缺血-再灌注损伤(本科)

null缺血-再灌注损伤 Ischemia-reperfusion injury缺血-再灌注损伤 Ischemia-reperfusion injury本科 病理生理学教研室 刘承武 2010本章要点本章要点■ 掌握缺血-再灌注损伤的概念及有关的概念 ■ 掌握缺血-再灌注损伤的重要发生机制 ■ 熟悉心肌、脑等组织在缺血-再灌注损伤时的变化 outlineoutlinenull缺血-再灌注损伤： 缺血的基础上恢复血流后，组织器官的损伤反而加重的现象称为ischemia reperfusion injury（IRI）。 一、概述null缺血- 再灌IRI研究概况null 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发现在心肌缺血恢复血流后， 缺血心肌的损伤反而加重，第一次提出了 MIR概念 1967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。 1968年 Ames率先报道了脑IRI 1972年 Flore 肾IRI 1978年 Modry 肺IRI 1981年 Greenberg 肠IRI。 证实猫小肠缺血 3小时后再灌注时，粘膜损伤更严重。null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。预先用无钙液短暂灌流后，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象。缺血-再灌时，迅速纠正缺血组织的酸中毒，→反而会加重组织细胞损伤。二 、原因和条件二 、原因和条件（一）原因 ——在组织器官缺血基础上的血液再灌注 1、组织器官缺血后恢复血液供应： 如休克，冠状动脉痉孪的缓解 2、血管再通术后：冠脉搭桥术，PTCA， 溶栓疗法等 3、心、肺、脑复苏 4、其他：断肢再植， 器官移植null （二）影响因素 1. 缺血时间 2. 侧枝循环 3. 需氧程度 4. 再灌注条件：灌注压，T， pH, Na+, Ca++ null大鼠缺血-再灌注性心律失常缺血时间null大鼠缺血-再灌注性心律失常缺血时间null大鼠缺血-再灌注性心律失常缺血时间nullIschemic time(min)Incident rate(%)缺血时间对大鼠再灌注心律失常的影响null缺血的严重程度与侧枝循环null三、发生机制三、发生机制(一)自由基的作用 (二)钙超载 (三)白细胞的作用null1.概念 自由基（free radical） ——外层轨道上具有单个不配对电子的原子、原子团和分子的总称。2.类型：(1)氧自由基(O2.- 、OH ·) (2)脂性自由基 (L · 、LO · 、LOO ·) (3)其它如氯自由基（Cl · ）、甲基自 由基（CH3· ）和一氧化氮等。(一)自由基的作用概念和分类null（1） 氧自由基( oxygen free radical ,OFR) 概念：由氧诱发的自由基。 种类：超氧阴离子（O2·-）羟自由基（OH·） nullnullHaber-Weiss反应 (无 Fe 3参与 )Haber-Weiss反应 (无 Fe 3参与 ) O2－ + H2O2 O2 + OH +OHSLOWOH·的生成Fenton 型Haber-Weiss反应Fenton 型Haber-Weiss反应 Fe 3  O2－ + H2O2 O2 + OH +OHFASTOH·是活性氧中毒性最强的一种OH·的生成 活性氧（reactive oxygen species, ROS）： 氧化还原过程中产生的具有高活性的一系列中间产物。（ 1O2和H2O2） 单线态氧1O2：是一种激发态氧（在光敏剂存在下作用于O2激发而产生），反应活性较强，参与许多化学反应，可由O2·- 自发歧化产生，也可在髓过氧化物酶（MPO）作用下，由H2O2氧化卤化物产生。null（2） 脂质氧自由基 概念：OFR与多价不饱和脂肪酸作用后生成的中间 产物。 种类：烷自由基（L·）烷氧自由基（LO·） 烷过氧自由基（LOO·） （3）其它：一氧化氮自由基（NO·）、 CL·、CH3· 生理情况下，自由基的生成与清除处于动态平衡 如果ROS生成过多或机体抗氧化能力不足， 均可造成组织细胞损伤。自由基生成增多的机制自由基生成增多的机制1、黄嘌呤氧化酶的形成增多 2、中性粒细胞聚集和激活 3、线粒体损伤 4、儿茶酚胺的自身氧化 1. 黄嘌呤氧化酶增多（血管内皮源性）1. 黄嘌呤氧化酶增多（血管内皮源性）毛细血管内皮细胞nullnull缺血时: 补体激活或细胞释放炎症介质如白三烯 (LTB4)→白细胞在缺血区浸润。 再灌时：浸润的白细胞耗氧量显著↑, 产生的OFR↑↑,称呼吸爆发2.中性粒细胞聚集和激活nullnullnullO2H2O2null3  线粒体功能障碍nullnull1、生物膜脂质过氧化增强 2、蛋白质功能抑制 3、破坏核酸及染色体自由基引起缺血-再灌注损伤的机制null1、生物膜脂质过氧化增强 （1）破坏膜的正常结构及功能 　液态性、流动性↓、通透性↑→ Ca2+内流↑ （2）间接抑制膜蛋白功能 离子泵功能障碍：钙泵、钠-钾泵 细胞信号转导功能障碍 （3）促进FR及其它生物活性物生成 激活磷脂酶C、D，分解磷脂膜，形成TXA2， LTB4等活性物质 （4）减少ATP生成 线粒体功能受抑制nullnull2、蛋白质功能抑制 （1）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 蛋白质交联 脂质-蛋白质交联 脂质-脂质交联 蛋白质-胶原交联 （2）自由基可使酶的巯基氧化成二硫键，AA残基氧化null细胞成分交联 脂质-蛋白质-胶原null3、破坏核酸及染色体 OH· DNA/碱基DNA断裂染色体畸变细胞死亡/凋亡主要原因： OH·易与脱氧核酸及碱基反应并使其结构改变自由基可使碱基羟化或DNA断裂，从而引起染色体畸变或细胞死亡。null (二) 钙超载（calcium overload）钙超载——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。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nullnull 1． Na+／Ca2+交换异常 （l） 细胞内高Na+对 Na+／Ca2+交换蛋白的 直接激活 （2）细胞内高H+对 Na+／Ca2+交换蛋白的 间接激活 （3）蛋白激酶 C（PKC）活化对 Na+／Ca2+ 交换蛋白的间接激活 钙超载发生的机制null1. Na+-Ca2+交换异常（钙超载时进入细胞的主要途径）影响因素： （1）跨膜钠浓度梯度 （2）细胞内的氢浓度 此外还有Ca2+ , ATP Mg2+null1. Na+-Ca2+交换异常 （1）细胞内高Na+直接激活Na+-Ca2+交换蛋白 ATP↓Na+↑Ca2+↑null(2)细胞内高H+间接激活Na+-Ca2+交换蛋白 质膜Na+/H+交换蛋白主要受细胞内[H+]的变化调节null再灌时 H+↓H+↑Na+↑Ca2+↑缺血时 H+↑null（3）PKC间接激活Na+-Ca2+交换蛋白 如α1肾上腺素能受体激活G蛋白-PLC →H + /Na +交换激活nullnullnullnullnull钙超载引起缺血-再灌注损伤的机制2.加重酸中毒 某些ATP酶激活，引起高能磷酸盐水解nullnull研究表明 用无白细胞的血液进行再灌注，可以防止水肿和减轻再灌注损伤，反之再灌注损伤加重。 用补体抑制药降低补体或减少白细胞浸润后可减轻组织损伤。 因此，白细胞在缺血/再灌注损伤中的作用日益受到重视。(三)白细胞的作用null(1) 粘附分子生成增多 (2) 趋化因子生成增多 1. 缺血-再灌注白细胞增多的机制null (1) 粘附分子生成增多 粘附分子(adhesion molecule, CAMs): 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。 包括：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。 在维持细胞结构完整和细胞信号转导中起重要作用。null机制：nullnull (2) 趋化因子生成增多null 1.微血管损伤 表现：无复流现象（no-reflow phenomenon）：在再 灌注时放开结扎动脉，重新恢复血流，部分缺 血区并不能得到充分的血液灌流的现象。 机制： （1）微血管血液流变学改变：白细胞粘附，微血管血流阻塞 （2）微血管口径改变：内皮肿胀；缩血管物质的释放 （3）微血管通透性增高 2.组织细胞损伤 激活的VEC和PMN可释放大量生物活性物质 如FR、蛋白酶、细胞因子2.白细胞介导的缺血-再灌注损伤null无复流现象示意图四、机体的功能及代谢变化四、机体的功能及代谢变化心肌缺血-再灌注损伤的变化（一）心功能变化1. 心肌舒缩功能↓ 表现为：心输出量↓，心室内压最大变化速率 (±dp/dtmax)↓，左室舒张末期压力（LVEDP）↑，出现心肌顿抑。 心肌顿抑（myocardial stunning），又称迟呆心肌 指心肌短时间缺血后恢复再灌一段时间内心肌出现的可逆性收缩功能降低的现象。 自由基的作用和钙超载是心肌顿抑的主要发生机制。nullnull2.再灌注性心律失常 特点：室性心律失常为主 电生理改变：兴奋性、传导性↓ ECG改变： 缺血心肌对应部位ST段抬高，R波振幅↑； 再灌使R波振幅迅速↓，ST段高度恢复原水平， Q波出现。 发生条件：再灌注区有可恢复的心肌细胞 缺血心肌的数量 缺血时间、程度 再灌注恢复的速度null （二）心肌代谢变化 （二）心肌代谢变化 缺血期心肌ATP及磷酸肌酸含量↓，ADP、AMP及其降解产物含量↑。 再灌注后心肌ATP及磷酸肌酸↓↓，ADP、AMP及其降解产物↓。（三） 心肌超微结构的变化（三） 心肌超微结构的变化 肌纤维孪缩，严重时有收缩带形成，肌丝断裂，溶解；线粒体损伤(空泡形成，嵴肿胀，断裂，溶解等。)nullnull脑缺血-再灌注损伤的变化（一）脑代谢的变化null脂质过氧化→膜结构破坏；钠泵功能障碍。 三、其它器官缺血-再灌注损伤的变化 三、其它器官缺血-再灌注损伤的变化肠：粘膜功能障碍与损伤： 肠管cap.通透性↑↑ →间质性水肿 →上皮与绒毛分离、坏死、固有层破损、出血及溃疡。 肾：以急性肾小管坏死最为严重，可导致急性肾功能衰竭或肾移植失败。 表现：线粒体高度肿胀、变形、嵴减少，排列紊乱，甚至崩解，空泡形成等。血清肌酐↑↑。 肝：谷丙转氨酶、谷草转氨酶、乳酸脱氢酶↑ 骨骼肌：肌肉微血管和细胞损伤，自由基生成↑， 脂质过氧化↑。五、防治原则五、防治原则1、尽早恢复血流、控制再灌注条件再灌注条件的控制低压、低流、低温、低PH、低钠及低钙液灌注 组织代谢率↓→耗氧量↓、代谢产物聚集↓。细胞内液碱化↓→磷脂酶和蛋白酶对细胞的分解↓； Na+/H+交换的过度激活↓。心肌内钠积聚↓、细胞肿胀↓。钙超载所致的 细胞损伤↓。null2、改善缺血组织的代谢 补充糖酵解底物：葡萄糖、ATP、 氢醌、CytC 3、减轻钙超载 Ca2+离子阻断剂 4、细胞保护剂 牛磺酸、金属硫蛋白 null5、自由基的清除 细胞内外水相： 半胱氨酸、Vit C、 GSH、NADPH 细胞脂质： Vit E、 Vit A （1）低分子清除剂 null过氧化氢酶(CAT)过氧化物酶（GSH-Px）（2）酶性清除剂nullnull复习思考 1. 缺血再灌注时氧自由基生成增多的机制是什么？ 2. 简述自由基的损伤作用。   3. 论述缺血-再灌注损伤细胞内Ca2+超载的机制？ 4. 简述钙超载引起细胞损伤的机制。 null