病理生理学课件：IRI缺血-再灌注损伤

1、缺血-再灌注损伤,ischemiareperfusion injury,第十章,教学目的与要求,掌握缺血再灌注损伤的概念及其发生机制；心肌顿抑、再灌注性心律失常、钙超载、无复流现象的概念 熟悉缺血再灌注损伤的原因、条件和缺血再灌注损伤时机体的功能代谢变化。 了解防治的病理生理基础。,患者，男，54岁，因胸闷、大汗1h入急诊病房。体查：血压65/40mmHg，意识淡漠，心率37次/min，律齐。既往有高血压病史10年，否认冠心病史。心电图示度房室传导阻滞。给予阿托品、多巴胺、低分子右旋糖酐等进行扩冠治疗。 入院上午10时用尿激酶静脉溶栓。10时40分出现阵发性心室颤动（室颤），立即给予除颤，至1

2、1时20分反复发生室性心动过速、室颤，共除颤7次，同时给予药物治疗后心律转为窦性，血压平稳，意识清楚。冠状动脉造影证实：右冠状动脉上段85%狭窄，中段78%狭窄。,为什么在溶栓后出现严重的心律失常?,缺血-再灌注损伤ischemiareperfusion injury,概述 第一节 缺血-再灌注损伤原因和条件 第二节 缺血-再灌注损伤的发生机制 第三节 缺血-再灌注损伤功能及代谢变化 第四节 防治的病理生理学基础,概述,缺血性损伤(ischemia injury） 反常（paradox）,简史-认识就从这简单现象开始,1955 Sewell结扎狗冠状动脉后解除结扎 1960 Jenings提出

3、概念 1975 Schaffer234例冠脉内溶栓，89例室颤 1977 Bulkley;Hutchins 冠状动脉搭桥术 电子自旋共振、核磁共振等研究 1981 Greenberg等证实猫小肠缺血3小时后再灌注时，粘膜损伤更严重,概念,缺血-再灌注损伤（Ischemia- reperfusion injury）：血液再灌注后缺血性损伤进一步加重的现象 氧反常（oxygen paradox） 钙反常（calcium paradox） pH反常(pH paradox),概述,钙反常（calcium paradox）： 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

4、、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（oxygen paradox）： 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（pH paradox）： 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。,缺血-再灌注损伤ischemiareperfusion injury,概述 第一节 缺血-再灌注损伤原因和条件 第二节 缺血-再灌注损伤的发生机制 第三节 缺血-再灌注损伤功能及代谢变化 第四节 防治的病理生理学基础,原因,1.全身循环障碍恢复血液供应； 如：休克

5、、心脏骤停恢复后,2.组织器官缺血后血流恢复； 如：器官移植或断肢再植术后,3.某一血管再通后。 如：溶栓疗法、动脉搭桥术后,冠状动脉疾病,经皮冠脉成形术（PTCA),冠脉搭桥,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。,1.缺血时间,3.需氧程度,4.再灌注条件,2.侧支循环,影响因素,缺血-再灌注损伤ischemiareperfusion injury,概述 第一节 缺血-再灌注损伤原因和条件 第二节 缺血-再灌注损伤的发生机制 第三节 缺血-再灌注损伤功能及代谢变化 第四节 防治的病理生理学基础,第二节 发病机制,缺血

6、,嘌呤碱、酸性产物,ATP,分解代谢产物,一、自由基的损害作用,（一）概念和类型,Free radical:外层电子轨道上含有单个不配对电子的原子、原子团或分子的总称。 化学性质极为活泼 易引起连锁反应,非自由基：H2O2 、1O2,氧自由基,O2,线粒体,9899%,ATP,12%,NADPH氧化酶 黄嘌呤氧化酶 P450细胞色素单加氧酶,超氧阴离子 O2- 羟自由基 OH 单线态氧 1O2,SOD,H2O2,谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-PX） 过氧化氢酶（CAT）,清除,脂性自由基,多聚不饱和脂肪酸,氧自由基,烷氧自由基 LO 烷过氧自由基 LOO,NO,(过氧亚硝酸根),（二）自由基的代

7、谢,清除自由基的酶,低分子抗氧化剂,VitE、VitA、VitC、谷胱甘肽,过氧化氢酶（CAT)、谷胱甘肽过氧化物酶（GSHPX)：清除H2O2,1.黄嘌呤氧化酶形成增多 2.中性粒细胞激活 3.线粒体受损 4.儿茶酚胺增加和氧化,（三）自由基增多的机制 (来源),缺血,再灌注,1.黄嘌呤氧化酶形成增多 2.中性粒细胞激活 3.线粒体受损 4.儿茶酚胺增加和氧化,（三）自由基增多的机制 (来源),中性粒细胞被激活而进行吞噬活动时摄氧量显著增加称为呼吸爆发(respiratory burst)。,再灌注,1.黄嘌呤氧化酶形成增多 2.中性粒细胞激活 3.线粒体受损 4.儿茶酚胺增加和氧化,（三）

8、自由基增多的机制 (来源),缺血 ATP,再灌流,1.黄嘌呤氧化酶形成增多 2.中性粒细胞激活 3.线粒体受损 4.儿茶酚胺增加和氧化,（三）自由基增多的机制 (来源),（四）自由基的损伤作用,1.膜脂质过氧化,自由基的损伤作用,氧化活性很高，链式反应。 RH+OH R +H2O R +O2 ROO ROO +RH ROOH+R,1.膜脂质过氧化增强,细胞膜结构破坏,抑制膜蛋白功能,激活脂加氧酶、环加氧酶,磷脂酶 脂加氧酶膜磷脂 AA LT 环加氧酶 PGG2 TXA 2 PGH2 MDA+HHT TXB2 PGD2 PGE2 PGF2 PGI2 6-keto-PGF2,促进自由基及其他生物活

9、性物质生成,减少ATP生成,（四）自由基的损伤作用,1.膜脂质过氧化,（四）自由基的损伤作用,1.膜脂质过氧化,生物学与医学中的自由基,自由基啊!你仿佛时刻在显露从造奶酪的脂质到美酒中的亚硫酸盐你在阳光中形成在烟雾中漂浮你渗入食物一旦接触机体，就繁殖增生。,自由基啊！肝脏是你的摇蓝，药物溶剂、杀虫剂都是制造你的原料。你的生命力极强，甚至出没在蘑菇肼天地古往今来，自由自在，自由基啊！你生性凶残，梗塞人的心脏缩短人的年华，变异人的基因。你的成因及原理，人们在议论纷纷。,自由基啊！你宛如幽灵，有时纹丝不动，有时无动于衷。有时转眼即逝，无损秋毫，有时露出狰狞面目，侵蚀、摧残人们,分光计、捕捉剂是你的敌

10、人。 自由基啊自由基！你的复杂身世专家们仅觉查三分，你的其它奥妙还待深入探明。,二、钙超载 calcium overlaod,概念,指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的现象。,细胞钙稳态的维持,Ca2+,Ca2+,3Na+,ATP,ADPPi,(一）钙超载的发生机制,1. Na+Ca2+交换异常 2.生物膜损伤,(一）钙超载的发生机制,1Na+Ca+交换异常 （1）细胞内高Na+对Na+Ca+交换蛋白的直接激活 （2）细胞内高H+对Na+Ca+交换蛋白的间接激活 （3）PKC活化对Na+Ca+交换蛋白的间接激活,钙超载机制,ischemia,reperfusion,Na+

11、,Ca+,Increased Na+-Ca2+ exchange,（1）细胞内高Na+对Na+Ca+交换蛋白的直接激活,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,ATP,Na+,Ca2+,H+,ischemia,reperfusion,Na+,H+,Ca+,（2）细胞内高H+对Na+Ca+交换蛋白的间接激活,Na+,Ca2+,缺血时,2）细胞内高H+对Na+Ca+交换蛋白的间接激活,心肌儿茶酚胺增多,缺血,受体依赖Ca2+通道,PKC,（3）PKC活化对Na+Ca+交换蛋白的间接激活,2.生物膜损伤,(1）

12、细胞膜损伤,钙超载机制,细胞终板与糖被膜,2.生物膜损伤,(1）细胞膜损伤 (2）线粒体及肌浆网膜损伤,钙超载机制,（二）钙超载的损伤作用,1.促进氧自由基生成 2.加重酸中毒 3.破坏细胞（器）膜 4.线粒体功能障碍 5.激活多种酶,钙超载,钙依赖性 蛋白水解酶,XO,氧自由基,钙依赖性磷脂酶A2,AA,（二）钙超载的损伤作用,1.促进氧自由基生成 2.加重酸中毒 3.破坏细胞（器）膜 4.线粒体功能障碍 5.激活多种酶,钙超载,（二）钙超载的损伤作用,1.促进氧自由基生成 2.加重酸中毒 3.破坏细胞（器）膜 4.线粒体功能障碍 5.激活多种酶,二）钙超载引起缺血-再灌注损伤的机制,三、白

13、细胞的作用,再灌注时, 中性粒细胞激活及其炎症介质的释放是引起微血管及血液流变学改变和产生无复流现象(no-reflow phenomenon)的病理生理学基础。 (一）再灌注时白细胞激活,红、白细胞在血管中的正常状态,再灌注时白细胞激活,1微血管损伤 -中性粒细胞与血管内皮细胞相互作用(1）微血管血液流变学改变(2）微血管口径的改变(3）微血管通透性增高2细胞损伤,(二）中性粒细胞介导的再灌注损伤,(二）中性粒细胞介导的再灌注损伤,1微血管损伤 (1）微血管血液流变学改变 血小板红细胞聚集，白细胞粘附，机械性阻塞,无复流现象(no-reflow phenomenon ) 恢复血液灌注后，缺血

14、区依然得不到充分血流灌注的现象称无复流现象,1微血管损伤 (2）微血管口径的改变 -微血管内皮细胞肿胀，中性粒细胞与内皮细胞释放大量缩血管物质，舒血管物质释放减少。,(二）中性粒细胞介导的再灌注损伤,1微血管损伤 (3）微血管通透性增高 -自由基损伤和中性粒细胞粘附,(二）中性粒细胞介导的再灌注损伤,2细胞损伤,缺血-再灌注损伤ischemiareperfusion injury,概述 第一节 缺血-再灌注损伤原因和条件 第二节 缺血-再灌注损伤的发生机制 第三节 缺血-再灌注损伤功能及代谢变化 第四节 防治的病理生理学基础,三、功能与代谢变化,1、心脏变化,心功能变化:,指心肌经短暂缺血并恢

15、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。,心肌舒张、收缩功能降低-心肌顿抑 Myocardial stunning,三、功能与代谢变化,1、心脏变化,心功能变化: 缺血再灌注性心律失常reperfusion arrhythmia,自由基和钙超载造成的心肌损伤及再灌注后细胞内外离子分布紊乱,发生条件： 再灌注区存在功能上可恢复的心肌细胞 缺血时间长短、缺血心肌数量、缺血程度、再灌注恢复速度,心肌缺血性损伤和再灌注性损伤的主要表现,心肌能量代谢变化 线粒体氧化磷酸化功能障碍ATP产生 心肌ATP含量、呼吸链抑制 心肌超微结构变化 细胞膜损伤细胞水肿 肌

16、原纤维结构破坏出现收缩带、肌丝断裂、溶解 线粒体损伤肿胀、嵴断裂、溶解、空泡、磷酸盐沉积,1968年由Ames率先报道脑缺血-再灌注损伤。 有人提出细胞质内钙聚积及氧自由基导致的 脂质过氧化在迟发性神经元死亡中起重要作用。,二、脑IRI损伤的变化,脑组织富含磷脂，脂质过氧化是脑损伤的主要特征,脑IRI损伤的变化,脑能量代谢变化,脑IRI损伤的变化,脑氨基酸代谢变化,脑组织学变化,兴奋性氨基酸降低（谷氨酸、天门冬氨酸） 抑制性氨基酸增多（丙氨酸、-氨基丁酸）,脑水肿 脑细胞坏死,三、小肠的IRI,粘膜损伤为主要特征: 上皮细胞损伤、炎性细胞浸润、出血和溃疡,1981年Greenberg介绍了肠缺

17、血-再灌注损伤,黄嘌呤酶活性高,缺血时产生大量自由基,其它器官IRI,1972年Flore研究肾缺血-再灌注损伤 表现为线粒体的损伤，导致急性肾小管坏死,1978年Modry报道了肺再灌注综合征 肺气肿、肺水肿,骨骼肌缺血-再灌注损伤：肌肉微血管和细胞损伤,肝缺血-再灌注损伤：肝细胞坏死、线粒体肿胀,2、脑变化,脑代谢变化 ATP、CP、葡萄糖、糖原，乳酸 cGMP ，cAMP 磷脂酶激活磷脂降解游离脂肪酸 再灌注后过氧化脂质增加,脑功能变化 缺血时脑电图出现慢波，再灌注后慢波持续并加重 脑组织学变化 脑水肿，脑细胞死亡,3、肠变化,缺血毛细血管通透性间质水肿肠上皮坏死、出血、溃疡,4、肾变化

18、,ATP、自由基、钙超载血清肌酐 肾功能不全,缺血-再灌注损伤ischemiareperfusion injury,概述 第一节 缺血-再灌注损伤原因和条件 第二节 缺血-再灌注损伤的发生机制 第三节 缺血-再灌注损伤功能及代谢变化 第四节 防治的病理生理学基础,四、防治原则,1.消除缺血原因，尽早恢复血流 低压、低流、低温,2.清除自由基 低分子自由基清除剂：VitE、VitA、VitC、谷胱甘肽等 酶性自由基清除剂：SOD、CAT、 过氧化物酶等,3.减轻钙超载 钙通道阻滞剂：异搏定,5.减轻炎症反应 糖皮质激素等,4.保护生物膜，改善缺血组织的代谢 补充糖酵解底物、外源性ATP、CP、细胞色素C等,思考题,1试述线粒体在缺血-再灌注损伤发生中的作用。 2为什么说氧自由基产生过多和细胞内钙超载互为因果关系？ 3试述缺血-再灌注时通过黄嘌呤氧化酶途径引起氧自由基增多的机制。 4试分析白细胞在发生缺血-再灌注损伤中的作用。 5缺血再灌注时活性氧增多的机制有哪些？活性氧如何造成机体损伤？ 6缺血再灌注使细胞内钙超载发生的机制有哪些？ 7细胞内钙超载对机体有哪些不利？ 8什么叫缺血/再灌注损伤、无复流现象、钙超载、氧自由基、活性氧？,教学目的与要求,掌握缺血再灌注损伤的概念及其发生机制；心肌顿抑、再灌注性心律失常、钙超载、无复流现象的概念 熟悉缺血再灌注损伤的原