病理生理學(xué)-第10章 缺血-再灌注損傷

1、1,Chapter 10,缺血-再灌注損傷 （Ischemia-reperfusion injury),2,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。 (ischemia-reperfusion injury, IRI),缺血-再灌注損傷 概念,3,簡(jiǎn) 史,Greenberg 等發(fā)現(xiàn)貓小腸缺血3小時(shí)后再灌注時(shí)，粘膜損傷更嚴(yán)重。,Jennings提出“心肌缺血-再灌注損傷”,,,1９５５年,1９6 0年,１９6７

2、年,,Sewell結(jié)扎狗冠狀動(dòng)脈后，突然解除結(jié)扎，恢復(fù)血流，動(dòng)物室顫而死亡。,,１９８１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,4,第一節(jié),缺血-再灌注損傷原因及條件,5,1. 原因,先缺血，后復(fù)灌,6,溶栓療法,器官移植,體外循環(huán),心肺復(fù)蘇,冠脈搭橋,治療手段的改進(jìn),,,,,,,,,,,,7,,急性中風(fēng)溶栓手術(shù)前后,,8,,,9,,10,斷肢再植,,11,女記者給落水女孩做心肺復(fù)蘇術(shù)

3、,,,12,(1) 缺血時(shí)間 (2) 側(cè)支循環(huán)(3) 需氧程度(4) 再灌注條件,2. 影響因素,,,,心臟、腦,13,心肌: 動(dòng)物 40 min， 人體 30 min肝臟: 動(dòng)物 45 min 人體 30 min腦: 動(dòng)物 30 min腸: 動(dòng)物 60 min腎: 動(dòng)物 60 min骨骼肌:動(dòng)物 4h,,器官iri與缺血時(shí)間,14,第二節(jié),缺血-再灌注損傷的發(fā)生機(jī)制,15,,再灌注損傷的“

4、三劍客”,,16,一、自由基的作用,,1979年，F(xiàn)ridovich “氧自由基學(xué)說”,自由基（free radical) 外層軌道上具有單個(gè)不配對(duì)電子的原子、原子團(tuán)和分子的總稱。,,17,,,,攻擊蛋白質(zhì)、酶,攻擊DNA,攻擊生物膜,18,1.自由基概念和分類,(1) 氧自由基：O·-2 OH· (2) 脂性自由基：L· LO· LOO· (3) 其

5、他: NO · Cl· CH3·,19,,H2O2 單線態(tài)氧（1O2）,氧自由基,,O2+ 2e + 2H+,O·-2 + OH·,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·）,(1) 氧自由基 ( oxygen free radical,OFR),20,,(2) 脂性自由基,概念：氧自由基與

6、多價(jià)不飽和脂肪酸作用 后生成的中間產(chǎn)物,,種類： 烷自由基（L·） 烷氧自由基（LO·） 烷過氧自由基（LOO·）,21,,生理情況下自由基的生成與清除 ： The sequential univalent reduction of molecular oxygen to form water are as follows:

7、 4CytC2+ e– e– +2H+ e– +H+ e– +H+ O2 H2O

8、 H2O 4Cyt C3+ 1~2%,,,,,抗氧化劑,SOD，GSH-PXCAT，VitC\A\E,is the most active and strong OFR.,OH ·,22,,,23,

9、,24,2 . 缺血—再灌注時(shí)OFR增多的機(jī)制,,(1) 黃嘌呤氧化酶（XO）形成↑,(2) 中性粒細(xì)胞呼吸爆發(fā),(3) 線粒體的損傷,(4) 兒茶酚胺的自身氧化,25,黃嘌呤脫氫酶(XD) 90% 黃嘌呤氧化酶(XO) 10%,,缺血（Ca2+激活Ca2+依賴性蛋白水解酶）,正常時(shí)，內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi) ：,,,26,缺血時(shí)細(xì)胞改變,,,27

10、,,次黃嘌呤+O2 XO 黃嘌呤+ O·-2 +H2O2　　　　　　　　　　　　　↓XO　　　　　　　　　　　　尿酸+ O·-2 +H2O2,,,OH·,,(1) 黃嘌呤氧化酶（XO）的形成增多,XO的作用：,氧自由基的生成需要三個(gè)條件：①XO ②次黃嘌呤 ③ O2,Fenton反應(yīng)：由金屬離子Cu2+、Zn2+催化的反應(yīng)。,28,,,ATP,ADP,A

11、MP,腺嘌呤核苷,次黃嘌呤核苷,次黃嘌呤,XO,XO,XD,Ca2+,O2,,,黃嘌呤氧化酶途徑,,,,,,,,,,,,,29,,,呼吸爆發(fā)或氧爆發(fā),(2) 中性粒細(xì)胞呼吸爆發(fā),,,,30,,(3) 線粒體的損傷 The sequential univalent reduction of molecular oxygen to form water are as follows: 4CytC2+

12、 e– e– +2H+ e– +H+ e– +H+ O2 H2O

13、 H2O 4Cyt C3+ 1~2%,,,,,,,31,缺血時(shí)細(xì)胞改變,,,,,,,32,2 . 缺血—再灌注時(shí)OFR增多的機(jī)制,(1) 黃嘌呤氧化酶（XO）形成↑,(2) 中性粒細(xì)胞呼吸爆發(fā),(3) 線粒體的損傷,(4) 兒茶酚胺的自身氧化,33,（4

14、）兒茶酚胺的自身氧化,缺血缺氧,兒茶酚胺,生理作用,氧化產(chǎn)物,氧自由基,,,,,再灌注,,O2,+,,34,3.自由基引起缺血-再灌注損傷的機(jī)制,35,,自由基對(duì)膜的損傷,正常血細(xì)胞,自由基損傷,嚴(yán)重自由基損傷,36,3.自由基引起缺血-再灌注損傷的機(jī)制,37,(1) 膜脂質(zhì)過氧化增強(qiáng)（lipid peroxidation),,判斷脂質(zhì)過氧化程度,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

15、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,-S-S-,CH3-S-,,,,O,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,OH,HO,脂肪酸氧化,,,,OH,HO,從氧化的脂肪酸釋出的 丙二醛MDA,,,,38,,,,細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)破壞膜蛋白（離子泵）功能↓,ATP生成↓,,,39,(2) 蛋白質(zhì)功能抑制,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

16、,,蛋白質(zhì)斷裂,,,,,,,,,,,,,,,蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)交聯(lián),-S-S-,CH3-S-,,,,O,,,,,,,二硫交聯(lián),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,氨基酸 氧化,,,,OH,HO,,,OH,HO,蛋白質(zhì)-脂質(zhì)交聯(lián),40,(3) 核酸及染色體破壞,80%由OH?所致,,,染色體畸變、核酸堿基改變和DNA斷裂,41,,蛋白質(zhì)損傷,核酸損傷,膜脂質(zhì)過氧化,自由基,,,,,,,,3.自由基引起缺血-再灌注損傷的機(jī)制,42,3.自由

17、基引起缺血-再灌注損傷的機(jī)制,,43,二、鈣超載（calcium overload）,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。,44,,,,,,,,,Mito,SR,Ca2+,細(xì)胞內(nèi)外鈣分布,50%,,（10-3mol/L）,（10-7mol/L）,1%,5%,14%,30%,,,,,45,,,,,,,,,,Mito,SR,[Ca2+],,,鈣泵,,,,,,,,Ca2+,3Na+,Na+-Ca2+交換體,46,

18、（一）鈣超載的發(fā)生機(jī)制,1. Na+ -Ca2+ 交換異常,細(xì)胞內(nèi)〔 Na+ 〕升高,細(xì)胞內(nèi)〔 H+ 〕升高,47,,,,,[Ca2+],,,,,Ca2+,3Na+,[Na]↑,再灌注,,,,,細(xì)胞內(nèi)〔 Na+ 〕升高引起鈣超載的機(jī)理,48,,H+ ↑,,,細(xì)胞內(nèi)〔H+ 〕升高引起鈣超載的機(jī)理,,,〔 Na+ 〕↑,,Ca2 + ↑,H+ ↑,reperfusion,ischemia,,,49,1. Na+ -Ca2+ 交換異常,

19、細(xì)胞內(nèi)〔 Na+ 〕升高,細(xì)胞內(nèi)〔 H+ 〕升高,蛋白激酶C（PKC）活化,（一）鈣超載的發(fā)生機(jī)制,50,,,PKC,Ca2+,,,,α1,GP,PLC,PIP2,蛋白激酶C（PKC）活化,α1,,51,（一）鈣超載的發(fā)生機(jī)制,1. Na+ -Ca2+ 交換異常,細(xì)胞內(nèi)〔 Na+ 〕升高,細(xì)胞內(nèi)〔 H+ 〕升高,蛋白激酶C（PKC）活化,2. 生物膜損傷,52,,,,,,,,,,Mito,SR,[Ca],,,鈣泵,,,,,Na+-Ca

20、2+交換體,,,,,,,,53,,,,,Mito,,,,核酶,磷脂酶,,,,,,,鈣超載引起IRI的機(jī)制,,,,,鈣超載是細(xì)胞不可逆死亡的共同通路！,54,,三、白細(xì)胞的作用,,,,,,,,,粘附分子,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,趨化因子,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

21、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,白細(xì)胞,內(nèi)皮細(xì)胞,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,白細(xì)胞增多機(jī)制,55,,三、白細(xì)胞的作用,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,微血管通透性↑粒細(xì)胞游出損傷細(xì)胞,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

22、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,血液流變學(xué)改變白細(xì)胞粘附聚集、血流緩慢,微血管口徑的改變內(nèi)皮細(xì)胞腫脹縮血管物質(zhì)↑擴(kuò)血管物質(zhì)↓,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,白細(xì)胞介導(dǎo)的損傷機(jī)制,56,57,第三節(jié) 機(jī)體的功能、代謝變化,58,（一）心功能變化 1.再灌注性心律失常,一、 心肌缺血-再灌注損傷的變化,2.心肌舒縮功能↓,59,正常,延遲后除極（再灌注性心律失常）,再灌注性心律失常,60,影

23、響因素： 缺血時(shí)間 缺血心肌的數(shù)量 缺血的程度 再灌注血流速度,特點(diǎn)：室性心律失常為主,再灌注性心律失常,61,2. 心肌舒縮功能↓： CO↓，LVEDP↑，±dp/dtmax↓ 心肌頓抑（myocardial stunning） 遲呆心肌 指心肌短時(shí)間缺血后恢復(fù)再灌流一段時(shí)間內(nèi) 心肌出現(xiàn)的可逆性收縮功能降低的現(xiàn)象。 自由基的作用和鈣超載是心肌頓抑的主要機(jī)制,,6

24、2,（二） 心肌代謝變化： ATP及CP減少,核苷酸類物質(zhì)下降.,一、 心肌缺血-再灌注損傷的變化,63,（三）心肌超微結(jié)構(gòu)變化,肌纖維孿縮收縮帶形成肌絲斷裂溶解線粒體損傷,一、 心肌缺血-再灌注損傷的變化,64,（一）能量代謝障礙 1、ATP、 CP、 G 、 糖原↓、乳酸↑,2、氨基酸代謝有明顯變化： 興奮性↓ 抑制性↑,二、 腦缺血-再灌注損傷的變化,65,磷脂酶激活,,

25、游離脂肪酸增加,脂質(zhì)過氧化↑,,OFR,,3、cAMP↑c(diǎn)GMP↓,（一）能量代謝障礙,二、 腦缺血-再灌注損傷的變化,,66,（二）腦結(jié)構(gòu)變化 腦水腫,腦細(xì)胞壞死.,二、 腦缺血-再灌注損傷的變化,67,腸、腎、骨,三、其它器官再灌注損傷,68,第四節(jié) 防治原則,69,1 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，保護(hù)缺血組織：葡萄糖、AT

26、P 氫醌、CytC：延長缺血組織的可逆性改變期限,70,,3清除自由基 低分子清除劑,胞漿：還原性輔酶Ⅱ,細(xì)胞內(nèi)外水相：半胱氨酸、Vit C、谷胱甘肽,細(xì)胞脂質(zhì)：Vit E、 Vit A,O·-2 1O2,,H2O2 OH·,,,71,酶性清除劑,過氧化氫酶(CAT),過氧化物酶,超氧化物歧化酶,,MnSOD,CuZnSOD,,O·-2,H2O2,,,,72,4 減輕鈣超載 Ca2+離子阻斷

27、劑 5 其他 內(nèi)外源性細(xì)胞保護(hù)劑 藥物預(yù)處理等,73,本章要求,1.掌握 缺血-再灌注損傷、鈣超載概念；IRI的三大重要發(fā)生機(jī)制；自由基清除劑。 2.熟悉 缺血-再灌注損傷的原因及條件。3.了解 臟器缺血-再灌注損傷的變化；防治病生基礎(chǔ)。,74,生理情況下自由基的清除,生理情況下，自由基濃度很低（10-9?10-4mmol/L), 壽命短（10s）體內(nèi)的抗氧化物質(zhì)及時(shí)清除自由基生成與清除處于動(dòng)態(tài)平衡自由基生成過多