第十章 缺血-再灌注损伤.ppt

,缺血-再灌注损伤,第十章,（ischemia-reperfusioninjury）,PathophysiologydepartmentofJiningmedicaluniversity,临床：,休克微循环再通冠脉解痉、各种动脉搭桥术心脑血管栓塞再通（经皮腔内冠脉血管成形术-PTCA,支架置入）心肺手术体外循环心肺复苏断肢再植、器官移植血供恢复等,心脏介入手术,经皮冠状动脉腔内成形术（PTCA）,放置支架,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。,概念,缺血-再灌注损伤（ischemia-reperfusioninjury,IRI）：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。,钙反常（calciumparadox）：以无钙溶液灌流离体大鼠心脏2分钟后再以含钙溶液灌注时，心肌电信号异常、心脏功能、代谢及形态结构发生异常变化，这种现象称为钙反常。,氧反常（oxygenparadox）：预先用低氧溶液灌注组织器官或在缺氧条件下培养细胞一定时间后，再恢复正常氧供应，组织及细胞的损伤不仅未能恢复，反而更趋严重，称为氧反常。,pH反常（pHparadox）：再灌注时迅速纠正缺血组织的酸中毒，反而加重细胞损伤，称为pH反常。,第一节IRI原因和影响因素,原因缺血基础上血液再灌注:,1.组织器官缺血后恢复血液供应：休克时微循环的疏通，冠脉痉挛的解除2.新的医疗技术的应用：动脉搭桥术，溶栓疗法，PTCA3.体外循环下心脏手术4.心脏骤停后心、肺、脑复苏5.其他：断肢再植和器官移植等,影响因素1.缺血时间2.侧支循环3.对氧的需求程度4.再灌注的条件：压力，温度，pH值及电解质的浓度,自由基的作用细胞内钙超载白细胞的激活,第二节缺血-再灌注损伤的发生机制,指外层轨道上有未配对电子的原子、原子团或分子的总称。,氧自由基脂性自由基其他,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。,自由基,一.自由基的作用,氧自由基(oxygenfreeradical,OFR),由氧诱发的自由基称为氧自由基。,超氧阴离子(O2)羟自由基(OH),单线态氧(1O2)过氧化氢（H2O2),氧自由基,活性氧(reactiveoxygenspecies,ROS）,氧自由基的代谢,O2,9899%,12%,NADPH氧化酶黄嘌呤氧化酶P450细胞色素单加氧酶,O2,H2O2,4e-+4H+,细胞色素氧化酶系统,H2O,ATP,OH,e-,e-+2H+,e-+H+,e-+H+,H2O,Fenton反应,O2+H2O2O2+OH-+OH,Fe2或Cu2+,H20,多价不饱和脂肪酸,氧自由基,烷自由基L烷氧自由基LO烷过氧自由基LOO,脂性自由基,其他：Cl，CH3，NO,（三）缺血再灌注时自由基生成增多的机制,1.黄嘌呤氧化酶形成增多2.中性粒细胞聚集及激活3.线粒体功能受损4.儿茶酚胺增加和氧化,1.黄嘌呤氧化酶形成增多,OH,2.中性粒细胞聚集及激活,再灌注期,(+),补体系统,C3,细胞膜分解,黄嘌呤氧化酶的作用产生的自由基,白三烯,(+),(+),O2,O2,O2,O2,O2,NADH氧化酶,NADPH氧化酶,O2_.,呼吸爆发,3.线粒体功能受损,缺血缺氧使ATP减少，Ca2+进入线粒体增多，氧化磷酸化功能障碍，电子传递链受损，经4价还原形成的水减少，单电子还原生成氧自由基增加。,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,氧化产生氧自由基,（四）自由基引起缺血再灌注损伤的机制,1.膜脂质过氧化增强,自由基可与生物膜上多价不饱和脂肪酸作用使之发生过氧化，造成多种损害：破坏膜的正常结构：不饱和脂肪酸与蛋白质比例失调，膜通透性增加。间接抑制膜蛋白功能：钙泵,钠泵功能障碍,信号转导障碍促进自由基及其他生物活性物质生成:磷脂酶被激活，增加自由基的生成，同时生成前列腺素、血栓素、白三烯等。减少ATP生成：线粒体膜脂质过氧化,自由基对生物膜的损伤,2.蛋白质功能抑制,自由基可使酶的巯基氧化形成二硫键；使氨基酸的残基氧化，胞浆蛋白、膜蛋白和酶之间交联，形成二聚体、多聚体，直接损伤蛋白质功能。如：膜通道蛋白受损，导致膜内外离子分布异常。肌纤维蛋白的损伤引起心肌收缩力减弱。肌浆网上的钙转运蛋白受损，使钙调节功能异常。,3.核酸及染色体破坏,OH易与DNA和碱基反应使其结构改变。,表现为染色体畸变，核酸碱基改变或DNA断裂,Na+-Ca2+交换蛋白,Ca2+结合蛋白,线粒体,肌浆网,Ca2+,Ca2+泵,Ca2+,Ca2+,Ca2+e：10-3M,Ca2+i:10-7M,细胞内Ca2+的稳态调节,Ca2+泵,Ca2+,Na+,Ca2+,Ca2+泵,二.细胞内钙超载,钙超载（calciumoverload）：,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障碍的现象。,（一）IRI时钙超载的发生机制,1.Na+/Ca2+交换异常,胞内Na+明显升高或膜正电位,反向转运,Na+,Ca2+,正向转运,Ca2+,Na+,生理情况下,Na+/Ca2+交换蛋白反向转运增强是缺血再灌注损伤时Ca2+进入细胞的主要途径。,(1)细胞内高Na+对Na+/Ca2+交换蛋白的直接激活,缺血缺氧使ATP生成减少，钠泵失灵，细胞内Na+含量升高。再灌注时，细胞重新恢复了氧供，细胞内高Na+，激活了钠泵，同时激活了Na+/Ca2+交换蛋白，加速Na+向细胞外转运，同时大量Ca2+内流。,Ca2+,Na+,Na+,(2)细胞内高H+对Na+/Ca2+交换蛋白的间接激活,缺血时，无氧代谢增强使组织间液和细胞内H+增加;再灌注时，组织间液H+浓度迅速下降，而细胞内H+浓度仍高。膜两侧H+浓度差激活H+-Na+交换蛋白，促使细胞内H+排出，细胞外Na+内流，细胞内Na+升高，胞内高Na+继发性激活Na+/Ca2+交换蛋白反向转运，使Ca2+大量内流。,Ca2+,Na+,Na+,H+,PIP2,PKC,IP3,DAG,PLC,儿茶酚胺,1受体,H+,Na+,3Na+,Ca2+,(3)蛋白激酶C(PKC)活化对Na+/Ca2+交换蛋白的间接激活,儿茶酚胺,ATP,L型Ca2+通道,Ca2+,-R,腺苷酸环化酶,cAMP,2生物膜损伤,（1）细胞膜损伤（细胞膜对Ca2+的通透性增加）,（3）线粒体膜损伤抑制氧化磷酸化，使ATP生成减少，细胞膜、肌浆网钙泵功能障碍，促进钙超载的产生。,（2）肌浆网膜损伤肌浆网钙泵功能障碍，对Ca2+的摄取减少。,自由基的损伤作用及膜磷脂的降解,Na+-Ca2+交换蛋白,Ca2+结合蛋白,线粒体,肌浆网,Ca2+,Ca2+泵,Ca2+,Ca2+,Ca2+e：10-3M,Ca2+i:10-7M,细胞内Ca2+的稳态调节,Ca2+泵,Ca2+,Na+,Ca2+,Ca2+泵,1.促进氧自由基生成：增强钙依赖性蛋白酶活性，促使XD转变为XO.2.加重酸中毒:ATP酶被激活，高能磷酸盐水解，释出H+3.破坏细胞（器）膜:激活磷脂酶4.线粒体功能障碍：Ca2+与含磷酸根的化合物结合，形成不溶性磷酸钙5.激活其他酶：蛋白酶，核酶,（二）钙超载引起缺血-再灌注损伤的机制,（一）缺血-再灌注时白细胞增多的机制,1.黏附分子生成增多,2.趋化因子生成增多,趋化因子：白三烯、血小板活化因子、补体及激肽,黏附分子：整合素、选择素、细胞间黏附分子、血管细胞黏附分子,三、白细胞的作用,三、白细胞的作用,选择素,整合素,趋化因子,粘附分子（adhesionmolecule),（二）白细胞介导缺血-再灌注损伤的机制,1.微血管损伤,（1）微血管内血液流变学改变,（2）微血管口径改变,缩血管物质（内皮素、血管紧张素）,扩血管物质（NO）,前列腺素与TXA2之间的失衡,（3）微血管通透性增加,白细胞释放的某些炎症介质的作用。,无复流现象(no-reflowphenomenon)：结扎犬的冠状动脉造成局部心肌缺血后，再打开结扎的动脉，使血流重新开放，缺血区并不能得到充分的血流灌注。,2.细胞损伤,激活的N和EC释放的自由基、蛋白酶、溶酶体酶等,自由基,钙超载,白细胞作用,缺血-再灌注损伤的发生机制,XO增多,中性粒细胞激活,线粒体损伤,儿茶酚胺自身氧化,Na+/Ca2+交换异常,生物膜损伤,黏附分子趋化因子,膜脂质过氧化增强,蛋白质功能受抑制,破坏核酸及染色体,促进氧自由基生成加重酸中毒破坏细胞（器）膜线粒体功能障碍激活多种酶,微血管损伤,细胞损伤,第三节IRI时机体的功能及代谢变化,心功能变化,心肌舒缩功能降低,心肌缺血-再灌注损伤的变化,心肌能量代谢变化,心肌超微结构变化,再灌注性心律失常,1.心肌舒缩功能降低,心肌顿抑(myocardialstunning)：缺血心肌在恢复血液灌注后一段时间内出现可逆性收缩功能降低的现象。,静止张力,发展张力,（一）心功能变化,2.再灌注性心律失常室性心律失常,机制：再灌注心肌之间动作电位时程的不均一再灌注心肌动作电位后延迟后除极的形成心肌电生理特性改变颤动阈降低NO减少,（二）心肌能量代谢变化,ATP含量降低ATP合成的前体物质不足缺血心肌对氧利用障碍,细胞膜破坏肌原纤维结构破坏线粒体损伤,（三）心肌超微结构变