病理生理学缺血再灌注损伤.ppt

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1、,缺血-再灌注损伤,(Ischemia-reperfusion injury),患者：男，58岁，上午8时，起床后感到胸闷，30min后突感 心胸前区剧烈绞痛，9时入急诊病房。 体查：血压75/50mmHg，意识淡漠，心率65次/min，律齐。 心电图示度房室传导阻滞。 冠状动脉造影：右冠状动脉上段85%狭窄，中段78%狭窄。 入院治疗：立即给予阿托品、多巴胺、低分子右旋糖酐等进 行扩冠治疗。上午10时静脉点滴尿激酶。10.30分患者 出现阵发性心室颤动（室颤），立即给予除颤，到下 午13时反复发生室性心动过速、室颤，共计6次。到下 午16时，经给予利多卡因、小剂量异丙肾上腺素后心 律转为窦性

2、，血压平稳，意识清楚。,本章内容,概述 缺血-再灌注损伤的原因和条件 缺血-再灌注损伤的发生机制* 缺血-再灌注损伤时机体的功能、代谢变化 缺血-再灌注损伤防治的病理生理基础,第一节 概 述,(Introduction),概 念,在缺血的基础上恢复血流后， 组织损伤反而加重,甚至发生不可逆 损伤的现象称为缺血-再灌注损伤 (ischemia-reperfusion injury, IRI)。,第一节 概 述,1955年，Sewell结扎狗冠状动脉后，如突然解除结扎，恢复血流，动物室颤而死亡。,历 史,认识就从这简单的现象开始,1966年，Jennings第一次提出心肌再灌注损伤的概念，证实再灌

3、注会引起心肌超微结构不可逆坏死，包括爆发性水肿、组织结构崩解、收缩带形成和线粒体内磷酸钙颗粒形成,在心肌缺血恢复血流后，缺血心肌的损伤反而加重,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 1968年，Ames率先报道脑缺血-再灌注损伤,以后陆续有其它器官缺血-再灌注损伤报道： 1972年,Flore研究肾缺血-再灌注损伤 1978年,Modry报道了肺再灌注综合征 1981年，Greenberg等证实猫小肠缺血3小时后再灌注时，粘膜损伤更严重 以上说明再灌注损伤几乎可在每一种组织器官发生,第二节 缺血-再灌注损伤发生的 原因和条件,缺血-再灌

4、注损伤原因,组织器官缺血后血流恢复: 如休克治疗 一些新的医疗技术: 冠脉搭桥、PTCA、溶栓疗法等血管再通术后 体外循环下心脏外科手术 心脏停搏后的心、肺、脑复苏 其他: 如断肢再植，器官移植,冠脉搭桥 (CABG),PTCA,过长坏死,过短功能恢复,1、缺血时间的长短,影响因素,大鼠在体缺血-再灌注,容易形成侧支循环者，不易发生再灌注损伤。,2、侧支循环,对氧需求高者，容易发生再灌注损伤，如心、脑等。,3、需氧程度,缺血-再灌注损伤的现象,氧反常 （oxygen paradox）,pH反常 （pH paradox）,钙反常 （calcium paradox）,提示:氧、钙和pH可能参与缺血

5、-再灌注损伤的发生和发展,4、再灌注的条件,低压、低温、低pH、低钠,钙反常(calcium paradox): 以无钙溶液 灌流离体大鼠心脏2min后再以含钙溶液 灌注时，心肌电信号异常、心脏功能、 代谢和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。,pH反常(pH paradox),再灌注时纠酸,损伤加重

6、,低氧灌注/缺氧培养,复氧,损伤加重,氧反常(oxygen paradox),钙反常(calcium paradox),无钙液灌注,含钙液,心肌损伤加重,第三节 缺血再灌注损伤的发生机制,自由基的作用,钙超载,白细胞的作用,自由基(free radical)是指在 外层电子轨道含有单个不配对电子 的原子、原子团或分子。,一、自由基的损伤作用,化学性质活泼 氧化性强 半衰期短,1. 氧自由基 (oxygen free radical，OFR),(一)自由基的种类,2. 脂性自由基 (lipid free radical),1. 氧自由基,e-+H+,H2O,e-,e-+2H+,H2O2,e-+H

7、+,H2O,OH,O2,以氧为中心的自由基称为氧自由基，如超氧阴离子（ ）、羟自由基（ ）。,OH,98% 4e-+4H+ 细胞色素氧化酶系统,1%-2%,SOD,Haber-Weiss反应 (without Fe3+),+ H2O2 O2 + OH- + OH,SLOW,Fenton型 Haber-Weiss反应,FAST,+ H2O2 O2 + OH- + OH,Fe3+,2. 脂性自由基(lipid free radical),氧自由基,+,多价不饱和脂肪酸,L. (烷自由基) LO. (烷氧自由基) LOO. (烷过氧自由基),3. 氮中心自由基：NO、ONOO-,L-精氨酸,L-胍氨

8、酸 + NO,INOS,O2,NADPH,NADP+,NO +,ONOO-,ONOO-,OH + H+,NO2 +,H2O,活性氧（reactive oxygen species, ROS）指化学性质活泼的含氧代谢物。,氧自由基,单线态氧（1O2）,过氧化氢（H2O2）,脂质过氧化物 及其裂解产物,单线态氧 ( 1O2 ),单线态氧：是一种激发态氧，其氧分子两个外层电子轨道中的电子发生反向自旋改变，使外层轨道两个电子自旋方向相反，氧分子的反应能力大大增加。这种氧分子在紫外光谱中呈现一种单线，故称单线态氧。,(二)活性氧的清除,SOD 过氧化氢酶（CAT） 过氧化物酶,抗氧化酶,Mn-SOD C

9、uZn-SOD,清除H2O2,维生素E 维生素A,非酶性抗氧化物,还原 1O2 脂质自由基,清除 1O2 ， 抑制脂质过氧化,GSHpx,+ 2GSH,H2O2,2H2O + GSSG,维生素C GSH,协助维持维生素E 的活性状态,活性氧（reactive oxygen species, ROS）指化学性质活泼的含氧代谢物。,氧自由基,单线态氧（1O2）,过氧化氢（H2O2）,脂质过氧化物 及其裂解产物,（三）自由基生成增多的机制,1.黄嘌呤氧化酶途径 2.中性粒细胞途径 3.线粒体途径 4.儿茶酚胺自身氧化途径,ATP,AMP,次黄嘌呤核苷,腺嘌呤核苷,ADP,次黄嘌呤,缺血期,黄嘌呤脱氢

10、酶 XD（90%）,黄嘌呤氧化酶XO（10%）,Ca2+依赖性蛋白水解酶,再 灌 注 期,黄嘌呤+ +H2O2,尿酸+ +H2O2,O2,OH,XO,1.黄嘌呤氧化酶途径,(+),(+),缺血,缺氧,补体 趋化物质,中性粒细胞 聚集,耗氧,氧经NADPH氧化酶和NADH氧化酶催化生成大量氧自由基,中性粒细胞的呼吸爆发(respiratory burst),2.中性粒细胞途径,C3a，C5a 白三烯,缺氧,ATP,线粒体Ca2+,细胞色素 氧化酶 功能抑制,氧单电子还原,氧自由基,细胞内氧分压,含Mn的SOD,3.线粒体途径,e-+H+,H2O,e-,e-+2H+,H2O2,e-+H+,H2O,

11、OH,O2,98% 4e-+4H+ 细胞色素氧化酶系统,1%-2%,SOD,ONOO-,NO,缺血,缺氧,激活交感-肾上腺髓质系统,儿茶酚胺,单胺氧化酶,氧自由基,4.儿茶酚胺自身氧化途径,(1) 破坏膜的正常结构,脂质 过氧化,膜不饱和 脂肪酸,不饱和脂肪酸/ 蛋白质比例失调,膜液态性 流动性,膜通透性,Ca2+内流,1.膜脂质过氧化作用增强,(2) 间接抑制膜蛋白功能,脂质之间交联,(-),钙泵、钠泵 Na2+/Ca2+交换蛋白,胞内Na2+、Ca2+,钙超载、细胞肿胀,(3) 促进自由基及其它生物活性物质生成,膜脂质 过氧化,磷脂酶C 磷脂酶D,膜磷脂分解,花生四烯酸,脂氧合酶,白三烯,

12、过氧化物,环氧合酶,前列腺素内过氧化物,OH.,TXA2,PG,自由基,(+),(4) 减少ATP生成,蛋白质变性 蛋白质(酶)交联,例：,肌纤维蛋白对Ca2+反应性,心肌收缩力,肌浆网钙转运蛋白受损,钙调节异常,2.蛋白质功能抑制,3.核酸及染色体破坏,80%由OH所致,第三节 缺血再灌注损伤的发生机制,自由基的作用,钙超载,白细胞的作用,Na+-Ca2+交换蛋白,Ca2+泵,Ca2+,Ca2+e：10-3M,Ca2+i：10-7M,VOC,ROC,细胞内Ca2+的稳态调节,结合于质膜糖被的Ca2+,Na+,Ca2+,二、细胞钙超载引起再灌注损伤,各种原因引起的细胞内钙含量异常增多并导致细胞

13、结构损伤和功能代谢障碍的现象称为钙超载（calcium overload）。,钙反常(calcium paradox): 1966年 Zimmerman和Hulsmann发现用无钙的 “生理盐水溶液” 灌流大鼠离体心脏， 短时间内即发生肌膜损伤，随后恢复 正常含钙的生理溶液，心脏发生更为 严重的结构和功能改变。,1、Na+-Ca2+交换异常 （1）细胞内高Na+对Na+-Ca2+交换蛋白的直接激活 （2）细胞内高H+对Na+-Ca2+交换蛋白的间接激活 （3）蛋白激酶C（PKC）活化对Na+-Ca2+交换蛋白的 间接激活 2、生物膜损伤 （1）细胞膜损伤 （2）肌浆网膜损伤 （3）线粒体膜损伤

14、,(一)细胞钙超载的机制,2.肌浆网膜损伤,3.线粒体膜损伤,1.细胞膜损伤,3.儿茶酚胺增加,1.细胞内高Na+,Na+,H+,2.细胞内高H+,缺血,ATP,钠泵活性,Na+i,(+),Na+-Ca2+蛋白,酸中毒,再灌注,组织间隙H+ 细胞内H+仍高,(+),Na+-H+ 交换, 细胞内Na+对Na+-Ca2+交换蛋白的直接激活,胞内钙, 细胞内H+对Na2+-Ca2+交换蛋白的间接激活,1、Na2+-Ca2+交换异常, PKC活化对Na+-Ca2+交换蛋白的间接激活,(+),2.生物膜损伤致细胞内钙超载,(1) 细胞膜损伤,无钙液,膜外板与糖被膜分离,Ca2+,磷脂酶,膜磷脂降解,自由

15、基,膜脂质过氧化,(2) 肌浆网膜及线粒体膜损伤,肌浆网Ca2+摄取,钙泵能量不足,膜通透性,线粒体ATP产生,膜磷脂降解,膜脂质过氧化,(二)细胞内钙超载引起缺血再灌注损伤的机制,(+),1.促进氧自由基生成,Ca2+,Ca2+依赖性蛋白酶 (XDXO),2.加重酸中毒,(+),Ca2+,激活某些ATP酶,细胞高能磷酸盐水解,释放大量 H+,加重细胞内酸中毒,3.破坏细胞（器）膜,Ca2+,磷脂酶,膜磷脂分解,膜受损,花生四烯酸、溶血磷脂,(+),4.线粒体功能障碍,线粒体 摄Ca2+,消耗ATP 磷酸钙,抑制氧化 磷酸化,ATP,5.激活其它酶的活性,激活蛋白酶 细胞膜和结构蛋白的分解,激

16、活核酶 染色体损伤,第三节 缺血再灌注损伤的发生机制,自由基的作用,钙超载,白细胞的作用,三、白细胞的作用,1.细胞粘附分子生成增多 2.趋化因子生成增多,(一)再灌注时白细胞聚集的机制,粘附分子,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，如整合素、选择素、细胞间粘附分子、血管细胞粘附分子及血小板内皮细胞粘附分子等。 功能：维持细胞结构完整 细胞信号转导,白细胞聚集的机制,(二)白细胞介导缺血再灌注损伤的机制,1. 微血管损伤,无复流现象 (no-reflow phenomenon) 恢复血液灌注后，缺血区的微血管依然得不到充分血流灌注的现象称无复流现象

17、。,2. 细胞损伤 释放大量的致炎物质，如自由基、蛋白酶、溶酶体酶等。,无复流现象(no-flow phenomenon),机制小结：,自由基,钙超载,白细胞,？,缺血-再灌注损伤,第四节 缺血再灌注损伤时 机体的功能及代谢变化,一、心肌缺血再灌注损伤,1、再灌注性心律失常,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 表现：室速、室颤,心肌顿抑：在缺血心肌血流 恢复后一段时间内，心肌舒 缩功能仍不能恢复正常的状 态，称为心肌顿抑。,2、心肌舒缩功能降低,3.再灌注对心肌代谢的影响,线粒体受损,能量合成,再灌注,底物冲走,高能磷酸 化合物,4.再灌注对心肌超微结构的影响,基底膜缺

18、失、肌原纤维结构破坏、心内膜下出血性梗死等。,比较心肌缺血损伤和再灌注损伤,二、脑缺血再灌注损伤的变化 （）脑缺血-再灌注损伤时细胞代谢的变化,再灌注,cAMPcGMP 病理性慢波加重 兴奋性神经递质抑制性神经递质,（二）脑缺血-再灌注损伤时组织学变化,最明显的组织学变化是： 脑水肿 及脑细胞坏死,脂质过氧化膜结构破坏；钠泵功能障碍。,三、其它器官缺血-再灌注损伤的变化,肠：粘膜功能障碍与损伤：肠管cap.通透性间质性水肿上皮与绒毛分离、坏死、固有层破损、出血及溃疡。 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。 表现：线粒体高度肿胀、变形、嵴减少，排列紊乱，甚至崩解，空泡

19、形成等。血清肌酐。 骨骼肌：肌肉微血管和细胞损伤，自由基生成，脂质过氧化,迄今为止，对于缺血/再灌注损伤的研究，绝大部分是在实验动物身上进行的，然而这些实验资料却已经为缺血/再灌注损伤的临床防治提供了重要的启示和借鉴，为临床研究奠定了重要的基础。目前，值得临床上参考的防治措施有,第五节 防治的病理生理基础,尽量缩短脏器缺血时间、尽早恢复血流 低压、低温、低pH、低钠、低钙液灌流 改善缺血组织代谢 清除自由基及活性氧 减轻钙超载：钙拮抗剂 Na+ / Ca2+ 、 Na+ /H+交换抑制剂 中性粒细胞抑制剂的应用：糖皮质激素等 其它药物：细胞保护剂 扩管 稳膜等 启动内源性保护机制 ： 应激蛋白

20、表达 心肌缺血预处理,缺血预处理,指组织器官经反复短暂缺血后，会明显增强对随后较长时间缺血及再灌注损伤抵抗力的现象。,1、下列哪一种情况不是引起缺血再灌注损伤的原因： A. 高血压 B. 溶栓疗法后 C. 器官移植后 D. 冠脉搭桥后 E体外循环后 2、不列哪一种因素易诱发缺血再灌注损伤? A缺血时间过长 B组织侧支循环丰富 C对氧的需求程度低 D低PH值灌流 E. 高压灌流,单选题,3、下列说法正确的是 所有缺血的组织器官在血流恢复后都会发生缺血再灌注损伤 缺血时间越长越容易发生缺血再灌注损伤 心、脑较其他器官易发生再灌注损伤 低温（25）低压再灌注可诱发再灌注损伤 高钙再灌注可减轻再灌注损

21、伤 4、在缺血-再灌注损伤中微血管阻塞的主要原因是 A 红细胞聚集 B 血小板聚集 C 白细胞粘附聚集 D 其它生物活性物质的释放 E 内皮细胞对Ca2+通透性增加,5、缺血-再灌注时氧自由基产生来自 A. 黄嘌呤氧化酶活性升高 B. 中性粒细胞呼吸爆发 C. 线粒体功能障碍 D. 儿茶酚胺的自身氧化 以上都不是 6、下列哪些物质能减轻缺血-再灌注损伤？ ASOD BNa+/Ca2+交换抑制剂 CNa+/H+交换抑制剂 DVitC EVitA,多选题,7、细胞内钙超载的机制是： A. Na+/Ca2+交换异常 B. 缺血时间过长 C. 线粒体及肌浆网膜损伤 D. 无复流现象 E. 细胞膜损伤 8、自由基可使下列哪项发生异常改变? A. 膜受体 B. 膜离子通道 C. 膜通透性 D. 膜蛋白酶 E. 膜结构,试述：缺血再灌注损伤时，氧自由基的增多与钙超载的关系如何？,