医学院大学-缺血-再灌注损伤课件

1、缺血-再灌注损伤Ischemia-reperfusion injury缺血-再灌注损伤组织缺血一段时间，当血流重新恢复后，组织的损伤程度较缺血时进一步加重，器官功能进一步恶化的综合征缺血后再灌注不能使组织、器官功能恢复加重组织、器官的功能障碍和结构损伤概 念组织缺血一段时间，当血流重新恢复后，组织的损伤程度较缺血时进研究背景溶栓疗法器官移植体外循环PTCA冠脉搭桥治疗手段的改进研究背景溶栓疗法器官移植体外循环PTCA冠脉搭桥治疗手段的改氧反常钙反常pH反常低氧/缺氧正常氧供无钙含钙损伤加重酸中毒纠正酸中毒缺血-再灌注损伤氧反常钙反常pH反常低氧/缺氧正常氧供无钙含钙损伤加重酸中毒氧反常：用低氧

2、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，这种现象称为氧反常oxygen paradox钙反常：预先用无钙溶液灌流大鼠离体心脏2分钟，再用含钙溶液进行灌流，心肌细胞酶释放增加，肌纤维过度收缩及心肌电信号异常，称为钙反常calcium paradoxpH反常：缺血引起的代谢性酸中毒是细胞功能及代谢紊乱的重要原因，但在再灌注时迅速纠正缺血组织的酸中毒，反而会加重缺血/再灌注损伤，称为pH反常pH paradox氧反常：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第一节 缺血-再灌注损伤的原因及条件第一节 缺血-再灌注损伤

3、的原因及条件组织器官缺血后恢复血液供应 休克时微循环的疏通 冠脉痉挛缓解 心脑肺复苏术后 动脉搭桥 溶栓疗法 PTCA 体外循环 器官移植 断指再植原 因组织器官缺血后恢复血液供应原 因缺血时间侧支循环需氧程度再灌注条件影响因素低压、低温、低PH、低钠、低钙缺血时间影响因素低压、低温、低PH、低钠、低钙第二节 缺血-再灌注损伤的发生机制 的作用自由基钙超载的作用白细胞损伤和微血管第二节 缺血-再灌注损伤的发生机制 自由基的概念与类型概念类型氧自由基： O2 OH 脂性自由基：L LO LOO NO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 自由基的概念与类型概类氧自由基： O2 O

4、O2O2OH H2O2H2Oe-e-+2H+e-+H+e-+H+H2O氧自由基：由氧诱发的自由基O2 的生成-其它自由基生成的基础 生理条件下只有12左右的氧分子经单电子还原成O2，而高达98的氧分子通过细胞色素氧化酶系统接受4电子还原成水，同时释放能量。O2O2OH H2O2H2Oe-e-+2H+e-+H+活性氧 一类由氧形成的、化学性质较基态氧活泼的含氧代谢物质，包括氧自由基和非氧自由基的物质，如单线态氧（1O2）、H2O2 等歧化反应Fenton反应O2. H2O2黄嘌呤氧化酶NADPH氧化酶P450O2SODFe2+.OHONOO-+HNOO+精氨酸NONOS过氧化物酶髓过氧化物酶过氧

5、化物酶2H2OH2O22H2OHOCLO2OHO2活性氧 一类由氧形成的、化学性质较基态氧活泼的含氧代谢物质，脂质过氧化链式反应：L-H + .OH H2O + L . L . + O2 L-OO . L-OO . +L-H L-OOH + L . 2LOOH L-OO . +L-O . + H2O脂质自由基：氧自由基与多价不饱和脂肪酸作用后生成的中间代谢产物脂质过氧化链式反应：脂质自由基：氧自由基与多价不饱和脂肪酸作抗氧化防御系统抗氧化剂脂溶性：VE、-胡萝卜素、辅酶Q、固醇类激素水溶性：VC、谷胱甘肽、尿酸、色氨酸代谢产物蛋白性：铜蓝蛋白、清蛋白结合的胆红素抗氧化酶SOD：CuZnSOD、

6、MnSOD过氧化氢酶(CAT)过氧化物酶(GPx)：硒（非硒）谷胱甘肽过氧化物酶、磷脂氢过氧化物谷胱甘肽过氧化物酶抗氧化防御系统抗氧化剂（二）自由基生成增多的机制1. 黄嘌呤氧化酶的形成增多2. 中性粒细胞3. 线粒体4. 体内清除自由基的功能下降（二）自由基生成增多的机制1. 黄嘌呤氧化酶的形成增多ATPADPAMP缺血期再灌注期黄嘌呤脱氢酶黄嘌呤氧化酶腺嘌呤核苷次黄嘌呤核苷次黄嘌呤黄嘌呤 O2H2O2O2黄嘌呤氧化酶尿酸+O2H2O2OH Ca2+O290%10%1. 黄嘌呤氧化酶的形成增多ATPADPAMP缺血期再灌注期黄嘌呤脱氢酶黄嘌呤氧化酶 2. 中性粒细胞：呼吸爆发 激活补体系统细

7、胞膜分解趋化物质激活中性粒细胞缺血再灌注O2呼吸爆发产生大量自由基 2. 中性粒细胞：呼吸爆发激活补体系统细胞膜分解趋化物质激 4.体内清除自由基的功能下降 抗氧化酶：SOD，CAT，GSH-Px 抗氧化剂：Vitamine E, Vitamine C, 辅酶Q3.线粒体缺血后ATP 的产生Ca2+进入线粒体细胞色素氧化酶 的功能失调 O2+4eH2O+ATPO2+e O 2- +e H202+e OH +eH20Ca2+进入线粒体使Mn-SOD减少 清除OFR的能力 4.体内清除自由基的功能下降 抗氧化酶：SOD（三） 自由基的损伤作用膜脂质过氧化蛋白质的功能抑制破坏核酸和染色体 （三） 自

8、由基的损伤作用膜脂质过氧化1. 膜脂质过氧化 破坏膜的正常结构 间接抑制膜蛋白的功能 促进自由基及其它生物活性物质生成 减少ATP的生成1. 膜脂质过氧化 破坏膜的正常结构 穿膜糖 蛋白膜表面蛋白-SHSH-CH3-S-磷脂穿膜糖膜表面蛋白-SHSH-CH3-S-磷脂蛋白质断裂蛋白质-蛋白质交联-S-S-CH3-S-脂质-脂质交联O二硫交联脂质-蛋白 质交联氨基酸 氧化OHHO脂肪酸氧化OHHO从氧化的脂肪酸释出的 丙二醛蛋白质断裂蛋白质-蛋白质交联-S-S-CH3-S-脂质-脂质蛋白质断裂蛋白质-蛋白质交联-S-S-CH3-S-O二硫交联脂质-蛋白 质交联氨基酸 氧化2. 蛋白质的功能抑制蛋

9、白质断裂蛋白质-蛋白质交联-S-S-CH3-S-O二硫交联 蛋白质的空间构象 蛋白质的空间构象3. 破坏核酸和染色体碱基羟化 / DNA断裂染色体畸变 / 细胞死亡3. 破坏核酸和染色体碱基羟化 / DNA断裂第二节 缺血-再灌注损伤的发生机制 的作用自由基钙超载的作用白细胞损伤和微血管第二节 缺血-再灌注损伤的发生机制 正常细胞内Ca2 +的调节进入胞浆的途径：钙通道质膜钙通道电压依赖性钙通道（VOC）受体操纵性钙通道（ROC）胞内钙库释放通道：ROC类IP3 operated雷洛丁 (Ryanodine) sensitive离开胞浆的途径Ca2+泵（ Ca2+ -ATP酶）的作用Na+-

10、Ca2+交换Ca2+-H+交换正常细胞内Ca2 +的调节进入胞浆的途径：钙通道离开胞浆的途 肌浆网Ca2+ATPase的晶体结构 . 肌浆网Ca2+ATPase的晶体结构 . 细胞内钙的调节 细胞内钙的调节二、钙超载（calcium overload）钙超载：指Ca2在细胞内大量积聚。细胞内Ca2浓度与细胞损伤程度成正相关。正常Ca2i为100nM, Ca2e为2mM；游离Ca2i仅为总Ca2i的0.005%。钙超载可引起组织器官严重的结构与功能障碍。二、钙超载（calcium overload）钙超载：指Ca细胞内钙超载的机制（一）Na+/Ca2+交换异常(ATP合成减少、pH反常) Na+

11、 直接激活Na+/Ca2+交换蛋白 H+ 间接激活Na+/Ca2+交换蛋白 PKC活化 间接激活Na+/Ca2+交换蛋白Na+/H+细胞内钙超载的机制（一）Na+/Ca2+交换异常(ATP合成 机制:（1）细胞内高Na+直接激活Na+-Ca2+交换蛋白 缺血 ATPNa+泵细胞内Na+ 激活Na+-Ca2+交换蛋白Ca2+进入细胞K+Na+3Na+Ca2+ATP缺血Na+Ca2+再灌注 ATP 机制:K+Na+3Na+Ca2+ATP缺血Na+Ca2(2)细胞内高H+间接激活Na+-Ca2+交换蛋白3Na+Ca2+Na+K+H+Na+再灌时H+H+Na+Ca2+缺血时H+(2)细胞内高H+间接激

12、活Na+-Ca2+交换蛋白3Na+C（3）PKC间接激活Na+-Ca2+交换蛋白1肾上腺素能受体激活G蛋白-PLC H + /Na +交换激活（3）PKC间接激活Na+-Ca2+交换蛋白细胞内钙超载的机制（二） 生物膜损伤（1）细胞膜损伤 钙内流 膜屏障作用 Ca2+激活磷脂酶，使膜磷脂分解 FR使细胞膜脂质过氧化（2）线粒体受损 ATP（3）肌浆网膜受损 摄取钙通透性增加细胞内钙超载的机制（二） 生物膜损伤通透性增加钙超载引起缺血-再灌注损伤的机制 1. 线粒体功能障碍 2. 激活磷脂酶：加重膜损伤 3. 促进自由基生成 4. 肌原纤维过度收缩Ca2+PO33+Ca3(PO3)2(黄嘌呤脱氢

13、酶黄嘌呤氧化酶)ATP胞浆内高Ca2+再灌注期消除了H+对心肌收缩的抑制作用钙超载引起缺血-再灌注损伤的机制Ca2+PO33+Ca3第二节 缺血-再灌注损伤的发生机制 的作用自由基钙超载的作用炎症第二节 缺血-再灌注损伤的发生机制 医学院大学-缺血-再灌注损伤课件三、微血管损伤和白细胞的作用 1.缺血再灌注导致炎症反应 内皮释放粘附分子白细胞释放趋化介质白细胞内皮细胞三、微血管损伤和白细胞的作用内皮释放粘附分子白细胞释放趋化介促炎细胞因子：TNFa, IL-1, IL-8, LTs, TXA2细胞粘附蛋白：选择素: P, E, L-整合素: Mac-1, LFA-1, VLA-4 Ig超家族:

14、 ICAM-1, VCAM-1是指由细胞合成的、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，在维持细胞结构完整和细胞信号转导中起重要作用。促炎细胞因子：TNFa, IL-1, IL-8, 医学院大学-缺血-再灌注损伤课件 2. 介导的损伤 微血管损伤(无复流现象，no-reflow phenomenon) 周围组织细胞损伤微血管通透性自由基、粒细胞黏附血液流变学改变白细胞粘附聚集、血流缓慢微血管口径的改变内皮细胞肿胀缩血管物质扩血管物质微血管通透性血液流变学改变白细胞粘附聚集、血流缓慢微血管口径缺血再灌注损伤的主要发病机制：细胞损伤再灌注缺血细胞坏死缺血损伤恢复Ca2+钙

15、超载氧自由基O2中性粒细胞无复流致炎因子缺血再灌注损伤的主要发病机制：细胞损伤再灌注缺血细胞坏死缺血第三节 缺血-再灌注损伤时机体的功能及代谢变化 一、心脏缺血-再灌注损伤的变化 心功能变化 1. 缺血-再灌注性心律失常 发生率：50-80%室性心律失常多见与缺血t、缺血范围、缺血程度、再灌V、电解质紊乱有关兴奋折返、-R兴奋自律性、纤颤阈电解质紊乱第三节 缺血-再灌注损伤时机体的功能及代谢变化 一、心脏2. 心肌舒缩功能降低心肌顿抑myocardial stunning可逆性损伤不可逆性损伤心肌舒缩功能器质性损伤2. 心肌舒缩功能降低心肌顿抑myocardial stun心肌顿抑：指心肌短时

16、间缺血后恢复再灌一段时间内心肌出现的可逆性收缩功能降低的现象。自由基的作用和钙超载是心肌顿抑的主要机制 心肌顿抑的特征为收缩功能障碍，被认为是对心肌的一种保护作用：顿抑心肌的代谢和功能维持在最低状态，使缺血-再灌注心肌需氧减少，从而降低心肌坏死。心肌顿抑：指心肌短时间缺血后恢复再灌一段时间内心肌出现的可逆可逆性I-R损伤胞浆Na+超载Na+/Ca2+：O2.-H2O2OH.脂质过氧化蛋白质及酶失活肌浆网钙转运蛋白质膜通离子泵线粒体损伤收缩蛋白损伤钙超载ATPCa2+敏感性心肌收缩功能可逆性I-R损伤胞浆Na+超载Na+/Ca2+：O2.-H（二）心肌代谢变化（ATP）（三）心肌超微结构的变化 线粒体损伤 Ca2+蓄积颗粒增多 肌原纤维断裂（二）心肌代谢变化（ATP）二、脑缺血-再灌注损伤的变化 细胞代谢的变化 组织学变化三、其它器官缺血-再灌注损伤的变化乳酸堆积、cAMP、氧化脂质生成脑水肿、脑细胞坏死二、脑缺血-再灌注损伤的变化乳酸堆积、cAMP、氧化脂质生第四节 缺血-再灌注损伤的防治原则缩短缺血时间、尽早恢复血流采用