第10章 缺血-再灌注损伤.ppt

第十三章第十三章 缺血－再灌注损伤缺血－再灌注损伤Ischemia-reperfusion Injury缺血-再灌注损伤的定义 组织、器官在缺血后，结构和功能受到一定程度的损伤，但是在恢复血流后，不仅不能使组织器官功能恢复，反而加重的现象称为缺血－再灌注损伤概述概述一、研究简史一、研究简史1. 发现1955年 Sewell结扎狗冠状动脉→复灌→室颤→死亡未提出概念、也未引起重视2. 缺血-再灌注损伤概念的提出1960年 Jenning提出心肌缺血-再灌注损伤结扎冠脉→恢复再灌→心肌损伤n暴发水肿n结构崩解n收缩带形成n线粒体内Ca2+积聚1968年Ames率先报道了脑缺血-再灌损伤心肌缺血-再灌注损伤的提出3. 临床应用普遍关注，广泛应用溶栓疗法、动脉搭桥术、导管技术、 经皮腔内血管成形术(PTCA)、断肢再植、 器官移植等4. 机制的认识可发生器官：几乎全部器官机制的认识：n自由基损伤n钙超载n白细胞的作用相关概念：氧反常(Oxygen paradox)钙反常(Caldium paradox)pH反常(pH paradox)提示：氧、钙、pH可能参与再灌注损伤第一节 缺血－再灌注损伤的原因和条件一、原因 所有在缺血基础上的血液再灌注的因素全身循环障碍后恢复血液供应组织器官缺血后血流恢复某一血管再通后二、条件缺血时间：不同动物、器官，不一致侧支循环：容易形成者、不易发生需氧程度：高者易再灌注条件：低压、低温、低pH、低钠、低钙时→损伤轻第一节 缺血－再灌注损伤的发生机制一、自由基的作用 Effect of Free Radical(一)自由基的概念与类型概念：外层电子轨道上含有单个不配对电子的原子、原子团和分子的总称种类：繁多，最重要的是氧自由基氧自由基分为n非脂质氧自由基：n脂质氧自由基(二)自由基的代谢Metabolizability of Free Radical1. 自由基的生成 线粒体：其他自由基和活性氧产生基础O2 O2 H2O2 OH· H2O H2O 其它氧化过程： Fenton反应：在Fe3+、Cu2+催化下 与H2O2反应生成OH· e e+2H+ e+H+ e+H+ -·2. 自由基的作用生理条件下：生成=清除n参与电子转移n杀菌n物质代谢病理条件下：生成>清除 氧化应激反应→导致细胞损伤或死亡(三)缺血-再灌注时氧自由基生成增多的机制1. 黄嘌呤氧化酶途径 AMP←ADP←ATP ↓ 腺嘌呤核苷 黄嘌呤脱氢酶 ↓ ↓←Ca2+依赖性蛋白酶 次黄嘌呤核苷 黄嘌呤氧化酶 ↓ ↓←O2→ 次黄嘌呤 黄嘌呤 尿酸 +O2+H2O2→OH•-·正常时产生大量自由基缺血时 吸引白细胞再灌时：中性粒细胞呼吸暴发2. 中性粒细胞激活补体系统趋化活性物质↑3. 线粒体缺血→ATP↓→Ca2+进入线粒体↑ ↓ 线粒体功能障碍 ↓ 细胞色素氧化酶系统↓ ↓再灌注时→O2经单电子还原→氧自由基↑(四)自由基损伤的机制自由基会形成级联反应 至遇自由基清除剂为止1. 膜脂质过氧化增强破坏膜的正常结构 →Ca超载间接抑制膜蛋白的功能→Ca超载、细胞肿胀、信号转导障碍促进自由基及其他生物活性物质生成减少ATP生成 →能量代谢障碍2. 抑制蛋白质的功能 结构蛋白和酶 肌纤维蛋白 ↓ ← 自由基→ ↓ 二硫键形成 巯基化氨基酸残基氧化 对Ca2+反应性↓ ↓ ↓ 交联成二聚体 心肌收缩力↓3. 破坏核酸及染色体多由OH•所致 碱基的羟化或DNA断裂 ↓ 染色体的畸变或细胞死亡 改变细胞其它功能：灭活NO，血管舒缩功能↓促进白细胞粘附到血管壁→多种因子↑促进组织因子生成和释放，加重DIC]丙二醛的作用二、钙超载 Calcium Overload(一)细胞内钙超载的机制w钙超载主要发生在再灌注期w钙超载主要是内流↑1. Na+/Ca2+交换异常 －－－－激活异常的反向转运正常时Na+/Ca2+交换蛋白正向转运：正常时3Na+：Ca2+ → Ca2+出细胞反向转运：细胞内高Na+、膜正电位时 → Ca2+入细胞(1)细胞内高Na+－－直接激活缺血→ATP↓→Na泵↓→细胞内Na↑再灌注 ↓ 氧供应恢复 →钠泵↑ → Na+/Ca2+反向转运↑ 大量Ca2+进入细胞缺血→ATP↓→细胞内高 H+ ↓再灌注时： Na+/H+交换蛋白激活 ↓ 细胞内Na+↑不能及时被Na泵排出时 Na+/Ca2+交换蛋白↑(2)细胞内高H+－－间接激活(3)蛋白激酶C(PKC)活化－－间接激活内源性儿茶酚胺释放↑ → α1受体兴奋 磷脂酰肌醇 ↓ ↓← G蛋白-磷脂酶C↑ IP3 DG ↓ ↓← 细胞内 促进 Ca2+释放 Na+/H+交换PKC2. 生物膜损伤(1) 细胞膜损伤细胞膜外板和糖被膜被Ca2+紧密联结无Ca灌流→二者分离→肌膜屏障↓ ↓ Ca2+顺浓度差入细胞←对Ca通透性↑ ↓ ↑ 磷脂酶激活 →膜磷脂降解↑ 自由基生成↑再灌注(2) 线粒体及肌浆网膜损伤自由基损伤 + 膜磷脂分解肌浆网膜损伤 线粒体膜损伤↓ ↓ 钙泵抑制 ATP↓↓ ↓ 肌浆网摄Ca↓ Ca泵能量供应↓Ca 超 载(二)钙超载引起再灌注损伤的机制1. 线粒体功能障碍代偿：线粒体摄Ca↑失代偿：摄Ca过多nATP消耗↑nCa2++磷酸根→不溶性的磷酸钙2. 激活多种酶 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3. 再灌注性心律失常Na+/Ca2+交换↑ ↓一过性内向电流 ↓心肌动作电位后形成延迟后除极4. 促进氧自由基生成Ca2+↑→ Ca2+依赖性蛋白水解酶↑ 黄嘌呤脱氢酶 黄嘌呤氧化酶5. 肌原纤维过度收缩－收缩带形成机制： Ca2+↑→肌原纤维过度收缩 →细胞骨架结构损伤→心肌纤维断裂缺血期堆积的H+迅速移出 →减轻或消除H+对心肌收缩的抑制作用三、白细胞的作用 是无复流现象产生的基础(一)白细胞聚集与激活的机制细胞磷脂降解→大量趋化因子释放激活的中性粒细胞释放具有趋化作用的炎性介质↑内皮细胞表达粘附分子↑(二)中性粒细胞介导的再灌注损伤1. 微血管损伤(1) 微血管内血液流变学的改变表现：n中性粒细胞粘附在VEC上n血小板沉积n红细胞缗线状聚集机制：活性氧↑→VEC合成P选择素↑白细胞激活→P选择素受体↑整合素、E选择素等粘附分子↑ ----固定粘附----低亲合粘附(2) 微血管口径的改变—无复流现象缩血管物质↑：白细胞释放---内皮素、 AT-Ⅱ、TXA2扩血管物质↓：NO毛细血管内皮细胞肿胀→管腔狭窄(3) 微血管通透性增高自由基损伤中性粒细胞粘附、游走到细胞间隙： 释放细胞因子→细胞损伤2. 细胞损伤中性粒C和VEC释放大量致炎物质 改变自身的结构和功能 周围组织细胞受到损伤第三节 缺血－再灌注损伤时机体的功能及代谢变化一、心脏的功能、代谢变化w心功能的变化w心肌代谢变化w心肌超微结构变化(一)心功能变化1.再灌注性心律失常最常见：室性心律失常发生的相关因素：n缺血时间n缺血心肌的数量n缺血的程度n再灌注血流的速度n电解质紊乱机制 (未完全阐明)钙超载：Na+/Ca2+交换蛋白的反向转运动作电位时程的不均一性：n缺血20～30分钟－－可与不可逆的分界点n再灌注→K+、H+↓ →电生理紊乱n磷脂酰肌醇的作用2. 心肌舒缩功能降低－心肌顿抑心肌顿抑(myocardial stunning)概念心肌顿抑在临床上的应用机制：n自由基爆发性生成n钙超载(二)心肌代谢变化高能磷酸化合物缺乏呼吸链抑制还原型谷胱甘肽含量进行性减少(三)心肌的超微结构变化细胞膜破坏线粒体肿胀、嵴断裂、溶解、空泡形成 基质内致密颗粒增多—Ca2+肌原纤维断裂、节段性溶解、出现收缩带心肌的出血、坏死二、脑的功能、代谢变化(一)细胞代谢变化 cAMP↑→磷脂酶激活→膜磷脂降解 →游离脂肪酸↑自由基的作用生物电的改变：病理性慢波神经递质的改变：抑制性↑、兴奋性↓→过氧化脂质↑(二)组织学变化脑水肿：n细胞膜结构破坏--脂质过氧化↑n钠泵功能障碍脑细胞坏死三、其他器官的变化肠：间质水肿、粘膜损伤(特征)肾：肾功能障碍、组织学上的损伤骨骼肌：肌肉微血管、细胞损伤全身炎性反应综合征多器官功能障碍第四节 防治的病生基础一、减轻缺血性损伤，控制再灌条件减轻缺血性损伤：多次短暂缺血预处理：控制再灌注条件：二、改善缺血组织的代谢补充糖酵解底物外源性ATP氢醌、细胞色素C治疗三、清除自由基低分子清除剂n存在于细胞脂质部分：Vit E、An存在于细胞外水相中的：Vit C、GSP、NADPH酶性清除剂：SOD、CAT四、减轻钙负荷Na+/H+交换抑制剂 Na+/Ca2+交换抑制剂五、其他细胞保护剂：牛磺酸、金属硫蛋白腺苷：抑制粒细胞激活：采用预适应：。