[病理生理学]案例版 缺血-再灌注损伤

1、,缺血再灌注损伤IschemiaReperfusionInjury,案例版,潍坊医学院病理生理学教研室,第十三章,患者，男性，48岁。因胸痛约1小时入院。经心电图诊断为急性心肌梗死（前间壁）。体检：BP100/75mmHg，HR37次/分，率齐，意识淡漠。既往有高血压病史10年。给予吸氧、心电监护，同时急查心肌酶、凝血因子、电解质、血常规等。入院后约1小时给予尿激酶150万单位静脉溶栓（30min滴完）。用药完毕患者胸痛即消失，但用药后约10min时心电监护显示，出现室性早搏、室上性心动过速及室颤，BP90/60mmHg。立即给予除颤，同时给予利多卡因、小剂量异丙肾上腺素，监护显示渐为窦性心律

2、、血压达正常。,复查心电图为广泛前壁心肌梗死。,概述,1,发病机制,3,机体的功能及代谢变化,4,本章主要内容,防治的病理生理学基础,5,原因及影响因素,2,大纲要点,2,熟悉氧反常、钙反常、pH反常、无复流现象、呼吸爆发的概念,掌握缺血-再灌注损伤、钙超载概念、发病机制,3,熟悉缺血-再灌注损伤的原因和条件心、脑缺血-再灌注损伤变化特点,4,了解防治的病理生理基础,1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，临床类同。,认识就从这简单现象开始,简史,年，Jennings第一次提出心肌再灌注损伤的概念,在心肌缺血恢复血流后，缺血心肌的损伤反而加重,6年，Bul

3、kley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。年，Greenber等证实猫小肠缺血3小时后再灌注时，粘膜损伤更严重。,缺血-再灌注损伤概念,缺血-再灌注损伤（ischemia-reperfusioninjury，IRI，I/R）组织缺血一段时间，当血流重新恢复后，组织的损伤程度较缺血时进一步加重，器官功能进一步恶化的综合症。,从实践到理论的总结,1.可逆损伤;不可逆损伤2.具有器官普遍性:如心、脑、肠、肾等,第一节IRI原因及影响因素,原因引起血流重新恢复的因素全身性因素休克；心脏骤停后心、脑复苏；体外循环的建立与撤除等。局部性因素某一器官缺血后血流恢复或某一血

4、管再通后：器官移植、断肢再植、冠状动脉痉挛的缓解、动脉搭桥术、PTCA、溶栓疗法等。,PTCA,Percutaneoustransluminalcoronaryangioplasty,PTCA,Percutaneoustransluminalcoronaryangioplasty,Langendorff心脏灌流装置,实验与临床资料证明冠脉重新恢复血流后，有可能造成更严重的心肌损伤,影响因素缺血时间：缺血时间过短或过长都不易发生缺血部位：氧需求量高的器官易发生；缺血后侧支循环不易形成者易发生再灌注条件：一定程度低压、低温、低PH、低钠、低钙液缺血前状态：基础疾病；缺血预适应,大鼠在体心再灌注时缺

5、血时间对IRI的影响,缺血预适应：是指组织器官经反复短暂缺血后，会明显增强对随后较长时间缺血及再灌注损伤的抵抗力的现象。有研究，心脏经过4次短暂的5分钟缺血，之后长时间缺血40分钟，心梗的面积较对照组减少了75%。,钙反常（calciumparadox）：以无钙溶液灌流离体大鼠心脏2分钟后再以正常含钙溶液灌注时，心肌电信号异常、心脏功能、代谢及形态结构发生异常变化，这种现象称为钙反常。,氧反常（oxygenparadox）：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。,pH反常（pHparadox）：再灌

6、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。,第二节IRI的发生机制,缺血期：ATP合成减少嘌呤碱、细胞内酸性分解代谢产物增多,再灌期：恢复供氧产生活性氧细胞内Ca2+超载白细胞的激活炎症反应,IRI的发生机制,活性氧生成异常增多钙超载白细胞的激活,活性氧（ReactiveOxygenSpecies,ROS)由氧组成的化学性质较基态氧活泼的含氧代谢物质，包括氧自由基和非自由基的物质。,超氧阴离子（O2-）羟自由基（OH）,单线态氧(1O2)过氧化氢(H2O2),(一)活性氧的概念与类型,自由基指外层电子轨道上含有单个未配对电子的原子、原子团或分子的总称。化学性质非常活泼，极易

7、与其生成部位的其它物质发生连锁反应。,自由基分类：氧自由基(O2)脂质自由基(L)其他（Cl，CH3),超氧阴离子（O2-）羟自由基（OH）,氧自由基-由氧诱发的自由基（OxygenFreeRadicals，OFR）,氧自由基与不饱和脂肪酸作用后生成的中间代谢产物。脂自由基（L）脂氧自由基（LO）脂过氧自由基（LOO）,脂质自由基,NO过氧亚硝基阴离子(ONOO-)NO2OH,其他-氯自由基(Cl)甲基自由基(CH3)一氧化氮自由基（NO）,O2-,e-+H+,H2O,e-,e-+2H+,H2O2,e-+H+,H2O,OH,O2,12,98,4e+4H+细胞色素氧化酶系统,SOD,氧单电子还原

8、,（二）活性氧的代谢,O2+H2O2O2+OH-+OH,SLOW,Haber-Weiss反应(withoutFe2),Fenton型Haber-Weiss反应,Fe2O2+H2O2O2+OH-+OHOH是活性氧中毒性最强的一种,FAST,呼吸爆发（respiratoryburst）或氧爆发：中性粒细胞在吞噬活动时耗氧量增加，其摄入氧的70%-90%在NADPH和NADH氧化酶的催化下，接受电子产生大量氧自由基的现象。,NADH(I)NADPH(II),+O2,NADPH氧化酶,H+O-2+,NADH氧化酶,杀灭病原微生物,NAD+NADP+,活性氧的清除,胞浆：还原性辅酶,细胞内外水相：半胱氨

9、酸、VitC、谷胱甘肽,细胞脂质：VitE、VitA,（1）低分子清除剂非酶性抗氧化剂,（2）酶性清除剂,过氧化氢酶(CAT),谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-PX）,超氧化物歧化酶,MnSOD,CuZnSOD,铜蓝蛋白,SOD2O.2+2H+H2O2+O2CAT2H2O2O2+2H2OGSH-PX2GSH+H2O2GSSG+2H2OFe2+Fe3+,氧自由基的酶性清除,超氧化物歧化酶,过氧化氢酶,谷胱甘肽过氧化物酶,铜蓝蛋白,ROS:,O2、H2O2OH,Enzymes:SOD、CAT、GSH-pxNon-enzymeantioxidantsVit(E、A、C）、GSH,线粒体血管内皮细胞中性粒

10、细胞,（三）缺血-再灌注时活性氧生成增多的机制,1.线粒体功能受损,Ca2+进入线粒体,氧经单电子还原,O-2,缺氧MnSOD,细胞色素氧化酶系统功能失调,线粒体血管内皮细胞中性粒细胞,2.黄嘌呤氧化酶途径,黄嘌呤氧化酶(XO)10%黄嘌呤脱氢酶(XD)90%XOxanthineoxidaseXDxanthinedehydrogenase,Ca+2依赖性蛋白酶,缺血期,再灌注期,ATP,AMP,腺嘌呤核苷,次黄嘌呤核苷,次黄嘌呤,黄嘌呤脱氢酶（XD),黄嘌呤氧化酶（XO),Ca2+依赖性蛋白水解酶,黄嘌呤+H2O+O2-,尿酸+H2O2+O2-,OH,O2,O2,XO在OFR形成中作用,线粒体

11、血管内皮细胞中性粒细胞,缺血补体被激活C3片段细胞膜分解产物（白三烯）（趋化物）,再灌注,NADPHNADH,NADP+NAD+,氧化酶,O2,O2,造成组织细胞损伤,OH+O-2,3.中性粒细胞聚集激活,（四）活性氧的损伤作用,膜脂质过氧化增强,（1）破坏细胞膜的结构液态性、流动性,通透性，Ca2+内流增加；激活PLC、PLD膜磷脂分解花生四烯酸代谢生物活性物质（PG、TXA2、LTB4）（2）间接抑制细胞膜蛋白功能离子泵功能障碍细胞信号转导功能障碍（3）破坏细胞器膜线粒体、溶酶体、肌质网,膜脂质过氧化指氧自由基与膜内多价不饱和脂肪酸作用，生成中间代谢产物，如脂氧自由基、脂过氧自由基等和过氧

12、化物增多,丙二醛（MDA）,-S-S-,CH3-S-,脂质-脂质交联,O,脂质-蛋白质交联,OH,HO,脂肪酸氧化,OH,HO,从氧化的脂肪酸释出的丙二醛MDA,自由基的损伤作用,抑制蛋白质的功能（1）自由基可使酶的巯基氧化，AA残基氧化（2）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,OH,HO,脂肪酸氧化,OH,HO,从氧化的脂肪酸释出的丙二醛MDA,破坏核酸及染色体碱基羟化、DNA断裂染色体畸变或细胞死亡，80%由OH毒性作用

13、，易与脱氧核苷酸及碱基反应并使其结构改变。,改变细胞功能引起组织损伤：灭活NO，影响血管舒缩；OH促进白细胞附壁，生成趋化因子和白细胞激活因子,IRI的发生机制,活性氧生成异常增多钙超载白细胞的激活,二、钙超载-细胞内钙积聚,钙超载是指各种原因引起的细胞内游离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。,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,Calciumoverload,Na+-Ca2+载体,Ca2+BPr钙结合蛋白,线粒体,肌浆网,Ca2+,Ca2+,Ca2+泵,Ca2+电压依赖性,Ca2+,细

14、胞内Ca2+的稳态调节,细胞膜依赖ATP的钙泵钙通道Na+-Ca2+交换,细胞内肌浆网钙结合蛋白线粒体摄取,钠泵,3Na+,2K+,双向转运,Na+/Ca2+交换异常细胞膜损伤,（一）钙超载的机制,钙超载的机制,Na+/Ca2+交换异常生理条件下3Na+/Ca2+交换正向转运,胞内Na+时Na+/Ca2+交换逆向转运,3Na+/Ca2+,Na+低浓度,钠泵,3Na+,2K+,（1）细胞内高Na+对Na+-Ca2+交换蛋白的直接激活缺血ATPNa+泵细胞内Na+激活Na+-Ca2+交换蛋白Ca2+进入再灌注,K+,Na+,3Na+,Ca2+,ATP,Na+,Ca2+,Na+/Ca2+交换异常,(

15、2)细胞内高H+对Na+-Ca2+交换蛋白的间接激活膜Na+/H+交换蛋白主受细胞内H+变化调节缺血时：无氧代谢产生H+增多再灌时：组织间液H+迅速减少细胞内外较高的H+浓度差激活Na+/H+交换蛋白细胞内Na+激活Na+-Ca2+交换蛋白,Na+,H+,H+,Na+/Ca2+交换异常,（3）蛋白激酶C（PKC）活化对Na+/Ca2+交换蛋白的间接激活,三磷酸肌醇,甘油二酯,G-蛋白磷脂酶C,磷脂酰肌醇,Na+/Ca2+交换异常,1肾上腺素能受体,肾上腺素能受体,G蛋白-PLC信号系统,IP3,DG,胞内Ca2+释放,H+/Na+交换,PKC,增加L型钙通道Ca2+内流,胞浆内Ca2+,Na+

16、-Ca2+交换,1肾上腺素能受体,肾上腺素能受体,Na+/Ca2+交换异常细胞膜损伤,（一）钙超载的机制,细胞膜损伤糖被膜受损细胞膜通透性缺血或无Ca2+灌流液使Ca2+流失，细胞膜外板和外层的糖被膜分离磷脂酶的激活细胞膜通透性Ca2+激活磷脂酶膜磷脂降解自由基的作用膜对Ca2+的通透性,钙超载的机制,导致细胞能量代谢紊乱酶的激活，肌原纤维过度收缩ATP消耗线粒体摄钙磷酸钙形成干扰氧化磷酸化ATP生成促进氧自由基生成Ca2+依赖性蛋白酶XD转化为XOROS再灌注心律失常Na+/Ca2+不等电荷交换一过性内向电流,钙超载引起再灌注损伤的机制,（二）钙超载引起再灌注损伤的机制,促进细胞膜和结构蛋白

17、的分解(Ca2+依赖性酶的激活)Ca2+激活磷脂酶膜磷脂降解破坏细胞（器）膜肌原纤维过度收缩Ca2+再灌注酸中毒缓解H+，Ca2+竞争,钙超载是细胞不可逆死亡的共同通路,钙超载引起再灌注损伤的机制,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,自由基的作用钙超载白细胞的作用,IRI的发生机制,三、白细胞的作用,白细胞激活介导微血管损伤无复流(no-reflowphenomenon)现象。概念:是在犬的实验中发现的。结扎犬的冠状动脉造成局部心肌缺血后，在打开结扎的动脉，使血流重新开放，缺血区并不能得到充分的血流灌注，此现象

18、称为无复流。,（一）再灌注时白细胞增多的机制,黏附分子生成增多:如选择素、整合素、细胞间粘附分子等；中性粒细胞释放趋化作用的炎症介质:如白介素等，促进白细胞聚集和浸润。趋化因子生成增多:膜磷脂分解LTs,PAF,补体,激肽。,粘附分子（adhesionmolecule）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，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中起重要作用。,持续缺血缺氧血管内皮细胞中性粒细胞粘附分子上调,粘附,初始粘附牢固粘附,血管,组织,白细胞组织浸润的机制,趋化,细胞损

19、伤,（二）白细胞介导缺血-再灌注损伤的机制,微血管损伤,微血管内血液流变学改变,微血管口径改变,微血管通透性增加,再灌注损伤,微血管血液流变学改变中性粒细胞体积大与血管内皮细胞黏附,嵌顿,堵塞毛细血管内皮损伤、血小板栓子和微血栓的形成,无复流,微血管口径的改变,微血管舒缩功能改变,缩血管物质增多扩血管物质减少,缺血缺氧,血管内皮受损PGI2,CA刺激TXA2,强烈的血管收缩和血小板聚集TXA2,微血栓形成和血管堵塞,微血管通透性增高,微血管通透性的增高可能与白细胞释放的炎症介质有关通透性增高组织水肿无复流现象血液浓缩,再灌注,炎性介质OFR活性酶,组织细胞损伤,2.细胞损伤（CellInjur

20、y）,激活的中性粒细胞与内皮细胞释放大量炎性因子，造成局部炎症反应.,IRI发病机制小结,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,O2,Ca2+,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、IRI对心功能的影响,再灌注性心律失常,心肌动作电位时程不均一心肌动作电位后延迟后除极的形成心肌电生理特性改变纤颤阈降低NO减少,心功能变化,心肌舒缩功能降低,心肌顿抑,钙超载自由基爆发性生成,心肌舒缩功能降低,心肌顿抑(MyocardialStunning):心肌并未因缺血发生不可逆性损伤，但在再灌注血流已恢复或基本恢复正常后的一定时间内心肌出现的可逆性

21、收缩功能降低的现象。,钙超载细胞内Na+Na+/Ca2+交换蛋白反向转运，平台期Ca2+进入增加，持续内向电流，形成AP后短暂除极。,4,0,2,1,3,可逆性I/R,OH,.,线粒体损伤,收缩蛋白损伤,肌浆网钙转运蛋白,膜通透性离子泵活性,钙超载,ATP,钙敏感性,心肌收缩功能,胞内Na+超载,Na+/Ca2+交换,心肌顿抑的发生机制,再灌注心肌动作电位时程的不均一性再灌注初期AP迅速恢复，但不同区域间、不同细胞间AP恢复速度有差异，造成心肌折返。,1,1.再灌区必须存在有功能上可以恢复的心肌细胞：越多发生率越高2.再灌注前缺血时间长短3.缺血心肌的数量、缺血的程度及再灌注恢复的速度,心肌缺血性损伤和再灌注性损伤的主要表现,心肌能量代谢变化,ATP含量降低ATP合成的前体物质不足缺血心肌对氧利用障碍,细胞膜破坏肌原纤维结构破坏线粒体损伤,心肌超微结构变化,IRI对心功能的影响,1968年由Ames率先报道脑缺血-再灌注损伤。,二、脑IRI损伤的变化,脑组织富含磷脂，脂质过氧化是脑损伤的主要特征,ATP、CP、G、糖原乳酸,cGMP,脑能量代谢变化,脑IRI损伤的变化,脑氨基酸代谢变化,脑组织学变化,兴奋性氨基酸降低（谷氨酸、天门冬氨酸）抑制性氨基酸增多（丙氨酸、-氨基丁酸）,脑水肿：膜脂质过氧化结构破坏，钠泵功能障碍脑细胞坏死