缺血再灌注損傷liujing課件

1、,第十章 缺血-再灌注損傷醫(yī)學(xué)院劉靖,患者，男，54歲，因胸悶、大汗1h入急診病房。體查：血壓65/40mmHg，意識淡漠，心率37次/min，律齊。既往有高血壓病史10年，否認(rèn)冠心病史。心電圖示Ⅲ度房室傳導(dǎo)阻滯。給予低分子右旋糖酐等進(jìn)行擴(kuò)冠治療。入院上午10時用尿激酶靜脈溶栓。10時40分出現(xiàn)陣發(fā)性心室顫動（室顫），立即給予除顫，至11時20分反復(fù)發(fā)生室性心動過速、室顫，冠狀動脈造影證實(shí)：右冠狀動脈上段85%狹窄，中段78%狹

2、窄。,病例分析,問題：患者溶栓后出現(xiàn)了什么病理過程?機(jī)制？,近些年隨著休克治療的進(jìn)步以及溶栓療法、體外循環(huán)、心肺腦復(fù)蘇、器官移植等方法的建立和應(yīng)用，使許多器官缺血后再得到血液灌注。,體外循環(huán)設(shè)備,一、 發(fā)現(xiàn)歷程,1955年，Sewell結(jié)扎狗冠狀動脈后，如突然解除結(jié)扎，恢復(fù)血流，動物室顫而死亡.,心臟介入手術(shù),,,經(jīng)皮冠狀動脈腔內(nèi)成形術(shù)（PTCA）,放置支架,PTCA結(jié)合支架治療冠心病患者，成功率較高，長期生存率較高,冠脈支架置入前后

3、,,,1967年，Bulkley 和Hutchins發(fā)現(xiàn)冠脈血管再通后的病人發(fā)生心肌細(xì)胞反常性壞死。,這種在缺血的基礎(chǔ)上恢復(fù)血流后，組織器官的損傷反而加重的現(xiàn)象被稱為缺血-再灌注損傷，ischemia reperfusion injury（IRI）。,疑問：有些患者發(fā)生，有些不發(fā)生，why？,二、 缺血-再灌注損傷出現(xiàn)的條件,1 缺血時間：越短越不易出現(xiàn)再灌損傷；過長也不會，因?yàn)榻M織會因缺血發(fā)生不可逆損傷。2 側(cè)枝循環(huán)：容易形成側(cè)枝

4、循環(huán)者不易發(fā)生IRI3 需氧程度:需求越大越易發(fā)生，如心、腦。4 再灌注條件：？大量實(shí)驗(yàn)和臨床觀察發(fā)現(xiàn),用低氧溶液灌注組織器官或在缺氧條件下培養(yǎng)細(xì)胞一定時間后，再恢復(fù)正常氧供應(yīng)，組織及細(xì)胞的損傷不僅未能恢復(fù)，反而更趨嚴(yán)重，這種現(xiàn)象稱為氧反常。 預(yù)先用無鈣溶液灌流大鼠離體心臟一段時間，再用含鈣溶液進(jìn)行灌流，心肌細(xì)胞酶釋放增加，肌纖維過度收縮及心肌電信號異常，稱為鈣反常。 缺血引起的代謝性酸中毒是細(xì)胞功能

5、及代謝紊亂的重要原因，但在再灌注時迅速糾正缺血組織的酸中毒，反而會加重缺血/再灌注損傷，稱為pH反常。,再灌注條件：低壓、低流、低pH、低鈣等,同時，我們也得到了啟發(fā)：氧、鈣、pH是否直接參與了IRI發(fā)生發(fā)展呢？,三、 發(fā)生機(jī)制,（一）氧自由基的作用（氧反常的機(jī)制？）,氧自由基( oxygen free radical，OFR) 概念：由氧誘發(fā)的自由基。 種類：超氧陰離子（O-2）羥自由基（OH&

6、#183;）,1.自由基：外層軌道上具有單個不配對電子的原子、原子團(tuán)和分子的總稱。,．,活性氧（reactive oxygen species，ROS）,種類：單線態(tài)氧（1O2）及過氧化氫(H2O2),氧自由基,O2,,線粒體,98~99%,,ATP,,1~2%,NADPH氧化酶黃嘌呤氧化酶P450細(xì)胞色素單加氧酶,超氧陰離子 O2-羥自由基 ·OH單線態(tài)氧 1O2,,SOD,H2O2,谷胱甘肽過氧化物酶（GSH-PX

7、）過氧化氫酶（CAT）髓過氧化物酶（MPO）,,,清除,,生理情況下，自由基的生成與清除處于動態(tài)平衡,2.缺血—再灌注時OFR增多,產(chǎn)生的途徑： 1） 黃嘌呤氧化酶形成↑ 2） 中性粒細(xì)胞呼吸爆發(fā)（NADPH氧化酶途徑） 3） 線粒體的損傷 4） 兒茶酚胺增加,1）黃嘌呤氧化酶（XO）的形成增多,正常時：血管內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi) 黃嘌呤氧化酶(XO) 10% 黃嘌呤脫氫酶( XD)90%,XO的作用：

8、次黃嘌呤+O2 XO 黃嘌呤+ O·-2 +H2O2　　　　　　　　　　　　　↓XO　　　　　　　　　　　　尿酸+ O·-2 +H2O2氧自由基的生成需要三個條件：    1.XO  2.次黃嘌呤     3.O2,,,OH·,,缺血

9、鈣內(nèi)流,,＋,,,2）中性粒細(xì)胞（neutrophils)的作用 NADPH +2O2 2O·-2 +NADP++H+,NADPH氧化酶,,,,中性粒細(xì)胞攝取氧形成氧自由基，用以殺滅病原微生物。,缺血時: 補(bǔ)體激活或細(xì)胞釋放炎癥介質(zhì)使白細(xì)胞在缺血區(qū)浸潤。再灌時：浸潤的白細(xì)胞重新獲得氧氣，耗氧量顯著↑，產(chǎn)生大量氧自由基，稱為呼吸爆發(fā)（respiratory burst）或氧爆發(fā)（oxygen b

10、urst）。,3） 線粒體功能障礙,線粒體鈣沉積引起功能損傷，細(xì)胞色素氧化酶系統(tǒng)功能失調(diào)，氧自由基生成增多。,×,×,×,4） 兒茶酚胺增加,兒茶酚胺氧化能產(chǎn)生氧自由基,總 結(jié),3.OFR的損傷作用1）膜脂質(zhì)過氧化（lipid peroxidation)增強(qiáng)破壞膜的正常結(jié)構(gòu)及功能 液態(tài)性、流動性 、通透性間接抑制膜蛋白功能 離子泵功能障礙,細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)功能障礙促進(jìn)OFR及其它生物

11、活性物生成 激活磷脂酶C、D減少ATP生成,,,2）蛋白質(zhì)功能抑制自由基使蛋白質(zhì)和酶分子聚合、交聯(lián)、肽鏈斷裂 蛋白質(zhì)變性、酶的活性喪失 受體、離子通道功能障礙自由基可使酶的巰基氧化，氨基酸殘基氧化3）破壞核酸及染色體 自由基可使堿基羥化或DNA斷裂，從而引起染色體畸變或細(xì)胞死亡，這種作用80%為OH. 所致，因OH.易與脫氧核酸及堿基反應(yīng)并使其結(jié)構(gòu)改變。,,,4）鈣離子內(nèi)流（詳細(xì)內(nèi)容見鈣超載）,5）

12、誘導(dǎo)炎性介質(zhì)產(chǎn)生增加缺血再灌注后白細(xì)胞激活、趨化和黏附。,1、細(xì)胞內(nèi)Ca 2+的穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié),二）鈣超載( calcium overload),是指Ca2+在細(xì)胞內(nèi)大量聚集，引起細(xì)胞受損，組織器官功能障礙。,1） Na+-Ca2+交換異常（鈣超載時進(jìn)入細(xì)胞的主要途徑）正常：3個Na+ 進(jìn)，1個Ca2+出 可進(jìn)行雙相轉(zhuǎn)運(yùn)影響因素：（1）跨膜鈉濃度梯度（2）細(xì)胞內(nèi)的氫濃度,,,,,,,Ca2+,3Na+,2.再灌時會發(fā)生

13、鈣超載嗎?,機(jī)制:細(xì)胞內(nèi)高Na+直接激活Na+-Ca2+交換蛋白 缺血→ ATP↓→Na+泵↓→細(xì)胞內(nèi)Na+↑→ 激活Na+-Ca2+交換蛋白,,,,,ATP↓,Na+↑,Ca2+↑,再灌獲能,激活Na+泵,→Ca2+進(jìn)入細(xì)胞,,,,,再灌時H+↓,H+↑,Na+↑,Ca2+↑,缺血時H+↑,細(xì)胞內(nèi)高H+間接激活Na+-Ca2+交換蛋白,質(zhì)膜Na+/H+交換蛋白主要受細(xì)胞內(nèi)[H+]的變化調(diào)節(jié)

14、缺血時：無氧代謝↑→產(chǎn)生H+增多再灌時：組織間液H+迅速減少→細(xì)胞內(nèi)外較高的 H+濃度差→激活Na+/H+交換蛋白→細(xì)胞內(nèi) [Na+]↑ 激活鈉泵 激活Na+-Ca2+交換蛋白,,,2）生物膜損傷細(xì)胞膜損傷 → 鈣內(nèi)流↑ 膜屏障作用↓ Ca2+激活磷脂酶，使膜磷脂分解 FR使細(xì)胞膜脂質(zhì)過氧化線粒體受損 → ATP↓肌漿網(wǎng)膜受損 → 攝取鈣↓,

15、通透性增加,,,3）線粒體功能障礙4）兒茶酚胺增多：缺血時兒茶酚胺增多,3.鈣超載引起組織細(xì)胞損傷1）線粒體功能障礙 胞漿[Ca2+]↑ 線粒體攝鈣↑ 早期：代償 晚期：磷酸鈣形成 ATP消耗↑、生成↓2）激活膜磷脂酶 分解膜磷脂，導(dǎo)致細(xì)胞膜和細(xì)胞器膜的損傷3）促進(jìn)氧自由基生成 激活XO,,,4）使肌原纖維過度收縮 (1)胞漿內(nèi)高Ca2+ (2

16、)再灌注期消除了H+對心肌收縮的抑制作用,三）微血管損傷和白細(xì)胞的作用1、缺血-再灌注時白細(xì)胞增多的機(jī)制 1）粘附分子（adhesion molecule）增多 是指由細(xì)胞合成的、可促進(jìn)細(xì)胞與細(xì)胞之間、細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)之間粘附的一大類分子的總稱，如整合素、選擇素、細(xì)胞間粘附分子等。 2）趨化因子增多,2、中性粒細(xì)胞介導(dǎo)的缺血-再灌注損傷1）微血管損傷表現(xiàn)：無復(fù)流現(xiàn)象（no-

17、reflow phenomenon）：在再灌注時放開結(jié)扎動脈，重新恢復(fù)血流，部分缺血區(qū)并不能得到充分的血液灌流的現(xiàn)象。機(jī)制a.微血管血液流變學(xué)改變：白細(xì)胞粘附 b.微血管口徑改變：內(nèi)皮腫脹;縮血管物質(zhì)的釋放 c.微血管通透性增高2)組織細(xì)胞損傷 激活的VEC和PMN可釋放大量生物活性物質(zhì)如FR、蛋白酶、細(xì)胞因子,總結(jié)：IRI的主要發(fā)病機(jī)制,再灌注,中性粒細(xì)胞,無復(fù)流,致炎因子↑,氧自由基↑,鈣超載,細(xì)胞損傷,

18、缺血,O2,Ca2+,細(xì)胞壞死,缺血損傷恢復(fù),,,四、IRI對機(jī)體功能的影響,一）IRI對心功能的影響,再灌注性 心律失常,心肌動作電位時程不均一心肌動作電位后延遲后除極的形成心肌電生理特性改變纖顫閾降低NO減少,,,,,心功能 變化,心肌舒縮 功能降低,,心肌頓抑,鈣超載自由基爆發(fā)性生成,,,心肌代謝變化,ATP含量降低ATP合成的前體物質(zhì)不足缺血心肌對氧利用障礙,細(xì)胞膜破壞肌原纖維結(jié)構(gòu)破壞線粒體

19、損傷,心肌超微結(jié)構(gòu)變化,IRI對心功能的影響,1968年由Ames率先報道腦缺血-再灌注損傷。有人提出細(xì)胞質(zhì)內(nèi)鈣聚積及氧自由基導(dǎo)致的脂質(zhì)過氧化在遲發(fā)性神經(jīng)元死亡中起重要作用。,二）腦IRI損傷的變化,腦組織富含磷脂，脂質(zhì)過氧化是腦損傷的主要特征,,腦IRI損傷的變化,腦能量代謝變化,腦IRI損傷的變化,腦氨基酸代謝變化,腦組織學(xué)變化,興奮性氨基酸降低（谷氨酸、天門冬氨酸）抑制性氨基酸增多（丙氨酸、γ-氨基丁酸）,腦水腫腦細(xì)胞壞

20、死,三）小腸的IRI,粘膜損傷為主要特征:上皮細(xì)胞損傷、炎性細(xì)胞浸潤、出血和潰瘍,1981年Greenberg介紹了腸缺血-再灌注損傷,黃嘌呤酶活性高,缺血時產(chǎn)生大量自由基,,,五、 防治原則1 盡早恢復(fù)血流、控制再灌注條件 低壓、低流、低溫、低PH、低鈉、低鈣2 改善缺血組織的代謝 補(bǔ)充糖酵解底物：葡萄糖、ATP、氫醌、CytC3 清除自由基（1）低分子清除劑:VitE VitA VitC 半胱氨酸GSH和 NA

21、DPH等。（2）酶性清除劑：SOD CAT。 CAT能清除H2O2， SOD能岐化O·-2 。 4 減輕鈣超載：Ca2+離子阻斷劑 5 其他： 內(nèi)外源性細(xì)胞保護(hù)劑,患者，男，54歲，因胸悶、大汗1h入急診病房。體查：血壓65/40mmHg，意識淡漠，心率37次/min，律齊。既往有高血壓病史10年，否認(rèn)冠心病史。心電圖示Ⅲ度房室傳導(dǎo)阻滯。給予低分子右旋糖酐等進(jìn)行擴(kuò)冠治療。入院上午10時用尿激酶靜脈溶栓。10