病理生理学课件：缺血-再灌注损伤

1、缺血缺血- -再灌注损伤再灌注损伤Ischemia-Reperfusion Injury, I-R I经皮腔内冠状动脉成形术经皮腔内冠状动脉成形术(Percutaneous Transluminal Coronary Angioplasty, PTCA) 心脏介入治疗心脏介入治疗经皮经皮腔内腔内冠状动脉腔成形术冠状动脉腔成形术（PTCA）放置放置支架（支架（stent）冠脉支架置入前后冠脉支架置入前后心心 脏脏 搭搭 桥桥Heart Bypass Surgery心脏搭桥心脏搭桥概念：概念：取病人本身的血管，将狭窄冠状动脉的取病人本身的血管，将狭窄冠状动脉的 远端和主动脉连接起来，让血液饶过狭远

2、端和主动脉连接起来，让血液饶过狭 窄部分，到达缺血部位，改善心肌血液窄部分，到达缺血部位，改善心肌血液 供应。供应。材料：材料：乳内动脉、乳内动脉、大隐静脉等大隐静脉等愈后：愈后：静脉桥静脉桥1010年通畅率约为年通畅率约为50%-60%50%-60% 乳内动脉乳内动脉1010年通畅率约为年通畅率约为90%90% AHA AHA统计术后统计术后1 1年、年、5 5年、年、1010年、年、1515年年 生存率分别为生存率分别为95%95%、88%88%、75%75%、60%60% O2、营养物质、营养物质 电解质：电解质：Ca2+、Na+ 血细胞血细胞缺血后缺血后 恢复血液供应恢复血液供应197

3、71977年年，BulkleyBulkley和和HutchinsHutchins发现冠脉血管再通后的病人发生心肌细胞发现冠脉血管再通后的病人发生心肌细胞反常性坏死反常性坏死。 缺血组织的功能代谢 如何变化？缺血基础上恢复血流后组织损伤加重，甚至发生缺血基础上恢复血流后组织损伤加重，甚至发生不可逆性损伤的现象。不可逆性损伤的现象。 缺血后再灌注缺血后再灌注 不能使组织、器官功能恢复不能使组织、器官功能恢复 加重组织、器官的功能加重组织、器官的功能障碍和结构障碍和结构损伤损伤缺血缺血-再灌注损伤再灌注损伤Ischemia-Reperfusion Injury, I-R I钙钙 反反 常常Calci

4、um paradoxpH 反反 常常pH paradox氧氧 反反 常常Oxygen paradox低氧低氧/ /缺氧缺氧无钙无钙正常氧供正常氧供含钙含钙酸中毒酸中毒纠正酸中毒纠正酸中毒损伤加重损伤加重研究背景研究背景治疗手段治疗手段的改进的改进第一节第一节 缺血缺血- -再灌注再灌注损伤的原因及条件损伤的原因及条件 全身全身循环障碍后恢复血循环障碍后恢复血供供 原原 因因引起血流重新恢复的因素心肺复苏心肺复苏(CPR)/(CPR)/心肺脑复苏心肺脑复苏(CPCR)(CPCR)休克时微循环的疏通休克时微循环的疏通 组织器官组织器官缺血后恢复血缺血后恢复血供供 器官移植器官移植 断指再植断指再植

5、原原 因因 某一血管某一血管再通再通后后 动脉搭桥动脉搭桥 溶栓疗法溶栓疗法 PTCA原原 因因条条 件件p 缺血时间：时间窗p 缺血程度：范围、侧支循环p 需氧程度：心、脑p 再灌注条件：控制条件第二节第二节 缺血缺血- -再灌注再灌注损伤的发生机制损伤的发生机制 钙超载钙超载的的作用作用 自由基的作用自由基的作用 白细胞的作用白细胞的作用一一、自由基的作用自由基的作用 自由基的概念与类型自由基的概念与类型 自由基的代谢自由基的代谢 氧自由基生成增多的机制氧自由基生成增多的机制 自由基的损伤作用自由基的损伤作用自由基自由基 (free radical) 的概念的概念指外层轨道上有指外层轨道上

6、有未配对未配对电子的原子、原子团或分子的总称。电子的原子、原子团或分子的总称。自由基自由基化学性质非常化学性质非常活泼活泼，极易与其它物质发生连锁反应。，极易与其它物质发生连锁反应。 OOO2自由基的类型自由基的类型氧自由基氧自由基 O2 - OH 脂性自由基脂性自由基 L LO LOO其它其它 Cl CH3 NO活性氧活性氧 (Reactive oxygen species, ROS)：化学性质活泼的含氧物质（氧自由基、化学性质活泼的含氧物质（氧自由基、1O2、H2O2）O2O2 -OH H2O2H2Oe-e-+2H+e-+H+e-+H+H2O氧自由基的代谢氧自由基的代谢I-R时自由基生成增

7、多的机制时自由基生成增多的机制p 黄嘌呤氧化酶形成增多黄嘌呤氧化酶形成增多p 中性粒细胞聚集及激活中性粒细胞聚集及激活p 线粒体功能受损线粒体功能受损p 儿茶酚胺增加和氧化儿茶酚胺增加和氧化p 自由基清除能力降低自由基清除能力降低 SODH2O2谷胱甘肽过氧化物酶（谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-PX）过氧化氢酶（过氧化氢酶（CAT）髓过氧化物酶（髓过氧化物酶（MPO）清清除除O2线线粒粒体体9899%ATP12%NADPH氧化酶氧化酶黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶P450细胞色素单加氧酶细胞色素单加氧酶超氧阴离子超氧阴离子 O2-羟自由基羟自由基 OH单线态氧单线态氧 1O2ATPADPAMP缺血期缺

8、血期腺嘌呤核苷腺嘌呤核苷次黄嘌呤核苷次黄嘌呤核苷次黄嘌呤次黄嘌呤再灌注期再灌注期黄嘌呤脱氢酶黄嘌呤脱氢酶黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶黄嘌呤黄嘌呤 O2H2OO2O2黄嘌呤黄嘌呤氧化酶氧化酶尿酸尿酸+O2H2O2OH Ca2+1. 黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶途径途径90%10% 2. 中性粒细胞中性粒细胞激活激活：呼吸爆发：呼吸爆发 激活补体系统激活补体系统细胞膜分解细胞膜分解趋化物质趋化物质激活中性粒细胞激活中性粒细胞缺缺 血血Respiratory burst 3. 线粒体功能受损线粒体功能受损 钙沉积引起功能损伤钙沉积引起功能损伤 Mn-SOD 细胞色素氧化酶系统功能失调细胞色素氧化酶系统功能失

9、调经单电子还原形成自由基经单电子还原形成自由基经经4 4价还原生成水价还原生成水4. 儿茶酚胺增加和氧化儿茶酚胺增加和氧化 交感交感-肾上腺髓质系统兴奋肾上腺髓质系统兴奋 氧化代谢氧化代谢产生产生 O25. 自由基清除能力降低自由基清除能力降低 自由基的损伤作用自由基的损伤作用n 膜膜脂质过氧化脂质过氧化n 抑制蛋白抑制蛋白质的功能质的功能n 破坏破坏核酸和染色体核酸和染色体膜脂质过氧化膜脂质过氧化 (lipid peroxidation) 破坏膜的正常结构、功能 促进自由基及其它生物活性物质生成（花生四烯酸代谢产物） 改变血管功能（趋化因子和白细胞激活，灭活NO） 减少ATP的生成（线粒体膜

10、损伤）-S-S-CH3-S-OProtein 断断裂裂Pr-Pr交连交连-S-S- 交连交连Lipid-Pr 交连交连AA 氧化氧化直接作用：直接作用：抑制酶活性抑制酶活性 结构蛋白质损伤结构蛋白质损伤 受体构型改变受体构型改变间接作用：间接作用：抑制钙泵、钠泵抑制钙泵、钠泵蛋白质损伤蛋白质损伤-SH破坏核酸和染色体破坏核酸和染色体n 碱碱基改变基改变n DNA断裂断裂n 染色体畸变染色体畸变80%为OH 所致所致第二节第二节 缺血缺血- -再灌注再灌注损伤的发生机制损伤的发生机制 钙超载钙超载的的作用作用 自由基的作用自由基的作用 白细胞的作用白细胞的作用 二二、钙超载钙超载 (calciu

11、m overload) 各种原因引起各种原因引起 Ca2+i ，并导致细胞，并导致细胞结构结构损伤损伤和和功能代谢障碍功能代谢障碍的现象，严重时可造成细的现象，严重时可造成细胞死亡。胞死亡。Na + -Ca 2+载体载体Ca2+ B Pr线粒体线粒体肌浆网肌浆网Ca 2+ Ca 2+ Ca2+泵Ca2+Ca2+Ca2+e：10-3MCa2+i：10-7MVOCROC细胞内细胞内Ca2+的稳态调节的稳态调节1. Na+/Ca2+交换异常交换异常 细胞内钙超载的机制细胞内钙超载的机制细胞内钙超载的机制细胞内钙超载的机制p 胞内高胞内高Na+的影响的影响p 胞内高胞内高H+的影响的影响p PKC活化

12、活化Na+泵泵ATPXNa+H+Ca2+3Na+1. Na+/Ca2+交换异常交换异常 1去甲肾上腺素去甲肾上腺素GqPLCP1IP3Ca2+Ca2+肌浆网肌浆网DGPKCH+Na+Ca2+肌丝肌丝PKC对对Na+/Ca2+交换蛋白的间接激活交换蛋白的间接激活2. 生物膜损伤生物膜损伤细胞膜损伤通透性增加线粒体膜损伤肌浆网膜损伤溶酶体膜损伤 1. 促进自由基生成促进自由基生成 2. 线粒体功能障碍线粒体功能障碍 3. 破坏生物膜破坏生物膜：细胞膜、线粒体膜细胞膜、线粒体膜 4. 加重酸中毒加重酸中毒 5. 激活多种酶激活多种酶(黄嘌呤脱氢酶黄嘌呤脱氢酶黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶)Ca2+PO33

13、- Ca3(PO3)2ATP钙超载引起再灌注损伤的机制钙超载引起再灌注损伤的机制钙超载引起再灌注损伤的机制钙超载引起再灌注损伤的机制线粒体线粒体肌浆网肌浆网损伤刺激损伤刺激胞浆胞浆Ca2+ATP酶酶ATP酸中毒酸中毒磷脂酶磷脂酶磷脂分解磷脂分解 膜损伤膜损伤蛋白酶蛋白酶膜和骨架膜和骨架蛋白破坏蛋白破坏核酸酶核酸酶染色体染色体 损伤损伤第二节第二节 缺血缺血- -再灌注再灌注损伤的发生机制损伤的发生机制 钙超载钙超载的的作用作用 自由基的作用自由基的作用 白细胞的作用白细胞的作用三三、白细胞的作用白细胞的作用 1. 再灌注时白细胞增多激活再灌注时白细胞增多激活 内皮表达粘附内皮表达粘附分分子子(

14、ICAM) 膜磷脂降解膜磷脂降解趋化因子趋化因子中性粒细胞表达粘附中性粒细胞表达粘附分子分子(VCAM) 中性粒细胞激活释放趋中性粒细胞激活释放趋化介质化介质(MCP-1)粘附分子：粘附分子：选择素(selectin)、整合素(integrin)、 细胞间粘附分子(ICAM)、血管细胞粘附分子(VCAM)趋化因子：趋化因子：花生四烯酸代谢产物、补体、激肽 单核细胞趋化因子（MCP-1）RollingActivationSticking L/E-selectin integrin integrin + ICAM1粘附分子：粘附分子：选择素(selectin)、整合素(integrin)、 细胞间

15、粘附分子(ICAM)、血管细胞粘附分子(VCAM)趋化因子：趋化因子：花生四烯酸代谢产物、补体、激肽 单核细胞趋化因子（MCP-1） 2. 介导的损伤介导的损伤 微血管损伤微血管损伤 (无复流现象，无复流现象，no-reflow phenomenon)血液流变学改变白细胞粘附聚集、血流缓慢微血管口径的改变内皮细胞肿胀缩血管物质扩血管物质微血管通透性自由基、粒细胞 局部组织在缺血一段时间后，重新恢复血流，局部组织在缺血一段时间后，重新恢复血流，不能再通，缺血区得不到充分的灌注，称此为无不能再通，缺血区得不到充分的灌注，称此为无复流现象。复流现象。无复流现象无复流现象no-reflow pheno

16、menon 细胞损伤细胞损伤致炎物质致炎物质：自由基、蛋白酶、细胞因子等自由基、蛋白酶、细胞因子等再灌注再灌注细胞损伤细胞损伤中性粒细胞中性粒细胞氧自由基氧自由基无复流无复流致炎因子致炎因子钙超载钙超载Ca2+O2缺血缺血细胞坏死细胞坏死缺血损伤恢复缺血损伤恢复缺血缺血- -再灌注损伤的主要发病机制再灌注损伤的主要发病机制第三节第三节 器官的功能及器官的功能及代谢变化代谢变化 心心功能变化功能变化 1. 心肌舒缩功能降低 2. 再灌注性心律失常 一、心肌缺血一、心肌缺血- -再灌注损伤的变化再灌注损伤的变化心肌舒缩功能降低心肌舒缩功能降低心肌顿抑心肌顿抑myocardial stunning可

17、逆性可逆性损伤损伤不可逆不可逆性损伤性损伤心肌舒缩心肌舒缩功能功能器质性器质性损伤损伤COdp/dt max LVEDP心肌顿抑：指遭受短时间可逆性缺血损伤的心肌，在血流恢复或基本恢复后一段时间内出现的暂时性收缩功能降低的现象。 可逆性I-R损伤胞浆Na+超载Na+/Ca2+：O2.-H2O2OH.脂质过氧化蛋白质及酶失活肌浆网钙转运蛋白质膜通离子泵线粒体损伤收缩蛋白损伤钙超载钙超载ATPCa2+敏感性敏感性心肌舒缩功能心肌舒缩功能心肌顿抑的发生机制心肌顿抑的发生机制再灌注性心律失常再灌注性心律失常 发生率：发生率：50 - 80%，室性室性心律失常多见心律失常多见，发生迅速（发生迅速（5 m

18、in） 与缺血与缺血t、缺血范围、缺血程度、再灌、缺血范围、缺血程度、再灌V、电解质紊乱有关、电解质紊乱有关室性心动过速室性心动过速室颤室颤再灌注性心律失常再灌注性心律失常 发生机制发生机制l 动作电位时程不均一 兴奋折返l 钙超载 一过性内向电流，心肌动作电位后延迟后除极的形成l 自由基增多 ATP敏感性钾通道激活l 纤颤阈降低：NO减少 心肌能量代谢变化（心肌能量代谢变化（ATP）p ADP、AMP等前体物质不足p 自由基、钙超载线粒体损伤（用氧障碍）*p0.05 vs control 心肌心肌结构的变化结构的变化p 细胞膜损伤p 线粒体损伤p Ca2+蓄积 颗粒增多p 肌原纤维断裂 能量

19、代谢的变化能量代谢的变化 ：ATP、磷酸肌酸、葡萄糖、糖原、磷酸肌酸、葡萄糖、糖原 ：乳酸堆积：乳酸堆积 、cAMP、自由基自由基二、脑缺血二、脑缺血-再灌注损伤的变化再灌注损伤的变化2%，15%，20-25%功能功能的变化的变化： 与缺血与缺血-再灌注部位密切相关再灌注部位密切相关 n 脑水肿（颅内高压、脑疝）脑水肿（颅内高压、脑疝）n 脑细胞坏死、凋亡、胀亡脑细胞坏死、凋亡、胀亡 组织形态学的变化组织形态学的变化 发生机制发生机制 n 自由基自由基 脂质过氧化损伤脂质过氧化损伤主要特征：主要特征：富含磷脂富含磷脂n 脑氨基酸脑氨基酸 代谢变化代谢变化兴奋性氨基酸毒性作用兴奋性氨基酸毒性作用

20、(谷氨酸、天门冬氨酸）谷氨酸、天门冬氨酸）抑制性氨基酸增多抑制性氨基酸增多(丙氨酸、丙氨酸、-氨基丁酸）氨基丁酸）? ? ?n 钙超载钙超载 激活多种酶激活多种酶 (磷脂酶磷脂酶)三、其它器官缺血三、其它器官缺血-再灌注损伤的变化再灌注损伤的变化肺：肺：炎症细胞浸润、水肿 自由基是肺损伤的主要介质肝：肝：转氨酶升高 肝细胞肿胀、脂肪变性、空泡变性三、其它器官缺血三、其它器官缺血-再灌注损伤的变化再灌注损伤的变化肾：肾：血肌酐 肾小球滤过率 肾小管坏死三、其它器官缺血三、其它器官缺血-再灌注损伤的变化再灌注损伤的变化肠：肠：粘膜损伤、屏障功能障碍http:/ 同时/相继出现2个/以上器官功能障碍n 全身炎症反应综合征第四节第四节 缺血缺血 - - 再灌注损伤防治再灌注损伤防治一、一、尽早恢复血流、尽早恢复血流、控制再灌注条件控制再灌注条件二、二、清除自由基与减轻钙超载清除自由基与减轻钙超载三、三、细胞保护剂与细胞保护剂与中性粒细胞抑制剂中性粒细胞抑制剂四、四、其它其它 缺血预适应缺血预