缺血再灌注损伤-he课件

1、缺血-再灌注损伤病 例患者，男性，55岁。因胸闷、大汗1小时急诊入院。体格检查：血压0，意识淡漠，心率37次/分，律齐。既往有高血压病史10年，否认冠心病史。心电图提示急性下壁心肌梗死。入院后给予尿激酶静脉溶栓处理，40分钟后出现阵发性心室纤颤（室颤），立即除颤处理成功，但随后又反复发生室性心动过速、室颤及阿斯综合征，其中持续时间最长达3分钟。共除颤7次，同时给予利多卡因、异丙肾上腺素等其他对症处理，患者心律转为窦性，血压平稳，意识清楚。?讲授内容 概述 病因及条件 I/R损伤的发生机制 机体主要器官的I/R损伤 I/R损伤的防治原则 良好的血供是组织细胞获得足够的氧、能量供应并排出代谢产物的

2、基本保证。 体内任何组织、器官的血流量不足都可造成组织损伤，甚至危机生命。治疗缺血的重要措施是及时恢复血液灌流。 多数情况下，再灌注时，其功能恢复。但有时，再灌注反而加重组织、器官的损伤。 缺 血组织损伤处理：恢复再灌提供氧、能量供应清除代谢废物功能恢复“再灌注损伤”溶栓疗法、动脉搭桥术“缺血性损伤”?诸多临床现象也支持缺血再灌注损伤： 休克、DIC微循环再通 冠脉解痉、各种动脉搭桥术 心、肺、脑复苏 断肢再植、器官移植血供恢复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，疗效明显降低；9-12小时内再灌注治

3、疗，不仅没有益处，反而增加出血等并发症的发生。讲授内容 概述 病因及条件 I/R损伤的发生机制机体主要器官的 I/R损伤I/R损伤的防治原则病因: 凡能引起组织器官缺血后恢复 血流供应的因素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讲授内容 概述 病因及条件 I/R损伤的发生机制 机体主要器官的 I/R损伤 I/R损伤的防治原则发生机制活性氧（reactive oxygen ）钙超载（

4、calcium overload）白细胞（role of leukocyte）氧自由基单线态氧（ ）H2O2NO脂质自由基 活性氧( reactive oxygen species，ROS) ： 化学性质活泼的含氧代谢物，包括1O2活性氧的基本概念自由基：外层轨道上含有单个不配对电子的原子、原子团或分子的总称。氧自由基包括超氧阴离子（ O2 ）、羟自由基（ OH）O2氧自由基( oxygen free radical，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。 单线态氧（1O2）：激发态氧，外层轨道电子自

5、旋方向相反，紫外光谱呈一单线。过氧化氢（H2O2）：与O2可生成OH O2 + H2O2 O2 + OH + OH- 脂质自由基：氧自由基与多聚不饱和脂肪酸作用后生成的中间产物。脂氧自由基（LO）、脂过氧自由基（LOO）NO + OONO-HOONO OH+NO2HO2H NO：气体自由基NO作用具有双重性内皮型NOS合成的NO（保护作用）：能扩张血管、降低血压、松弛平滑肌，还具有信号传递、酶活性调节、免疫调节及抗氧化损伤等活性。诱导型NOS大量合成NO（毒性作用）：作用于铁蛋白，影响线粒体氧化磷酸化，还可生成OH等，造成组织、细胞损伤。O2 O2 H2O2 OH H2O e-e- +2H+e

6、- +H+e- +H+O2 + eO2 O2+ 2e + 2H+H2O2O2 + 3 e + 3H+OH + H2OO2 + 4 e + 4H+ H2OCytaa3氧单电子还原1.线粒体内氧的单电子还原生成活性氧增加线粒体在缺血-再灌注后产生活性氧和抗氧化活性示意图 NADPH+ O2NADPH氧化酶H+ + O2 +NADPNADPH氧化酶缺血、缺氧白细胞激活再灌注时组织氧供应增加呼吸爆发3.中性粒细胞呼吸爆发4.儿茶酚胺自氧化交感肾上腺髓质兴奋缺血、缺氧CAO2 单胺氧化酶5.诱导型NOS表达增强6、体内清除活性氧的能力下降抗氧化酶类：超氧化物歧化酶(SOD)清除超氧阴离子，过氧化氢酶(C

7、AT)清除H2O2，谷胱苷肽过氧化物酶(GSHpx)清除H2O2等。非酶性抗氧化物：维生素E、谷胱苷肽、清蛋白、铜蓝蛋白等。（三）活性氧的损伤作用 膜脂质过氧化增强 蛋白质失活 DNA损伤 细胞间基质破坏1.膜脂质过氧化增强（1）细胞膜结构破坏细胞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）。膜磷脂富含多价不饱和脂肪酸，易发生脂质过氧化，其后果是发生膜流动性降低、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 （2）细胞器膜结构破坏溶酶体破裂释放溶酶体酶，引起细胞结构损坏线粒体肿胀、功能障碍，产能减少肌浆网Ca2+ATP酶活性降低使摄取的Ca2+减

8、少，导致细胞内钙超负荷（3）脂质信号分子生成异常 肌醇磷脂的脂质过氧化使前列腺素、1，4，5-三磷酸肌醇、二酰甘油生成障碍细胞信号转导异常2、蛋白质失活 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，从而使酶、受体、离子通道等产生功能障碍。80%由 OH所致3.DNA损伤 碱基修饰、DNA断裂和交联 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，破坏核酸的完整性，导致遗传突变。DNA交联：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

9、、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； 活性氧致线粒体膜通透性增加，线粒体膜孔道开放， 细胞色素C和其它凋亡因子溢出，诱导凋亡。 4.细胞间基质破坏 氧自由基可使透明质酸酶降解、胶原蛋白交联，使细胞间基质变得疏松、弹性降低。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。离子交换体离子通道离子泵细胞膜内、外的离子交换 Carrier ProteinsThey do not extend the whole distance of mem

10、brane, instead move back and forth carrying nutrients and waste in and out.Channel ProteinsSome act as a passive pore to allow diffusion of water and some other molecules. Does not require energy.Each alpha1subunit has 4 homologous repeat domains, each comprised of 6 transmembrane segmentsalpha1 mod

11、ulated by other subunits 3D Structure of Potassium channelScience, 1998,280: 69Ca+ ATPaseMaintains low cytosolic Ca+Present In Plasma and ER membranes Model for mode of action for Ca+ ATPase Conformation changeMembrane Transport Proteins（一）细胞内钙稳态调节Na + -Ca 2+交换体MtSRCa 2+ Ca 2+ Ca2+泵Ca2+Ca2+Ca2+钙通道、钙

12、泵、钠（氢）-钙交换体离子通道（二）再灌注细胞内钙超载的机制生物膜通透性增加Na+-Ca2+交换反转1.生物膜通透性增加 钙内流增加细胞膜损伤 缺血造成细胞膜外板与糖被层分离，钙通透性增加，复灌时，钙顺细胞内外浓度差大量进入。 钙激活磷脂酶，使膜磷脂降解，细胞通透性进一步增加。 钙促使黄嘌呤脱氢酶转为黄嘌呤氧化酶，使活性氧产生增加，加重细胞膜损伤。细胞膜损伤缺氧细胞膜外板和糖被膜分离 肌膜失去屏障Ca2+通透性再灌注细胞外Ca2+顺浓度差内流激活磷脂酶膜磷脂降解活性氧生成细胞膜脂质过氧化膜结构破坏+线粒体及肌浆网膜损伤缺血-再灌注活性氧损伤、膜磷脂分解肌浆网膜损伤钙泵功能抑制肌浆网摄钙胞浆钙浓

13、度线粒体膜损伤ATP生成细胞膜、肌浆网钙泵能量供应不足2、钠钙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，钠氢交换增加，使细胞内钠增加。促使钠钙交换反转，使胞外钙大量内流，造成细胞内钙超载。 再灌注损伤时钙超载的机制（三）钙超载引起细胞损伤的机制线粒体功能障碍激活钙依赖降解酶促进活性氧生成破坏细胞骨架 损伤线粒体功能和结构ATP生成减少线粒体通透性转运孔道开放氧化磷酸化脱偶联，线粒体的跨膜电位遭到破坏，ATP产生终止；氧自由基大量产生；线粒体细胞色素C释放进入胞质，激活半胱氨酸蛋白酶，诱发细胞凋亡；线粒体释放其积聚的钙，激活胞质内各种蛋白水解酶和磷脂酶，使细胞膜

14、受损崩解，细胞坏死。 （三）白细胞的作用 白细胞聚积的机制 白细胞聚积的作用 细胞黏附分子生成增多（一）再灌注时白细胞聚集机制 趋化因子生成增多再灌注损伤时，细胞膜磷脂降解，花生四烯酸代谢产物增多，白三烯B4白细胞本身释放具有趋化作用的炎症介质，IL-8粘附分子（adhesion molecule）：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粘附的一大类分子的总称。缺血再灌注血管内皮细胞激活表达大量粘附分子白细胞粘附、聚集白细胞滚动、粘附、并穿过血管壁游走到细胞间隙 （二）白细胞聚集在缺血再灌注损伤中作用 2. 释放活性氧：白细胞活化后呼吸爆发产生O2- +H2O2 1. 阻塞微

15、循环 引起无复流(no-reflow phenomenon)现象 H2O2Cl- H+ HOClH2OMPO3. 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：次氯酸和氯胺，与酶性成分联合作用 4. 释放各种促炎性细胞因子，其又作用于其他细胞， 产生更多细胞因子，引起瀑布反应。TNF、IL-1、ICAM-1、IL-1、IL-2、IL-6、PAF 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)再灌注时被冲洗活性氧钙超载血管内皮-中粒细胞代谢、

16、能量改变IRI机制小结讲授内容 概述 病因及条件 I/R损伤的发生机制 机体主要器官的 I/R损伤 I/R损伤的防治原则一、心脏缺血再灌注损伤 1. 再灌注性心律失常 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+。2.心肌顿抑（mycardial stunning） 心肌经短暂缺血并恢复供血后，在一段时间内处于“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

17、磷酸化合物能力降低3.微血管顿抑（microvascular stunning） 心肌冠状血管经短暂缺血并恢复供血后，在一段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 心肌结构变化心肌细胞水肿坏死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、节段性溶解二、脑缺血-再灌注损伤1.兴奋性氨基酸的神经毒性作用：神经元死亡 渗透性损伤：钠、水内流增加，脑细胞水肿（急性）钙依赖性损伤：通过受体介导Ca2超载（迟发）2脑细胞更易受活性氧损伤神经细胞膜结构富含胆固醇和多种不饱和脂肪酸脑组织仅含中等量超氧化物岐化酶和谷

18、胱苷肽过氧化物酶，缺乏过氧化氢酶脑组织富含催化自由基生成的铁离子 三、肺缺血-再灌注损伤表现： 肺动脉压升高、肺出血、肺水肿和急性呼吸功能衰竭主要病理变化： 水肿、肺透明膜变、出血 电镜： 线粒体肿胀、嵴消失 内质网扩张 型细胞的板层体消失 内皮细胞和型细胞肿胀 肠：粘膜损伤与屏障功能障碍 肾：以急性肾小管坏死最为严重，可导致急性肾功能衰竭或肾移植失败。 肝：肝功能障碍其他器官再灌注损伤讲授内容 概述 病因及条件 I/R损伤的发生机制 机体主要器官的 I/R损伤 I/R损伤的防治原则防治原则减轻缺血性损伤，尽早恢复再灌（时间窗）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

19、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）补充能量及促进能量生成（ATP、Cyt.C）其它：细胞保护剂，调动内源性机制等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。心肌内钠积聚、细胞肿胀。钙超载所致的 细胞损伤。胞浆：还原性辅酶细胞内外水相：半胱氨酸、Vit C、谷胱甘肽细胞脂质：Vit E、 Vit A低分子清除剂过氧化氢酶(H2O2)过氧化物酶（H2O2）超氧化物歧化酶（ O2）MnSODCuZnSOD酶性清除剂启动细胞内源性保护机制 缺血预适应（ischemic preconditioning,IPC） 指组织器官经反复短暂缺血再灌后，会明显增强对随后较长时间缺血再灌注损伤的抵抗力。 有限记忆性：间隔5min10min保护作用呈双峰分布： 初始阶段从数分钟开始，维持13小时 延迟阶段可持续数天或更长非特异性：模拟缺血的其它处理及药物（药物预适应），均能诱导保护作用。 缺血后处理（Post-conditioning） 心肌在缺血较长时间后，首先反复短暂复流缺血，然后持续性再灌注，出现和预适应相似的心肌保护作用。Zhao ZQ et al. Am J Physiol 2003051015202530