缺血与再灌注损伤.ppt

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1、,同学们好,病理生理教研室,李宏杰,缺血与再灌注损伤Ischemia Reperfusion,Injury,(I/RI),第 一 节,概 述,血液再灌注后缺血性损伤进一步加重的现象,缺血后再灌注 不能使组织、器官功能恢复 加重组织、器官的功能障碍和结构损伤,概念,1955年 Sewell报道了心肌IRI现象1960年 Jennings首次提出心肌IRI的概念1975年 Schaffer经临床观察证实心肌IRI,不同器官不同种属动物IRI具有普遍性,氧反常,钙反常pH反常,低氧/缺氧,正常氧供,损伤加重,无钙酸中毒,含钙纠正酸中毒,第 二 节,缺血再灌注损伤,的原因和条件,一、原因：,1.全身循

2、环障碍后恢复血流供应：如休克治疗、心脏骤停后心脑肺复苏。,2.组织器官缺血后血流恢复：,器官移植、断肢再植、,心脏体外循环术后恢复血流等。,3.某一血管再通后：,动脉搭桥术、PTCA、溶栓疗法、冠脉解痉后,二、影响因素,缺血时间,侧支循环,需氧程度,再灌注条件,1.缺血时间：过长过短均不易发生IRI不同动物，耐缺血时间不同,大鼠,耐受,5,min,结扎左冠脉主支,min,家兔狗,耐受耐受,301 h,不同器官，,脑 30 min,耐受缺血时间不同,心脏肺脏,1h48h,2.侧枝循环：缺血后易形成侧支循环者,不易发生IRI。,3.需氧程度：越高，越易发生IRI,如心、脑,4.再灌注条件：低温、低

3、压、低流速、,低PH、低钠、低钙液灌注时不易发生IRI。,一、自由基的作用,（一）、自由基的概念与类型：,1.概念：,自由基(free radical FR)：外层电子轨道上有单个不配对电子的原子、原子团和分子的总称。,氧自由基(OFR)：由氧诱发产生的自由基,2.氧自由基类型：,、,非脂质氧自由基：包括 O.2OH.和 NO脂性氧自由基：如 LO、LOO 等,活性氧（ROS)：由氧形成、化学性质较基态氧活泼的含氧代谢产物总称。氧自由基：O2，OH,，H2O2,非自由基的含氧物质：1O2FR特点:在体内存在的时间短 性质极活泼,（二）FR 的代谢：产生:98%O2接受4个电子生成水并放出能量1

4、-2%O2接受一个电子生成O2,O2,O2,OH,H2O2,H2O,e-,e-+2H+,e-+H+,e-+H+,H2O,O2产生途径：,线粒体：单电子还原,自然氧化：CA、Hb、肌红蛋白,酶 氧 化：XO、醛氧化酶,毒物作用于细胞：CCL4，百草枯,电离辐射：共价键均裂中性粒细胞：呼吸爆发,清除：,1.分子自由基清除剂,脂溶性抗氧化剂：VitE、VitA及固醇类激素。水溶性小分子抗氧化剂：VitC、GSH、铜蓝蛋白,2.酶性自由基清除剂,抗氧化酶：SOD、CAT、GSH-PX,生物学意义：有益效应：参与电子转移、氧化还原反应、杀菌等有害效应：参与多种疾病的发生生理：生成与降解平衡，无害,病理：

5、生成 或 清除,损伤,（三）I/R时氧自由基生成增多的机制:1.黄嘌呤氧化酶（XO）途径：正常：存在形式：Ca2+依赖蛋白水解酶,XD（90）,XO（10）,O2,缺血期,再灌注期,腺嘌呤核苷次黄嘌呤核苷次黄嘌呤,ATPADPAMP黄嘌呤脱氢酶,O2,黄嘌呤氧化酶尿酸+O2H2O2OH,Ca2+黄嘌呤氧化酶黄嘌呤 O2H2O2,2.中性粒细胞呼吸爆发：,缺血,LTB4、补体等趋化活性物质,中性粒细胞激活,再灌注,呼吸爆发,产生自由基,3.线粒体细胞色素氧化酶系统功能失调缺血缺氧ATPCa2+进入线粒体线粒体细胞色素,氧化酶功能失调氧经单电子还原,自由基,Mn-SOD,4.儿茶酚胺的自身氧化,缺

6、血缺氧,儿茶酚胺释放,儿茶酚胺及其氧化产物,自由基,I/R时氧自由基 生成增多的机制:,1.黄嘌呤氧化酶（XO）途径：,2.中性粒细胞呼吸爆发（氧爆发）,3.线粒体细胞色素氧化酶系统功能失调 4.儿茶酚胺的自身氧化,（四）FR的损伤作用：,1.生物膜脂质过氧化增强：2.抑制蛋白质的功能:3.破坏核酸及染色体：,1.生物膜脂质过氧化增强：脂质过氧化（lipid peroxidation,LPO)作用是指由活性氧引发的多聚不饱和脂肪酸的链式氧化反应。,引发,扩增,终止,OH,814次,非自由产物,破坏膜正常结构:膜液态性、流动性；通透性,Ca+内流间接抑制膜蛋白功能：,离子泵失灵,Ca+内流,细胞

7、内信号传递障碍促进FR及其他生物活性物质生成激活磷脂酶C、D 生成TXA2、LT,ATP生成,：线粒体功能受损,自由基对膜的损伤,自由基对膜的损伤,自由基对膜的损伤,正常血细胞,自由基损伤,严重自由基损 伤,2.抑制蛋白质的功能:,巯基氧化形成二硫键,氧自由基的作用：氨基酸残基氧化,蛋白质交联,脂质过氧化物(MDA)作用：蛋白质交联,巯基氧化使多种酶的活性丧失；肌纤维蛋白,对Ca2+反应性降低，抑制心肌收缩力。肌浆网钙转运蛋白受损，钙调节异常。,蛋白质断裂,蛋白质-蛋,白质交联,-S-S-CH3-S-,O,二硫交联,脂质-蛋白,质交联,氨基酸氧化,3.破坏核酸及染色体：碱基顺序改变,DNA 断

8、裂染色体畸变其他：O2-NO,80为OH所致ONOO.-,OH.促进WBC贴壁;OFR促进TF生成丙二醛作为交联剂改变生物大分子功能FR可破坏细胞间质，使皮肤出现皱纹,2蛋白质功能抑制3破坏核酸及染色体,线,物。,巯基氧 使 蛋化 白,不饱和脂肪酸蛋白质的比例失膜的液态性、流动性降低，脂 氧 间形氧化，离子泵：钠钙内流3.胞浆或更大的聚合前列腺素、血栓素、白间接抑制膜蛋白功能。肌纤维 三烯对Ca2+反应性降低，抑制心肌收缩力。过氧化肌 钙减少ATP生成。,碱基羟化或DNA断裂80为OH所致，因OH易与脱氧核糖核酸及碱基反应并使其结构改变。,缺血再灌注损伤发生机制自由基的作用,钙,超 载,白细胞

9、的作用,各种原因引起的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称为钙超载，严重者可造成细胞死亡。,细胞内钙稳态调节:细胞外钙 10-3 10-2 mol/L细胞内钙 10-8 10-7 mol/L,44%,线粒体和内质网,0.005,游离钙,1.Ca2+进入胞液的途径：,(1).质膜钙通道:,电压依赖性钙通道：（VOC）受体操纵性钙通道：（ROC)（2）胞内钙库释放通道：,IP3受体钙通道,RyR敏感的钙通道,2.Ca2+离开胞液的途径：钙泵的作用：逆浓度梯度、耗能的主动过程,Ca2+i水解ATP,激活Ca2+-Mg2+-ATP酶将Ca2+泵出细胞或泵入,内质网及线粒体,Ca

10、2+i,Na+Ca2+交换：不耗能Na+Ca2+交换蛋白是一种跨膜蛋白，双向转运（3 个Na+交换1个 Ca2）受跨膜Na+梯度调节 Ca2+H交换：,Ca2+i,Ca2+被线粒体,摄取，线粒体内H排至胞液,（一）.再灌注时细胞内钙超载的机制,1.Na+Ca2+交换异常,Ca2+、ATP、Mg2+、H+影响跨膜Na+浓度调节（主要）,正常时正向转运：Na+内流，Ca2+外流IR时反向转运：Na+外流，Ca2+内流,Na+Ca2+交换蛋白激活见于：（1）细胞内高Na+直接激活：,缺血,C内ATP,Na+泵,C内Na+,Na+Ca2+蛋白,Na+出C，Ca2+入C,（2）C内高H+间接激活：,缺血

11、,跨膜 H+（+）Na+H+,再灌,梯度,蛋白,H+排出（+）Na+Ca2+,Ca2+,Na+内流,蛋白,内流,（3）PKC活化对Na+Ca2+交换蛋白的间接激活,缺血,交感肾上腺髓质系统（）CA,1受体G蛋白PLC通路磷脂酰肌醇,受体腺苷酸环化酶,ATP,IP3胞内钙库释放钙,DGPKC激活,cAMPPKA,受体操纵型钙通道钙内流,Na+H+Na+Ca2+钙超载,（3）PKC活化对Na+Ca2+交换蛋白的间接激活,缺血,交感肾上腺髓质系统（）CA,1受体G蛋白PLC通路磷脂酰肌醇,受体腺苷酸环化酶,ATP,IP3胞内钙库释放钙,DGPKC激活,cAMPPKA,受体操纵型钙通道钙内流,Na+H

12、+Na+Ca2+钙超载,cAMP,PKA,ATP,儿茶酚胺Ca2+AC,2.生物膜损伤：,缺血缺氧,酸中毒,磷脂酶激活,膜磷脂降解,自由基,脂质过氧化反应,生物膜损伤,（1）细胞膜损伤,细胞膜损伤,胞外钙内流增加膜磷脂降解,钙超载激活磷脂酶,（2）线粒体及肌浆网膜损伤,线粒体膜损伤,ATP,钙泵失灵,钙超载,肌浆网膜损伤,钙泵功能抑制,肌浆网摄取钙,再灌注时细胞内钙超载的机制1.Na+Ca2+交换异常,Na+,直接激活Na+/Ca2+交换蛋白,H+,间接激活Na+/Ca2+交换蛋白,PKC活化,间接激活Na+/Ca2+交换蛋白,2.生物膜损伤（1）细胞膜损伤（2）线粒体及肌浆网膜损伤,Na+/

13、H+,（二）钙超载损 的机早期代偿 义。,伤,制,蛋白水解酶使细胞骨架分解+换2+,2+意,碍核 内 一过 内向离子流，在增加ATP缺血,酸 切 性 消耗细胞 得能量,酶 重新获,ATP 动作 后 成迟 磷酸钙沉积干扰氧化应，,酶 心肌 电位 形浆存 浓,2钙依赖性降解酶的激活 心律的条件下，肌原纤维,磷脂酶 除极，成为引起磷酸化2+,Ca,进膜磷脂分；因之一。发生过,解度收缩。,促,4促进氧自由基 成膜磷脂降解产物花生四烯XH,生 XO,5肌原纤维过度、溶血积 H+移出，减轻或磷脂酶 环,收缩酸 磷脂等增多的 迅速 A2,AA,通过Na Ca 交 形成,后,Ca2+向线粒体转移：,线粒体过多

14、摄人Ca1线粒体功能障,供 在胞 在高 度,3心律失常 失常的原 可引起心,肌纤维断裂。,缺血-再灌注使缺血期堆,氧酶 了H+对 氧酶,2O2作用。,加 消除、脂加心肌收缩的抑H制、OH,缺血-再灌注损伤发生机制自由基的作用,钙,超 载,白细胞的作用,内皮细胞和白细胞表达粘附分子,白细胞释放趋化介质,内皮细胞,缺血期细胞膜磷脂降解，花有些物质，如白三烯的趋化作用。（一）、IR时白细胞激活的机制：再灌期，激活的WBC进一步释放趋化介质白细胞之间、细胞与细胞外基质,之间粘附的一大类分子的总称,微血管通透性WBC和VEC释放自由基、LTs、PAF,血液流变学改变,白细胞粘附聚集、RBC、BPC聚集血

15、流缓慢,微血管口径的改变,内皮细胞肿胀缩血管物质扩血管物质细胞肿胀压迫微血管,无细胞损伤,激活的灌注,（二）.中性粒细胞介导的缺血-再灌注损伤1 微血管损伤(无复流现象，no-reflow phenomenon)2 复流现象：指解除缺血原因后并没使缺血区得到充分血流 WBC、VEC释放自由基、蛋白水的反常现象解酶、细胞因子，造成细胞损伤，引起局部炎症反应,EC和PMN的作用,生四烯 内皮细胞肿胀致管,多，其 质，腔狭窄。,如白三 作 激活的VEC和PMN,(一)EC与PMN的激活,PMN-EC粘附后进一步,激活释放趋化介质,1微血管损伤 无复流现象,血流阻塞的主要原,因由基损伤和中性粒,。,细

16、胞肿胀使微血管自,受压细胞 是微血管通,(3)微血管通透性增高：,激活的VEC、WBC释放自由基、蛋,2细胞损伤,细胞膜磷脂降解，花,酸代谢产物增中有些物烯的趋化,用。,白水解酶、细胞因子等，不但可改变自身的结构和功能，而且使周围组织细胞受到损伤。,白细胞粘附是微血管,可释放大量缩血管物质，如内皮素、,(二)EC与PMN介导的损伤作用 血管紧张素、血,子表A，,粘附分栓素 达 等，而扩,血管物质的合成与,(1)微血管血液流变学改变：释放减少。,(2)微血管口径的改变：粘附,透性增高的主要原因。,缺血再灌注,细胞损伤缺血损伤恢复,O2,氧自由基,中性粒细胞,无复流,致炎因子,Ca2+,钙超载,细

17、胞损伤IRI的主要发病机制,第 四 节,缺血再灌注损伤时,机体的功能代谢变化,可逆性损伤不可逆性损伤,心肌舒缩功能,心肌顿抑myocardialstunning器质性损伤,一、心脏缺血再灌注损伤：（缺血40min 恢复血流灌注）（一）心功能变化：1.心肌舒缩功能降低,心肌顿抑：指心肌短时间缺血后不,发生坏死，但引起的结构、代谢和功能改变在再灌注后延迟恢复的现象，其特征为收缩功能障碍常需数小时、天或数周才能恢复。,2.缺血再灌注性心律失常：,发生率较高，以室性多见（室速、室颤）,条件：再灌区必需存在功能可恢复,的心肌C，越多，发生率越高。,与缺血时间长短、缺血细胞数,量、程度、再灌注血流速度等有

18、关,机制：（1）氧自由基和钙超载引起钙内流增加，在AP后形成早期后除级和迟后除级（2）电解质代谢紊乱和心肌受损程度不同引起动作电位时程的不均一性，引起折返激动,（3）CA（+）受体,自律性,（4）再灌注明显降低心室纤颤阈（受体）,（二）心肌能量代谢变化：,缺血期 ATP,ADP、AMP,再灌时 ADP、AMP（血流冲洗）（三）心肌超微结构变化：,缺血-再灌注,肌原纤维断裂溶解、出现收缩带心肌出血坏死,细胞膜破裂线粒体损害,二、脑缺血再灌注损伤（一）能量代谢变化：,cAMPcGMP,磷脂酶激活,脂质过氧化（二）组织学变化：脑水肿、脑细胞坏死,缺血-再灌注,出现病理性慢波,ATP、CP、葡萄糖、糖

19、原乳酸,兴奋性递质抑制性递质,三、其它器官缺血-再灌注损伤的变化,肠缺血-再灌注肾缺血-再灌注,有害物质进入机体急性肾功能衰竭,吸收障碍粘膜屏障通透性急性肾小管坏死,肠粘膜损伤线粒体损害,肝缺血再灌注损伤双相反应,急,性,期：再灌注36h，自由基产生和,T淋巴细胞、枯否氏细胞激活亚急性期：再灌注1824h 中性粒细胞浸润,肺缺血再灌注损伤：,主要介质：中性粒细胞和XO产生的OFR,表 现：肺微血管损伤、通透性增加和肺水肿损伤程度：肺代谢应激的平衡,炎症反应强度,内源性抗氧化水平,OFR产生速度、大小、和持续时间,四、多器官功能障碍综合征：,缺血再灌注损伤最严重的后果是,远隔器官损伤MODS,肺

20、是最常受损的器官,第 五 节,防治缺血再灌注损伤,的病理生理基础,一、减轻缺血性损伤，控制再灌注,条件，尽早恢复血流,采用“六低”灌注法：,低压、低流、低温、低PH、,低钠、低钙灌注,原因：,1.低压、低流：避免因灌注氧、液量骤增引起 OFR生成增加和组织水肿。,2.低温：降低代谢率。3.低 pH:减轻钙超载,4.低钠：降低细胞水肿。5.低钙：减轻钙超载,二、改善缺血组织代谢,1.补充酵解底物：如磷酸己糖，有保,护缺血组织作用。,2.补充外源性ATP：恢复细胞功能，,并穿过细胞膜直接供能。,3.改善线粒体功能：氢醌：加速电子,传递；细胞色素C：ADP磷酸化,三、抗氧化和清除自由基（一）低分子清

21、除剂：VitE、VitA：存在于细胞脂质部分。,VitA能清除1O2，并抑制脂质过氧,化。,GSH、NADPH：存在于细胞内外水相中。GSH-PX,H2O2+2GSH,2H2O+GSSG,（二）酶性清除剂：,1.CAT：,CAT,2 H2O2,2 H2O+O2,2.SOD：歧化 O2 生成 H2O2，再由CAT清除，防止毒性大HO 生成。SOD,2O 2+2H,H2O2+O2,（三）其它清除剂：,甘露醇、二甲基亚砜、硫醇等,铁螯合剂,中草药：丹参、人参,四、减轻细胞内钙超载钙拮抗剂,H+-Na+交换阻断剂,减轻钙超载,Na+-Ca2+交换阻断剂血管紧张素转换酶抑制剂ET单克隆抗体,扩张血管,E

22、T转换抑制剂ET受体拮抗剂,五、抑制炎症介质产生，抗白细胞疗法：1、给与糖皮质激素，稳定溶酶体膜2、白细胞耗竭或过滤3、抗白细胞粘附分子单克隆抗体或可溶,性粘附分子,如 ICAM-1,4、抗补体疗法：重组人单链抗C5-抗体,5、内皮素受体拮抗剂：BQ-123,6、血小板激活因子（PAF)拮抗剂：7、白三烯B4拮抗剂等,8、可溶性IL-1受体拮抗剂,9、TNF-抗体和可溶性TNF-受体及IL-10、免疫抑制剂、吗啡、雌激素洋地黄等降低TNF-水平,10、,抑制神经鞘氨醇抑制溶血磷脂酸酯转移酶活性，减轻致炎性细胞因子的释放调节白细胞粘附分子合成的 转录因子,七、其它：,稳膜：牛磺酸、金属硫蛋白等,

23、解除血管痉挛：腺苷,缺血预适应：调动机体内源性,适应保护机制,缺血预处理（IPC）简称预处理(PC)是短期缺血应激使机体组织对随后,更长时间缺血再灌注损伤产生明显保护作用的一种适应性机制。,名词解释：缺血再灌注损伤、自由基、无复流现象 缺血再灌注损伤时氧自由基产生增多的机制是什么 自由基如何造成机体损伤,缺血再灌注损伤使细胞内钙超载发生的机制有哪些 细胞内钙超载对机体有哪些损伤作用,缺血再灌注时无复流现象的发生机制是什么,复习思考题,第四节,缺血预处理,一、预处理的概念和特点：,1986年,Murry首先发现,缺血预处理（IPC）简称预处理(PC)是短期缺血应激使机体组织对随后更长时间缺血再灌

24、注损伤产生明显保护作用的一种适应性机制。,特点：,1、有限记忆性：2、呈双峰分布：,初始阶段：典型缺血预处理,保护作用明显但短暂延迟阶段：延迟预处理,保护作用的第二窗口,3、非特异性：4、普遍性：,二、预处理保护作用的普遍性：,1、预处理方法：多种,2、预处理对象：种属、器官普遍性3、预处理保护作用：,梗死面积的减少,心肌收缩功能的恢复对心律失常的保护作用,三、预处理的保护机制：,能量代谢,氧自由基,热休克蛋白,细胞膜ATP敏感钾离子通道,心脏因素：腺苷释放增加伴腺苷受体A1激活,蛋白激酶C激活、抗氧环酶激活,神经因素：节后交感神经纤维释放NE减少,心肌对NE的敏感性降低冠状血管内皮因素：NO

25、,缓激肽,前列环素,1、腺苷释放增加伴受体激活：,（1）减轻再灌注心脏的钙超载：,（2）抑制NE的释放而降低儿茶酚胺介导,的心脏毒性,（3）抑制血小板聚集和中性粒细胞激活,而保护内皮和预防微血管阻塞,（4）抑制ET的释放，促进冠脉扩张而增,加氧供,（5）负性变力效应而降低心肌氧耗（6）减少脂肪分解和减轻中性粒细胞激活，使超氧阴离子等自由基产生减少,（7）腺苷受体A1激活,缺血心,肌ATP敏感钾通道开放,2、蛋白激酶C激活：,PKC激活及其介导的蛋白磷酸化增强是PC细胞保护的共同环节,3、抗氧化酶激活：SOD CAT GSH-PX4、内皮释放的介质：缓激肽、前列环素,NO,5、ATP敏感性钾通道（KATP):,6、Gi蛋白的参与：,百日咳毒素敏感性抑制蛋白(Gi),7、1肾上腺素受体激活：,8、神经因素：,9、预处理延迟保护作用的可能机制：,四、预处理的临床应用前景：,腺苷A1激动剂、,NO的供体,前列环素降解抑制剂、腺苷转运抑制剂、,cGMP 依赖性磷酸二 酯酶选择性激动剂、腺苷酸环化酶选择性抑制剂、,选择性激活心 肌KATP通道及PKC的药物,