缺血-再灌注损伤-武辉2017.4.21课件

1、第七章缺血-再灌注损伤（Ischemia Reperfusion injury） 病理生理学教研室 武 辉 Email:314693900 教学目标1.掌握 缺血-再灌注损伤、自由基、活性氧、钙超载、无复流现象和呼吸爆发的概念；缺血-再灌注损伤的发生机制。2.熟悉 心肌、脑缺血再灌注损伤的变化， 心肌顿抑的概念3.了解 缺血-再灌注损伤发生的原因和条件；防治缺血-再灌注损伤的病理生理学基础讲授提纲 第一节 概述和病因学 第二节 发病机制（重点） 第三节 缺血-再灌注损伤时机体的 代谢和功能变化 第四节 防治原则 患者男，54岁，因胸闷、大汗1小时入急诊病房。患者于当日上午7时30分突然心慌、胸

2、闷伴大汗，含服硝酸甘油不缓解，上午9时来诊。体检：血压65/40mmHg，意识淡漠，双肺无异常，心率37次/min，律齐。既往有高血压病史10年，否认冠心病史。心电图示度房室传导阻滞。 诊断：急性下壁、右室心肌梗死合并心源性休克。 给予阿托品、多巴胺、低分子葡聚糖等治疗。上午10时用尿激酶静脉溶栓。10时40分出现阵性心室纤颤，立即除颤，至11时20分反复发生室性心动过速、室颤及阿-斯综合征，共除颤7次，同时给予利多卡因、小剂量异丙肾上腺素后心律转为窦性，血压平稳，意识清楚。11时30分症状消失，病人住院治疗22天康复出院。 请分析：本例病人入院后为什么在溶栓后出现了严重的心律失常？其发病机制

3、可能有哪些？第一节 概述和病因学 在心肌缺血恢复血流后，缺血心肌的损伤反而加重年，Jennings第一次提出心肌再灌注损伤的概念6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1968年，Ames率先报道脑缺血-再灌注损伤氧反常钙反常pH反常低氧/缺氧正常氧供无钙含钙损伤加重酸中毒纠正酸中毒基础实验：pH paradox oxygen parado

4、xcalcium paradox二、缺血再灌注损伤的原因和条件（一）原因 先缺血，后再灌（二）影响因素 1. 缺血时间和缺血程度 2. 组织器官的结构、功能和代谢特点：需氧程度、侧支循环等 3.再灌注条件(低温、低压、低PH、低钠、低钙）1.缺血时间和缺血程度：缺血时间过短或过长都不易发生再灌注损伤2. 组织器官的结构、功能和代谢特点（1）需氧程度 对氧需求高者，容易发生缺血-再灌注损伤（2）侧支循环容易形成者，不易发生缺血-再灌注损伤（3）器官原有的功能状态3. 再灌注条件：低压、低温、低PH、低钠、低钙液灌注，可使再灌注损伤减轻；或适当增加K+、Mg2+含量，也有利于减轻缺血-再灌注损伤活

5、性氧的损伤作用钙超载白细胞的损伤作用第二节 发病机制（一）活性氧和自由基的概念和种类氧自由基 单线态氧(1O2) 过氧化氢(H2O2) 1、活性氧(reactive oxygen species, ROS) 指化学性质活泼的含氧代谢物。脂性过氧化物及其裂解产物一、活性氧的损伤作用自由基 (free radical):指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。化学性质活泼氧化性强半衰期短自由基 (free radical):指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：氧自由基 脂性自由基 氮中心自由基SLOW O2 + H2O2 O2 + OH + O

6、HHaber-Weiss反应 (without Fe 2 )FAST Fe2 、Cu2O2 + H2O2 O2 + OH + OHFenton 型Haber-Weiss反应2、单线态氧 (single oxygen)：是一种能量较高的激发态氧，其氧分子在同一外层电子轨道中有两个自旋方向相反的电子，这种氧分子在紫外光谱中呈现一条单线，故称单线态氧。4.氮中心自由基: 包括一氧化氮（NO）、 过氧亚硝酸根（ONOO-）L-精氨酸 L-胍氨酸+NOiNOSNO+O2 ONOO- HOONO OH +NO2 一氧化氮的渊源 这位伟大的科学家就是阿尔弗雷德贝恩哈德诺贝尔。诺贝尔出生于瑞典斯德哥尔摩。18

7、64年，诺贝尔以硝化甘油为主要原料发明了安全炸药，被称为最伟大的科学家。他一生共获得技术发明专利355项，并在全世界20多个国家开设了约100家公司和工厂，积累了巨额财富。 1998年RFurchgott等三位美国科学家因对NO信号转导机制的研究而获得诺贝尔生理和医学奖。Robert F. Furchgott Louis J. Ignarro Ferid Murad 弗奇戈特 伊格纳罗 穆拉德 5.脂性自由基指氧自由基与多不饱和脂肪酸作用后生成的中间代谢产物。包括 脂性过氧化物（LOOH）、 脂氧自由基（LO）、 脂过氧自由基（LOO）等。（三）缺血-再灌注时活性氧增多的机制1、线粒体产生的活

8、性氧增多2、黄嘌呤氧化酶途径产生的活性氧增多3、白细胞呼吸爆发产生大量氧自由基4、儿茶酚胺的自身氧化5、诱导性NOS表达增强6、体内清除活性氧的能力下降 1、线粒体产生活性氧增加缺血再灌注钙超载，均可线粒体产生的活性氧增多 黄嘌呤氧化酶(XO) 10% 黄嘌呤脱氢酶(XD) 90%Ca2+依赖性蛋白酶 2黄嘌呤氧化酶途径产生活性氧增加 血管内皮细胞内富含黄嘌呤酶类neutrophil白细胞吞噬时伴耗氧量显著增加，在缺血-再灌注的情况下产生大量氧自由基的现象，称呼吸爆发(Respiratory Burst )。 3、白细胞呼吸爆发产生大量氧自由基O2H2O2HOClNADPH oxidaseNA

9、DPH/NADHMPOMPONADP+/NAD+OHNOO2OONO-OH缺氧交感-肾上腺髓质系统兴奋儿茶酚胺分泌增多代偿调节作用氧化产生氧自由基4、儿茶酚胺的自身氧化单胺氧化酶5、诱导型NOS表达增强缺血再灌注导致白细胞活化后，iNOS表达上调，导致NO大量生成。NO及其代谢产物OONO-、HOONO、和OH都可导致组织损伤。 L-精氨酸 L-胍氨酸+NOiNOSNO+O2 ONOO- HOONO OH +NO2 6、体内清除活性氧的能力下降缺氧导致细胞中抗氧化酶的活性降低，致氧自由基清除减少，体内活性氧增多。酶性抗氧化剂SODCATGSH-PxCu/Zn/Mn-SOD清除H2O22O2 +

10、2H+ H2O2+O2SOD2H2O2 2H2O+O2CATH2O2+2GSH 2H2O+GSSGGSH-Px霍金与CuZn- SOD突变所致的脊髓侧索硬化症非酶性抗氧化剂泛素维生素E维生素A维生素C电子传递体系的氧化还原剂还原O2 、1O2、脂性自由基清除1O2、抑制脂质过氧化直接抗氧化，为维生素E的辅助因子（三）活性氧引起缺血-再灌注损伤的机制膜脂质过氧化蛋白质失活DNA损伤细胞间基质破坏膜脂质过氧化（ lipid peroxidation） （1）破坏膜的正常结构 （2）促进其他生物活性物质生成 （3）细胞信号转到功能异常质膜细胞器膜-S-S-CH3-S-脂质脂质交联OOHHO脂肪酸氧化

11、OHHO从氧化的脂肪酸释出的 丙二醛（MDA）（1）破坏膜的正常结构细胞器膜结构破坏 溶酶体破裂释放溶酶体酶，破坏细胞 线粒体肿胀、功能障碍，产能减少 肌浆网Ca2+ -ATP酶活性降低使摄取的Ca 2+ 减少，导致细胞内钙超载 （2）促进其他生物活性物质生成 脂质过氧化可以激活PLC、PLD,分解膜磷脂，催化花生四烯酸代谢反应，使生物活性物质白三烯、血栓素、PGE等生成增多，促进再灌注损伤。（3）细胞信号转导功能异常 脂质过氧化可以抑制膜受体、G蛋白与效应器的偶联，导致细胞信号转导障碍。蛋白质断裂蛋白质-蛋白质交联-S-S-CH3-S-脂质-脂质交联O二硫交联脂质-蛋白 质交联氨基酸 氧化O

12、HHO脂肪酸氧化OHHO2. 蛋白质失活 3. DNA损伤碱基修饰、DNA断裂和DNA交联4. 细胞间质破坏 活性氧可以使透明质酸降解、胶原蛋白交联，从而使细胞间基质变得疏松、弹性降低。活性氧的损伤作用钙超载白细胞的损伤作用(一)细胞内Ca2+的稳态调节Na + -Ca 2+载体Ca2+ B Pr线粒体肌浆网Ca 2+ Ca 2+ Ca2+泵Ca2+Ca2+Ca2+e：10-3MCa2+i：10-7MVOCROC二、钙超载( calcium overload)（二）细胞内钙超载的产生机制 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 ov

13、erload） 1细胞膜通透性增加 2. ATP依赖性离子泵功能障碍 3. Na+-Ca2+交换异常 4. 儿茶酚胺增多 细胞膜通透性增加 （1）缺血造成细胞膜外板与糖被分离，使细胞膜对钙的通透性大大增加； （2）细胞内Ca2+增加又可激活磷脂酶，使膜磷脂降解，细胞膜通透性进一步增高。 （3）当再灌注时，钙离子顺细胞内外的浓度差大量进入细胞内。 2. ATP依赖性离子泵功能障碍 缺血时线粒体膜受损，抑制氧化磷酸化过程，使ATP生成减少，抑制钙泵活性，引起钙超载。 再灌注时血流的恢复带来大量Ca2+，使细胞内钙迅速增多。 3. Na+-Ca2+交换异常 缺血缺氧时，细胞内pH降低（细胞内酸中毒）

14、，恢复灌注使细胞内外形成pH梯度差，Na+-H+交换增强；加上Na+- K+ -ATP酶活性降低，使细胞内Na+增加，从而使Na+-Ca2+交换发生反向转运，细胞外Ca2+大量内流，造成细胞内钙超载。 4. 儿茶酚胺增多 缺血-再灌注时儿茶酚胺大量产生。 通过受体激活磷脂酶C，产生三磷酸肌醇（IP3），导致内质网/肌浆网上钙通道开放，使细胞内钙库释放钙。 通过受体激活腺苷酸环化酶，使cAMP生成增加， cAMP 激活PKA，使L型钙通道磷酸化而促进钙内流。-受体腺苷酸环化酶ATPcAMPL-型Ca2+通道开放儿茶酚胺胞浆Ca2+浓度瞬间PKA-受体磷脂酶C三磷酸肌醇内质网Ca2+通道开放4.

15、儿茶酚胺增多 破坏线粒体结构和功能（）合成减少（）线粒体通透性转运孔道开放促进活性氧生成激活其他酶的活性（三） 钙超载引起缺血再灌注损伤的机制1. 破坏线粒体结构和功能（1）ATP合成减少 Ca2+PO43+Ca3(PO4)2ATP（三） 钙超载引起缺血再灌注损伤的机制影响电子传递和氧化磷酸化（2）线粒体通透性转运孔道开放（MPTP） 主要功能：促进线粒体基质中的质子外流和 ATP/ADP在线粒体和细胞质中的转换。 MPTP高通透性持久开放后果： 线粒体跨膜电位遭到破坏，ATP合成终止。 氧自由基大量产生 线粒体细胞色素C进入胞质，激活半胱氨酸蛋白 酶，诱发细胞凋亡。 线粒体释放Ca2+入胞质

16、，钙超载，激活蛋白水解 酶、磷脂酶，使细胞膜受损，细胞坏死。3. 促进活性氧生成：黄嘌呤脱氢酶黄嘌呤氧化酶钙超载Ca2+依赖性蛋白酶次黄嘌呤黄嘌呤尿酸O2 O2 4.激活其它酶的活性：线粒体肌浆网损伤刺激肌浆Ca2+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 损伤钙超载激活多种酶的活性活性氧的损伤作用钙超载白细胞的损伤作用（一）白细胞聚集的机制三、白细胞的作用1趋化因子生成增多缺血组织受损，膜磷脂降解，花生四烯酸代谢产物增多（白三烯等），具有很强的趋化作用，吸引白细胞至缺血组织和粘附于血管内皮细胞。2黏附分子生成增多 缺血-再灌注时，血管内皮和白细胞表达大量的粘附分子。 粘附

17、分子：指细胞合成的、可促进细胞与细胞之间、细胞与细胞外基质之间粘附的一类大分子的总称。（一）白细胞聚集的机制SELECTINSProgressive ActivationINTEGRINSCaptureSlow RollingFirm AdhesionTransmigrationRolling趋化因子粘附分子（adhesion molecule)三、白细胞的作用（二）白细胞聚集在缺血-再灌注损伤中的作用阻塞微循环释放活性氧释放各种颗粒成分产生各种促炎细胞因子 （二）白细胞聚集在缺血-再灌注损伤中的作用1. 阻塞微循环 微血管通透性自由基、粒细胞血液流变学改变白细胞粘附聚集、血流缓慢微血管口径的

18、改变内皮细胞肿胀缩血管物质扩血管物质引起无复流现象(no-reflow phenomenon ) 细胞粘附、聚集、堵塞血管增加血管通透性组织水肿无复流无复流现象(no-reflow phenomenon )：恢复血液灌注后，缺血区依然得不到充分血流灌注的现象称无复流现象 . 2. 释放活性氧 ：呼吸爆发，自由基释放，损伤内皮，增加血管壁通透性，导致组织水肿。O2H2O2HOClNADPH oxidaseNADPHMPOMPONADP+neutrophilOHNOO2-OONO-OH3. 释放各种颗粒成分： 酶性成分：弹性蛋白酶、胶原酶和明胶酶 非酶性成分：次氯酸和氯胺4. 产生各种促炎细胞因子 ： TNF-和IL-1，引起炎症瀑布反应。ROS钙超载白细胞代谢、功能改变IRI机制小结IRI的主要发病机制再灌注中性粒细胞无复流致炎因子氧自由基钙超载细胞损伤缺血O2Ca2+细胞坏死缺血损伤恢复第三节 IRI时机体的功能及代谢变化一、心脏缺血-再灌注损伤细胞膜破坏肌原纤维结构破坏线粒体损伤（一）心肌超微结构变化（二）心肌功能代谢变化1.缺血-再灌注性心律失常.心肌顿抑和微血管顿抑心肌顿抑和微血管顿抑心肌顿抑