IRI2012-LK-2学时.ppt

李柯,缺血-再灌注损伤（Ischemia-reperfusioninjury）,基本病理过程,缺血性损伤,组织细胞供氧？能量供应？代谢产物排出？,恢复血液供应-再灌注,冠脉搭桥术,经皮冠脉腔内成形术,恢复组织细胞供氧、能量供应，代谢产物排出,?,缺血-再灌注损伤,缺血后的再灌注不但不能使组织、器官功能恢复，反而加重组织、器官的功能障碍和结构损伤的现象,概述：概念,缺血-再灌注损伤（ischemia-reperfusioninjury，IRI）,在恢复灌流早期出现可逆性、不可逆性具有器官普遍性heart,brain,intestine,liver,kidney,lung,pancreas,skeletalmuscle,skin,etc.,IRI损伤特点,区别：,缺血-再灌注损伤缺血损伤,缺血-再灌注损伤缺血-再灌注,1955年Sewell结扎狗冠状动脉后，解除结扎、恢复血流动物因室颤而死亡,概述：简史,1960年Jennings第一次提出“心肌再灌注损伤”的概念,1981年Greenberg等证实猫小肠缺血3小时后再灌注，粘膜损伤更严重,1967年Bulkley和Hutchins发现冠脉搭桥血管再通后的病人发生心肌细胞反常性坏死,1972年Flore报道了肾再灌注损伤,1968年Ames报道脑再灌注损伤,讲授内容,概述病因及条件IRI损伤的发生机制机体主要器官的IRI损伤防治原则,临床已知可能发生缺血再灌注损伤的情况,休克、DIC微循环再通冠脉解痉、各种动脉搭桥术心脑血管栓塞再通（溶栓治疗）心肺手术体外循环后心肺复苏断肢再植、器官移植血供恢复等,病因及条件,病因及条件,全身循环障碍后恢复血液供应组织器官缺血后血流恢复某一血管再通后,病因,凡能引起组织器官缺血后恢复血流供应的因素,条件,缺血时间和程度：缺血时间、缺血程度、不同种属、不同器官,病因及条件,缺血时间对大鼠再灌注心律失常的影响,再灌注条件：再灌注压力、温度、pH再灌液成分(Na+、Ca2+）等,条件,缺血时间和程度：缺血时间、缺血程度、不同种属、不同器官,组织缺血前的状态：侧支循环对氧需求组织缺血前的机能状态,病因及条件,再灌注条件的控制,低压、低流、低温、低PH、低钠及低钙液灌注,避免因灌注氧和液体量自由基过量生成，组织水肿,组织代谢率耗氧量、代谢产物聚集,细胞内液碱化磷脂酶和蛋白酶对细胞的分解；Na+/H+交换的过度激活,心肌内钠积聚、细胞肿胀,钙超载所致的细胞损伤,讲授内容,概述病因及条件IRI损伤的发生机制机体主要器官的IRI损伤防治原则,发生机制,活性氧（reactiveoxygen）大量产生钙超载（calciumoverload）（细胞内）白细胞活化（roleofleukocyte）高能磷酸化合物生成障碍,在缺血损伤的基础上恢复再灌注IRI,一、活性氧的作用,（一）活性氧的基本概念（二）活性氧增多的机制（三）活性氧的损伤作用,氧自由基单线态氧（1O2）H2O2NO脂性自由基,活性氧(reactiveoxygenspecies，ROS)：指化学性质活泼的含氧代谢物,活性氧包括,（一）活性氧基本概念,自由基概念和类型,自由基：外层轨道上含有单个不配对电子的原子、原子团和分子的总称,超氧阴离子（O2）羟自由基（OH）,氧自由基(oxygenfreeradical，OFR)：以氧为中心的自由基，是氧在还原时接受电子不足所产生的一类具有高度化学反应活性的含氧基团，是机体内氧分子的不完全代谢产物,H2O2,单线态氧（1O2）：激发态氧，外层轨道电子自旋方向相反，紫外光谱呈一单线。过氧化氢（H2O2）：是活性氧而不是氧自由基O2+H2O2O2+OH+OH-NO：气体自由基脂质氧自由基：氧自由基与多价不饱和脂肪酸作用后生成的中间产物。脂氧自由基（LO）、脂过氧自由（LOO）,NO+O2ONOOHOONOOH+NO2,H,H,Fe2+,IRI时氧自由基生成增多的机制,线粒体产生活性氧增加血管内皮细胞内黄嘌呤氧化酶形成增加白细胞呼吸爆发儿茶酚胺自氧化诱导性NOS表达增加体内清除活性氧的能力下降,线粒体内膜上的酶与辅酶组成的复合体,1.线粒体产生活性氧增加,线粒体内氧的单电子还原O2、OH,二种情况促进自由基生成电子(缺血使呼吸链传递电子效能下降)氧（再灌注）,+O2=superoxide,氧经单电子还原,线粒体功能障碍,黄嘌呤氧化酶(XO)10%黄嘌呤脱氢酶(XD)90%,黄嘌呤氧化酶增多（血管内皮源性）,2.血管内皮细胞黄嘌呤氧化酶（XO）形成增加,体内黄嘌呤氧化酶在氧化过程中生成O2。,3.中性粒细胞呼吸爆发,呼吸爆发,4.儿茶酚胺自氧化,交感肾上腺髓质兴奋,CA,5.诱导型NOS表达增强,iNOS,iNOS,过氧化氢酶(CAT),谷胱甘肽过氧化物酶GSHpx,抗氧化酶类清除剂,6.体内清除活性氧的能力下降,胞浆：还原性辅酶,细胞内外水相：谷胱甘肽、VitC、半胱氨酸,细胞脂质：VitE、VitA,非酶性抗氧化物-低分子清除剂,6.体内清除活性氧的能力下降,ROS作用双重性,膜脂质过氧化(lipidperoxidation)蛋白质失活DNA损伤细胞间质破坏,（三）活性氧的损伤作用,1.膜脂质过氧化增强,生物膜主要成分是极性脂质（磷脂、胆固醇）和膜蛋白（酶、受体、离子通道）,后果膜流动性降低膜受体和酶功能改变严重可导致细胞结构破坏,活性氧对膜的损伤作用示意图,细胞器膜结构破坏,前列腺素（PGs）生成1,4,5-三磷酸肌醇（IP3）生成甘油二酯（DG）等生成,（2）脂质信号分子生成异常,肌醇磷脂在信号转导过程中十分重要,2.蛋白质失活,破坏氧化酶的活性中心巯基破坏酶活性所必须的脂质微环境在酶蛋白之间发生交联形成多聚物攻击酶活性中心部位的氨基酸激活磷脂酶A2使膜磷脂释放出花生四烯酸，导致前列腺素、白三烯生成增多，炎症反应加剧,活性氧使蛋白质分子氧化而发生变性、聚合、降解或肽链断裂-,80%由OH所致,碱基修饰、断裂和交联,3.DNA损伤,细胞核DNA损伤,碱基修饰：活性氧与碱基发生加成反应，形成碱基-自由基，从而改变了DNA的结构DNA断裂：OH和NO从核酸的戊糖中夺取氢原子，在位发生链的断裂，导致遗传突变DNA交链：活性氧可使DNA-DNA、DNA-组蛋白之间形成共价结合，引起交联，导致DNA复制、转录障碍,线粒体DNA损伤（mtDNA）,线粒体DNA是裸露的，无组蛋白结合，易受攻击mtDNA受损可导致DNA突变；线粒体生长分化和功能障碍，诱导凋亡,4.细胞间基质破坏,氧自由基降解透明质酸酶胶原蛋白交联使细胞间基质变得疏松、弹性降低,活性氧的作用,H2O,SOD,GSHPXCAT,Fe2+,OH,Directinjury,LipidsDNAProteins,cells,二、钙超载,细胞内钙积聚,细胞内钙稳态调节细胞内钙超载的机制钙超载引起再灌注损伤的机制,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）细胞内钙稳态调节,Na+-Ca2+交换（双向）,Ca2+IP3/RYR,Mt,ER,Ca2+,Ca2+,Ca2+泵,Ca2+,Ca2+,Ca2+,Ca2+,钙泵、钠-钙交换、钙通道,出胞,VOC,ROC,H+-Ca2+交换,低,高,Ca2+浓度（1万倍）,入胞,（二）细胞内钙超载的机制,生物膜通透性增加Na+-Ca2+交换增加儿茶酚胺增多,钙内流加重细胞膜损伤,1.生物膜通透性增加钙内流增加,2、Na+Ca2+交换反转,缺血缺氧导致细胞内酸中毒、pH降低，再灌注时细胞内外形成pH梯度差，Na+H+交换增加，使细胞内Na+增加促使Na+Ca2+交换反转，使胞外Ca2+大量内流，造成细胞内钙超载“为什么再灌注时纠正酸中毒的速度不能过快？”,3、儿茶酚胺增多,通过受体使cAMP生成增加。cAMP经PKA使L型钙通道磷酸化而促进钙内流通过受体激活磷脂酶C，经IP3导致内质网/肌浆网上钙通道开放，使细胞内钙库释放钙,细胞内Ca2+超载,自由基,活性氧产生增加钙超载,钙超载活性氧产生增加“互为因果”,1.生物膜通透性增加钙内流增加,细胞内钙稳态的调控及再灌注损伤时钙超载的机制,（三）钙超载引起损伤的机制,1.损伤线粒体功能和结构线粒体功能障碍ATP生成线粒体渗透性转运通道（MPTP）开放MPTP功能:促进线粒体基质中的质子外流ATP/ADP在线粒体与细胞质之间的转换,MPTP持续开放导致可逆性损伤不可逆性损伤,线粒体渗透性转运通道（MPTP）,Alive(Good),Dead(Bad),SuperoxideHydrogenperoxideHydroxylCaoverloadMitochondrialdysfunctionMPTPCytochromeCreleaseCaspaseactivationCalpaindegradationCellproteindissolutionMembraneholesCelldeathAmplification,MitochondriabroughtenergyAnddeath!,线粒体在IRI中的作用,2.激活钙依赖降解酶生物膜损害磷脂酶、核酶、蛋白酶等3.促进活性氧生成钙促使XD转为XO，使活性氧产生增加钙超载损伤线粒体，其氧化酶系统被抑制，氧经单电子还原增多钙激活磷脂酶A2，通过环加氧酶和脂加氧酶，在花生四烯酸降解过程中产生H2O2和OH.4.破坏细胞骨架,钙超载活性氧产生增加“互为因果”,三、白细胞的作用,再灌注时白细胞聚集的机制白细胞聚集的损伤机制,细胞黏附分子生成增多,（一）再灌注时白细胞聚集,趋化因子生成增多,细胞膜磷脂降解，花生四烯酸代谢产物增多白三烯、PGE2白细胞本身释放：IL-8补体和激肽,选择素：L-、P-、E-selectin整合素：CD11a、CD11b、CD18免疫球蛋白家族：ICAM-1、VCAM-1,缺血触发炎症反应，再灌注加剧炎症反应,（二）白细胞介导的再灌注损伤作用,2.释放活性氧：白细胞活化后呼吸爆发产生O-2+H2O2,1.阻塞微循环-引起无复流现象(no-reflowphenomenon)白细胞聚集所致机械阻塞，使组织得不到血液供应，恢复血液灌注后，缺血区依然得不到充分血液灌注,3.释放颗粒成分（1）酶性成分：降解基质和胶原，致血管通透性（2）非酶性成分：与酶性成分联合作用,4.释放各种细胞因子，引起瀑布反应,导致炎症反应失控TNF-、IL-1、ICAM-1、IL-1、IL-2、IL-6、PAF、ROS、溶酶体酶等,微血管损伤,细胞粘附、聚集、堵塞血管增加血管通透性组织水肿微血管口径变小,无复流现象示意图,四、高能磷酸化合物生成障碍,线粒体受损受损线粒体对氧利用能力下降，合成ATP能力下降ATP合成的前身物质减少ATP合成的前身物质(腺苷、肌苷、次黄嘌呤等)再灌注时被冲洗,白细胞,活性氧,钙超载,机能、形态改变,IRI机制小结,高能磷酸化合物生成障碍,讲授内容,概述病因及条件IRI损伤的发生机制机体主要器官的IRI损伤防治原则,一、心脏缺血再灌注损伤,1.再灌注性心律失常存在功能可恢复的心肌细胞与物种、缺血时间、程度、范围、再灌注条件等有关机制：,缺血心肌和正常心肌电生理特性的差异导致心肌细胞传导性和不应期的暂时不均一，易产生折返激动；儿茶酚胺通过刺激受体，提高心肌自律性；细胞内外离子分布紊乱：胞内高Na+、胞外高K+，导致房颤阈值降低。,机体主要器官的I/R损伤,心肌损伤的临床表现,仅表现损伤标志物的升高低心排（lowcardiacoutput）10%左右心力衰竭(5%左右)心律失常（50%）心脏骤停晚期心肌纤维化（慢性心衰）,2.心肌顿抑（mycardialstunning）,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。,机制：,活性氧钙超载白细胞活化合成高能磷酸化合物能力降低,3.微血管顿抑（microvascularstunning）是指心肌冠状血管经短暂缺血并恢复供血后，在一段较长时间内对扩血管物质反应迟钝的现象。,机制:白细胞堵塞、血管平滑肌反应性降低、心肌间质水肿和内皮细胞功能障碍,休眠状态？,心肌结构变化,心肌细胞水肿心内膜下出血梗死周边区心肌细胞凋亡线粒体内Ca2+大量蓄积，形成致密颗粒肌原纤维断裂、节段性溶解和收缩带形成,讲授内容,概述病因及条件IRI损伤的发生机制机体主要器官的IRI损伤防治原则,急性心肌梗死再灌注研究显示：,1小时内开始再灌注治疗，病死率降低50%3小时内再灌注治疗，病死率降低23%6-9小时内再灌注治疗，疗效更降低9-12小时内再灌注治疗，不仅没有益处，反而增加出血等并发症的发生,防治原则,减轻缺血性损伤，尽早恢复再灌控制再灌条件低压、低流、低温、低钙、低PH、低钠清除自由基（低分子清除剂、酶性清除剂）减轻钙超载（钙拮抗剂）抗白细胞疗法（糖皮质激素、细胞因子拮抗剂）补充能量及促进能量生成（ATP、Cyt.C）启动内源性保护机制,启动细胞内源性保护机制,缺