缺血再灌注損傷武輝2017

1、第七章缺血-再灌注損傷（Ischemia – Reperfusion injury）,病理生理學(xué)教研室 武 輝 Email:314693900@qq.com,教學(xué)目標(biāo),1.掌握 缺血-再灌注損傷、自由基、活性氧、鈣超載、無復(fù)流現(xiàn)象和呼吸爆發(fā)的概念；缺血-再灌注損傷的發(fā)生機(jī)制。2.熟悉 心肌、腦缺血—再灌注損傷的變化， 心肌頓抑的概念3.了解 缺血-再灌注損傷發(fā)生的原因和條

2、件；防治缺血-再灌注損傷的病理生理學(xué)基礎(chǔ),講授提綱,第一節(jié) 概述和病因?qū)W 第二節(jié) 發(fā)病機(jī)制（重點(diǎn)） 第三節(jié) 缺血-再灌注損傷時機(jī)體的 代謝和功能變化 第四節(jié) 防治原則,患者男，54歲，因胸悶、大汗1小時入急診病房?；颊哂诋?dāng)日上午7時30分突然心慌、胸悶伴大汗，含服硝酸甘油不緩解，上午9時來診。體檢：血壓65/40mmHg，意識淡漠，雙肺無異常，心率37次/min，律齊。既往有

3、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。 診斷：急性下壁、右室心肌梗死合并心源性休克。 給予阿托品、多巴胺、低分子葡聚糖等治療。上午10時用尿激酶靜脈溶栓。10時40分出現(xiàn)陣性心室纖顫，立即除顫，至11時20分反復(fù)發(fā)生室性心動過速、室顫及阿-斯綜合征，共除顫7次，同時給予利多卡因、小劑量異丙腎上腺素后心律轉(zhuǎn)為竇性，血壓平穩(wěn)，意識清楚。11時30分癥狀消失，病人住院治療22天康復(fù)出院。,請分析：本

4、例病人入院后為什么在溶栓后出現(xiàn)了嚴(yán)重的心律失常？其發(fā)病機(jī)制可能有哪些？,第一節(jié) 概述和病因?qū)W,,在心肌缺血恢復(fù)血流后，缺血心肌的損傷反而加重,?１９６０年，Jennings第一次提出心肌再灌注損傷的概念,?１９6７年，Bulkley 和Hutchins發(fā)現(xiàn)冠脈搭橋血管再通后的病人發(fā)生心肌細(xì)胞反常性壞死,?1972年，F(xiàn)lore研究腎缺血-再灌注損傷?1978年，Modry報道了肺再灌注綜合征?1981年，Greenberg等證實(shí)

5、貓小腸缺血3小時后再灌注時，粘膜損傷更嚴(yán)重以上說明再灌注損傷幾乎可在每一種組織器官發(fā)生,?1968年，Ames率先報道腦缺血-再灌注損傷,氧反常,鈣反常,pH反常,低氧/缺氧,正常氧供,,無鈣,含鈣,損傷加重,酸中毒,糾正酸中毒,,,,,,基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)：,pH paradox,oxygen paradox,calcium paradox,二、缺血再灌注損傷的原因和條件,（一）原因 先缺血，后再灌（二）影響因素 1. 缺

6、血時間和缺血程度 2. 組織器官的結(jié)構(gòu)、功能和代謝特點(diǎn)：需氧程度、側(cè)支循環(huán)等 3.再灌注條件(低溫、低壓、低PH、低鈉、低鈣）,1.缺血時間和缺血程度：缺血時間過短或過長都不易發(fā)生再灌注損傷,缺血時間對大鼠再灌注心律失常的影響,2. 組織器官的結(jié)構(gòu)、功能和代謝特點(diǎn)（1）需氧程度 對氧需求高者，容易發(fā)生缺血-再灌注損傷,（2）側(cè)支循環(huán)容易形成者，不易發(fā)生缺血-再灌注損傷（3）器官原有的功能狀態(tài),3. 再灌注條件：低壓

7、、低溫、低PH、低鈉、低鈣液灌注，可使再灌注損傷減輕；或適當(dāng)增加K+、Mg2+含量，也有利于減輕缺血-再灌注損傷,活性氧的損傷作用鈣超載白細(xì)胞的損傷作用,第二節(jié) 發(fā)病機(jī)制,一、活性氧的損傷作用,,,氧自由基 (oxygen free radical)：以氧為 中心的自由基稱為氧自由基。如：超氧 陰離子(O2 · )、羥自由基(OH· ),,Fenton 型Haber-Weiss反應(yīng),3、H2O2：

8、本身不是自由基，但是在Cu2+、Fe2+的作用下，可以生成·OH,2、單線態(tài)氧 (single oxygen)：是一種能量較高的激發(fā)態(tài)氧，其氧分子在同一外層電子軌道中有兩個自旋方向相反的電子，這種氧分子在紫外光譜中呈現(xiàn)一條單線，故稱單線態(tài)氧。,4.氮中心自由基: 包括一氧化氮（NO）、 過氧亞硝酸根（ONOO-）,一氧化氮的淵源,這位偉大的科學(xué)家就是阿爾弗雷德·貝恩哈德·諾貝爾。諾貝爾出生

9、于瑞典斯德哥爾摩。1864年，諾貝爾以硝化甘油為主要原料發(fā)明了安全炸藥，被稱為最偉大的科學(xué)家。他一生共獲得技術(shù)發(fā)明專利355項(xiàng)，并在全世界20多個國家開設(shè)了約100家公司和工廠，積累了巨額財富。,,,1998年R．Furchgott等三位美國科學(xué)家因?qū)O信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制的研究而獲得諾貝爾生理和醫(yī)學(xué)獎。,Robert F. Furchgott,Louis J. Ignarro,Ferid Murad,弗奇戈特

10、 伊格納羅 穆拉德,5.脂性自由基指氧自由基與多不飽和脂肪酸作用后生成的中間代謝產(chǎn)物。包括 脂性過氧化物（LOOH）、 脂氧自由基（LO·）、 脂過氧自由基（LOO·）等。,1、線粒體產(chǎn)生的活性氧增多2、黃嘌呤氧化酶途徑產(chǎn)生的活性氧增多3、白細(xì)胞呼吸爆發(fā)產(chǎn)生大量氧自由基4、兒茶酚胺的自身氧化5、誘導(dǎo)性NOS表達(dá)增強(qiáng)6、體內(nèi)清除活性氧的能力

11、下降,,,1、線粒體產(chǎn)生活性氧增加,①缺血②再灌注③鈣超載，均可線粒體產(chǎn)生的活性氧增多,血管內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)富含黃嘌呤酶類,neutrophil,白細(xì)胞吞噬時伴耗氧量顯著增加，在缺血-再灌注的情況下產(chǎn)生大量氧自由基的現(xiàn)象，稱呼吸爆發(fā)(Respiratory Burst )。,3、白細(xì)胞呼吸爆發(fā)產(chǎn)生大量氧自由基,單胺氧化酶,5、誘導(dǎo)型NOS表達(dá)增強(qiáng),缺血再灌注導(dǎo)致白細(xì)胞活化后，iNOS表達(dá)上調(diào)，導(dǎo)致NO大量生成。NO及其代謝產(chǎn)

12、物OONO-、HOONO、和·OH都可導(dǎo)致組織損傷。,6、體內(nèi)清除活性氧的能力下降,缺氧導(dǎo)致細(xì)胞中抗氧化酶的活性降低，致氧自由基清除減少，體內(nèi)活性氧增多。,,SODCATGSH-Px,,Cu/Zn/Mn-SOD,清除H2O2,,CAT,H2O2+2GSH 2H2O+GSSG,,GSH-Px,（三）活性氧引起缺血-再灌注損傷的機(jī)制,膜脂質(zhì)過氧化蛋白質(zhì)失活DNA損傷細(xì)胞間基質(zhì)破壞,

13、膜脂質(zhì)過氧化（ lipid peroxidation） （1）破壞膜的正常結(jié)構(gòu) （2）促進(jìn)其他生物活性物質(zhì)生成 （3）細(xì)胞信號轉(zhuǎn)到功能異常,,質(zhì)膜,細(xì)胞器膜,（1）破壞膜的正常結(jié)構(gòu),細(xì)胞器膜結(jié)構(gòu)破壞,? 溶酶體破裂釋放溶酶體酶，破壞細(xì)胞? 線粒體腫脹、功能障礙，產(chǎn)能減少 ? 肌漿網(wǎng)Ca2+ -ATP酶活性降低使攝取的Ca 2+ 減少，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)鈣超載,（2）促進(jìn)其他生物活性物質(zhì)生成,? 脂質(zhì)過氧化可以激活P

14、LC、PLD,分解膜磷脂，催化花生四烯酸代謝反應(yīng)，使生物活性物質(zhì)白三烯、血栓素、PGE等生成增多，促進(jìn)再灌注損傷。,（3）細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)功能異常,? 脂質(zhì)過氧化可以抑制膜受體、G蛋白與效應(yīng)器的偶聯(lián)，導(dǎo)致細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)障礙。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,蛋白質(zhì)斷裂,,,,,,,,,,,,,,,蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)交聯(lián),-S-S-,CH3-S-,脂質(zhì)-脂質(zhì)交聯(lián),,,,

15、O,,,,,,,二硫交聯(lián),,,,,,,,,,,,,,,,,脂質(zhì)-蛋白 質(zhì)交聯(lián),,,,,氨基酸 氧化,,,,OH,HO,脂肪酸氧化,,,,OH,HO,2. 蛋白質(zhì)失活,3. DNA損傷,堿基修飾、DNA斷裂和DNA交聯(lián),4. 細(xì)胞間質(zhì)破壞 活性氧可以使透明質(zhì)酸降解、膠原蛋白交聯(lián)，從而使細(xì)胞間基質(zhì)變得疏松、彈性降低。,活性氧的損傷作用鈣超載白細(xì)胞的損傷作用,(一)細(xì)胞內(nèi)Ca2+的穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié),二、鈣超載( calcium over

16、load),（二）細(xì)胞內(nèi)鈣超載的產(chǎn)生機(jī)制,各種原因引起的細(xì)胞內(nèi)鈣含量異常增多并導(dǎo)致細(xì)胞結(jié)構(gòu)損傷和功能代謝障礙的現(xiàn)象，稱為鈣超載（calcium overload）,1．細(xì)胞膜通透性增加,2. ATP依賴性離子泵功能障礙,3. Na+-Ca2+交換異常,4. 兒茶酚胺增多,細(xì)胞膜通透性增加　    （1）缺血造成細(xì)胞膜外板與糖被分離，使細(xì)胞膜對鈣的通透性大大增加； （2）細(xì)胞內(nèi)Ca2+增加又可激活磷脂酶，使膜磷脂

17、降解，細(xì)胞膜通透性進(jìn)一步增高。 （3）當(dāng)再灌注時，鈣離子順細(xì)胞內(nèi)外的濃度差大量進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)。,2. ATP依賴性離子泵功能障礙　   缺血時線粒體膜受損，抑制氧化磷酸化過程，使ATP生成減少，抑制鈣泵活性，引起鈣超載。 再灌注時血流的恢復(fù)帶來大量Ca2+，使細(xì)胞內(nèi)鈣迅速增多。,3. Na+-Ca2+交換異常     缺血缺氧時，　　細(xì)胞內(nèi)pH降低（細(xì)胞內(nèi)酸中毒），恢復(fù)

18、灌注使細(xì)胞內(nèi)外形成pH梯度差，Na+-H+交換增強(qiáng)；　　加上Na+- K+ -ATP酶活性降低，使細(xì)胞內(nèi)Na+增加，從而使Na+-Ca2+交換發(fā)生反向轉(zhuǎn)運(yùn)，細(xì)胞外Ca2+大量內(nèi)流，造成細(xì)胞內(nèi)鈣超載。,4. 兒茶酚胺增多    缺血-再灌注時兒茶酚胺大量產(chǎn)生。 通過α受體激活磷脂酶C，產(chǎn)生三磷酸肌醇（IP3），導(dǎo)致內(nèi)質(zhì)網(wǎng)/肌漿網(wǎng)上鈣通道開放，使細(xì)胞內(nèi)鈣庫釋放鈣。 通過β受體激活腺苷酸環(huán)化酶，

19、使cAMP生成增加， cAMP 激活PKA，使L型鈣通道磷酸化而促進(jìn)鈣內(nèi)流。,4. 兒茶酚胺增多,１．破壞線粒體結(jié)構(gòu)和功能?。ǎ保粒裕泻铣蓽p少　（２）線粒體通透性轉(zhuǎn)運(yùn)孔道開放２．促進(jìn)活性氧生成３．激活其他酶的活性,（三） 鈣超載引起缺血／再灌注損傷的機(jī)制,1. 破壞線粒體結(jié)構(gòu)和功能（1）ATP合成減少,Ca2++PO43+→Ca3(PO4)2,,ATP↓,（三） 鈣超載引起缺血／再灌注損傷的機(jī)制,影響電子傳遞和氧化磷酸化,

20、（2）線粒體通透性轉(zhuǎn)運(yùn)孔道開放（MPTP） 主要功能：促進(jìn)線粒體基質(zhì)中的質(zhì)子外流和 ATP/ADP在線粒體和細(xì)胞質(zhì)中的轉(zhuǎn)換。 MPTP高通透性持久開放后果： ①線粒體跨膜電位遭到破壞，ATP合成終止。 ②氧自由基大量產(chǎn)生

21、 ③線粒體細(xì)胞色素C進(jìn)入胞質(zhì)，激活半胱氨酸蛋白 酶，誘發(fā)細(xì)胞凋亡。 ④線粒體釋放Ca2+入胞質(zhì)，鈣超載，激活蛋白水解 酶、磷脂酶，使細(xì)胞膜受損，細(xì)胞壞死。,3. 促進(jìn)活性氧生成：,黃嘌呤脫氫酶→黃嘌呤氧化酶,鈣超載,,Ca2+依賴性蛋白酶,,次黃嘌呤,黃嘌呤,尿酸,,,,,,4.激活其它酶的活性：,,,,線粒體,肌漿網(wǎng)

22、,損傷刺激,肌漿Ca2+↑,,,ATP酶,ATP↓,磷脂酶,磷脂分解,蛋白酶,膜和骨架蛋白破壞,核酶,,染色體 損傷,,,,,,,,,鈣超載激活多種酶的活性,活性氧的損傷作用鈣超載白細(xì)胞的損傷作用,（一）白細(xì)胞聚集的機(jī)制,,三、白細(xì)胞的作用,1．趨化因子生成增多缺血組織受損，膜磷脂降解，花生四烯酸代謝產(chǎn)物增多（白三烯等），具有很強(qiáng)的趨化作用，吸引白細(xì)胞至缺血組織和粘附于血管內(nèi)皮細(xì)胞。2．黏附分子生成增多 缺血-再灌注

23、時，血管內(nèi)皮和白細(xì)胞表達(dá)大量的粘附分子。,粘附分子：指細(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)之間粘附的一類大分子的總稱。,（一）白細(xì)胞聚集的機(jī)制,,三、白細(xì)胞的作用,（二）白細(xì)胞聚集在缺血-再灌注損傷中的作用,阻塞微循環(huán)釋放活性氧釋放各種顆粒成分產(chǎn)生各種促炎細(xì)胞因子,（二）白細(xì)胞聚集在缺血-再灌注損傷中的作用,1. 阻塞微循環(huán),引起無復(fù)流現(xiàn)象(no-reflow phenomenon ),細(xì)胞粘附、聚集、堵塞血管增加

24、血管通透性→組織水腫,,無復(fù)流,無復(fù)流現(xiàn)象(no-reflow phenomenon )：恢復(fù)血液灌注后，缺血區(qū)依然得不到充分血流灌注的現(xiàn)象稱無復(fù)流現(xiàn)象 .,2. 釋放活性氧 ：呼吸爆發(fā)，自由基釋放，損傷內(nèi)皮，增加血管壁通透性，導(dǎo)致組織水腫。,,3. 釋放各種顆粒成分： 酶性成分：彈性蛋白酶、膠原酶和明膠酶 非酶性成分：次氯酸和氯胺4. 產(chǎn)生各種促炎細(xì)胞因子 ： TNF-α和IL-1β，引起炎癥瀑布反應(yīng)。,ROS,鈣

25、超載,,白細(xì)胞,,,,,,,代謝、功能改變,IRI機(jī)制小結(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,缺血,O2,Ca2+,細(xì)胞壞死,缺血損傷恢復(fù),,,第三節(jié) IRI時機(jī)體的功能及代謝變化,,一、心臟缺血-再灌注損傷,細(xì)胞膜破壞肌原纖維結(jié)構(gòu)破壞線粒體損傷,（一）心肌超微結(jié)構(gòu)變化,（二）心肌功能代謝變化　1.缺血-再灌注性心律失常?。?心肌頓抑和微血管頓抑,心肌頓抑和微血管頓抑

26、心肌頓抑（myocardial stunning):指心肌經(jīng)短暫缺血并恢復(fù)供血后，在一段較長時間內(nèi)處于“低功能狀態(tài)”，常需數(shù)小時或數(shù)天才可恢復(fù)正常功能的現(xiàn)象。,微血管頓抑（myocardial stunning):指心肌冠狀血管經(jīng)短暫缺血并恢復(fù)供血后，在一段較長時間對擴(kuò)張血管物質(zhì)反應(yīng)遲鈍的現(xiàn)象，微血管并未壞死，屬可逆性損傷。,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,腦能量代謝變化,腦氨基酸代謝變化,腦組織

27、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,缺血再灌注時產(chǎn)生大量自由基,,,第四節(jié) 防治原則,1. 縮短缺血時間，盡早恢復(fù)血流2. 控制再灌注的條件 低壓、低流、低溫、低pH、低鈉、低鈣液灌流3.補(bǔ)充能量及促進(jìn)能量

28、生成4.清除活性氧5.鈣拮抗劑的使用6.抗白細(xì)胞療法 7.啟動細(xì)胞內(nèi)源性保護(hù)機(jī)制,啟動細(xì)胞內(nèi)源性保護(hù)機(jī)制,缺血預(yù)適應(yīng) 是指組織器官經(jīng)反復(fù)短暫缺血后，會明顯增強(qiáng)對隨后較長時間缺血及再灌注損傷的抵抗力的現(xiàn)象。 保護(hù)作用特點(diǎn)：①有限記憶性 ②保護(hù)作用呈雙峰分布 ③非特異性 缺血后適應(yīng) 指在缺血后全面恢復(fù)再灌注前