病理生理學缺血再灌注損傷

1、,缺血-再灌注損傷,(Ischemia-reperfusion injury),患者：男，58歲，上午8時，起床后感到胸悶，30min后突感 心胸前區(qū)劇烈絞痛，9時入急診病房。體查：血壓75/50mmHg，意識淡漠，心率65次/min，律齊。 心電圖示Ⅲ度房室傳導阻滯。冠狀動脈造影：右冠狀動脈上段85%狹窄，中段78%狹窄。入院治療：立即給予阿托品、多巴胺、低分子右旋糖酐等進

2、 行擴冠治療。上午10時靜脈點滴尿激酶。10.30分患者 出現(xiàn)陣發(fā)性心室顫動（室顫），立即給予除顫，到下 午13時反復發(fā)生室性心動過速、室顫，共計6次。到下 午16時，經(jīng)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。,本章內(nèi)容,概述缺血-再灌注損傷的原因和條件缺血-再灌注損傷的發(fā)生機制**缺血-再灌注損傷時機體的功能

3、、代謝變化缺血-再灌注損傷防治的病理生理基礎(chǔ),第一節(jié) 概 述,(Introduction),概 念,在缺血的基礎(chǔ)上恢復血流后，組織損傷反而加重,甚至發(fā)生不可逆損傷的現(xiàn)象稱為缺血-再灌注損傷 (ischemia-reperfusion injury, IRI)。,第一節(jié) 概 述,1955年，Sewell結(jié)扎狗冠狀動脈后，如突然解除結(jié)扎，恢復血流，動物室顫而死亡。,歷 史,認識就從這簡單的現(xiàn)象開始,1966年，Jennings第

4、一次提出心肌再灌注損傷的概念，證實再灌注會引起心肌超微結(jié)構(gòu)不可逆壞死，包括爆發(fā)性水腫、組織結(jié)構(gòu)崩解、收縮帶形成和線粒體內(nèi)磷酸鈣顆粒形成,在心肌缺血恢復血流后，缺血心肌的損傷反而加重,1967年，Bulkley和Hutchins發(fā)現(xiàn)冠脈搭橋血管再通后的病人發(fā)生心肌細胞反常性壞死1968年，Ames率先報道腦缺血-再灌注損傷,以后陸續(xù)有其它器官缺血-再灌注損傷報道：1972年,Flore研究腎缺血-再灌注損傷1978年,Modry報道

5、了肺再灌注綜合征1981年，Greenberg等證實貓小腸缺血3小時后再灌注時，粘膜損傷更嚴重以上說明再灌注損傷幾乎可在每一種組織器官發(fā)生,第二節(jié) 缺血-再灌注損傷發(fā)生的原因和條件,缺血-再灌注損傷原因,組織器官缺血后血流恢復: 如休克治療一些新的醫(yī)療技術(shù): 冠脈搭橋、PTCA、溶栓療法等血管再通術(shù)后體外循環(huán)下心臟外科手術(shù)心臟停搏后的心、肺、腦復蘇 其他: 如斷肢再植，器官移植,冠脈搭橋(CABG),,,PTCA,過

6、長——壞死,過短——功能恢復,1、缺血時間的長短,影響因素,大鼠在體缺血-再灌注,容易形成側(cè)支循環(huán)者，不易發(fā)生再灌注損傷。,2、側(cè)支循環(huán),對氧需求高者，容易發(fā)生再灌注損傷，如心、腦等。,3、需氧程度,缺血-再灌注損傷的現(xiàn)象,氧反常 （oxygen paradox）,pH反常 （pH paradox）,,,,,鈣反常 （calcium paradox）,提示:氧、鈣和

7、pH可能參與缺血-再灌注損傷的發(fā)生和發(fā)展,4、再灌注的條件,低壓、低溫、低pH、低鈉,鈣反常(calcium paradox): 以無鈣溶液灌流離體大鼠心臟2min后再以含鈣溶液灌注時，心肌電信號異常、心臟功能、代謝和形態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生異常變化，這種現(xiàn)象稱為鈣反常。,氧反常(oxygen paradox):預先用低氧溶液灌注組織器官或在缺氧條件下培養(yǎng)細胞一定時間后，再恢復正常氧供應，組織及細胞的損傷不僅未能恢復，反而更趨嚴重，

8、稱為氧反常。,pH反常(pH paradox):再灌注時迅速糾正缺血組織的酸中毒，反而加重細胞損傷，稱為pH反常。,pH反常(pH paradox),再灌注時糾酸,,損傷加重,低氧灌注/缺氧培養(yǎng),,復氧,,損傷加重,氧反常(oxygen paradox),,鈣反常(calcium paradox),無鈣液灌注,,含鈣液,,心肌損傷加重,,第三節(jié) 缺血－再灌注損傷的發(fā)生機制,自由基的作用,鈣超載,白細胞的作用,,,自由基(free

9、 radical)是指在外層電子軌道含有單個不配對電子的原子、原子團或分子。,一、自由基的損傷作用,化學性質(zhì)活潑氧化性強半衰期短,1. 氧自由基 (oxygen free radical，OFR),(一)自由基的種類,2. 脂性自由基 (lipid free radical),1. 氧自由基,e-+H+,,H2O,e-,,e-+2H+,H2O2,e-+H+,H2O,,OH?,O2,,以氧為中心的自由基稱為氧自由基，如超氧陰離子（

10、 ）、羥自由基（ ）。,OH?,,,,98% 4e-+4H+ 細胞色素氧化酶系統(tǒng),,1%-2%,SOD,,Haber-Weiss反應 (without Fe3+),+ H2O2 O2 + OH- + OH?,SLOW,Fenton型 Haber-Weiss反應,FAST,,+ H2O2 O2 + OH

11、- + OH?,Fe3+,2. 脂性自由基(lipid free radical),氧自由基,+,多價不飽和脂肪酸,,L. (烷自由基)LO. (烷氧自由基)LOO. (烷過氧自由基),3. 氮中心自由基：NO、ONOO-,,L-精氨酸,L-胍氨酸 + NO,INOS,,O2,NADPH,,NADP+,,NO +,ONOO-,,ONOO-,OH? + H+,NO2? +,,,H2O,活性氧（reactive oxygen speci

12、es, ROS）指化學性質(zhì)活潑的含氧代謝物。,氧自由基,,單線態(tài)氧（1O2）,過氧化氫（H2O2）,脂質(zhì)過氧化物及其裂解產(chǎn)物,單線態(tài)氧 ( 1O2 ),單線態(tài)氧：是一種激發(fā)態(tài)氧，其氧分子兩個外層電子軌道中的電子發(fā)生反向自旋改變，使外層軌道兩個電子自旋方向相反，氧分子的反應能力大大增加。這種氧分子在紫外光譜中呈現(xiàn)一種單線，故稱單線態(tài)氧。,(二)活性氧的清除,SOD過氧化氫酶（CAT）過氧化物酶,抗氧化酶,Mn-SODCuZn-SO

13、D,清除H2O2,,,,維生素E維生素A,非酶性抗氧化物,還原 1O2 脂質(zhì)自由基,清除 1O2 ，抑制脂質(zhì)過氧化,,GSHpx,,+ 2GSH,H2O2,2H2O + GSSG,維生素CGSH,協(xié)助維持維生素E的活性狀態(tài),活性氧（reactive oxygen species, ROS）指化學性質(zhì)活潑的含氧代謝物。,氧自由基,,單線態(tài)氧（1O2）,過氧化氫（H2O2）,脂質(zhì)過氧化物及其裂解產(chǎn)物,（三）

14、自由基生成增多的機制,1.黃嘌呤氧化酶途徑2.中性粒細胞途徑3.線粒體途徑4.兒茶酚胺自身氧化途徑,ATP,AMP,次黃嘌呤核苷,腺嘌呤核苷,ADP,次黃嘌呤,,缺血期,,黃嘌呤脫氫酶 XD（90%）,,黃嘌呤氧化酶XO（10%）,Ca2+依賴性蛋白水解酶,,再 灌 注 期,黃嘌呤+ +H2O2,尿酸+ +H2O2,O2,OH?,XO,1.黃嘌呤氧化酶途徑,(+),,(+),,,缺血,缺氧,補體趨化物質(zhì)

15、,中性粒細胞聚集,耗氧,氧經(jīng)NADPH氧化酶和NADH氧化酶催化生成大量氧自由基,,,,中性粒細胞的呼吸爆發(fā)(respiratory burst),2.中性粒細胞途徑,,,C3a，C5a白三烯,,缺氧,,ATP,,,線粒體Ca2+,,,細胞色素氧化酶功能抑制,,氧單電子還原,,,氧自由基,,,細胞內(nèi)氧分壓,,,,含Mn的SOD,,,3.線粒體途徑,e-+H+,,H2O,e-,,e-+2H+,H2O2,e-+H+,H2O,,OH?

16、,O2,,,,98% 4e-+4H+ 細胞色素氧化酶系統(tǒng),,1%-2%,SOD,,ONOO-,NO,,缺血,缺氧,激活交感-腎上腺髓質(zhì)系統(tǒng),兒茶酚胺,,單胺氧化酶,氧自由基,,,,,,4.兒茶酚胺自身氧化途徑,,(1) 破壞膜的正常結(jié)構(gòu),脂質(zhì)過氧化,,膜不飽和脂肪酸,,,不飽和脂肪酸/蛋白質(zhì)比例失調(diào),,,,膜液態(tài)性流動性,,,膜通透性,,,Ca2+內(nèi)流,,1.膜脂質(zhì)過氧化作用增強,(2) 間接抑制膜蛋白功能

17、,脂質(zhì)之間交聯(lián),,(-),鈣泵、鈉泵Na2+/Ca2+交換蛋白,,胞內(nèi)Na2+、Ca2+,,,鈣超載、細胞腫脹,(3) 促進自由基及其它生物活性物質(zhì)生成,膜脂質(zhì)過氧化,,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,,過氧化物,,環(huán)氧合酶,,前列腺素內(nèi)過氧化物,OH.,,,TXA2,PG,自由基,(+),(4) 減少ATP生成,蛋白質(zhì)變性 蛋白質(zhì)(酶)交聯(lián),例：,肌纖維蛋白對Ca2+反應性,,心肌收

18、縮力,,肌漿網(wǎng)鈣轉(zhuǎn)運蛋白受損,,鈣調(diào)節(jié)異常,2.蛋白質(zhì)功能抑制,,3.核酸及染色體破壞,80%由OH?所致,,,,第三節(jié) 缺血－再灌注損傷的發(fā)生機制,自由基的作用,鈣超載,白細胞的作用,,,,,,,,,,,Na+-Ca2+交換蛋白,,,Ca2+泵,,Ca2+,[Ca2+]e：10-3M,[Ca2+]i：10-7M,,VOC,ROC,細胞內(nèi)Ca2+的穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié),結(jié)合于質(zhì)膜糖被的Ca2+,Na+,Ca2+,,,二、細胞鈣超載引起再灌注損傷

19、,各種原因引起的細胞內(nèi)鈣含量異常增多并導致細胞結(jié)構(gòu)損傷和功能代謝障礙的現(xiàn)象稱為鈣超載（calcium overload）。,鈣反常(calcium paradox): 1966年Zimmerman和Hulsmann發(fā)現(xiàn)用無鈣的“生理鹽水溶液” 灌流大鼠離體心臟，短時間內(nèi)即發(fā)生肌膜損傷，隨后恢復正常含鈣的生理溶液，心臟發(fā)生更為嚴重的結(jié)構(gòu)和功能改變。,1、Na+-Ca2+交換異常（1）細胞內(nèi)高Na+對Na+-Ca2+交換蛋白的直

20、接激活（2）細胞內(nèi)高H+對Na+-Ca2+交換蛋白的間接激活（3）蛋白激酶C（PKC）活化對Na+-Ca2+交換蛋白的 間接激活2、生物膜損傷（1）細胞膜損傷（2）肌漿網(wǎng)膜損傷（3）線粒體膜損傷,(一)細胞鈣超載的機制,2.肌漿網(wǎng)膜損傷,3.線粒體膜損傷,1.細胞膜損傷,3.兒茶酚胺增加,1.細胞內(nèi)高Na+,,,,Na+,H+,2.細胞內(nèi)高H+,缺血,,ATP,,,鈉泵活性,,,[Na+]i,,,(+),Na+-

21、Ca2+蛋白,,酸中毒,,再灌注,組織間隙H+↓細胞內(nèi)H+仍高,,(+),Na+-H+交換,,⑴ 細胞內(nèi)Na+↑對Na+-Ca2+交換蛋白的直接激活,,,胞內(nèi)鈣↑,⑵ 細胞內(nèi)H+↑對Na2+-Ca2+交換蛋白的間接激活,1、Na2+-Ca2+交換異常,⑶ PKC活化對Na+-Ca2+交換蛋白的間接激活,(+),2.生物膜損傷致細胞內(nèi)鈣超載,(1) 細胞膜損傷,無鈣液,,膜外板與糖被膜分離,Ca2+,,磷脂酶,,膜磷脂降解,自由基,,

22、膜脂質(zhì)過氧化,(2) 肌漿網(wǎng)膜及線粒體膜損傷,肌漿網(wǎng)Ca2+攝取↓,,,鈣泵能量不足,,膜通透性,,線粒體ATP產(chǎn)生,,膜磷脂降解,膜脂質(zhì)過氧化,,,(二)細胞內(nèi)鈣超載引起缺血－再灌注損傷的機制,(+),1.促進氧自由基生成,Ca2+,,Ca2+依賴性蛋白酶 (XD→XO),2.加重酸中毒,(+),Ca2+,,激活某些ATP酶,細胞高能磷酸鹽水解,,,釋放大量 H+,加重細胞內(nèi)酸中毒,,3.破壞細胞（器）膜,Ca2+,,磷脂酶,,膜磷脂

23、分解,,膜受損,,花生四烯酸、溶血磷脂,,(+),4.線粒體功能障礙,線粒體攝Ca2+,,,消耗ATP磷酸鈣,,抑制氧化磷酸化,,ATP,,5.激活其它酶的活性,激活蛋白酶 → 細胞膜和結(jié)構(gòu)蛋白的分解,激活核酶 → 染色體損傷,第三節(jié) 缺血－再灌注損傷的發(fā)生機制,自由基的作用,鈣超載,白細胞的作用,三、白細胞的作用,1.細胞粘附分子生成增多2.趨化因子生成增多,(一)再灌注時白細胞聚集的機制,粘附分子,指由細胞合成的，可促進

24、細胞與細胞之間、細胞與細胞外基質(zhì)之間粘附的一大類分子的總稱，如整合素、選擇素、細胞間粘附分子、血管細胞粘附分子及血小板內(nèi)皮細胞粘附分子等。 功能：維持細胞結(jié)構(gòu)完整 細胞信號轉(zhuǎn)導,白細胞聚集的機制,(二)白細胞介導缺血－再灌注損傷的機制,1. 微血管損傷,無復流現(xiàn)象 (no-reflow phenomenon) 恢復血液灌注后，缺血區(qū)的微血管依然得不到充分血流灌注的現(xiàn)象稱無復流現(xiàn)象。,

25、2. 細胞損傷 釋放大量的致炎物質(zhì)，如自由基、蛋白酶、溶酶體酶等。,無復流現(xiàn)象(no-flow phenomenon),機制小結(jié)：,自由基,鈣超載,白細胞,？,缺血-再灌注損傷,,,,,,,第四節(jié) 缺血－再灌注損傷時機體的功能及代謝變化,,,一、心肌缺血－再灌注損傷,1、再灌注性心律失常,自由基和鈣超載造成的心肌損傷及再灌注后細胞內(nèi)外離子分布紊亂表現(xiàn)：室速、室顫,心肌頓抑：在缺血心肌血流恢復后一段時間內(nèi)，心

26、肌舒縮功能仍不能恢復正常的狀態(tài)，稱為心肌頓抑。,2、心肌舒縮功能降低,3.再灌注對心肌代謝的影響,線粒體受損,,能量合成,再灌注,,底物沖走,,高能磷酸化合物,,,4.再灌注對心肌超微結(jié)構(gòu)的影響,,基底膜缺失、肌原纖維結(jié)構(gòu)破壞、心內(nèi)膜下出血性梗死等。,比較心肌缺血損傷和再灌注損傷,二、腦缺血–再灌注損傷的變化（－）腦缺血-再灌注損傷時細胞代謝的變化,再灌注,,,cAMP↑↑cGMP↓↓病理性慢波加重興奮性神經(jīng)遞質(zhì)↓抑制性神經(jīng)

27、遞質(zhì)↑,（二）腦缺血-再灌注損傷時組織學變化,,,最明顯的組織學變化是： 腦水腫 及腦細胞壞死,脂質(zhì)過氧化→膜結(jié)構(gòu)破壞；鈉泵功能障礙。,三、其它器官缺血-再灌注損傷的變化,腸：粘膜功能障礙與損傷：腸管cap.通透性↑↑→間質(zhì)性水腫→上皮與絨毛分離、壞死、固有層破損、出血及潰瘍。腎：以急性腎小管壞死最為嚴重，可導致急性腎功能衰竭或腎移植失敗。表現(xiàn)：線粒體高度腫脹、變形、嵴減少，排

28、列紊亂，甚至崩解，空泡形成等。血清肌酐↑↑。骨骼?。杭∪馕⒀芎图毎麚p傷，自由基生成↑，脂質(zhì)過氧化↑,迄今為止，對于缺血/再灌注損傷的研究，絕大部分是在實驗動物身上進行的，然而這些實驗資料卻已經(jīng)為缺血/再灌注損傷的臨床防治提供了重要的啟示和借鑒，為臨床研究奠定了重要的基礎(chǔ)。目前，值得臨床上參考的防治措施有,第五節(jié) 防治的病理生理基礎(chǔ),盡量縮短臟器缺血時間、盡早恢復血流低壓、低溫、低pH、低鈉、低鈣液灌流改善缺血組織代謝清除自由基

29、及活性氧減輕鈣超載：鈣拮抗劑 Na+ / Ca2+ 、 Na+ /H+交換抑制劑中性粒細胞抑制劑的應用：糖皮質(zhì)激素等其它藥物：細胞保護劑 擴管 穩(wěn)膜等啟動內(nèi)源性保護機制 ： 應激蛋白表達 心肌缺血預處理,缺血預處理,指組織器官經(jīng)反復短暫缺血后，會明顯增強對隨后較長時間缺血及再灌注損傷抵抗力的現(xiàn)象。,1、下列哪一種情況不是引起缺血再灌注損傷的原因：A. 高血壓 B. 溶栓療法后 C. 器官移植后 D. 冠

30、脈搭橋后 E．體外循環(huán)后 2、不列哪一種因素易誘發(fā)缺血再灌注損傷?A．缺血時間過長 B．組織側(cè)支循環(huán)豐富 C．對氧的需求程度低 D．低PH值灌流 E. 高壓灌流,單選題,3、下列說法正確的是所有缺血的組織器官在血流恢復后都會發(fā)生缺血再灌注損傷缺血時間越長越容易發(fā)生缺血再灌注損傷心、腦較其他器官易發(fā)生再灌注損傷低溫（25℃）低壓再灌注可誘發(fā)再灌注損傷高鈣再灌注可減輕再灌注損傷4、在缺血-再

31、灌注損傷中微血管阻塞的主要原因是A． 紅細胞聚集 B． 血小板聚集 C． 白細胞粘附聚集 D． 其它生物活性物質(zhì)的釋放 E． 內(nèi)皮細胞對Ca2+通透性增加,5、缺血-再灌注時氧自由基產(chǎn)生來自A. 黃嘌呤氧化酶活性升高 B.中性粒細胞呼吸爆發(fā) C.線粒體功能障礙D.兒茶酚胺的自身氧化 以上都不是6、下列哪些物質(zhì)能減輕缺血-再灌注損傷？A．SODB．Na+/Ca2+交換抑制劑