病理生理学---第13章 缺血--再灌注损伤.ppt

,点击编辑一级标题,二级标题,点击编辑标题,病理生理学,缺血再灌注损伤,Ischemia Reperfusion Injury,案例版,第十三章,患者，男性，,48,岁。因胸痛约,1,小时入院。经心电图诊断为急性心肌梗死（前间壁）。体检：,BP 100/75 mmHg,，,HR 37,次,/,分，率齐，意识淡漠。既往有高血压病史,10,年。给予吸氧、心电监护，同时急查心肌酶、凝血因子、电解质、血常规等。,入院后约,1,小时给予尿激酶,150,万单位静脉溶栓（,30 min,滴完）。用药完毕患者胸痛即消失，但用药后约,10min,时心电监护显示，出现室性早搏、室上性心动过速及室颤，,BP 90/60 mmHg,。,立即给予除颤，同时给予利多卡因、小剂量异丙肾上腺素，监护显示渐为窦性心律、血压达正常。,复查心电图为广泛前壁心肌梗死。,案例,概 述,1,发病机制,3,机体的功能及代谢变化,4,本章主要内容,防治的病理生理学基础,5,原因及影响因素,2,大纲要点,1,2,熟悉,氧反常、钙反常、,pH,反常、无复流现象、呼吸爆发的概念,掌握,缺血,-,再灌注损伤、钙超载概念、,发,病,机制,3,熟悉,缺血,-,再灌注损伤的原因和条件,心、脑缺血,-,再灌注损伤变化特点,4,了解,防治的病理生理基础,1,年，,Sewell,结扎狗冠状动脉后，如突然解除结扎，恢复血流，动物室颤而死亡，临床类同。,认识就从这简单现象开始,简 史,年，,Jennings,第一次提出,心肌再灌注损伤,的概念,在心肌缺血恢复血流后，,缺血心肌的损伤反而加重,6,年，,Bulkley,和,Hutchins,发现,冠脉搭桥,血管再通后的病人发生心肌细胞反常性坏死。,年，,Greenber,等证实猫小肠缺血,3,小时后再灌注时，粘膜损伤,更严重,。,缺血,-,再灌注损伤概念,缺血,-,再灌注损伤,（,ischemia-reperfusion injury,，,IRI,，,I/R,）,组织缺血一段时间，当血流重新恢复后，组织的损,伤程度较缺血时进一步加重，器官功能进一步恶化,的综合症。,从实践到理论的总结,1.,可逆损伤,;,不,可逆损伤,2.,具有器官普遍性,:,如心、脑、肠、肾等,第一节,IRI,原因及影响因素,原因,引起血流重新恢复的因素,全身性因素,休克；心脏骤停后心、脑复苏；体外循环的建立与撤除等。,局部性因素,某一器官缺血后血流恢复或某一血管再通后：器官移植、断肢再植、冠状动脉痉挛的缓解、动脉搭桥术、,PTCA,、溶栓疗法等。,PTCA,Percutaneous transluminal coronary angioplasty,PTCA,Percutaneous transluminal coronary angioplasty,PTCA,Percutaneous transluminal coronary angioplasty,Langendorff,心脏灌流装置,实验与临床资料证明冠脉重新恢复血流后，,有可能造成更严重的心肌损伤,影响因素,缺血时间：,缺血时间,过短,或,过长,都不易发生,缺血部位：,氧需求量高,的器官易发生；缺血,后侧支循环,不易形成者,易发生,再灌注条件：,一定程度,低压、低温、低,PH,、低钠、低钙,液,缺血前状态：,基础疾病；,缺血预适应,缺血时间 再灌注时间 心律不齐 室速 室颤 死亡率,（,min),（,min)(%)(%)(%)(%),2 10 0 0 0 0,5 10 80 47.6 47.6 25.8,10 10 60 30.0 40.0 10.0,15 10 9 9.0 0 0,大鼠在体心再灌注时缺血时间对,IRI,的影响,缺血预适应,：是指组织器官经反复短暂缺血后，会明显增强对随后较长时间缺血及再灌注损伤的抵抗力的现象。,有研究，心脏经过,4,次短暂的,5,分钟缺血，之后长时间缺血,40,分钟，心梗的面积较对照组减少了,75%,。,钙反常,（,calcium paradox,）：以无钙溶液灌流离体大鼠心脏,2,分钟后再以正常含钙溶液灌注时，心肌电信号异常、心脏功能、代谢及形态结构发生异常变化，这种现象称为钙反常。,氧反常,（,oxygen paradox,）：预先用低氧溶液灌注组织器官或在缺氧条件下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，称为氧反常。,pH,反常,（,pH paradox,）：再灌注时迅速纠正缺血组织的酸中毒，反而加重细胞损伤，称为,pH,反常。,第二节,IRI,的发生机制,缺血期：,ATP,合成减少,嘌呤碱、细胞内酸性分解代谢产物增多,再灌期：,恢复供氧产生活性氧,细胞内,Ca,2+,超载,白细胞的激活,炎症反应,IRI,的发生机制,活性氧生成异常增多,钙超载,白细胞的激活,活性氧（,Reactive Oxygen Species,ROS),由氧组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物质。,超氧阴离子（,O,2,-,）,羟自由基（,OH,）,单线态氧,(,1,O,2,),过氧化氢,(H,2,O,2,),(,一,),活性氧的,概念与类型,自由基,指外层电子轨道上含有单个未配对电子的原子、原子团或分子的总称。化学性质非常活泼，极易与其生成部位的其它物质发生连锁反应。,自由基分类：,氧自由基,(O,2,),脂质自由基,(L,),其他（,Cl,，,CH,3,),超氧阴离子（,O,2,-,）,羟自由基（,OH,）,氧自由基,-,由氧诱发的自由基（,Oxygen Free Radicals,，,OFR,）,氧自由基与不饱和脂肪酸作用后生成的中间代谢产物。,脂自由基（,L,）,脂氧自由基（,LO,）,脂过氧自由基（,LOO,）,脂质自由基,NO,过氧亚硝基阴离子,(ONOO-),NO,2,OH,其他,-,氯自由基,(Cl,),甲基自由基,(CH,3,),一氧化氮自由基（,NO,）,O,2,-,e,-,+H,+,H,2,O,e,-,_,O,2,e,-,+2H,+,H,2,O,2,e,-,+H,+,H,2,O,OH,O,2,1,2,98,4 e +4H,+,细胞色素氧化酶系统,SOD,氧单电子还原,（二）活性氧的代谢,O,2,+H,2,O,2,O,2,+OH,-,+OH,SLOW,Haber-Weiss,反应,(without Fe,2,),Fenton,型,Haber-Weiss,反应,Fe,2,O,2,+H,2,O,2,O,2,+OH,-,+OH,OH,是活性氧中毒性最强的一种,FAST,呼吸爆发（,respiratory burst,）或氧爆发：,中性粒细胞在吞噬活动时耗氧量增加，其摄入氧的,70%-90%,在,NADPH,和,NADH,氧化酶,的催化下，接受电子产生大量氧自由基的现象。,NADH(I),NADPH(II),+O,2,NADPH,氧化酶,H,+,+O,-,2,+,NADH,氧化酶,杀灭病原微生物,NAD,+,NADP,+,活性氧的清除,胞浆：还原性辅酶,细胞内外水相：,半胱氨酸、,Vit C,、,谷胱甘肽,细胞脂质：,Vit E,、,Vit A,（,1,）低分子清除剂,非酶性抗氧化剂,（,2,）酶性清除剂,过氧化氢酶,(CAT),谷胱甘肽过,氧化物酶,（,GSH-,PX,）,超氧化物歧化酶,MnSOD,CuZnSOD,铜蓝蛋白,SOD,2 O,.,2,+2H,+,H,2,O,2,+O,2,CAT,2H,2,O,2,O,2,+2H,2,O,GSH-PX,2GSH+H,2,O,2,GSSG+2H,2,O,Fe,2+,Fe,3+,氧自由基的酶性清除,超氧化物歧化酶,过氧化氢酶,谷胱甘肽过氧化物酶,铜蓝蛋白,霍金与,Cu,Zn-SOD,突变所致的脊髓侧索硬化症,ROS:,O,2,、,H,2,O,2,OH,Enzymes:,SOD,、,CAT,、,GSH-px,Non-enzyme antioxidants,Vit(E,、,A,、,C,）、,GSH,线粒体,血管内皮细胞,中性粒细胞,（三）,缺血,-,再灌注时活性氧生成增多的机制,1.,线粒体功能受损,Ca,2+,进入线粒体,氧经单电子还原,O,-,2,缺氧,MnSOD,细胞色素氧化酶系统功能失调,线粒体,血管内皮细胞,中性粒细胞,2.,黄嘌呤氧化酶途径,黄嘌呤氧化酶,(,XO,),10%,黄嘌呤脱氢酶,(,XD,)90%,XO,xanthine oxidase,XD,xanthine dehydrogenase,Ca,+2,依赖性蛋白酶,缺血期,再灌注期,ATP,AMP,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),Ca,2,+,依赖性蛋白水解酶,黄嘌呤,+,H,2,O+O,2,-,尿酸,+,H,2,O,2,+O,2,-,OH,O,2,O,2,XO,在,OFR,形成中作用,线粒体,血管内皮细胞,中性粒细胞,缺血,补体被激活,C,3,片段,细胞膜分解产物,（白三烯）,（趋化物,）,再灌注,NADPH,NADH,NADP,+,NAD,+,氧化酶,O,2,O,2,造成组织细胞损伤,OH,+,+O,-,2,3.,中性粒细胞聚集激活,（四）活性氧的损伤作用,膜脂质过氧化增强,（,1,）破坏细胞膜的结构,液态性、流动性,通透性，,Ca,2+,内流增加；,激活,PLC,、,PLD,膜磷脂分解花生四烯酸代谢,生物活性物质（,PG,、,TXA,2,、,LTB,4,）,（,2,）间接抑制细胞膜蛋白功能,离子泵功能障碍,细胞信号转导功能障碍,（,3,）破坏细胞器膜,线粒体、溶酶体、肌质网,膜脂质过氧化指氧自由基与膜内多价不饱和脂肪酸作用，生成中间代谢产物，如脂氧自由基、脂过氧自由基等和过氧化物增多,丙二醛（,MDA,）,-S-S-,CH,3,-S-,脂质,-,脂质交联,O,脂质,-,蛋白 质交联,OH,HO,脂肪酸氧化,OH,HO,从氧化的脂肪酸释出的 丙二醛,MDA,自由基的损伤作用,抑制蛋白质的功能,（,1,）自由基可使酶的巯基氧化，,AA,残基氧化,（,2,）自由基使,蛋白质和酶分子,聚合,、,交联,、,肽链断裂,蛋白质变性、酶的活性丧失,受体、离子通道功能障碍,蛋白质断裂,蛋白质,-,蛋白质交联,-S-S-,CH,3,-S-,脂质,-,脂质交联,O,二硫交联,脂质,-,蛋白 质交联,氨基酸 氧化,OH,HO,脂肪酸氧化,OH,HO,从氧化的脂肪酸释出的 丙二醛,MDA,破坏核酸及染色体,碱基羟化、,DNA,断裂染色体畸变或细胞死亡，,80%,由,OH,毒性作用，易与脱氧核苷酸及碱基反应并使其结构改变。,改变细胞功能引起组织损伤：,灭活,NO,，影响血管舒缩；,OH,促进白细胞附壁，,生成趋化因子和白细胞激活因子,IRI,的发生机制,活性氧生成异常增多,钙超载,白细胞的激活,二、钙超载,-,细胞内钙积聚,钙超载,是指各种原因引起的细胞内游离钙,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。,正常,:,细胞外,Ca,2+,10,-3,mol/L,细胞内,Ca,2+,10,-7,mol/L,细胞外,Ca,2+,是细胞内,Ca,2+,10000,倍,Calcium overload,Na,+,-Ca,2+,载体,Ca,2+,B Pr,钙结合蛋白,线粒体,肌浆网,Ca,2+,Ca,2+,Ca,2+,泵,Ca,2+,电压依赖性,Ca,2+,细胞内,Ca,2+,的稳态调节,细胞膜,依赖,ATP,的钙泵,钙通道,Na,+,-Ca,2+,交换,细胞内,肌浆网,钙结合蛋白,线粒体摄取,钠泵,3Na,+,2 K,+,双向转,运,Na,+,/Ca,2+,交换异常,细胞膜损伤,（一）钙超载的机制,钙超载的机制,Na,+,/Ca,2+,交换异常,生理条件下,3Na,+,/Ca,2+,交换,正向,转运,3Na,+,/Ca,2+,Na,+,胞内,Na,+,时,Na,+,/Ca,2+,交换,逆向,转运,3Na,+,/Ca,2+,Na,+,低浓度,钠泵,3Na,+,2 K,+,（,1,）细胞内高,Na,+,对,Na,+,-Ca,2+,交换蛋白的直接激活,缺血,ATPNa,+,泵细胞内,Na,+,激活,Na,+,-Ca,2+,交换蛋白,Ca,2+,进入,再灌注,K,+,Na,+,3Na,+,Ca,2+,ATP,Na,+,Ca,2+,Na,+,/Ca,2+,交换异常,(2),细胞内高,H,+,对,Na,+,-Ca,2+,交换蛋白的间接激活,膜,Na,+,/H,+,交换蛋白主受细胞内,H,+,变化调节,缺血时：无氧代谢产生,H,+,增多,再灌时：,组织间液,H,+,迅速减少细胞内外较高的,H,+,浓度差激活,Na,+,/H,+,交换蛋白细胞内,Na,+,激活,Na,+,-Ca,2+,交换蛋白,Na,+,H,+,H,+,Na,+,/Ca,2+,交换异常,（,3,）蛋白激酶,C,（,PKC,）活化对,Na,+,/Ca,2+,交换蛋白的间接激活,PIP,2,PKC,Gq,IP,3,DG,PLC,NE,1,受体,Ca,2,Ca,2,H,+,Na,+,3Na,+,Ca,2+,三磷酸肌醇,甘油二酯,G-,蛋白磷脂酶,C,磷脂酰肌醇,Na,+,/Ca,2+,交换异常,1,肾上腺素能受体,肾上腺素能受体,G,蛋白,-PLC,信号系统,IP,3,DG,胞内,Ca,2+,释放,H,+,/Na,+,交换,PKC,增加,L,型钙通道,Ca,2+,内流,胞浆内,Ca,2+,Na,+,-Ca,2+,交换,1,肾上腺素能受体,肾上腺素能受体,Na,+,/Ca,2+,交换异常,细胞膜损伤,（一）钙超载的机制,细胞膜损伤,糖被膜受损,细胞膜通透性,缺血或无,Ca,2+,灌流液使,Ca,2+,流失，,细胞膜外板和外层的糖被膜分离,磷脂酶的激活,细胞膜通透性,Ca,2+,激活磷脂酶膜磷脂降解,自由基的作用,膜对,Ca,2+,的通透性,钙超载的机制,导致细胞能量代谢紊乱,酶的激活，肌原纤维过度收缩,ATP,消耗,线粒体摄钙磷酸钙形成干扰氧化磷酸化,ATP,生成,促进氧自由基生成,Ca,2+,依赖性蛋白酶,XD,转化为,XO,ROS,再灌注心律失常,Na,+,/,Ca,2+,不等电荷交换 一过性内向电流,钙超载引起再灌注损伤的机制,（二）钙超载引起再灌注损伤的机制,促进细胞膜和结构蛋白的分解,(,Ca,2+,依赖性酶的激活,),Ca,2+,激活磷脂酶 膜磷脂降解,破坏细胞（器）膜,肌原纤维过度收缩,Ca,2+,再灌注 酸中毒缓解,H+,，,Ca,2+,竞争,钙超载是细胞不可逆死亡的共同通路,钙超载引起再灌注损伤的机制,线粒体,肌浆网,损伤刺激,肌浆,Ca,2+,ATP,酶,ATP,磷脂酶,磷脂分解,蛋白酶,膜和骨架蛋白破坏,核酶,染色体 损伤,自由基的作用,钙超载,白细胞的作用,IRI,的发生机制,三、白细胞的作用,白细胞激活介导微血管损伤,无复流,(no-reflow phenomenon),现象。,概念,:,是在犬的实验中发现的。结扎犬的冠状动脉造成局部心肌缺血后，在打开结扎的动脉，使血流重新开放，缺血区并不能得到充分的血流灌注，此现象称为无复流,。,（一）再灌注时白细胞增多的机制,黏附分子生成增多,:,如选择素,、,整合素、细胞间粘附分子等；,中性粒细胞释放趋化作用的炎症介质,:,如白介素等，促进白细胞聚集和浸润。,趋化因子生成增多,:,膜磷脂分解,LTs,PAF,补体,激肽。,粘附分子（,adhesion molecule,）,是指由细胞合成的、可促进细胞与细胞之间、细胞与细胞外基质之间粘附的一大类分子的总称，,如整合素、选择素、细胞间粘附分子、血管细胞粘附分子及血小板内皮细胞粘附分子等,。,功能：维持细胞结构完整,细胞信号转导中起重要作用。,持续缺血缺氧,血管内皮细胞,中性粒细胞,粘附分子上调,粘附,初始粘附,牢固粘附,血管,组织,白细胞组织浸润的机制,磷脂膜分解,释放趋化因子,中性粒细胞激活,释放趋化因子,中性粒细胞激活,释放,ROS,损伤组织,趋化,细胞损伤,（二）白细胞介导缺血,-,再灌注损伤的机制,微血管损伤,微血管内血液流变学改变,微血管口径改变,微血管通透性增加,再灌注,损伤,微血管血液流变学改变,中性粒细胞体积大与血管内皮,细胞黏附,嵌顿,堵塞毛细血管,内皮损伤、血小板,栓子和微血栓的形成,无复流,微血管口径的改变,微血管舒缩功能改变,缩血管物质增多,扩血管物质减少,缺血缺氧,血管内皮受损,PGI,2,CA,刺激,TXA,2,强烈的血管收缩和血小板聚集,TXA,2,微血栓形成和血管堵塞,微血管通透性增高,微血管通透性的增高可能与白细胞释放,的炎症介质有关,通透性增高组织水肿无复流现象,血液浓缩,再灌注,炎性介质,OFR,活性酶,组织细胞损伤,2.,细胞损伤,（,Cell Injury,）,激活的中性粒细胞与内皮细胞释放大量炎性因子，造成局部炎症反应,.,IRI,发病机制小结,再灌注,中性粒细胞,无复流,致炎因子,氧自由基,钙超载,细胞损伤,缺血,O,2,Ca,2+,细胞坏死,缺血损伤恢复,第三节,IRI,时机体的功能及代谢变化,一、,IRI,对心功能的影响,再灌注性,心律失常,心肌动作电位时程不均一,心肌动作电位后延迟后除极的形成,心肌电生理特性改变,纤颤阈降低,NO,减少,心功能,变化,心肌舒缩,功能降低,心肌顿抑,钙超载,自由基爆发性生成,心肌舒缩功能降低,心肌顿抑,(Myocardial Stunning):,心肌并未因缺血发生不可逆性损伤，但在再灌注血流已恢复或基本恢复正常后的一定时间内心肌出现的可逆性收缩功能降低的现象。,钙超载,细胞内,Na,+,Na,+,/Ca,2+,交换蛋白反向转运，平台期,Ca,2+,进入增加，持续内向电流，形成,AP,后短暂除极。,4,0,2,1,3,4,0,2,1,3,可逆性,I/R,OH,.,脂质过氧化，蛋白质及酶失活,线粒体损伤,收缩蛋白,损伤,肌浆网钙转运蛋白,膜通透性,离子泵活性,钙超载,ATP,钙敏感性,心肌收缩功能,胞内,Na,+,超载,Na,+,/Ca,2+,交换,心肌顿抑的发生机制,再灌注心肌动作电位时程的不均一性,再灌注初期,AP,迅速恢复，但不同区域间、不同细,胞间,AP,恢复速度有差异，造成心肌折返。,1,0,2,3,4,4,0,2,1,3,0,2,1,3,4,1.,再灌区必须存在有功能上可以恢复的心肌细胞：越多发生率越高,2.,再灌注前缺血时间长短,3.,缺血心肌的数量、缺血的程度及再灌注恢复的速度,缺血性损伤,再灌注性损伤,发病环节,缺血、缺氧,再灌注,微小血管,早期无堵塞现象,微小血管堵塞，出现无复流现象,心肌功能,进行性下降,心肌顿抑,心律失常,多缓慢发生,多突然发生,较少为室颤,很快转化为室颤,-,阻滞剂有效,-,阻滞剂有效,心电图改变,ST,段抬高，,R,波增高,ST,段不抬高，,R,波降低，出现病理性,U,波,心肌缺血性损伤和再灌注性损伤的主要表现,心肌能量代谢变化,ATP,含量降低,ATP,合成的前体物质不足,缺血心肌对氧利用障碍,细胞膜破坏,肌原纤维结构破坏,线粒体损伤,心肌超微,结构变化,IRI,对心功能的影响,1968,年由,Ames,率先报道脑缺血,-,再灌注损伤。,二、脑,IRI,损伤的变化,脑组织富含磷脂，脂质过氧化是脑损伤的主要特征,ATP,、,CP,、,G,、糖原,乳酸,cGMP,脑能量代谢变化,脑,IRI,损伤的变化,脑氨基酸代谢变化,脑组织学变化,兴奋性氨基酸降低（谷氨酸、天门冬氨酸）,抑制性氨基酸增多（丙氨酸、,-,氨基丁酸）,脑水肿：膜脂质过氧化结构破坏，,钠泵功能障碍,脑细胞坏死,三、小肠的,IRI,广泛的上皮与绒毛分离，上皮坏死，固有层破损，出血及溃疡形成。,1981,年,Greenberg,介绍了肠缺血,-,再灌注损伤,缺血时体液漏出毛细血管形成间质水肿,再灌注时产生大量自由基，粘膜损伤,其它器官,IRI,1972,年,Flore,研究肾缺血,-,再灌注损伤,表现为线粒体的损伤，导致急性肾小管坏死,1978,年,Modry,报道了肺再灌注综合征,肺气肿、肺水肿,骨骼肌缺血,-,再灌注损伤：肌肉微血管和细胞损伤,肝缺血,-,再灌注损伤：肝细胞坏死、线粒体肿胀,第四节 防治,IRI,的病生基础,消除缺血原因，尽早恢复血流,是预防再灌注损伤的首要环节,控制再灌注条件,低温、低压、低,PH,、低流、低钠、低钙、高钾,改善缺血组织的代谢,补充糖酵解底物：磷酸己糖、,ATP,改善氧化磷酸化：氢醌、,CytC,第四节,IRI,的防治原则,减轻钙超载,应用,Na,+,/H,+,交换，,Na,+,/Ca,2+,交换抑制剂,清除自由基,低分子清除剂,:VitE VitA,；,VitC,，半胱氨酸,GSH,和,NADPH,等。,酶性清除剂：,CAT,，,GSH-Px,，,SOD,，铜蓝蛋白。,CAT,，,GSH-Px,能清除,H2O2,，,SOD,能岐化,O2,-,，铜蓝蛋白能抑制,Fenton,反应。,0,10,20,30,40,50,60,%,NS,SOD,DMSO,verap,654-2,室颤发生率的比较,与,NS,组比较,P0.05,中性粒细胞抑制剂的应用,中性粒细胞抗血清；羟基脲,细胞保护剂的应用,内、外源性细胞保护剂：牛磺酸、金属硫蛋白等,其他：,缺血预处理,(,七,),(,八,),大纲要点,1,2,熟悉,氧反常、钙反常、,pH,反常、无复流现象、呼吸爆发的概念,掌握,缺血,-,再灌注损伤、钙超载概念、,发,病,机制,3,熟悉,缺血,-,再灌注损伤的原因和条件,心、脑缺血,-,再灌注损伤变化特点,4,了解,防治的病理生理基础,