第十三章缺血再灌注损伤课件

缺血缺血-再灌注损伤再灌注损伤（Ischemia-reperfusion injury)学习目标学习目标了解了解缺血再灌注损伤的防治措施。掌握掌握缺血再灌注损伤的概念；发生机制 中自由基的作用、钙超载、白细胞的作用。熟悉熟悉缺血再灌注损伤的发生原因与条件；心、脑缺血再灌注损伤的主要变化。1 1年年，SewellSewell结结扎扎狗狗冠冠状状动动脉脉后后，如如突突然然解解除除结结扎扎，恢恢复复血血流流，动动物物室室颤而死亡。颤而死亡。简史l年年，JenningsJennings第第一一次次提出提出心肌再灌注损伤心肌再灌注损伤的概念的概念 在心肌缺血恢复血流后在心肌缺血恢复血流后缺血心肌的损伤反而加重缺血心肌的损伤反而加重一个新的医学问题逐渐给人们认识一个新的医学问题逐渐给人们认识l6 6年，年，BulkleyBulkley 和和HutchinsHutchins发现发现冠脉搭桥血管再通后的病人冠脉搭桥血管再通后的病人发生心肌细胞反常性坏死发生心肌细胞反常性坏死l年，年，GreenbergGreenberg等证实等证实猫小肠缺血猫小肠缺血3 3小时后再灌注时，小时后再灌注时，粘膜损伤更严重粘膜损伤更严重临床临床l休克、休克、DICDIC微循环再通微循环再通l 冠脉解痉、各种动脉搭桥术冠脉解痉、各种动脉搭桥术l 心脑血管栓塞再通（溶栓治疗心脑血管栓塞再通（溶栓治疗 自然再通）自然再通）l 心肺手术体外循环后心肺复苏心肺手术体外循环后心肺复苏l 断肢再植、器官移植血供恢复断肢再植、器官移植血供恢复等等 某些缺血的组织器官在恢复血流后，某些缺血的组织器官在恢复血流后，细胞功能障碍和结构破坏反而加重，细胞功能障碍和结构破坏反而加重，这种由血液再灌注引发的组织损伤加这种由血液再灌注引发的组织损伤加重的现象，称为重的现象，称为“缺血再灌注损伤缺血再灌注损伤”。概念概念 ischemia-reperfusion injury第一节第一节 缺血再灌注损伤的缺血再灌注损伤的原因与条件（影响因素）原因与条件（影响因素）原因原因先缺血先缺血，后复灌，后复灌l 缺血时间缺血时间 l 侧支循环侧支循环 l 需氧程度需氧程度 l 再灌注条件再灌注条件影响因素影响因素缺血时间缺血时间对大鼠再灌注心律失常的对大鼠再灌注心律失常的影响影响0 0101020203030404050506060707080809090100100发生率（发生率（%）5min5min10min10min30min30min缺血时间（缺血时间（min)min)室性心律失常室性心律失常室性心动过速室性心动过速心室纤颤心室纤颤第二节第二节 缺血再灌注损伤的缺血再灌注损伤的发生机制发生机制自由基的作用自由基的作用钙超载钙超载白细胞的作用白细胞的作用概念概念 外层轨道上具有单个不配对电子外层轨道上具有单个不配对电子的原子、原子团和分子的总称。的原子、原子团和分子的总称。自由基（自由基（free radical）“游离基游离基”种类种类 1 1氧自由基：由氧诱发的自由基。氧自由基：由氧诱发的自由基。(oxygen free radical,OFR)主要包括：主要包括：OHO-2（超氧阴离子）（超氧阴离子）（羟自由基）（羟自由基）OO*OO*O2+4e-+4H+=2H2OO2+e-+2H+=H2O2H2O2+e-+H+=H2O+OH2%机体正常氧代谢机体正常氧代谢98%O2+e-=O2 氧分子外层轨道中的两个电子其中一个氧分子外层轨道中的两个电子其中一个发生反向自旋改变发生反向自旋改变,这种分子称为单线态氧。这种分子称为单线态氧。（singlet Oxygen）单线态氧单线态氧1O2活性氧活性氧 由氧形成的，化学性质较基态氧活泼的由氧形成的，化学性质较基态氧活泼的含氧代谢产物。氧自由基、含氧代谢产物。氧自由基、H2O2、单线态氧、单线态氧都属于活性氧。都属于活性氧。（reactive Oxygen）种类种类 2 2脂性自由基：氧自由基与多价不饱和脂脂性自由基：氧自由基与多价不饱和脂 肪酸作用后生成的中间代肪酸作用后生成的中间代 谢产物。谢产物。脂自由基（脂自由基（L ）脂氧自由基（脂氧自由基（LO ）脂过氧自由基（脂过氧自由基（LOO ）氧自由基的清除氧自由基的清除（1）低分子清除剂）低分子清除剂 一些低分子的化合物一些低分子的化合物VitE、VitA、VitC、还原性谷光甘肽等可以给出电子使自由基还原可以给出电子使自由基还原（2 2）酶性清除剂）酶性清除剂 过氧化氢酶过氧化氢酶(CAT)(CAT)谷光甘肽过氧化物酶谷光甘肽过氧化物酶超氧化物歧化酶超氧化物歧化酶MnSODCuZnSOD缺血缺血-再灌注时氧自由基再灌注时氧自由基生成增多的机制生成增多的机制缺缺血血期期再再灌灌注注期期O2黄嘌呤氧化酶途径黄嘌呤氧化酶途径ATPADPAMP钙泵失灵钙泵失灵胞内胞内Ca2+ATP 次黄次黄嘌呤嘌呤黄黄嘌呤嘌呤O2 H2O XO尿酸尿酸O2 H2O Ca2+依赖蛋白酶依赖蛋白酶XDXOOH中中性性粒粒细细胞胞被被激激活活而而进进行行吞吞噬噬活活动动时时摄摄氧氧量量显显著著增增加加,产产生生大大量量氧氧自自由由基基的的过过程程称称为为呼呼吸吸爆发。爆发。中性粒细胞呼吸爆发（respiratory burst)Ca2+进入线粒体进入线粒体 氧经单电子还原氧经单电子还原缺氧缺氧 MnSOD 线粒体功能障碍ATP O-2肾上腺素肾上腺素甲基转移酶甲基转移酶单胺氧化酶单胺氧化酶香草扁桃酸（正常代谢）香草扁桃酸（正常代谢）肾排出肾排出应激应激肾上腺素红肾上腺素红儿茶酚胺自身氧化O-2自由基在缺血自由基在缺血-再灌注再灌注损伤中的作用损伤中的作用Oxidative attack 膜膜脂质微环境改变脂质微环境改变 间接抑制膜蛋白功能间接抑制膜蛋白功能 促花生四烯酸代谢促花生四烯酸代谢 线粒体膜线粒体膜 ：ATP生成障碍生成障碍膜脂质过氧化膜脂质过氧化(lipid peroxidation)抑制蛋白质功能抑制蛋白质功能蛋白质断裂蛋白质断裂蛋白质蛋白质-蛋白质交联蛋白质交联-S-S-CH3-S-脂质脂质-脂质交联脂质交联O二硫交联二硫交联脂质脂质-蛋白蛋白 质交联质交联氨基酸氨基酸 氧化氧化OHHO脂肪酸氧化脂肪酸氧化OHHO从氧化的脂从氧化的脂肪酸释出的肪酸释出的 丙二醛丙二醛MDAMDA80%80%由由OH所致所致破坏核酸和染色体破坏核酸和染色体靶分子化学结构的改变生理功能的改变脂质双键氧化、脂质与脂质交联膜通透性改变、细胞器功能改变、受体构型改变蛋白质双键氧化、巯基氧化抑制酶活性、蛋白质变性、受体构型改变核酸双键氧化、DNA断裂碱基修饰、突变糖类双键氧化糖蛋白变性、受体构型改变氧自由基的损伤作用氧自由基的损伤作用 19661966年年Zimmerman和和Hulsmann描述了一个现象：描述了一个现象：钙反常钙反常（calcium paradox）钙超载钙超载（calcium overload）在各种损伤因素作用下细胞在各种损伤因素作用下细胞内钙含量异常增多，引起细胞结构内钙含量异常增多，引起细胞结构和功能代谢的进一步损害的过程，和功能代谢的进一步损害的过程，称为称为钙超载钙超载。概念概念(calcium overload)缺血缺血-再灌注时钙超载再灌注时钙超载的机制的机制Normally Intracellular Calcium RegulationlA unidirectional pump in the cell membranelAn Na+-Ca2+exchange pumplA calcium uptake system in the mitochondrial membranelA transport system in ER(endoplasmic reticulum)细胞膜损伤 自由基使膜脂质过氧化自由基使膜脂质过氧化 Ca2+激活磷脂酶，膜磷脂降解激活磷脂酶，膜磷脂降解 糖萼层（糖萼层（glycocalyxglycocalyx）分离）分离Na+/Ca2+交换异常交换异常细胞内高细胞内高Na+直接激活直接激活Na+/Ca2+交换蛋白交换蛋白缺血缺血细胞内细胞内Na+激活激活Na+/Ca2+交换蛋白交换蛋白Ca2+进入细胞进入细胞ATPNa+泵泵K+Na+3Na+Ca2+ATPNa+Ca2+Ca2+3Na+细胞内高细胞内高H+间接激活间接激活Na+/Ca2+交换蛋白交换蛋白质膜质膜Na+/H+交换蛋白主要受细胞内交换蛋白主要受细胞内H+的变化调节的变化调节缺血期缺血期无氧代谢增强，无氧代谢增强，H+产生增多产生增多再灌注期再灌注期组织间液的组织间液的 H+迅速减少迅速减少细胞内外较高细胞内外较高H+浓度差浓度差激活激活Na+/H+交换蛋白交换蛋白细胞内细胞内Na+激活激活Na+/Ca2+交换蛋白交换蛋白Ca2+进入细胞进入细胞激活激活Na+泵泵3Na+Ca2+Na+K+H+Na+再灌注时再灌注时H+H+Na+Ca2+缺血时缺血时H+PKC间接激活间接激活Na+/Ca2+交换蛋白交换蛋白1肾上腺素能受体激活肾上腺素能受体激活G蛋白蛋白-PLC H+/Na+交换激活交换激活钙超载在钙超载在缺血缺血-再灌注再灌注损伤中的作用损伤中的作用线粒体功能障碍线粒体功能障碍胞浆胞浆Ca2+线粒体摄取钙线粒体摄取钙早期：代偿早期：代偿晚期：磷酸钙形成晚期：磷酸钙形成，ATP消耗消耗、生成、生成激活磷脂酶激活磷脂酶分解膜磷脂使细胞膜和细胞器膜损伤分解膜磷脂使细胞膜和细胞器膜损伤再灌注性心律失常再灌注性心律失常一过性内向电流一过性内向电流迟后除极迟后除极促进自由基形成促进自由基形成激活激活XO肌原纤维过度收缩肌原纤维过度收缩 胞浆内高胞浆内高Ca2+再灌注消除了再灌注消除了H+对心肌收缩的抑制作用对心肌收缩的抑制作用自由基的作用自由基的作用钙超载钙超载白细胞的作用白细胞的作用 无复流现象无复流现象 （no-reflow phenomenon)再灌注后，部分或全部缺血组织不出现血再灌注后，部分或全部缺血组织不出现血流灌注的现象。流灌注的现象。最先发现于犬心实验。最先发现于犬心实验。用去粒细胞的血液进行灌注，可明显减轻症状。用去粒细胞的血液进行灌注，可明显减轻症状。再灌注时血管内皮细胞与白细胞激活再灌注时血管内皮细胞与白细胞激活表现为表现为:释放多种细胞释放多种细胞粘附分子粘附分子粘附分子粘附分子 （adhesion molecule）是指由细胞合成的、可促进细胞与细胞之是指由细胞合成的、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子、血管细胞粘附分子及血小板内皮细胞粘附分子等。分子等。白细胞激活途径白细胞激活途径 再灌注时膜磷脂的降解，释放出大量趋再灌注时膜磷脂的降解，释放出大量趋 化因子吸引中性粒细胞聚集，渗出化因子吸引中性粒细胞聚集，渗出 激活的中性粒细胞释放有趋化作用的炎激活的中性粒细胞释放有趋化作用的炎 症介质，促进中性粒细胞聚集、浸润症介质，促进中性粒细胞聚集、浸润 再灌注使中性粒细胞和血管内皮细胞表再灌注使中性粒细胞和血管内皮细胞表 达粘附分子，加剧白细胞聚集、激活达粘附分子，加剧白细胞聚集、激活白细胞介导的再灌注损伤白细胞介导的再灌注损伤微血管内血流变改变微血管内血流变改变微血管损伤微血管损伤微血管口径改变微血管口径改变微血管通透性增加微血管通透性增加细胞损伤细胞损伤致炎物质的作用致炎物质的作用 无无 复复 流流 现现 象象 正常微循环正常微循环缺血再灌后的微循环障碍缺血再灌后的微循环障碍1 1缺血再灌后的微循环障碍缺血再灌后的微循环障碍2 2缺血再灌后的微循环障碍缺血再灌后的微循环障碍3 3OFROFR钙超载钙超载血管内皮血管内皮中粒细胞中粒细胞代谢、能量改变代谢、能量改变IRI机制机制小结小结第第三三节节 缺血缺血-再灌注时再灌注时机体的功能及代谢变化机体的功能及代谢变化 心功能变化心功能变化 心心脏脏舒缩功能舒缩功能 心肌顿抑心肌顿抑 (myocardial stunning(myocardial stunning）心心肌肌未未因因缺缺血血发发生生不不可可逆逆损损伤伤，但但在在再再灌灌注注血血流流已已恢恢复复或或基基本本恢恢复复正正常常后后一一定定时时间间内内心心肌出现可逆性收缩功能降低的现象肌出现可逆性收缩功能降低的现象心电变化心电变化 再灌注性心律失常再灌注性心律失常 心肌能量代谢变化心肌能量代谢变化 心肌超微结构变化心肌超微结构变化心脏的变化心脏的变化脑的变化脑的变化脑代谢的变化脑代谢的变化 能量障碍、酸中毒、能量障碍、酸中毒、cAMPcAMP增加而增加而 cGMPcGMP减少、减少、FFAFFA增多增多出现异常脑电波出现异常脑电波 病理性慢波病理性慢波兴奋递质、兴奋递质、抑制递质抑制递质 脑结构变化脑结构变化 脑水肿脑细胞坏死脑水肿脑细胞坏死第四节第四节 防治缺血再灌注损伤防治缺血再灌注损伤的病理生理基础的病理生理基础尽早恢复血流，尽量缩短缺血时间尽早恢复血流，尽量缩短缺血时间采用低压、低温、低钙再灌注液采用低压、低温、低钙再灌注液应用清除自由基及活性氧药物应用清除自由基及活性氧药物钙拮抗剂应用钙拮抗剂应用 补充能量及促进能量生成补充能量及促进能量生成 细细胞保护胞保护预适应预适应 概概 念念细胞保护细胞保护 某些物质具有保护或减轻细胞免受有害某些物质具有保护或减轻细胞免受有害物质所致损伤的作用。物质所致损伤的作用。是一种天然维持稳态的机制，加强细胞是一种天然维持稳态的机制，加强细胞自我抵抗力。自我抵抗力。分分 类类 直接细胞保护直接细胞保护 外源性物质外源性物质 适应性细胞保护适应性细胞保护 预处理预处理 概概 念念缺血预适应缺血预适应（ischemic preconditioning）预适应预适应（preconditioning，PC）短期缺血应激使机体组织对随后更长时间短期缺血应激使机体组织对随后更长时间缺血再灌注损伤产生明显保护作用的一种适应缺血再灌注损伤产生明显保护作用的一种适应性机制。性机制。梗死面积减少（梗死面积减少（75%75%）心肌收缩功能易恢复心肌收缩功能易恢复 避免心律失常避免心律失常心脏保护作用心脏保护作用1.缺血再灌注时自由基生成增多机制是什么？4.缺血再灌注时无复流现象是怎么产生的？思考题 3.缺血再灌注时钙超载的机制是什么？2.试述自由基对机体的损伤？参考文献参考文献病理生理学金惠铭主编，人民卫生出版社人体病理生理学王迪浔主编，人民卫生出版社 生理学姚泰主编，人民卫生出版社病理生理学-疾病的机制与防治基础欧阳静萍主编，武汉大学出版社细胞分子病理生理学金惠铭主编，郑州大学出版社 The end.Thank you!