第10章 缺血再灌注损伤

第十章缺血再灌注损伤Ischemia-reperfusioninjury（IRI）1缺血-再灌注损伤、自由基、活性氧、氧反常、钙反常、pH反常等概念。2缺血-再灌注损伤的发生机制。【教学要求】掌握1缺血-再灌注损伤的原因和条件。熟悉了解防治缺血-再灌注损伤的病理生理基础。2缺血-再灌注损伤时机体机能和代谢变化。【教学要求】概述缺血-再灌注损伤的概念实验室依据缺血-再灌注损伤的原因缺血-再灌注损伤的条件缺血-再灌注损伤的发生机制缺血-再灌注损伤时机体的功能和代谢变化防治缺血-再灌注损伤的病理生理基础【讲授内容】【概述】缺血是临床上常见的一种病理过程。缺血一定时间和一定程度会引起组织细胞的损伤。临床上处理缺血性损伤的原则是尽早恢复血流，使缺血的组织器官重新得到氧、营养物质并清除代谢产物。大多数情况下确实收到了明显疗效。但近年来发现，在有些情况下恢复血液灌注后，缺血损伤进一步加重，器官功能更加恶化。1955年Sewell报道，结扎狗冠脉后，如突然解除结扎恢复血流，部分动物立即发生室颤而死亡。1960年Jennings第一次提出了MIR概念1968年Ames率先报道了脑IRI1972年Flore肾IRI1978年Modry肺IRI1981年Greenberg肠IRIIRI研究概况：休克、DIC微循环再通冠脉解痉、各种动脉搭桥术心脑血管栓塞再通（溶栓治疗、自然再通）心肺手术体外循环后心肺复苏断肢再植、器官移植血供恢复等临床情况：概述缺血-再灌注损伤的概念实验室依据缺血-再灌注损伤的原因缺血-再灌注损伤的条件缺血-再灌注损伤的发生机制缺血-再灌注损伤时机体的功能和代谢变化防治缺血-再灌注损伤的病理生理基础【讲授内容】【缺血-再灌注损伤的概念】在缺血基础上恢复血流后组织损伤反而加重，甚至发生不可逆损伤的现象称为缺血—再灌注损伤(ischemia-reperfusioninjury)。特点：1.可逆损伤不可逆损伤；2.具有器官普遍性概述缺血-再灌注损伤的概念实验室依据缺血-再灌注损伤的原因缺血-再灌注损伤的条件缺血-再灌注损伤的发生机制缺血-再灌注损伤时机体的功能和代谢变化防治缺血-再灌注损伤的病理生理基础【讲授内容】氧反常钙反常pH反常低氧/缺氧正常氧供无钙含钙损伤加重酸中毒纠正酸中毒【实验室依据】氧反常（oxygenparadox）用缺氧溶液灌流组织器官或培养细胞一定时间后，再恢复正常氧供应，组织及细胞的损伤不仅未能恢复反而更趋严重，这种现象称为~。钙反常（calciumparadox）用无钙溶液灌流后再用含钙液灌流组织器官，可造成细胞和器官代谢、功能障碍和结构破坏损伤加重的现象，称为~。pH反常（pHparadox）缺血后再灌注时迅速纠正缺血组织的酸中毒，反而会加重缺血－再灌注损伤的现象，称为~。概述缺血-再灌注损伤的概念实验室依据缺血-再灌注损伤的原因缺血-再灌注损伤的条件缺血-再灌注损伤的发生机制缺血-再灌注损伤时机体的功能和代谢变化防治缺血-再灌注损伤的病理生理基础【讲授内容】组织器官缺血后恢复血液供应休克时微循环的疏通；冠状动脉痉挛的缓解一些新的医疗技术的应用动脉搭桥溶栓疗法PTCA等。体外循环下心脏手术心脏骤停后心、肺、脑复苏其他器官移植和断肢再植术后。【缺血-再灌注损伤的原因】经皮腔内冠脉成形术（percutaneoustransluminalcoronaryangioplasty,PTCA）是一种治疗冠心病（冠状动脉狭窄）的介入治疗方法。其中“经皮”的意思是经过皮肤穿剌插入导管的意思，而不需要用手术刀切开皮肤向人体内插入导管。手术时，在患者大腿（常用左侧）根部股动脉处或手腕部桡动脉处行局部消毒后，用动脉穿刺法插入鞘管，通过鞘管将特殊材料制成的指引导管送至冠状动脉开口处并注入造影剂，通过X线透视，观察冠状动脉的病变部位及程度。然后，手术人员根据病变情况，选择大小合适的球囊并送至狭窄处，注入一定压力使球囊充盈扩张，将狭窄或阻塞的冠状动脉扩开，此即为经皮腔内冠状动脉成形术（PTCA）。概述缺血-再灌注损伤的概念实验室依据缺血-再灌注损伤的原因缺血-再灌注损伤的条件缺血-再灌注损伤的发生机制缺血-再灌注损伤时机体的功能和代谢变化防治缺血-再灌注损伤的病理生理基础【讲授内容】缺血时间侧枝循环需氧程度再灌注条件【缺血-再灌注损伤的条件】概述缺血-再灌注损伤的概念实验室依据缺血-再灌注损伤的原因缺血-再灌注损伤的条件缺血-再灌注损伤的发生机制缺血-再灌注损伤时机体的功能和代谢变化防治缺血-再灌注损伤的病理生理基础【讲授内容】一、自由基（Freeradical）的作用二、钙超载（Calciumoverload）三、白细胞的作用（EffectofWBC，leukocyte)【缺血-再灌注损伤的发生机制】（一）自由基的概念与类型外层轨道上含有单个不配对电子的原子、原子团和分子的总称。概念：一、自由基（Freeradical）的作用（一）自由基的概念与类型氧自由基脂性自由基其它类型：一、自由基（Freeradical）的作用（一）自由基的概念与类型由氧诱发的自由基。1.氧自由基(oxygenfreeradical)：一、自由基（Freeradical）的作用种类：非脂质氧自由基：O2·－;OH·概念：活性氧(reactiveoxygenspecies,ROS)概念：一、自由基（Freeradical）的作用类型：指一类由氧形成的、化学性质较基态氧活泼的含氧代谢物质，包括氧自由基和非自由基的含氧物质。1.氧自由基2.非自由基的含氧物质单线态氧（1O2）和过氧化氢（H2O2）（一）自由基的概念与类型指氧自由基与多价不饱和脂肪酸作用后生成的中间产物。2.脂性自由基一、自由基（Freeradical）的作用种类：如L·（烷自由基）LO·（烷氧自由基）LOO·（烷过氧自由基）概念：（一）自由基的概念与类型3.其他一、自由基（Freeradical）的作用种类：Cl·(氯自由基)CH3·(甲基自由基)NO·（一氧化氮自由基）NO+O2·－-------ONOO-（过氧亚硝基阴离子）（二）自由基的代谢（产生途径）一、自由基（Freeradical）的作用活性氧生成的反应式O2O2·－OH·H2O2H2Oe-e-+2H+e-+H+e-+H+H2OSOD1.自由基主要在线粒体产生（1％～2％的氧）单纯性Haber-Weiss反应：反应很慢，很难产生O·-2+H2O2OH-+OH·+O2Fenton反应：O·-2+H2O2OH-+OH·+O2Fe2+反应速度大大提高。生理情况下，细胞内的抗氧化系统－－－清除自由基病理情况下，活性氧生成↑或抗氧化能力↓－－－氧化应激反应细胞损伤→死亡（三）缺血－再灌注时氧自由基生成增多的机制一、自由基（Freeradical）的作用黄嘌呤氧化酶形成增多中性粒细胞聚集及激活线粒体功能受损CA增加和氧化ATP→ADP→AMP缺血期再灌注期腺嘌呤核苷次黄嘌呤核苷次黄嘌呤黄嘌呤脱氢酶（XD）黄嘌呤氧化酶（XO）黄嘌呤＋O2·－＋H2O2O2O2黄嘌呤氧化酶尿酸+O2·－＋H2O2OH·Ca2+依赖性蛋白酶Fe2+Xanthinedehydrogenase【黄嘌呤氧化酶途径】（三）缺血－再灌注时氧自由基生成增多的机制一、自由基（Freeradical）的作用黄嘌呤氧化酶形成增多中性粒细胞聚集及激活线粒体功能受损CA增加和氧化（三）缺血－再灌注时氧自由基生成增多的机制一、自由基（Freeradical）的作用中性粒细胞聚集及激活在吞噬活动时耗氧量增加其摄入的氧的70%-90%经NADPH和NADH氧化酶催化→氧自由基→杀灭微生物(+)缺血,缺氧补体趋化物质中性粒细胞聚集,激活氧经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)中性粒细胞途径(neutrophilpathway)再灌注时再灌注期组织重新获得氧供应，激活的中性粒细胞耗氧量显著增加，产生大量氧自由基的现象，称为～或氧爆发（oxygenburst）。【呼吸爆发的概念】（三）缺血－再灌注时氧自由基生成增多的机制一、自由基（Freeradical）的作用黄嘌呤氧化酶形成增多中性粒细胞聚集及激活线粒体功能受损CA增加和氧化3线粒体途径(1)缺血后ATP的产生↓→Ca2+进入线粒体→细胞色素氧化酶的功能失调:O2+4e→H2O+ATPO2+e→O·-2+e→H202+e→OH·+e→H20+O2+e→O·-2(2)Ca2+进入线粒体使Mn-SOD减少清除OFR的能力↓（三）缺血－再灌注时氧自由基生成增多的机制一、自由基（Freeradical）的作用黄嘌呤氧化酶形成增多中性粒细胞聚集及激活线粒体功能受损CA增加和氧化肾上腺素肾上腺素红+O·-24儿茶酚胺的增加和氧化单胺氧化酶（四）自由基引起缺血-再灌注损伤的机制一、自由基（Freeradical）的作用膜脂质过氧化增强抑制蛋白质的功能破坏核酸和染色体1.膜脂质过氧化增强①破坏膜的正常结构－与膜内多价不饱和脂肪酸作用液态性、流动性↓、通透性↑②间接抑制膜蛋白的功能－－脂质过氧化－膜脂质间交联和聚合－－离子泵功能障碍－－细胞信号转导功能障碍③促进自由基及其它生物活性物质生成膜脂质过氧化→激活磷脂酶C、D→分解膜磷脂+生物活性物质（PG、TXA2、LT）↑→促进再灌注损伤④减少ATP的生成－线粒体膜发生脂质过氧化－功障穿膜糖蛋白膜表面蛋白-SHSH-CH3-S-磷脂正常细胞膜结构氨基酸残基蛋白质断裂蛋白质-蛋白质交联-S-S-CH3-S-脂质-脂质交联O二硫交联脂质-蛋白质交联氨基酸氧化OHHO脂肪酸氧化OHHO从氧化的脂肪酸释出的丙二醛自由基损伤细胞膜结构一、自由基（Freeradical）的作用膜脂质过氧化增强抑制蛋白质的功能破坏核酸和染色体（四）自由基引起缺血-再灌注损伤的机制蛋白质断裂蛋白质-蛋白质交联-S-S-CH3-S-脂质-脂质交联O二硫交联脂质-蛋白质交联氨基酸氧化OHHO脂肪酸氧化OHHO从氧化的脂肪酸释出的丙二醛自由基抑制蛋白质功能一、自由基（Freeradical）的作用膜脂质过氧化增强抑制蛋白质的功能破坏核酸和染色体（四）自由基引起缺血-再灌注损伤的机制3.破坏核酸和染色体碱基羟化/DNA断裂染色体畸变/细胞死亡主要为OH·所致自由基脂质过氧化过程中，生成多种醛类产物，如丙二醛（malondialdehyde,MDA）交联剂促进核酸、蛋白质及磷脂交联间接反映脂质过氧化程度一、自由基（Freeradical）的作用二、钙超载（Calciumoverload）三、白细胞的作用（EffectofWBC，leukocyte)【缺血-再灌注损伤的发生机制】正常:细胞外[Ca2+]10-3mol/L细胞内[Ca2+]10-7mol/L细胞外[Ca2+]是细胞内[Ca2+]10000倍钙超载（calciumoverload）概念：各种原因引起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。钙的分布：依赖ATP的钙泵（细胞内→细胞外）对钙低通透（钙通道）（细胞外→细胞内）Na+-Ca2+交换系统（细胞内→细胞外）肌浆网（SR）(膜上钙泵激活，促进摄取)钙结合蛋白（CaBP)线粒体摄取钙超载（calciumoverload）维持因素：细胞膜细胞内钙超载㈠细胞内钙超载的机制—未明主要发生在再灌注期，主要原因是钙内流1.Na+/Ca2+交换异常2.生物膜损伤钙超载发生的机制1Na+-Ca2+交换异常（钠钙交换蛋白）正常：3个Na+1个Ca2+可进行双相转运影响因素：（1）跨膜钠浓度梯度（2）细胞内的氢浓度Ca2+3Na+K+Na+钙超载（calciumoverload）㈠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