的损伤作用1.缺血：产生大量趋化因子、炎症介质等引起白细胞增多、聚集、激活。2.激活的白细胞生成大量ROS引起细胞损伤。3再灌注血管内皮细胞、激活的白细胞产生大量细胞粘附分子。大量白细胞黏附血管内皮细胞，引起微循环障碍。,Theischemiaregioncouldnotbereperfusedsufficientlyafterrelievingtheocclusiontorecoverthebloodflow.,四、微循环障碍缺血-再灌注损伤中微循环障碍的主要表现是无复流现象（no-reflowphenomenon)。在缺血原因去除后，缺血区并不能得到充分的血流灌注的现象，称为无复流现象。,1.增多、激活的中性粒细胞与血管内皮细胞之间的相互作用改变了微血管内血液流变学。2.激活的中性粒细胞与血管内皮细胞之间的相互作用是造成微血管结构损伤的决定因素。3.内皮细胞功能障碍导致的微血管收缩-舒张失调是微血管功能障碍的维持因素。,目前认为,缺血-再灌注损伤基本机制主要是自由基、细胞内钙超载及白细胞介导的微循环障碍的共同作用。自由基是各种损伤机制学说中重要的启动因素.细胞内钙超载是细胞不可逆性损伤的共同通路.白细胞与微循环障碍是缺血-再灌注损伤引起各脏器功能障碍的关键原因。,第三节主要器官缺血-再灌注损伤,（一）发病机制（Pathogenesis）缺血-再灌注损伤主要机制：氧自由基、钙超载。,一、心脏缺血-再灌注损伤（Ischemia-reperfusioninjuryinheart）,心电图变化（ChangeofECG）缺血：ST段抬高，R波振幅增加。再灌注损伤：R波振幅迅速降低，ST段高度恢复到原水平，Q波很快出现，由窦性心律转变为心室颤动。,（三）心功能的影响（Heartfunctionalchanges）主要表现为心肌舒缩功能下降（心肌顿抑）心肌顿抑（Myocardialstunning）心肌经短暂缺血并恢复供血后，在一段较长时间内处于“低功能状态”，常需数小时或数天才可恢复正常功能的现象。,（五）心肌超微结构变化（Alterationsofmyocardiumultrastructure）基底膜缺失、肌原纤维结构破坏、心内膜下出血性梗死等。,表比较心肌缺血损伤和再灌注损伤,二、脑缺血-再灌注损伤（Ischemia-reperfusioninjurytobrain）,细胞内酸中毒,胶质细胞、VEC肿胀，周围间隙增大、白质纤维间隙疏松，微血栓形成。,第四节缺血一再灌注损伤防治的病理生理基础,1消除缺血原因，尽早恢复血流是预防缺血-再灌注损伤的首要、有效措施。,2.控制再灌注条件是防控缺血-再灌注损伤的有效临床措施实验与临床证实采用适当低压低流、低温、低pH、低钙、低钠液灌注，可减轻再灌注损伤。,3.改善缺血组织的能量代谢，减轻再灌注损伤-补充糖酵解底物如磷酸己糖，外源性ATP,4.应用抗自由基细胞保护剂能有效地减轻缺血-再灌注损伤-如SOD、CAT、GSH-PX、维生素E、维生素A、维生素C等,5.减轻钙超载的发生是减轻缺血-再灌注损伤的有效措施之一-应用Na+-H+交换蛋白及Na+-Ca2+交换蛋白抑制剂可以更有效地防止钙超载的发生。,6.减少中性粒细胞浸润和改善微循环功能可有效的减轻缺血-再灌注损伤,缺血预处理与缺血后处理细胞保护等概念的提出，使广大研究者认识到激发和/或维持机体内源性抗损伤能力是细胞保护的最优、最有效的措施之一。1986年Murry等在心肌缺血-再灌注动物模型中发现：预先反复、短暂施与缺血预处理(ischemicpreconditioning,IPerC)可以减轻缺血-再灌注造成的心肌坏死、心律失常、心肌收缩舒张功能障碍等损伤，而且它的保护作用具有器官普遍性。其细胞保护机制尚未完全阐明，可能与IPerC上调内源性保护介质如，腺苷、去甲肾上腺素、缓激肽等；IPerC激活细胞膜相应受体与离子通道，如细胞膜钙通道和线粒体ATP钾通道；IPerC激活多种与细胞存活有关的的信号分子通道，如丝裂霉素激活蛋白激酶家系（mitogen-activatedproteinkinasea,MAPKs）、蛋白激酶C（proteinkinaseC,PKC）和磷脂酰肌醇-3激酶（Phosphatidylinositol-3-kinase,PI3K）,诱导内源性保护蛋白，如热休克蛋白、自由基清除酶、金属硫蛋白产生等相关。IPerC作为一种内源性的保护现象，对于临床上缺血性心脑血管病的防治，器官移植的开展具有重要的指导意义。但是，IPerC要求在缺血前实施，这种特性，限制其在临床上的应用，如，心肌梗死发生很难在临床上预测，因而IPerC的应用几乎不可能。随着动脉搭桥、冠状动脉介入治疗等新医疗技术的快速进展，如置入支架约需要20s-30s，几乎不会造成明显的心肌缺血，再灌注时很少发生缺血-再灌注损伤，因而无需采用IPerC。在器官移植中，对供体器官的IPC有可能引发更严重的血管阻塞和出血。近期临床观察了IPerC的拟似剂，如腺苷对心脏的保护作用，但因其是外源性的保护剂，与理论上讲的IPerC内源性保护机制不同。近年来，有研究者尝试在心肌冠脉结扎的动物模型上，在缺血后，再灌注前，采用反复、短暂的再灌注处理，称为缺血后处理（ischemicpostconditioning,IPostC),IPostC和IPerC具有类似的减轻心肌及其他脏器缺血-再灌注损伤的作用，其作用机制尚不清楚，但与IPerC具有共同的机制通路。虽然实验结果明确地显示，IPerCI和IPostC具有减轻缺血-再灌注损伤作用，但是，IPerCI和IPostC的临床应用还非常局限，仍有很多问题需要回答。如，IPostC和IPerC的保护机制、精确的缺血和再灌注处理时间和节奏等，对与IPerCI和IPostC相关的保护剂，其应用的时间、剂量、途径等问题也是阻碍IPerCI和IPostC在临床开展的主要因素。,患者：女，65岁，清晨5时，起床后感到胸闷，30min后突感心胸前区剧烈绞痛，7时入急诊病房。体查：血压80/60mmHg，意识淡漠，心率60次/min，律齐。心电图示度房室传导阻滞。冠状动脉造影：右冠状动脉上段75%狭窄，中段58%狭窄。入院治疗：立即给