缺血再灌注损伤的发病机制.pptx

缺血再灌注损伤缺血再灌注损伤发病机制发病机制缺血再灌注损伤的发病机制第1页缺血再灌注损伤的发病机制第2页概念概念(Concept)(Concept)缺血器官在恢复血缺血器官在恢复血液灌注后缺血性损伤深液灌注后缺血性损伤深入加重现象，称为缺血入加重现象，称为缺血-再灌注损伤再灌注损伤.缺血再灌注损伤的发病机制第3页概念概念(Concept)(Concept)氧反常（氧反常（oxygen paradoxoxygen paradox）：）：用用低氧低氧或或无无氧氧液灌注后再恢复液灌注后再恢复正常氧正常氧供给器官损伤不见恢供给器官损伤不见恢复反而更趋严重。复反而更趋严重。pH pH反常（反常（pH paradoxpH paradox）：）：器官在再灌注时器官在再灌注时pHpH从从酸性酸性恢复到恢复到正常正常时细胞损伤加重现象。时细胞损伤加重现象。钙反常（钙反常（calcium paradoxcalcium paradox）：）：器官在器官在无钙无钙溶液灌流后恢复溶液灌流后恢复正常含钙正常含钙溶液灌流造成细胞外溶液灌流造成细胞外钙离子大量内流而引发细胞损伤加重现象。钙离子大量内流而引发细胞损伤加重现象。缺血再灌注损伤的发病机制第4页缺血缺血-再灌注损伤发生条件再灌注损伤发生条件 Conditions Predisposing to Conditions Predisposing to Ischemia-Reperfusion(I/R)InjuryIschemia-Reperfusion(I/R)Injury缺血时间长短缺血时间长短再灌注时灌流液条件（灌注液成份，再灌注时灌流液条件（灌注液成份，灌流温度，压力等灌流温度，压力等)组织器官缺血前功效状态（缺氧耐受组织器官缺血前功效状态（缺氧耐受性，侧枝循环，高胆固醇血症，糖尿性，侧枝循环，高胆固醇血症，糖尿病，高血压）病，高血压）缺血再灌注损伤的发病机制第5页问题：问题：缺血缺血-再灌注损再灌注损伤？伤？氧反常氧反常,钙反常钙反常,和和pHpH反常？反常？缺血再灌注损伤的发病机制第6页缺血缺血-再灌注损伤发生机制再灌注损伤发生机制Mechanisms of I/R InjuryMechanisms of I/R Injury 自由基损伤作用（自由基损伤作用（Injury by Free Injury by Free RadicalsRadicals）钙超载（钙超载（Calcium OverloadCalcium Overload）血管内皮细胞和中性粒细胞间相互作用血管内皮细胞和中性粒细胞间相互作用（Interaction between endothelial Interaction between endothelial cells and neutrophilscells and neutrophils）缺血再灌注损伤的发病机制第7页 指在外层电子轨道含有一个或多个不配对电子原子、原子团或分子。为表示不配对电子，经常在其分子式后方或上方加一个点（如R）。自由基（自由基（Free Radicals)Free Radicals)缺血再灌注损伤的发病机制第8页氧自由基（氧自由基（Oxygen Free RadicalsOxygen Free Radicals）活性氧（活性氧（Reactive Oxygen Species,ROS):Reactive Oxygen Species,ROS):超氧阴离子超氧阴离子,羟自由基羟自由基,单线态氧单线态氧(singlet (singlet oxygen,oxygen,1 1O O2 2),),过氧化氢过氧化氢(hydrogen peroxide,(hydrogen peroxide,H H2 2O O2 2）.氧自由基:由氧衍生自由基.超氧阴离子（superoxide anion,O2）羟自由基（hydroxyl radical,OH）-缺血再灌注损伤的发病机制第9页脂性自由基:氧自由基与不饱和脂肪酸作用后生成中间代谢产物.烷自由基（L）烷氧自由基（LO）烷过氧自由基（LOO）脂性自由基（脂性自由基（Lipid Free RadicalsLipid Free Radicals）其它:如氯自由基(Cl),甲基自由基(CH3),一氧化氮(NO),过氧亚硝基(OONO-)缺血再灌注损伤的发病机制第10页抗氧化物酶抗氧化物酶(Antioxidant (Antioxidant Enzymes)Enzymes)OHOH.超氧物岐化酶超氧物岐化酶过氧化氢酶过氧化氢酶O O2_.H H2 2O O2 2H H2 2O OFeFe2+2+H H2 2O O2 2ROOHROOHH H2 2O OROHROHNADPNADP+谷胱甘肽氧化酶谷胱甘肽氧化酶+H H2 2O O谷胱甘肽还原酶谷胱甘肽还原酶GSSGGSSGGSHGSHNADPHNADPH +H+H+缺血再灌注损伤的发病机制第11页问题：问题：氧自由基？活性氧？氧自由基？活性氧？超氧物岐化酶超氧物岐化酶,过氧过氧化氢酶化氢酶,谷胱甘肽氧谷胱甘肽氧化酶催化何种反应化酶催化何种反应?缺血再灌注损伤的发病机制第12页1.1.黄嘌呤氧化酶（黄嘌呤氧化酶（Xanthine Xanthine OxidaseOxidase）2.2.中性粒细胞（中性粒细胞（NeutrophilsNeutrophils）3.3.线粒体（线粒体（MitochondriaMitochondria）活性氧与缺血活性氧与缺血-再灌注损伤再灌注损伤ROS&ROS&I/R InjuryI/R Injury缺血再灌注损伤的发病机制第13页黄嘌呤氧化酶与缺血黄嘌呤氧化酶与缺血-再灌注损伤再灌注损伤Xanthine Oxidase&Xanthine Oxidase&I/R InjuryI/R Injury黄嘌呤+O+O2 2 H H2 2O O2 2蛋白酶OH次黄嘌呤 ATPAMP黄嘌呤氧化酶黄嘌呤脱氢酶O O2 2-.allopurinolallopurinol 缺血再灌注损伤的发病机制第14页黄嘌呤氧化酶理论一些注意点黄嘌呤氧化酶理论一些注意点Some Issues Related to the Some Issues Related to the Xanthine Oxidase HypothesisXanthine Oxidase Hypothesis动物种类，器官，组织分布差异（主要存在于动物种类，器官，组织分布差异（主要存在于肝和肠道。在人，猪和兔心含量很低）。肝和肠道。在人，猪和兔心含量很低）。黄嘌呤脱氢酶转为氧化酶量及时间不能解释一黄嘌呤脱氢酶转为氧化酶量及时间不能解释一些器官些器官I/RI/R发生。发生。黄嘌呤在黄嘌呤氧化酶作用下生成尿酸。尿酸黄嘌呤在黄嘌呤氧化酶作用下生成尿酸。尿酸为为ROS,RNSROS,RNS去除剂。去除剂。缺氧条件下黄嘌呤氧化酶可还原硝酸盐，亚硝缺氧条件下黄嘌呤氧化酶可还原硝酸盐，亚硝酸盐为一氧化氮。一氧化氮可减轻酸盐为一氧化氮。一氧化氮可减轻I/RI/R损伤损伤。缺血再灌注损伤的发病机制第15页中性粒细胞与缺血中性粒细胞与缺血-再灌注损伤再灌注损伤NeutrophilsNeutrophils&I/R InjuryI/R Injury呼吸暴发（respiratory burst）或氧暴发（oxygen burst）：中性粒细胞在吞噬活动时耗氧量显著增加现象。缺血再灌注损伤的发病机制第16页线粒体与活性氧线粒体与活性氧MitochondriaMitochondria&ROS&ROS缺血再灌注损伤的发病机制第17页线粒体与活性氧线粒体与活性氧MitochondriaMitochondria&ROS&ROSNADH(Site I)Succinate(Site II)CytochromeOxidaseFe-S c1 Cyt cUbiquinoneUbisemiquinoneUbiquinolO2H2O.O2_.H2O2泛醌泛半醌二氢泛醌hypoxiahypoxian normoxiaormoxiar rotenoneotenone myxothiazolmyxothiazol antimycin Aantimycin ATTFATTFA缺血再灌注损伤的发病机制第18页线粒体与缺血线粒体与缺血-再灌注损伤再灌注损伤MitochondriaMitochondria&I/R InjuryI/R InjuryI/RI/R增加增加ROSROS释放，抑制线粒体源释放，抑制线粒体源ROSROS生成生成可降低可降低I/RI/R损伤。损伤。I/RI/R降低线粒体超氧物岐化酶活性，含量，降低线粒体超氧物岐化酶活性，含量，及及mRNAmRNA。升高线粒体内升高线粒体内ROSROS去除剂含量可降低去除剂含量可降低I/RI/R损损伤。伤。缺血再灌注损伤的发病机制第19页Plasma membrane:Plasma membrane:lipoxygenases,cyclooxygenases,NADPH oxidaselipoxygenases,cyclooxygenases,NADPH oxidaseMitochondria:Mitochondria:electron transport system electron transport system Cytosol:Cytosol:xanthine oxidase,hemoglobin,catecholamines,xanthine oxidase,hemoglobin,catecholamines,riboflavin,Transition metals(Feriboflavin,Transition metals(Fe2+/3+2+/3+,Cu,Cu1+/2+1+/2+)Peroxisome:Peroxisome:oxidases,flavoproteinsoxidases,flavoproteinsEndoplasmic reticulum:Endoplasmic reticulum:mixed-function oxidasemixed-function oxidasecytochromes P-450 and bcytochromes P-450 and b5 5Cellular Sources of Free RadicalsCellular Sources of Free Radicals缺血再灌注损伤的发病机制第20页氧自由基损伤发生机制氧自由基损伤发生机制Mechanism Underlying the Injury Mechanism Underlying the Injury Caused by Oxygen Free RadicalsCaused by Oxygen Free Radicals1.1.膜脂质过氧化膜脂质过氧化 膜结构破坏膜结构破坏,膜蛋膜蛋白质功效抑制白质功效抑制,ATP,ATP生成降低生成降低2.2.蛋白质分子肽链断裂蛋白质分子肽链断裂,酶巯基氧化酶巯基氧化,蛋白及一些酶相互交联、聚合蛋白及一些酶相互交联、聚合 蛋蛋白质变性和酶活性降低白质变性和酶活性降低3.DNA3.DNA断裂和染色体畸变断裂和染色体畸变4.4.诱导炎症介质产生诱导炎症介质产生 缺血再灌注损伤的发病机制第21页问题：问题：氧自由基损伤氧自由基损伤发生机制发生机制?缺血再灌注损伤的发病机制第22页钙超载发生机制钙超载发生机制:激活激活NaNa+/Ca/Ca2+2+交换交换Mechanism of Calcium Overload:Mechanism of Calcium Overload:Activation of NaActivation of Na+/Ca/Ca2+2+Exchanger Exchanger缺血缺氧 无氧酵解 H+H+/Na+交换胞内Na+ATP 钠泵 Na+/Ca2+交换Ca2+内流 钙超载钙超载缺血再灌注损伤的发病机制第23页钙超载发生机制钙超载发生机制:生物膜损伤生物膜损伤Mechanism of Calcium Overload:Mechanism of Calcium Overload:Membrane InjuryMembrane Injury 缺血缺氧 钙钙超超载载Ca2+通透性细胞膜细胞膜:肌浆网肌浆网:钙泵排Ca2+Ca2+内流 贮Ca2+Ca2+通透性钙泵Ca2+释出 缺血缺氧 缺血再灌注损伤的发病机制第24页钙超载引发缺血再灌注损伤机制钙超载引发缺血再灌注损伤机制Mechanism of I/R Injury Induced Mechanism of I/R Injury Induced by Calcium Overloadby Calcium Overload 1.1.激活激活CaCa2+2+依赖性磷脂酶依赖性磷脂酶 膜磷脂分解膜磷脂分解,膜受损膜受损2.2.激活激活CaCa2+2+依赖性蛋白酶，依赖性蛋白酶，加速加速XDXD转化为转化为XOXO，促进促进ROSROS生成生成;膜受损膜受损3.3.大量大量CaCa2+2+在在线粒体内以磷酸钙形式沉积，干内以磷酸钙形式沉积，干扰氧化磷酸化过程，使扰氧化磷酸化过程，使ATPATP生成降低生成降低4.4.核酸内切酶核酸内切酶 核染色质受损核染色质受损缺血再灌注损伤的发病机制第25页问题：问题：钙超载发生钙超载发生NaNa+/Ca/Ca2+2+交交换机制换机制?缺血再灌注损伤的发病机制第26页血管内皮细胞和中性粒细胞间相互作用血管内皮细胞和中性粒细胞间相互作用Interaction between Endothelial Interaction between Endothelial Cells and NeutrophilsCells and Neutrophils再灌注时再灌注时:趋化因子趋化因子(chemokines)(chemokines)生成增多生成增多:膜磷脂膜磷脂分解分解 LTs,PGs,PAF,LTs,PGs,PAF,补体补体,激肽激肽.内皮细胞与中性粒细胞细胞黏附分子生成内皮细胞与中性粒细胞细胞黏附分子生成增多增多:如选择素（如选择素（selectinselectin）如整合素）如整合素（integrin)integrin)等等.中性粒细胞滚动中性粒细胞滚动,黏附黏附,进入缺血组织。进入缺血组织。释放释放ROS.ROS.缺血再灌注损伤的发病机制第27页缺血再灌注损伤的发病机制第28页缺血再灌注损伤的发病机制第29页缺血缺血-再灌注损伤时机体功效改变再灌注损伤时机体功效改变Functional Changes in I/R InjuryFunctional Changes in I/R Injury 一些其它器官在缺血一些其它器官在缺血-再再灌注损伤过程中改变特点：灌注损伤过程中改变特点：心脏心脏,脑，肺，胃肠道。脑，肺，胃肠道。缺血再灌注损伤的发病机制第30页缺血再灌注损伤的发病机制第31页缺血缺血-再灌注对心脏损伤再灌注对心脏损伤Functional Changes of the Heart Functional Changes of the Heart in I/R Injuryin I/R Injury 无复流现象无复流现象 心肌顿抑心肌顿抑 再灌注性心律失常再灌注性心律失常 心肌坏死心肌坏死缺血再灌注损伤的发病机制第32页无复流现象无复流现象(No-Reflow Phenomenon)(No-Reflow Phenomenon)解除缺血原因后缺血组织得不到解除缺血原因后缺血组织得不到充分血液灌流充分血液灌流。受损血管内皮细胞肿胀受损血管内皮细胞肿胀血小板及纤维蛋白栓塞血小板及纤维蛋白栓塞中性粒细胞与内皮细胞黏附中性粒细胞与内皮细胞黏附,嵌顿嵌顿,堵塞毛细堵塞毛细血管血管 ROS ROS 中性粒细胞黏附中性粒细胞黏附,微血管通透性增高，微血管通透性增高，组织水肿组织水肿缺血组织收缩，微血管被挤压缺血组织收缩，微血管被挤压缺血再灌注损伤的发病机制第33页Genesis of No-Flow PhenomenonGenesis of No-Flow PhenomenonCoronaryCoronaryocclusionocclusionReperfusionReperfusionEndothelial damageEndothelial damageTissue edemaTissue edemaOxygen free radicalOxygen free radicalPlatelet/fibrinPlatelet/fibrinLeukocytesLeukocytesTissue contractureTissue contracture缺血再灌注损伤的发病机制第34页问题：问题：无复流现象无复流现象及机制及机制?缺血再灌注损伤的发病机制第35页 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一定时间内心肌出现可逆性收缩功效降低现象。心肌顿抑（心肌顿抑（Myocardial StunningMyocardial Stunning）缺血再灌注损伤的发病机制第36页可逆性可逆性I/RI/R损伤损伤OHOH.脂质过氧化，蛋白质及酶失活脂质过氧化，蛋白质及酶失活线粒体线粒体损伤损伤收缩蛋白收缩蛋白损伤损伤肌浆网钙肌浆网钙转运蛋白转运蛋白膜通透性膜通透性离子泵活性离子泵活性钙超载钙超载ATPATP钙敏感性钙敏感性心肌收缩功效心肌收缩功效胞内胞内NaNa+超载超载NaNa+/Ca/Ca2+2+交换交换心肌顿抑发生机制心肌顿抑发生机制Mechanisms of Mechanisms of Myocardial StunningMyocardial Stunning缺血再灌注损伤的发病机制第37页再灌注性心律失常再灌注性心律失常Reperfusion ArrhythmiasReperfusion Arrhythmias缺血再灌注损伤的发病机制第38页问题：问题：心肌顿抑定义及心肌顿抑定义及发生机制？发生机制？缺血再灌注损伤的发病机制第39页胃肠道在缺血胃肠道在缺血-再灌注损伤过程中改再灌注损伤过程中改变特点变特点(I/RI/R Injury of Injury of GastrointestinalGastrointestinal TractTract)小肠血管内皮细胞中黄嘌呤脱氢酶和黄小肠血管内皮细胞中黄嘌呤脱氢酶和黄嘌呤氧化酶活性为各脏器中最高，再灌嘌呤氧化酶活性为各脏器中最高，再灌注时易于产生大量注时易于产生大量ROSROS。严重肠严重肠I/RI/R损伤特征为广泛肠上皮坏死，损伤特征为广泛肠上皮坏死，固有层破损、出血及溃疡，造成广泛肠固有层破损、出血及溃疡，造成广泛肠吸收功效障碍，肠黏膜通透性增高，大吸收功效障碍，肠黏膜通透性增高，大量细菌、内毒素等入血，造成菌血症或量细菌、内毒素等入血，造成菌血症或内毒素血症。内毒素血症。缺血再灌注损伤的发病机制第40页脑在缺血脑在缺血-再灌注损伤过程中改变特再灌注损伤过程中改变特点点(I/R Injury of the Brain)(I/R Injury of the Brain)脑对缺氧最敏感，其活动主要靠有氧氧化脑对缺氧最敏感，其活动主要靠有氧氧化提供能量，缺血时间长可引发不可逆性损提供能量，缺血时间长可引发不可逆性损伤。伤。脑是一个富含磷脂器官，脂质过氧化是脑脑是一个富含磷脂器官，脂质过氧化是脑I/RI/R损伤主要原因。损伤主要原因。脑最显著组织学改变是脑水肿及脑细胞坏脑最显著组织学改变是脑水肿及脑细胞坏死。脂质过氧化是脑水肿主要原因。死。脂质过氧化是脑水肿主要原因。缺血再灌注损伤的发病机制第41页肺在缺血肺在缺血-再灌注损伤过程中改变特再灌注损伤过程中改变特点点(I/R Injury of the Lungs)(I/R Injury of the Lungs)肺是全身静脉血液回流滤器。创伤和休肺是全身静脉血液回流滤器。创伤和休克复苏时常造成代谢产物、炎症细胞及克复苏时常造成代谢产物、炎症细胞及炎症介质等从缺血周围组织流出滞留于炎症介质等从缺血周围组织流出滞留于肺，产生大量肺，产生大量ROSROS等毒性物质，造成肺等毒性物质，造成肺损伤。损伤。肺肺I/RI/R损伤主要表现为肺水肿和肺出血损伤主要表现为肺水肿和肺出血 缺血再灌注损伤的发病机制第42页缺血缺血-再灌注损伤防治标准再灌注损伤防治标准 Principles of the Treatment Principles of the Treatment of I/R Injury)of I/R Injury)尽可能缩短缺血时间尽可能缩短缺血时间控制再灌注条件控制再灌注条件(低压低流灌流可防止再灌低压低流灌流可防止再灌注时因氧和液体量供给突然增加而引发大注时因氧和液体量供给突然增加而引发大量量ROSROS生成及组织水肿；低温可降低降低代生成及组织水肿；低温可降低降低代谢产物聚积；低谢产物聚积；低pHpH可抑制磷脂酶和蛋白酶可抑制磷脂酶和蛋白酶对细胞分解，减轻对细胞分解，减轻NaNa+/H/H+交换过分激活；低交换过分激活；低钙可减轻钙超载所致细胞损伤钙可减轻钙超载所致细胞损伤)。缺血再灌注损伤的发病机制第43页缺血缺血-再灌注损伤防治标准再灌注损伤防治标准 Principles of the Treatment Principles of the Treatment of I/R Injury)of I/R Injury)去除氧自由基去除氧自由基补充能量补充能量中性粒细胞抑制剂中性粒细胞抑制剂腺苷可经过腺苷可经过解除微血管痉挛；解除微血管痉挛；抑制抑制中性粒细胞粘附，降低中性粒细胞粘附，降低ROSROS生成；生成；降降低血小板聚集；低血小板聚集；恢复内皮细胞和心肌恢复内皮细胞和心肌细胞能量贮备等机制减轻细胞能量贮备等机制减轻I/RI/R损伤。损伤。缺血再灌注损伤的发病机制第44页缺血缺血-再灌注损伤防治标准再灌注损伤防治标准 Principles of the Treatment Principles of the Treatment of I/R Injury)of I/R Injury)细胞保护剂细胞保护剂,在缺血期使用山莨菪碱、在缺血期使用山莨菪碱、牛磺酸、糖皮质激素等细胞保护剂或稳牛磺酸、糖皮质激素等细胞保护剂或稳定细胞膜制剂，可减轻细胞定细胞膜制剂，可减轻细胞I/RI/R损伤。损伤。重复短暂缺血能够调动机体组织内在保重复短暂缺血能够调动机体组织内在保护机制，使机体对随即出现更长时间严护机制，使机体对随即出现更长时间严重缺血产生耐受性，称为缺血预处理重缺血产生耐受性，称为缺血预处理（ischemic preconditioning,IPCischemic preconditioning,IPC）。）。缺血再灌注损伤的发病机制第45页 The size of an infarct resulting from a 40-min occlusion of a branch of a dogs coronary artery could be greatly reduced if the heart were subjected to 4 brief periods of 5 min of ischemia and 5 min of reperfusion prior to sustained ischemia.The heart adapted itself within minutes to become resistant to ischemia-induced infarction.Murry CE et al.Preconditioning with ischemia:a Murry CE et al.Preconditioning with ischemia:a delay of lethal cell injury in ischemic myocardium.delay of lethal cell injury in ischemic myocardium.Circulation Circulation 74:11241136,1986.74:11241136,1986.Ischemic Preconditioning Ischemic Preconditioning(PC,IPC)(PC,IPC)缺血再灌注损伤的发病机制第46页Acute preconditioning:(classical preconditioning)within 2 h protein synthesis-independentDelayed preconditioning:(ischemic tolerance)24 h-72 h after the initial insult altered gene expressionsynthesis of proteins(antioxidant enzymes,NO synthase,etc.).缺血再灌注损伤的发病机制第47页Limit or spare infarct sizeMitigate myocardial stunningImprove Arrhythmias Cardioprotections by PC缺血再灌注损伤的发病机制第48页 Blunt the impaired endothelial-dependent relaxation.Ameliorate capillary plugging,leukocyte adhesion,and emigration.Reduce venous protein leakage effects of prolonged ischemia.Microcirculation Protections by PC缺血再灌注损伤的发病机制第49页问题：问题：缺血预处理缺血预处理?缺血再灌注损伤的发病机制第50页Vocabularyischemia-reperfusion injury ischemia-reperfusion injury(缺血缺血-再灌注损伤再灌注损伤)oxygen paradox,calcium paradox,pH paradox oxygen paradox,calcium paradox,pH paradox(氧反氧反常常,钙反常钙反常,pH,pH反常反常)reactive oxygen species(ROS,reactive oxygen species(ROS,活性氧活性氧)oxygen free radicals oxygen free radicals(氧自由基氧自由基)superoxide anion,hydrogen peroxide,hydroxyl superoxide anion,hydrogen peroxide,hydroxyl radical radical(超氧阴离子超氧阴离子,过氧化氢过氧化氢,羟自由基羟自由基)antioxidant enzymes antioxidant enzymes（抗氧化物酶（抗氧化物酶)xanthine oxidasexanthine oxidase(黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶)respiratory burst respiratory burst(呼吸暴发呼吸暴发),),oxygen burst oxygen burst(氧暴发）氧暴发）calcium overload calcium overload(钙超载钙超载)no-reflow phenomenon no-reflow phenomenon(无复流现象无复流现象)myocardial stunning myocardial stunning(心肌顿抑）心肌顿抑）ischemic preconditioningischemic preconditioning(缺血预处理缺血预处理)缺血再灌注损伤的发病机制第51页Thanks!Thanks!谢谢！谢谢！缺血再灌注损伤的发病机制第52页