病理生理学缺血再灌注损伤课件

1、 缺血-再灌注损伤(Ischemia-reperfusion injury)病理生理学缺血再灌注损伤1 缺血-再灌注损伤(Ischemia-repe患者：男，58岁，上午8时，起床后感到胸闷，30min后突感 心胸前区剧烈绞痛，9时入急诊病房。体查：血压75/50mmHg，意识淡漠，心率65次/min，律齐。 心电图示度房室传导阻滞。冠状动脉造影：右冠状动脉上段85%狭窄，中段78%狭窄。入院治疗：立即给予阿托品、多巴胺、低分子右旋糖酐等进 行扩冠治疗。上午10时静脉点滴尿激酶。10.30分患者 出现阵发性心室颤动（室颤），立即给予除颤，到下 午13时反复发生室性心动过速、室颤，共计6次。到下

2、 午16时，经给予利多卡因、小剂量异丙肾上腺素后心 律转为窦性，血压平稳，意识清楚。病理生理学缺血再灌注损伤2患者：男，58岁，上午8时，起床后感到胸闷，30min后突感本章内容概述缺血-再灌注损伤的原因和条件缺血-再灌注损伤的发生机制*缺血-再灌注损伤时机体的功能、代谢变化缺血-再灌注损伤防治的病理生理基础病理生理学缺血再灌注损伤3本章内容概述病理生理学缺血再灌注损伤3第一节 概 述(Introduction)病理生理学缺血再灌注损伤4第一节 概 述(Introduction)病理生理学缺血再概 念 在缺血的基础上恢复血流后，组织损伤反而加重,甚至发生不可逆损伤的现象称为缺血-再灌注损伤 (

3、ischemia-reperfusion injury, IRI)。第一节 概 述病理生理学缺血再灌注损伤5概 念 在缺血的基础上恢复血流后，第一节 概 述病理1955年，Sewell结扎狗冠状动脉后，如突然解除结扎，恢复血流，动物室颤而死亡。历 史认识就从这简单的现象开始病理生理学缺血再灌注损伤61955年，Sewell结扎狗冠状动脉后，如突然解除结扎，恢1966年，Jennings第一次提出心肌再灌注损伤的概念，证实再灌注会引起心肌超微结构不可逆坏死，包括爆发性水肿、组织结构崩解、收缩带形成和线粒体内磷酸钙颗粒形成在心肌缺血恢复血流后，缺血心肌的损伤反而加重病理生理学缺血再灌注损伤7196

4、6年，Jennings第一次提出心肌再灌注损伤的概念，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率先报道脑缺血-再灌注损伤病理生理学缺血再灌注损伤81967年，Bulkley和Hutchins发现冠脉搭桥血管以后陆续有其它器官缺血-再灌注损伤报道：1972年,Flore研究肾缺血-再灌注损伤1978年,Modry报道了肺再灌注综合征1981年，Greenberg等证实猫小肠缺血3小时后再灌注时，粘膜损伤更严重以上说明再灌注损伤几乎可在每一种组织器官发生病理生理学缺血再灌注损伤9以后陆续有其它器官缺血-再灌注损伤报道：病理生

5、理学缺血再灌注第二节 缺血-再灌注损伤发生的原因和条件病理生理学缺血再灌注损伤10第二节 病理生理学缺血再灌注损伤10缺血-再灌注损伤原因组织器官缺血后血流恢复: 如休克治疗一些新的医疗技术: 冠脉搭桥、PTCA、溶栓疗法等血管再通术后体外循环下心脏外科手术心脏停搏后的心、肺、脑复苏 其他: 如断肢再植，器官移植病理生理学缺血再灌注损伤11缺血-再灌注损伤原因病理生理学缺血再灌注损伤11冠脉搭桥(CABG)病理生理学缺血再灌注损伤12冠脉搭桥病理生理学缺血再灌注损伤12PTCA病理生理学缺血再灌注损伤13PTCA病理生理学缺血再灌注损伤13过长坏死缺血时间太长或太短均不易发生IRI过短功能恢复

6、1、缺血时间的长短影响因素病理生理学缺血再灌注损伤14过长坏死缺血时间太长或太短均不易发生IRI过短功能恢大鼠在体缺血-再灌注缺血时间（min）再灌注时间（min）n心率不齐（%）异位节律（%）室速(%)室颤（%）死亡率（%）2101000000510218038.147.647.625.810101060403040.010.015101199.09.000病理生理学缺血再灌注损伤15大鼠在体缺血-再灌注缺血再灌注时间（min）n心率不齐（%） 容易形成侧支循环者，不易发生再灌注损伤。2、侧支循环病理生理学缺血再灌注损伤16 容易形成侧支循环者，不易发生再灌注损伤。2、侧支 对氧需求高者，容

7、易发生再灌注损伤，如心、脑等。3、需氧程度病理生理学缺血再灌注损伤17 对氧需求高者，容易发生再灌注损伤，如心、脑等。3缺血-再灌注损伤的现象 氧反常 （oxygen paradox）pH反常 （pH paradox）钙反常 （calcium paradox）提示:氧、钙和pH可能参与缺血-再灌注损伤的发生和发展4、再灌注的条件低压、低温、低pH、低钠病理生理学缺血再灌注损伤18缺血-再灌注损伤的现象 氧反常 钙反常(calcium paradox): 以无钙溶液灌流离体大鼠心脏2min后再以含钙溶液灌注时，心肌电信号异常、心脏功能、代谢和形态结构发生异常变化，这种现象称为钙反常。病理生理学缺

8、血再灌注损伤19钙反常(calcium paradox): 以无钙溶液病理生氧反常(oxygen paradox):预先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，称为氧反常。病理生理学缺血再灌注损伤20氧反常(oxygen paradox):预先用低病理生理学缺pH反常(pH paradox):再灌注时迅速纠正缺血组织的酸中毒，反而加重细胞损伤，称为pH反常。 病理生理学缺血再灌注损伤21pH反常(pH paradox):再灌注时病理生理学缺血再灌pH反常(pH paradox)再灌注时纠酸损伤加重低氧灌注/缺氧培养复

9、氧损伤加重氧反常(oxygen paradox)钙反常(calcium paradox)无钙液灌注含钙液心肌损伤加重 病理生理学缺血再灌注损伤22pH反常(pH paradox)再灌注时纠酸损伤加重低氧灌注第三节 缺血再灌注损伤的发生机制自由基的作用钙超载白细胞的作用病理生理学缺血再灌注损伤23第三节 自由基的作用钙超载白细胞的作用病理生理学缺血再灌注 自由基(free radical)是指在外层电子轨道含有单个不配对电子的原子、原子团或分子。 一、自由基的损伤作用化学性质活泼氧化性强半衰期短O2病理生理学缺血再灌注损伤24 自由基(free radical)是指在一、自由基的损1. 氧自由基

10、 (oxygen free radical，OFR) (一)自由基的种类2. 脂性自由基 (lipid free radical)3. 其他(others) Cl. ， CH3. ， NO等病理生理学缺血再灌注损伤251. 氧自由基 (oxygen free radical，O1. 氧自由基 e-+H+H2Oe-_O2e-+2H+H2O2 e-+H+H2O OHO2 以氧为中心的自由基称为氧自由基，如超氧阴离子（ ）、羟自由基（ ）。_O2OH98% 4e-+4H+ 细胞色素氧化酶系统1%-2%SODO2O2病理生理学缺血再灌注损伤261. 氧自由基 e-+H+H2Oe-_O2e-+2H+HH

11、aber-Weiss反应 (without Fe3+) + H2O2 O2 + OH- + OHSLOW_O2病理生理学缺血再灌注损伤27Haber-Weiss反应 (without Fe3+) Fenton型 Haber-Weiss反应FAST + H2O2 O2 + OH- + OH_O2Fe3+病理生理学缺血再灌注损伤28Fenton型 Haber-Weiss反应FAST 2. 脂性自由基(lipid free radical)氧自由基+多价不饱和脂肪酸L. (烷自由基)LO. (烷氧自由基)LOO. (烷过氧自由基)病理生理学缺血再灌注损伤292. 脂性自由基(lipid free r

12、adical)氧自3. 氮中心自由基：NO、ONOO-L-精氨酸L-胍氨酸 + NOINOSO2NADPHNADP+NO +ONOO-_O2ONOO-OH + H+NO2 +H2O病理生理学缺血再灌注损伤303. 氮中心自由基：NO、ONOO-L-精氨酸L-胍氨酸 + 活性氧（reactive oxygen species, ROS）指化学性质活泼的含氧代谢物。氧自由基单线态氧（1O2） 过氧化氢（H2O2）脂质过氧化物及其裂解产物病理生理学缺血再灌注损伤31 活性氧（reactive oxygen species单线态氧 ( 1O2 )病理生理学缺血再灌注损伤32单线态氧 ( 1O2 )病理

13、生理学缺血再灌注损伤32单线态氧：是一种激发态氧，其氧分子两个外层电子轨道中的电子发生反向自旋改变，使外层轨道两个电子自旋方向相反，氧分子的反应能力大大增加。这种氧分子在紫外光谱中呈现一种单线，故称单线态氧。病理生理学缺血再灌注损伤33单线态氧：是一种激发态氧，其氧分子两个外层电子轨道中的电子发(二)活性氧的清除SOD过氧化氢酶（CAT）过氧化物酶抗氧化酶Mn-SODCuZn-SOD清除H2O2 SOD _O2_O2 + 2H+ + H2O2 + O2 CAT 2H2O22H2O + O2病理生理学缺血再灌注损伤34(二)活性氧的清除SOD抗氧化酶Mn-SOD清除H2O2 维生素E维生素A非酶

14、性抗氧化物还原 1O2 脂质自由基清除 1O2 ，抑制脂质过氧化GSHpx + 2GSHH2O2 2H2O + GSSG维生素CGSH协助维持维生素E的活性状态_O2病理生理学缺血再灌注损伤35维生素E非酶性抗氧化物还原 1O2 清 活性氧（reactive oxygen species, ROS）指化学性质活泼的含氧代谢物。氧自由基单线态氧（1O2） 过氧化氢（H2O2）脂质过氧化物及其裂解产物病理生理学缺血再灌注损伤36 活性氧（reactive oxygen species（三）自由基生成增多的机制1.黄嘌呤氧化酶途径2.中性粒细胞途径3.线粒体途径4.儿茶酚胺自身氧化途径病理生理学缺血

15、再灌注损伤37（三）自由基生成增多的机制1.黄嘌呤氧化酶途径病理生理学缺血ATPAMP次黄嘌呤核苷腺嘌呤核苷ADP次黄嘌呤缺血期黄嘌呤脱氢酶 XD（90%）黄嘌呤氧化酶XO（10%）Ca2+依赖性蛋白水解酶再 灌 注 期黄嘌呤+ +H2O2尿酸+ +H2O2O2OH XO_O2_O21.黄嘌呤氧化酶途径病理生理学缺血再灌注损伤38ATPAMP次黄嘌呤核苷腺嘌呤核苷ADP次黄嘌呤缺血期黄嘌呤(+)(+)缺血,缺氧补体趋化物质中性粒细胞聚集,耗氧氧经NADPH氧化酶和NADH氧化酶催化生成大量氧自由基中性粒细胞的呼吸爆发(respiratory burst)2.中性粒细胞途径C3a，C5a白三烯N

16、ADHNADPH+ O2NADPH氧化酶H+ +NADH氧化酶_O2病理生理学缺血再灌注损伤39(+)(+)缺血,缺氧补体中性粒细胞氧经NADPH氧化酶和N病理生理学缺血再灌注损伤40病理生理学缺血再灌注损伤40缺氧ATP线粒体Ca2+细胞色素氧化酶功能抑制氧单电子还原氧自由基细胞内氧分压含Mn的SOD3.线粒体途径病理生理学缺血再灌注损伤41缺氧ATP线粒体Ca2+细胞色素氧单电子还原氧自由基细胞内氧 e-+H+H2Oe-_O2e-+2H+H2O2 e-+H+H2O OHO298% 4e-+4H+ 细胞色素氧化酶系统1%-2%SODONOO-NO病理生理学缺血再灌注损伤42 e-+H+H2O

17、e-_O2e-+2H+H2O2 e-+缺血,缺氧激活交感-肾上腺髓质系统儿茶酚胺单胺氧化酶氧自由基4.儿茶酚胺自身氧化途径病理生理学缺血再灌注损伤43缺血,缺氧激活交感-肾上腺髓质系统儿茶酚胺单胺氧化酶氧自由基(四)自由基的损伤作用 病理生理学缺血再灌注损伤44(四)自由基的损伤作用 病理生理学缺血再灌注损伤44(1) 破坏膜的正常结构脂质过氧化膜不饱和脂肪酸不饱和脂肪酸/蛋白质比例失调膜液态性流动性膜通透性Ca2+内流1.膜脂质过氧化作用增强病理生理学缺血再灌注损伤45(1) 破坏膜的正常结构脂质膜不饱和不饱和脂肪酸/膜液态性膜脂肪酸氧化-S-S-CH3-S-OOHHOOHHO脂质-脂质交联

18、从氧化的脂肪酸释出的 丙二醛MDA脂肪酸氧化-S-S-CH3-S-OOHHOOHHO脂质-脂质(2) 间接抑制膜蛋白功能脂质之间交联(-)钙泵、钠泵Na2+/Ca2+交换蛋白胞内Na2+、Ca2+钙超载、细胞肿胀病理生理学缺血再灌注损伤47(2) 间接抑制膜蛋白功能脂质之间交联(-)钙泵、钠泵胞内N(3) 促进自由基及其它生物活性物质生成膜脂质过氧化磷脂酶C磷脂酶D膜磷脂分解花生四烯酸脂氧合酶白三烯过氧化物环氧合酶前列腺素内过氧化物OH.TXA2PG自由基(+)(4) 减少ATP生成病理生理学缺血再灌注损伤48(3) 促进自由基及其它生物活性物质生成膜脂质磷脂酶C膜磷脂 蛋白质变性 蛋白质(酶

19、)交联例：肌纤维蛋白对Ca2+反应性心肌收缩力肌浆网钙转运蛋白受损钙调节异常2.蛋白质功能抑制 病理生理学缺血再灌注损伤49 蛋白质变性例：肌纤维蛋白对Ca2+反应性心肌收缩力肌浆网蛋白质断裂蛋白质-蛋白质交联脂质-脂质交联二硫交联脂质-蛋白 质交联氨基酸 氧化脂肪酸氧化-S-S-CH3-S-OOHHOOHHO从氧化的脂肪酸释出的 丙二醛MDA蛋白质断裂蛋白质-蛋白质交联脂质-脂质交联二硫交联脂质-蛋白3.核酸及染色体破坏80%由OH所致病理生理学缺血再灌注损伤513.核酸及染色体破坏80%由OH所致病理生理学缺血再灌注损第三节 缺血再灌注损伤的发生机制自由基的作用钙超载白细胞的作用病理生理学

20、缺血再灌注损伤52第三节 自由基的作用钙超载白细胞的作用病理生理学缺血再灌注Na+-Ca2+交换蛋白Ca2+泵Ca2+Ca2+e：10-3MCa2+i：10-7MVOCROC细胞内Ca2+的稳态调节结合于质膜糖被的Ca2+ 线粒体肌浆网Ca2+IP3受体通道Ca2+泵Na+Ca2+Na+-Ca2+交换蛋白Ca2+泵Ca2+Ca2+e：1二、细胞钙超载引起再灌注损伤 各种原因引起的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称为钙超载（calcium overload）。病理生理学缺血再灌注损伤54二、细胞钙超载引起再灌注损伤 各种原因引起的钙反常(calcium paradox)

21、: 1966年Zimmerman和Hulsmann发现用无钙的“生理盐水溶液” 灌流大鼠离体心脏，短时间内即发生肌膜损伤，随后恢复正常含钙的生理溶液，心脏发生更为严重的结构和功能改变。病理生理学缺血再灌注损伤55钙反常(calcium paradox): 1966年病理生1、Na+-Ca2+交换异常（1）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2、生物膜损伤（1）细胞膜损伤（2）肌浆网膜损伤（3）线粒体膜损伤(一)细胞钙超载的机制病理生理学缺血再灌注损伤561、N

22、a+-Ca2+交换异常(一)细胞钙超载的机制病理生理学2.肌浆网膜损伤3.线粒体膜损伤1.细胞膜损伤3.儿茶酚胺增加1.细胞内高Na+Na+H+2.细胞内高H+病理生理学缺血再灌注损伤572.肌浆网膜损伤3.线粒体膜损伤1.细胞膜损伤3.儿茶酚胺增缺血ATP钠泵活性Na+i(+)Na+-Ca2+蛋白酸中毒再灌注组织间隙H+细胞内H+仍高(+)Na+-H+交换 细胞内Na+对Na+-Ca2+交换蛋白的直接激活胞内钙 细胞内H+对Na2+-Ca2+交换蛋白的间接激活1、Na2+-Ca2+交换异常病理生理学缺血再灌注损伤58缺血ATP钠泵活性Na+i(+)Na+-Ca2+蛋白酸中 PKC活化对Na+

23、-Ca2+交换蛋白的间接激活病理生理学缺血再灌注损伤59 PKC活化对Na+-Ca2+交换蛋白的间接激活病理生理学(+)2.生物膜损伤致细胞内钙超载(1) 细胞膜损伤无钙液膜外板与糖被膜分离Ca2+磷脂酶膜磷脂降解自由基膜脂质过氧化(2) 肌浆网膜及线粒体膜损伤肌浆网Ca2+摄取钙泵能量不足膜通透性线粒体ATP产生膜磷脂降解膜脂质过氧化病理生理学缺血再灌注损伤60(+)2.生物膜损伤致细胞内钙超载(1) 细胞膜损伤无钙液膜(二)细胞内钙超载引起缺血再灌注损伤的机制(+)1.促进氧自由基生成Ca2+Ca2+依赖性蛋白酶 (XDXO)2.加重酸中毒(+)Ca2+激活某些ATP酶细胞高能磷酸盐水解释

24、放大量 H+加重细胞内酸中毒病理生理学缺血再灌注损伤61(二)细胞内钙超载引起缺血再灌注损伤的机制(+)1.促进氧3.破坏细胞（器）膜Ca2+磷脂酶膜磷脂分解膜受损花生四烯酸、溶血磷脂(+)4.线粒体功能障碍线粒体摄Ca2+消耗ATP磷酸钙抑制氧化磷酸化ATP5.激活其它酶的活性激活蛋白酶 细胞膜和结构蛋白的分解激活核酶 染色体损伤病理生理学缺血再灌注损伤623.破坏细胞（器）膜Ca2+磷脂酶膜磷脂分解膜受损花生四烯酸第三节 缺血再灌注损伤的发生机制自由基的作用钙超载白细胞的作用病理生理学缺血再灌注损伤63第三节 自由基的作用钙超载白细胞的作用病理生理学缺血再灌注三、白细胞的作用1.细胞粘附分

25、子生成增多2.趋化因子生成增多(一)再灌注时白细胞聚集的机制病理生理学缺血再灌注损伤64三、白细胞的作用1.细胞粘附分子生成增多(一)再灌注时白细胞粘附分子 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，如整合素、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。 功能：维持细胞结构完整 细胞信号转导病理生理学缺血再灌注损伤65粘附分子 指由细胞合成的，可促进细胞与细白细胞聚集的机制病理生理学缺血再灌注损伤66白细胞聚集的机制病理生理学缺血再灌注损伤66(二)白细胞介导缺血再灌注损伤的机制 1. 微血管损伤 无复流现象 (no-reflow

26、 phenomenon) 恢复血液灌注后，缺血区的微血管依然得不到充分血流灌注的现象称无复流现象。 2. 细胞损伤 释放大量的致炎物质，如自由基、蛋白酶、溶酶体酶等。病理生理学缺血再灌注损伤67(二)白细胞介导缺血再灌注损伤的机制 1. 微血管损伤 无无复流现象(no-flow phenomenon)病理生理学缺血再灌注损伤68无复流现象(no-flow phenomenon)病理生理学机制小结：自由基钙超载白细胞？缺血-再灌注损伤病理生理学缺血再灌注损伤69机制小结：自由基钙超载白细胞？缺血-再灌注损伤病理生理学缺血第四节 缺血再灌注损伤时机体的功能及代谢变化病理生理学缺血再灌注损伤70第四

27、节 缺血再灌注损伤时病理生理学缺血再灌注损伤70一、心肌缺血再灌注损伤1、再灌注性心律失常 自由基和钙超载造成的心肌损伤及再灌注后细胞内外离子分布紊乱表现：室速、室颤病理生理学缺血再灌注损伤71一、心肌缺血再灌注损伤1、再灌注性心律失常自由基和钙超载造心肌顿抑：在缺血心肌血流恢复后一段时间内，心肌舒缩功能仍不能恢复正常的状态，称为心肌顿抑。2、心肌舒缩功能降低病理生理学缺血再灌注损伤72心肌顿抑：在缺血心肌血流2、心肌舒缩功能降低病理生理学缺血再病理生理学缺血再灌注损伤73病理生理学缺血再灌注损伤733.再灌注对心肌代谢的影响 线粒体受损能量合成再灌注底物冲走高能磷酸化合物4.再灌注对心肌超微

28、结构的影响 基底膜缺失、肌原纤维结构破坏、心内膜下出血性梗死等。病理生理学缺血再灌注损伤743.再灌注对心肌代谢的影响 线粒体受损能量合成再灌注底物冲走比较心肌缺血损伤和再灌注损伤病理生理学缺血再灌注损伤75比较心肌缺血损伤和再灌注损伤病理生理学缺血再灌注损伤75二、脑缺血再灌注损伤的变化（）脑缺血-再灌注损伤时细胞代谢的变化 ATP、CP、Gs、糖原乳酸病理性慢波cAMPcGMP缺血再灌注cAMPcGMP病理性慢波加重兴奋性神经递质抑制性神经递质病理生理学缺血再灌注损伤76二、脑缺血再灌注损伤的变化ATP、CP、Gs、糖原乳酸（二）脑缺血-再灌注损伤时组织学变化最明显的组织学变化是： 脑水肿

29、 及脑细胞坏死脂质过氧化膜结构破坏；钠泵功能障碍。病理生理学缺血再灌注损伤77（二）脑缺血-再灌注损伤时组织学变化最明显的组织学变化是： 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。骨骼肌：肌肉微血管和细胞损伤，自由基生成，脂质过氧化病理生理学缺血再灌注损伤78三、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 迄今为止，对于缺血/再灌注损伤的研究，绝大部分是在实验动物身上进行的，然而这些实验资料却已经为缺血/再灌注损伤的临床防治提供了重要的启示和借鉴，为临床研究奠定了重要的基础。目前，值得临床上参考的防治措施有第五节 防治的病理生理基础病理生理学缺血再灌注损伤79 迄今为止，对于缺血/再灌注损伤的研究，绝大部分是尽量缩短脏器缺血时间、尽早恢复血流低压、低温、低pH、低钠、低钙液灌流改善缺血组织代谢清除自由基及活性氧减轻钙超载：钙拮抗剂 Na+ / Ca2+ 、 Na+ /H+交换抑制