缺血再灌注 病理生理学课件

缺血-再灌注损伤(Ischemia-reperfusioninjury)第一节概述(Introduction)概念(Concept)缺血器官在恢复血液灌注后缺血性损伤进一步加重的现象，称为缺血－再灌注损伤(ischemia-reperfusioninjury)。研究缺血-再灌注损伤的临床意义•器官缺血后恢复血供：休克、冠脉痉挛、心脏骤停后复苏•血管再通术：动脉搭桥、PTCA、溶栓疗法•体外循环术•器官移植及断肢再植术第二节缺血-再灌注损伤发生的条件(Influencefactorsofischemia-reperfusioninjury)(Durationofischemia)过长——坏死缺血时间太长或太短均不易发生IRI过短——功能恢复1、缺血时间的长短2、再灌注时灌流液的条件反常(calciumparadox):预先用无钙溶液短暂灌流后，恢复正常含钙溶液灌流，导致细胞外Ca2+大量内流而引起细胞损伤进一步加重的现象。(Conditionsofreperfusionfluid)氧反常(oxygenparadox):用低氧或无氧灌注液灌注心脏一段时间后恢复正常氧供应，心肌的损伤更趋严重的现象。pH反常(pHparadox):再灌注时迅速纠正缺血组织的酸中毒，损伤反而进一步加重的现象。pH反常(pHparadox)再灌注时纠酸损伤加重低氧灌注/缺氧培养复氧损伤加重氧反常(oxygenparadox)钙反常(calciumparadox)无钙液灌注含钙液心肌损伤加重3、组织器官缺血前的功能状态能量贮备及对缺血的敏感性血液循环侧支代偿情况(Functionalstateoforgansbeforeischemia)第三节缺血－再灌注损伤的发生机制(Mechanismsofischemia-reperfusioninjury)(Injuryofreactiveoxygen)活性氧(reactiveoxygen)是化学性质活泼的含氧代谢物，包括氧自由基、单线态氧、过氧化氢、NO脂质过氧化物（LOOH）及其裂解产物脂氧自由基（LO·）、脂过氧自由基（LOO·）等。一、活性氧的作用自由基(freeradical)是指在外层电子轨道含有一个或多个不配对电子的原子、原子团或分子。以氧为中心的自由基称氧自由基。单线态氧(1O2)是一种能量较高的激发态氧，其氧分子的同一或不同外层轨道中有两个自旋方向相反的电子。这种氧分子在紫外光谱中呈现一条单线，故称单线态氧。一氧化氮(NO)是L-精氨酸在一氧化氮合酶催化下产生的，有一个不配对电子。作用具有双重性，生理状态下具有保护作用，能扩张血管、降低血压、松弛平滑肌，还具有信号传递、酶活性调节、免疫调节及抗氧化损伤等生物活性；诱导型NOS作用下大量合成则有毒性作用，不仅作用于铁蛋白，影响线粒体磷酸化，还可生成·OH等，可能造成组织、细胞损伤。1.氧自由基(oxygenfreeradical，OFR)自由基的种类(Categoriesoffreeradicals)e-+H+H2Oe-_•O2e-+2H+H2O2e-+H+H2OOH•O2O2·–、OH·、1O2、H2O22.脂性自由基(lipidfreeradical)氧自由基+多价不饱和脂肪酸L.LO.LOO.3.其他(others)Cl.，CH3.，NO等(二)再灌注时活性氧增多的机制(Mechanismofreactiveoxygengeneration)1.黄嘌呤氧化酶途径(xanthineoxidasepathway)正常时黄嘌呤氧化酶（xanthineoxidase,XO）占10％，其前身黄嘌呤脱氢酶（xanthinedehydrogenase,XD）占90％。缺血时钙超载导致XD转化为XOATP降解，次黄嘌呤增加再灌注时大量氧使次黄嘌呤生成黄嘌呤，再生成尿酸上述两过程均有氧自由基生成(+)(+)缺血,缺氧补体趋化物质中性粒细胞聚集,耗氧氧经NADPH氧化酶和NADH氧化酶催化生成大量氧自由基中性粒细胞的呼吸爆发(respiratoryburst)2.中性粒细胞途径(neutrophilpathway)3.线粒体途径(mitochondrionpathway)缺氧再灌注线粒体Ca2+细胞色素氧化酶功能抑制氧单电子还原氧自由基呼吸链传递电子效能下降含Mn的SOD呼吸链复合体ⅠⅡⅢ缺血,缺氧激活交感-肾上腺髓质系统儿茶酚胺单胺氧化酶氧自由基4.儿茶酚胺自身氧化途径(catecholamineauto-oxidationpathway)5.诱导型NOS表达增强大量NO生成，NO及其代谢产物均可导致组织损伤6.体内清除活性氧的能力下降抗氧化酶类，如超氧化物歧化酶（SOD），过氧化氢酶（CAT）非酶性抗氧化物，如维生素E、谷胱甘肽、白蛋白铜蓝蛋白等TargetChemicalalterationPhysiologicalalterationsLipids•Peroxidationofdoublebonds•Lipid-lipidcross-linking•Membranepermeabilitychanges•Impairmentoforganellefunction•ReceptorconformationchangesProtein•Oxidationofdoublebonds•Oxidationof–SHgroups•Enzymeinhibition•Proteindenaturation•ReceptorconformationchangesCarbohydrates•Oxidationofdoublebonds•Receptorconformationchanges•DenaturationofglycoproteinNucleicacids•Oxidationofdoublebonds•Strandscission•Basemodification•Mutations(三)活性氧的损伤作用(Injuryofreactiveoxygen)(1)破坏膜的正常结构脂质过氧化膜不饱和脂肪酸不饱和脂肪酸/蛋白质比例失调膜液态性流动性膜通透性Ca2+内流1.膜脂质过氧化作用增强(enhancedlipidperoxidationofmembrane)(2)间接抑制膜蛋白功能脂质之间交联(-)钙泵、钠泵Na2+/Ca2+交换蛋白胞内Na2+、Ca2+钙超载、细胞肿胀(3)促进自由基及其它生物活性物质生成膜脂质过氧化磷脂酶C磷脂酶D膜磷脂分解花生四烯酸脂氧合酶白三烯过氧化物环氧合酶前列腺素内过氧化物OH.TXA2PG自由基(+)(4)减少ATP生成自由基对膜的损伤蛋白质变性蛋白质(酶)交联例：肌纤维蛋白对Ca2+反应性心肌收缩力肌浆网钙转运蛋白受损钙调节异常2.导致蛋白质变性和酶活性降低(proteindenaturalizationanddecreasedactivityofenzymes)核酸碱基的羟化，DNA的断裂染色体的断裂3.引起DNA断裂和染色体畸变(DNAdisruptionandchromosomeaberration)二、细胞钙超载引起再灌注损伤(一)细胞钙超载的机制(Mechanismofcalciumoverload)Ca2+Ca2+ATPNa2+H+Ca2+正常细胞Ca2+运转体系缺血ATP钠泵活性[Na+]i(+)Na+-Ca2+蛋白酸中毒再灌注组织间隙H+↓细胞内H+仍高(+)Na+-H+交换1.细胞内Na+↑对Na+-Ca2+交换蛋白的直接激活(directactivationofintracellularhighlevelofNa+toNa+-Ca2+exchanger)胞内钙↑2.生物膜损伤致细胞内钙超载(1)细胞膜损伤缺血膜外板与糖被膜分离Ca2+(+)磷脂酶膜磷脂降解自由基膜脂质过氧化(2)线粒体及肌浆网损伤线粒体和SR释放Ca2+钙泵能量不足膜通透性(3)ATP产生1.线粒体功能障碍线粒体摄Ca2+消耗ATP磷酸钙↓抑制氧化磷酸化2.激活钙依赖性降解酶Ca2+(+)ATP磷脂酶膜磷脂分解膜受损花生四烯酸、溶血磷脂(二)细胞内钙超载引起缺血－再灌注损伤的机制(Mechanismofischemia-reperfusioninjuryinducedbycalciumoverload)3.致心肌心律失常Na+-Ca2+交换Ca2+入致一过性内向离子流迟后除极4.促进活性氧生成Ca2+(+)Ca2+依赖性蛋白酶(XD→XO)5.破坏细胞骨架三、白细胞的作用1.趋化因子生成增多(increasedproductionofchemokines)(一)再灌注时白细胞聚集的机制leukotriene、prostaglandin、PAF、kininneutrophils2.细胞黏附分子生成增多(increasedproductionofadhesionmolecules)Integrinselectin(二)白细胞聚集引起缺血－再灌注损伤的机制1.阻塞微循环无复流现象L-selectinVSMCVSMCMyocyteMyocyteMyocyteEndotheliumRollingNeutrophilOFR,C5a,PAF++NO,Adenosine_IntegrinsCD11/CD18AdhesionMigrationOFR,ProteasesVSMCVSMCVSMCMyocyteMyocyteMyocyteExtravasationEndotheliumPECAM-1ICAMP-selectinInteractionbetweenendothelialcellsandneutrophils.2.释放活性氧3.释放各种颗粒酶性成分：弹性蛋白酶、胶原酶和凝胶酶非酶性成分：次氯酸和氯胺4.产生各种促炎性细胞因子TNF-、IL-1第四节缺血－再灌注损伤时机体的功能及代谢变化(Functionalandmetabolicchangesduringischemia-reperfusioninjury)(Ischemia-reperfusioninjuryofmyocardium)一、心肌缺血－再灌注损伤1.再灌注性心律失常(reperfusionarrhythmia)在心肌缺血－再灌注过程中出现的心律失常。在缺血心肌血流恢复后一段时间内，心肌舒缩功能仍不能恢复正常的状态，称为心肌顿抑。2.心肌顿抑(myocardialstunning)3.再灌注对心肌代谢的影响(Influenceofreperfusiononmyocardiummetabolism)线粒体受损能量合成再灌注底物冲走高能磷酸化合物4.再灌注对心肌超微结构的影响(Influenceofreperfusiononultrastructureofmyocardium)二、脑的缺血－再灌注损伤(Ischemia-reperfusioninjuryofbrain)病理性慢波lipidperoxidationinjury水肿、坏死1.小肠(intestine)黏膜屏障通透性菌血症或内毒素血症2.急性肾功衰三、其他器官、组织的缺血－再灌注损伤(Ischemia-reperfusioninjuryofotherorgans)•尽量缩短脏器缺血时间•采用低压、低温、低钙再灌注液•清除自由基及活性氧•减轻钙超载：钙拮抗剂Na2+/Ca2+、Na2+/H+交换抑制剂•抗白细胞疗法•补充能量及促能量生成•启动内源性保护机制：缺血预适应和缺血后适应•其它药物：细胞保护剂扩管稳膜等第五节防治的病理生理基础