缺血再灌注損傷

1、第十二章 缺血-再灌注損傷（Ischemia-reperfusion injury）,1,目的與要求,掌握：缺血－再灌注損傷的概念及發(fā)生機(jī)制；自由基、鈣超載、無復(fù)流現(xiàn)象、再灌注性心律失常的概念。熟悉：缺血－再灌注損傷的原因、條件和缺血－再灌注損傷時機(jī)體的功能代謝變化。了解：缺血－再灌注損傷防治的病理生理基礎(chǔ)。,患者，男，54歲，因胸悶、大汗1h入急診病房。體查：血壓65/40mmHg，意識淡漠，心率37次/min，律齊。既往有高血

2、壓病史10年，否認(rèn)冠心病史。心電圖示Ⅲ度房室傳導(dǎo)阻滯。給予阿托品、多巴胺、低分子右旋糖酐等進(jìn)行擴(kuò)冠治療。入院上午10時用尿激酶靜脈溶栓。10時40分出現(xiàn)陣發(fā)性心室顫動（室顫），立即給予除顫，至11時20分反復(fù)發(fā)生室性心動過速、室顫，共除顫7次，同時給予利多卡因、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。冠狀動脈造影證實：右冠狀動脈上段85%狹窄，中段78%狹窄。,病例分析,為什么在溶栓后出現(xiàn)嚴(yán)重的心律失常?,概述第一節(jié) 原

3、因和條件第二節(jié) 發(fā)生機(jī)制第三節(jié) 器官的功能代謝變化第四節(jié) 防治的病理生理基礎(chǔ),簡史-認(rèn)識就從這簡單現(xiàn)象開始,1955 Sewell結(jié)扎狗冠狀動脈后解除結(jié)扎1960 Jenings提出概念1975 Schaffer234例冠脈內(nèi)溶栓，89例室顫1977 Bulkley;Hutchins 冠狀動脈搭橋術(shù) 電子自旋共振、核磁共振等研究1981 Greenberg等證實貓小腸缺血3小時后再灌注時，粘膜損傷更嚴(yán)重,概述,

4、再灌注損傷的概念（concepte）,在缺血基礎(chǔ)上恢復(fù)血流后組織損傷反而加重，甚至發(fā)生不可逆性損傷的現(xiàn)象稱為缺血-再灌注損傷（ischemia-reperfusion injury）在缺血前短暫、間歇地阻斷冠狀動脈，可以減輕因長時間缺血所造成的組織損傷以及心肌梗塞的范圍，而稱之為缺血預(yù)適應(yīng)（preconditioning,6,人民衛(wèi)生出版社 病理生理學(xué),概述,再灌

5、注損傷的概念（concepte）,在缺血后短暫、間歇地阻斷動脈供血，可減輕再灌注損傷及梗塞范圍，從而獲得與缺血預(yù)適應(yīng)相似的效果，而稱之為缺血后適應(yīng)（postconditioning）,7,人民衛(wèi)生出版社 病理生理學(xué),概述,1 2 3 4h,損傷程度加重,單純?nèi)毖?缺血再灌,實驗與臨床資料證明冠脈重新恢復(fù)血流后，有可能造成更嚴(yán)重的心

6、肌損傷,概述第一節(jié) 原因和條件第二節(jié) 發(fā)生機(jī)制第三節(jié) 器官的功能代謝變化第四節(jié) 防治的病理生理基礎(chǔ),一、常見的原因,組織器官缺血后恢復(fù)血液供應(yīng)某些新的醫(yī)療技術(shù)的應(yīng)用體外循環(huán)下心臟手術(shù)以及心肺復(fù)蘇等,10,人民衛(wèi)生出版社 病理生理學(xué),冠狀動脈疾病,經(jīng)皮冠脈成形術(shù),冠脈搭橋,心臟介入手術(shù),,,經(jīng)皮冠狀動脈腔內(nèi)成形術(shù)（PTCA）,放置支架,PTCA結(jié)合支架治

7、療冠心病患者，成功率較高，長期生存率較高,冠脈支架置入前后,,,1967年，Bulkley 和Hutchins發(fā)現(xiàn)冠脈血管再通后的病人發(fā)生心肌細(xì)胞反常性壞死。,二、常見的條件,1.缺血時間缺血時間短——恢復(fù)血供后再灌注損傷不明顯缺血時間長——恢復(fù)血供后再灌注損傷明顯2.缺血程度 側(cè)支循環(huán)易形成者 不易發(fā)生再灌注損傷盡早實施再灌注者需氧程度高

8、 易發(fā)生再灌注損（如心、腦）,17,人民衛(wèi)生出版社 病理生理學(xué),,,,二、常見的條件,3.再灌注的條件再灌注壓力愈高，損傷愈嚴(yán)重適當(dāng)降低灌注液的溫度、pH值，可減輕損傷減少灌注液的 Ca2+、Na+含量，可減輕損傷,18,人民衛(wèi)生出版社 病理生理學(xué),概述第一節(jié) 原因和條件第二節(jié)

9、 發(fā)生機(jī)制第三節(jié) 器官的功能代謝變化第四節(jié) 防治的病理生理基礎(chǔ),一、自由基的作用二、鈣超載三、白細(xì)胞的作用,第二節(jié)缺血-再灌注損傷的發(fā)生機(jī)制,一、自由基的作用,（一）自由基的概念自由基（free radical）是外層電子軌道上含有單個不配對電子的原子、原子團(tuán)和分子的總稱。自由基的種類很多，可分為：,21,人民衛(wèi)生出版社 病理生理學(xué),自由基,化學(xué)性質(zhì)非?；?/p>

10、潑，極易與其生成部位的其它物質(zhì)發(fā)生連鎖反應(yīng)。,1、自由基與離子的不同：自由基是共價健化合物發(fā)生均裂產(chǎn)物或者是氧在還原過程中電子轉(zhuǎn)移。如：H2O—H.+OH.，O2+e—O2.，離子是共價健化合物異裂（解離）產(chǎn)物，如： H2O——H++OH-,2、自由基外層軌道上不配對電子有配對傾向，易于失去電子（氧化）或獲得電子（還原）A、存在時間短（平均壽命僅1ms)B、化學(xué)性質(zhì)極其活潑,3、病理情況下，自由基生成過多或者清除不足 —

11、—生物大分子損傷,自由基的概念要強(qiáng)調(diào)的幾點：,氧自由基,O2,,線粒體,98~99%,,ATP,,1~2%,NADPH氧化酶黃嘌呤氧化酶P450細(xì)胞色素單加氧酶,超氧陰離子 O2-羥自由基 ·OH單線態(tài)氧 1O2,,SOD,H2O2,谷胱甘肽過氧化物酶（GSH-PX） 過氧化氫酶（CAT）,,,清除,,一氧化氮和脂性自由基,精氨酸,,NOS,NO,,氧自由基,過氧亞硝酸根ONOO-,多聚不飽和脂肪酸,,氧自由基,烷

12、氧自由基 LO·烷過氧自由基 LOO·,活性氧：化學(xué)性質(zhì)活潑的含氧物質(zhì)。,,（二）自由基的代謝,（三）IRI導(dǎo)致自由基增多的機(jī)制,黃嘌呤氧化酶形成增多中性粒細(xì)胞聚集及激活線粒體損傷兒茶酚胺自氧化增加,1.黃嘌呤氧化酶形成增多,28,人民衛(wèi)生出版社 病理生理學(xué),（三）缺血-再灌注時自由基生成增多的機(jī)制,黃嘌呤氧化酶在自由基生成增多中的作用,

13、1.黃嘌呤氧化酶形成增多,（三）缺血-再灌注時自由基生成增多的機(jī)制,,2.中性粒細(xì)胞聚集及激活 中性粒細(xì)胞在吞噬活動時耗氧量顯著增加，所攝取的氧絕大部分經(jīng)細(xì)胞內(nèi)NADPH氧化酶和 NADH氧化酶的催化,31,人民衛(wèi)生出版社 病理生理學(xué),（三）缺血-再灌注時自由基生成增多的機(jī)制,,白細(xì)胞吞噬時伴耗氧量顯著增加的現(xiàn)象，稱呼吸 爆發(fā)(Respiratory Burs

14、t )。,,3.線粒體膜損傷,33,人民衛(wèi)生出版社 病理生理學(xué),（三）缺血-再灌注時自由基生成增多的機(jī)制,,,3、線粒體內(nèi)單電子還原生成氧自由基增加,,,,4.兒茶酚胺增加和氧化增強(qiáng),35,人民衛(wèi)生出版社 病理生理學(xué),（三）缺血-再灌注時自由基生成增多的機(jī)制,,,,36,（四）自由基引起缺血-再

15、灌注的機(jī)制,自由基對生物膜的損傷作用,1.膜脂質(zhì)過氧化增強(qiáng)，表現(xiàn)為（1）破壞膜的正常結(jié)構(gòu)（2）促進(jìn)自由基及其他生物活性物質(zhì)的形成（3）減少ATP生成,37,人民衛(wèi)生出版社 病理生理學(xué),（四）自由基引起缺血-再灌注的機(jī)制,2.蛋白質(zhì)功能抑制（1）直接作用,38,人民衛(wèi)生出版社 病理生理學(xué),

16、（四）自由基引起缺血-再灌注的機(jī)制,2.蛋白質(zhì)功能抑制（2）間接作用,39,人民衛(wèi)生出版社 病理生理學(xué),（四）自由基引起缺血-再灌注的機(jī)制,3.核酸及染色體破壞 主要表現(xiàn)為,40,人民衛(wèi)生出版社 病理生理學(xué),（四）自由基引起缺血-再灌注的機(jī)制,,生物學(xué)與醫(yī)學(xué)中的自由基,自由基啊!你仿佛時

17、刻在顯露從造奶酪的脂質(zhì)到美酒中的亞硫酸鹽你在陽光中形成在煙霧中漂浮你滲入食物一旦接觸機(jī)體，就繁殖增生。,自由基??！肝臟是你的搖藍(lán)，藥物溶劑、殺蟲劑……都是制造你的原料。你的生命力極強(qiáng)，甚至出沒在蘑菇肼天地古往今來，自由自在，自由基??！你生性兇殘，梗塞人的心臟縮短人的年華，變異人的基因。你的成因及原理，人們在議論紛紛。,自由基??！你宛如幽靈，有時紋絲不動，有時無動于衷。有時轉(zhuǎn)眼即逝，無損秋毫，有時

18、露出猙獰面目，侵蝕、摧殘人們,分光計、捕捉劑是你的敵人。 自由基啊自由基！你的復(fù)雜身世專家們僅覺查三分，你的其它奧妙還待深入探明。,一、自由基的作用二、鈣超載的作用三、白細(xì)胞的作用,第二節(jié)缺血-再灌注損傷的發(fā)生機(jī)制,二、鈣超載的作用,鈣超載（calcium overload）——系指各種原因引起的細(xì)胞內(nèi)鈣含量異常增多并導(dǎo)致細(xì)胞結(jié)構(gòu)損傷和功能代謝障礙的現(xiàn)象。,45,人民衛(wèi)生出版社

19、 病理生理學(xué),二、鈣超載的作用,維持細(xì)胞內(nèi)外鈣濃度差的因素：,46,人民衛(wèi)生出版社 病理生理學(xué),二、鈣超載的作用,47,細(xì)胞Ca2+轉(zhuǎn)運模式圖①電壓依賴性鈣通道；②細(xì)胞膜鈣泵；③Na+/Ca2+交換；④胞漿結(jié)合鈣；⑤線粒體滲透性轉(zhuǎn)導(dǎo)孔；⑥肌漿網(wǎng)；⑦細(xì)胞膜結(jié)合鈣,,,,,,,,,Ca2+,,Ca2+,,,,,,,,Na2+,,ATP,

20、ADP＋Pi,鈣超載的發(fā)生機(jī)制,,,,,,,,,Ca2+,Ca2+,,,,,,ATP減少,,,Na2+,,,H+,,Ca2+,鈣超載的發(fā)生機(jī)制,,1.Na+-Ca2+交換異常 （1）直接激活（細(xì)胞內(nèi)高Na+對Na+/Ca2+交換體的作用） Na+/Ca2+交換蛋白的反向運轉(zhuǎn),50,（一）再灌注導(dǎo)致鈣超載的機(jī)制,,ischemia,reperfusion,,Na+,Ca++,Increased Na+-Ca2+ exchang

21、e,,細(xì)胞內(nèi)高Na+對Na+／Ca++交換蛋白的直接激活,,,1）細(xì)胞內(nèi)高Na+直接激活Na+-Ca2+交換蛋白 缺血→ ATP↓→Na+泵↓→細(xì)胞內(nèi)Na+↑→ 激活Na+-Ca2+交換蛋白→Ca2+進(jìn)入細(xì)胞,,,,,ATP↓,Na+↑,Ca2+↑,,1.Na+-Ca2+交換異常 （2）間接激活（細(xì)胞內(nèi)高H+對Na+/Ca2+交換體的作用）,53,（一）再灌注導(dǎo)致鈣超載的機(jī)制,H+,ischemia

22、,reperfusion,Na+,,,H+,,,,Ca++,,細(xì)胞內(nèi)高H+對Na+／Ca++交換蛋白的間接激活,,,,再灌時H+↓,H+↑,Na+↑,Ca2+↑,缺血時H+↑,2）細(xì)胞內(nèi)高H+對Na+／Ca++交換蛋白的間接激活,,細(xì)胞間液H+↓，細(xì)胞內(nèi)↑,鈣超載機(jī)制,2.蛋白激酶C（PKC）激活,57,（一）再灌注導(dǎo)致鈣超載的機(jī)制,2.蛋白激酶C(PKC)激活,,3.生物膜損傷（1）細(xì)胞膜損傷（2）線粒體膜損傷（3）肌漿

23、網(wǎng)膜損傷,58,人民衛(wèi)生出版社 病理生理學(xué),（一）再灌注導(dǎo)致鈣超載的機(jī)制,,1.細(xì)胞膜損傷 2.線粒體膜損傷3.蛋白酶激活4.加重酸中毒,59,人民衛(wèi)生出版社 病理生理學(xué),（二）鈣超載導(dǎo)致再灌注損傷的機(jī)制,鈣超載引起再灌注損傷的機(jī)制,,,,線粒體,肌漿網(wǎng),損傷刺激,肌漿Ca2+↑,,,A

24、TP酶,ATP↓,磷脂酶,磷脂分解,蛋白酶,膜和骨架蛋白破壞,核酶,,染色體 損傷,,,,,,,,,一、自由基的作用二、鈣超載的作用三、白細(xì)胞的作用,第二節(jié)缺血-再灌注損傷的發(fā)生機(jī)制,三、白細(xì)胞的作用,（一）缺血-再灌注時白細(xì)胞增多的機(jī)制 1.黏附分子生成增多黏附分子——由細(xì)胞合成的，可促進(jìn)細(xì)胞與細(xì)胞之間、細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)之間黏附的一類大分子物質(zhì)的總稱，包括：,62,人民衛(wèi)生出版社

25、 病理生理學(xué),2.趨化因子生成增多組織損傷時，細(xì)胞膜磷脂降解，花生四烯酸代謝產(chǎn)物增多；如：使微循環(huán)中白細(xì)胞進(jìn)一步增加。,63,人民衛(wèi)生出版社 病理生理學(xué),（一）缺血-再灌注時白細(xì)胞增多的機(jī)制,無復(fù)流現(xiàn)象(no-reflow phenomenon ) 恢復(fù)血液灌注后，缺血區(qū)依然得不到充分血流灌注的現(xiàn)象稱無復(fù)流現(xiàn)象

26、.,1.微血管損傷(1)微血管內(nèi)血液流變性改變,,三、白細(xì)胞的作用,(2)微血管口徑的改變 (3)微血管通透性增高2.細(xì)胞損傷,IRI的主要發(fā)病機(jī)制,再灌注,中性粒細(xì)胞,無復(fù)流,致炎因子↑,氧自由基↑,鈣超載,細(xì)胞損傷,缺血,O2,Ca2+,細(xì)胞壞死,缺血損傷恢復(fù),,,其中鈣超載是不可逆損傷的共同通路,67,第三節(jié) 缺血-再灌注損傷時器官的功能、代謝變化,人民衛(wèi)生出版社

27、 病理生理學(xué),一、心肌缺血-再灌注損傷的變化,（一）心功能變化,68,人民衛(wèi)生出版社 病理生理學(xué),一、心肌缺血-再灌注損傷的變化,心肌頓抑——心肌缺血-再灌注損傷的表現(xiàn)形式之一，自由基和細(xì)胞內(nèi)鈣超載是心肌頓抑的主要機(jī)制 。,69,人民衛(wèi)生出版社 病理生理學(xué),細(xì)胞Ca2+轉(zhuǎn)運模式圖,2.

28、再灌注性心律失常發(fā)生機(jī)制：,70,人民衛(wèi)生出版社 病理生理學(xué),（一）心功能變化,71,人民衛(wèi)生出版社 病理生理學(xué),（二）心肌能量代謝變化,心肌纖維結(jié)構(gòu)破壞（出現(xiàn)嚴(yán)重收縮帶、肌絲斷裂、溶解）。線粒體極度腫脹、嵴斷裂、溶解，空泡形成、基質(zhì)內(nèi)致密物增多。,72,人民衛(wèi)生出版社

29、 病理生理學(xué),（三）心肌結(jié)構(gòu)的變化,二、腦缺血-再灌注損傷的變化,（一）腦能量代謝變化,73,人民衛(wèi)生出版社 病理生理學(xué),游離脂肪酸,,74,人民衛(wèi)生出版社 病理生理學(xué),（二）腦組織學(xué)變化,正常海馬 海馬細(xì)胞壞死

30、 海馬細(xì)胞凋亡,1.興奮性氨基酸毒作用 2.自由基的作用 3.鈣超載的作用,75,人民衛(wèi)生出版社 病理生理學(xué),（三）缺血-再灌注引起腦損傷的機(jī)制,三、其他,（一）肺缺血——再灌注損傷的改變（二）腸缺血——再灌注損傷的改變（三）腎缺血——再灌注損傷的改變（四）肝缺血——再灌注損傷的改變,76,人民衛(wèi)生出版社

31、 病理生理學(xué),77,第四節(jié) 缺血-再灌注損傷防治的病理生理基礎(chǔ),人民衛(wèi)生出版社 病理生理學(xué),缺血-再灌注損傷防治的病理生理基礎(chǔ),一、盡早恢復(fù)血流與控制再灌注條件二、清除自由基與減輕鈣超載三、細(xì)胞保護(hù)劑與細(xì)胞抑制劑的應(yīng)用四、缺血預(yù)適應(yīng)與缺血后適應(yīng)的應(yīng)用,78,人民衛(wèi)生出版社

32、 病理生理學(xué),缺血預(yù)適應(yīng)與缺血后適應(yīng)的機(jī)制,預(yù)適應(yīng)的機(jī)制可能包括①激活PKC通路②激活磷脂酰肌醇-3激酶（PI-3K）/Akt通路③內(nèi)源性腺苷釋放增多 后適應(yīng)的機(jī)制可能包括①激活PI-3K/Akt信號通路②激活絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）信號通路 ③通過機(jī)械信號轉(zhuǎn) 和壓力感受器調(diào)節(jié)血液重新分布,79,人民衛(wèi)生出版社 病理生理學(xué),患者，男，

33、54歲，因胸悶、大汗1h入急診病房。體查：血壓65/40mmHg，意識淡漠，心率37次/min，律齊。既往有高血壓病史10年，否認(rèn)冠心病史。心電圖示Ⅲ度房室傳導(dǎo)阻滯。給予阿托品、多巴胺、低分子右旋糖酐等進(jìn)行擴(kuò)冠治療。入院上午10時用尿激酶靜脈溶栓。10時40分出現(xiàn)陣發(fā)性心室顫動（室顫），立即給予除顫，至11時20分反復(fù)發(fā)生室性心動過速、室顫，共除顫7次，同時給予利多卡因、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。冠狀動脈造影