脑缺血缺氧的病理生理及研究进展解析课件

脑缺血缺氧的病理生理及研究进展脑缺血缺氧的病理生理及研究进展脑的重量：的重量：占全身体重的占全身体重的2%-3%脑的血流量：的血流量：占全身血流量占全身血流量15-20%脑的氧糖耗量：占全身的的氧糖耗量：占全身的20-25，且几乎无氧糖且几乎无氧糖储备脑的重量：占全身体重的2%-3%概 述脑缺血脑缺血brain ischemia 是指脑循环血流量减少为特征的中枢神经系统是指脑循环血流量减少为特征的中枢神经系统疾病。疾病。临床较为常见，因其发病率、致残率和致死率临床较为常见，因其发病率、致残率和致死率均较高，严重影响生存质量。均较高，严重影响生存质量。脑缺血及研究意缺血及研究意义脑缺血及研究意义脑血管的入颅路径脑血管的入颅路径脑血管的入颅路径颈内动脉系统颈内动脉系统 internal carotid artery systeminternal carotid artery system 眼眼动脉脉optic artery 大大脑前前动脉脉anterior cerebral artery 前交通前交通动脉脉anterior communication artery 大大脑中中动脉脉middle cerebral artery 后交通后交通动脉脉posterior communication artery 脉脉络膜前膜前动脉脉anterior choroidal artery 主要供主要供应:眼及以下眼及以下组织额叶叶 frontal lobe 顶叶叶parietal lobe 颞叶叶 temporal lobe 基底基底节 basal ganglion 颈内动脉系统 眼动脉 optic ar椎椎-基底动脉系统基底动脉系统vertebral-basilar arteryvertebral-basilar artery 小小脑后下后下动脉脉posterior inferior cerebellar artery 小小脑前下前下动脉脉anterior inferior cerebellar artery 桥脑支支pons artery 内听内听动脉脉internal auditory artery 小小脑上上动脉脉superior cerebellar artery 大大脑后后动脉脉posterior cerebral artery 主要供主要供应：枕叶枕叶 occipital lobe 脑干干 brain stem 小小脑 cerebellum椎-基底动脉系统 主要供应：急性脑血管病的分类急性脑血管病的分类急性脑血管病的分类 概念:血液由脑血管内逸出，称为脑出血。血液由脑血管内逸出，称为脑出血。内出血内出血血液进入器官、组织或体腔。血液进入器官、组织或体腔。外出血外出血血液流出体外。血液流出体外。cerebral hemorrhage 概念:脑 出 血 概念：概念：颈动脉脉或或椎椎动脉脉系系统-过性性供供血血不不足足，导致致供供血血区区的的局局灶灶性性神神经功功能能障障碍碍，出出现相相应的症状及体征。的症状及体征。特点：特点：一一般般症症状状在在5分分钟内内即即达达高高峰峰，一一次次发作作常常持持续5-20分分钟，最最长不不超超过24小小时，但可反复但可反复发作。作。transient ischemic attack,TIA 概念：transient ischemic atta在脑血管腔内，在脑血管腔内，血液发生凝固或血液发生凝固或血液中某些成分血液中某些成分凝集形成的固体凝集形成的固体质块称为脑血栓。质块称为脑血栓。cerebral thrombosis概念:在脑血管腔内，血液发生凝固或血液中某些成分凝集形成的固体质块脑缺血缺氧的病理生理及研究进展解析课件 由各种原因导致脑动由各种原因导致脑动脉血流中断，局部脑组脉血流中断，局部脑组织发生缺血缺氧性坏死或织发生缺血缺氧性坏死或脑软化而出现相应神经功能缺损。脑软化而出现相应神经功能缺损。cerebral infarct概念:由各种原因导致脑动脑 梗 死 概念:“半暗带半暗带”缺血区缺血区梗死灶梗死灶梗死灶中心坏死区周围可恢复的部分血流灌注区。梗死灶中心坏死区周围可恢复的部分血流灌注区。“半暗带”梗死灶梗死灶中心坏死区周围可恢复的部分血流灌注区。脑梗脑水肿脑梗脑水肿 各种病因使各种病因使脑血管（主要指血管（主要指脑动脉）脉）发生病生病变导致致脑的急性的急性损害害,称称为 中中风 stroke或或卒中卒中apoplexy 各种病因使脑血管（主要指脑动脉）急性脑血管病脑缺血性病变的病理分期脑缺血性病变的病理分期 超早期（16小时）：病变脑组织变化不明显，可见部分血管内皮细胞、神经细胞及星形胶质细胞肿胀，线粒体肿胀空化；急性期（624小时）：缺血区脑组织苍白和轻度肿胀，神经细胞、胶质细胞及内皮细胞呈明显缺血改变；脑缺血性病变的病理分期 超早期（16小时）：病变脑组织变坏死期（2448小时）：大量神经细胞消失，胶质细胞坏变，中性粒细胞、淋巴细胞及巨噬细胞浸润，脑组织明显水肿；软化期（3天3周）：病变区液化变软；恢复期（34周后）：液化坏死脑组织被格子细胞清除，脑组织萎缩，小病灶形成胶质瘢痕，大病灶形成中风囊，此期持续数月至2年。脑缺血性病变的病理分期脑缺血性病变的病理分期 坏死期（2448小时）：大量神经细胞消失，胶质细胞坏变，脑缺血时间 脑组织对缺血缺氧非常敏感，阻断血流30秒钟脑代谢即发生改变，1分钟后神经元功能活动停止，脑动脉闭塞导致缺血超过5分钟可发生脑梗死。脑缺血程度 缺血后神经元损伤具有选择性，轻度缺血时仅有某些神经元丧失，完全持久缺血时缺血区各种神经元、胶质细胞及内皮细胞均坏死。脑缺血脑缺血/缺氧的病理生理缺氧的病理生理脑缺血时间 脑组织对缺血缺氧非常敏感，阻断血流30秒钟急性脑梗死病灶由中心坏死区及周围的缺血半暗带组成。坏死区由于完全性缺血导致脑细胞死亡，但缺血半暗带仍存在侧枝循环，可获得部分血液供应，尚有大量可存活的神经元，如果血流迅速恢复使脑代谢改善，损伤仍然可逆，神经细胞仍可存活并恢复功能。因此，保护这些可逆性损伤神经元是急性脑梗死治疗的关键。脑缺血脑缺血/缺氧的病理生理缺氧的病理生理“半暗带半暗带”缺血区缺血区梗死灶梗死灶急性脑梗死病灶由中心坏死区及周围的缺血半暗带组成。坏死区由于脑梗死区血流再通后氧与葡萄糖供应及脑代谢恢复，脑组织损伤理应得到恢复。然而，实际上并非如此，这是因为存在有效时间即再灌注时间窗。如果脑血流再通超过此时间窗时限，脑损伤可继续加剧，产生再灌注损伤。研究证实，脑缺血超早期治疗时间窗为6小时之内。缺血半暗带和再灌注损伤概念的提出，更新了急性脑梗死的临床治疗观念，抢救缺血半暗带的关键是超早期溶栓治疗，减轻再灌注损伤核心是积极采取脑保护措施。脑缺血脑缺血/缺氧的病理生理缺氧的病理生理脑梗死区血流再通后氧与葡萄糖供应及脑代谢恢复，脑组织损伤理应缺血-再灌注损伤（Ischemia-reperfusion injury,IRI Ischemia-reperfusion injury,IRI）缺血缺血休克、血栓形成、动脉休克、血栓形成、动脉硬化、血管收缩、血管硬化、血管收缩、血管受压等。受压等。组织缺氧组织缺氧 再灌注损伤再灌注损伤在恢复供血的过程中，在恢复供血的过程中，出现缺血组织的功能、出现缺血组织的功能、结构损伤加重。结构损伤加重。病情恶化病情恶化缺血-再灌注损伤缺血休克、血栓形成、动脉硬化、血管收缩、血管19601960年年 JenningsJennings等等 提出心肌提出心肌IRIIRI的概念。的概念。到到2020世纪世纪8080年代年代 溶栓疗法、搭桥术、断肢再植、器官溶栓疗法、搭桥术、断肢再植、器官 移植开展，移植开展，IRIIRI成手术成败的关键之一。成手术成败的关键之一。19551955年年 SewellSewell等等 在结扎狗冠状动脉后，如突然解除结在结扎狗冠状动脉后，如突然解除结 扎，恢复血流，部分动物立即发生心扎，恢复血流，部分动物立即发生心 室纤颤而死亡。室纤颤而死亡。缺血缺血-再灌注损伤的发现再灌注损伤的发现1960年 Jennings等 提出心肌IRI的概念。概念：缺缺缺缺血血血血的的的的脑脑脑脑组组组组织织织织经经经经恢恢恢恢复复复复血血血血液液液液灌灌灌灌注注注注后后后后不不不不但但但但不不不不能能能能使使使使其其其其功功功功能能能能和和和和结结结结构构构构恢恢恢恢复复复复，反反反反而而而而加加加加重重重重其功能障碍和结构损伤的现象。其功能障碍和结构损伤的现象。其功能障碍和结构损伤的现象。其功能障碍和结构损伤的现象。cerebral Ischemia-reperfusion injurycerebral Ischemia-reperfusion injury概念：脑缺血-再灌注损伤炎症反应加剧 细胞内钙超载【发病机制发病机制】（PathogenesisPathogenesis）自由基生成增多自由基生成增多 高能磷酸化合物缺乏低氧诱导因子的作用炎症反应加剧 细胞内钙超载【发病机制】（Pathogenes 自由基生成增多自由基生成增多自由基生成增多自由基生成增多（radicals production increaseradicals production increase）概念与分类（概念与分类（conception and classificationconception and classification）概念：概念：分布在外层轨道上的带有不配对电子的原子、分子或原子团。分布在外层轨道上的带有不配对电子的原子、分子或原子团。（Free radical are a highly reactive group of atoms,moleculesFree radical are a highly reactive group of atoms,molecules or radicals,which carry unpaired electron in outer orbital.or radicals,which carry unpaired electron in outer orbital.）自由基生成增多（radicals pn 存在时间短；存在时间短；n 高度化学活泼性；高度化学活泼性；n 氧化性强。氧化性强。自由基的特性（property of free radicalsproperty of free radicals）自由基的特性 自由基分类自由基分类自由基分类自由基分类 氧自由基氧自由基 oxygen free radicalxygen free radical 脂性自由基脂性自由基 lipid radicals lipid radicals 氮中心自由基氮中心自由基 reactive nitrogen speciesreactive nitrogen species 自由基分 氧自由基（氧自由基（oxygen free radicaloxygen free radical，OFROFR）以氧为中心的自由基称为氧自由基。以氧为中心的自由基称为氧自由基。由氧诱发的自由基称为由氧诱发的自由基称为氧自由基氧自由基 oxygen-derived free radical oxygen-derived free radical 超氧阴离子自由基（超氧阴离子自由基（superoxide anion,superoxide anion,）羟自由基（羟自由基（hydroxyl radical,OHhydroxyl radical,OH）O2 氧自由基氧自由基O2 氧自由基（oxygen free radica 脂性自由基（脂性自由基（lipid radicalslipid radicals）氧自由基与多聚不饱和脂肪酸发生脂质过氧化氧自由基与多聚不饱和脂肪酸发生脂质过氧化 的链式反应后生成的中间代谢产物。的链式反应后生成的中间代谢产物。烷自由基（烷自由基（LL）烷氧自由（烷氧自由（LOLO）烷过氧自由基（烷过氧自由基（LOOLOO）脂性自由基脂性自由基 脂性自由基（lipid radicalL-精氨酸精氨酸iNOSNADPHNADP+L-胍氨酸胍氨酸+NOO2NO+O2 ONOO-ONOO-NO2 +OH +H+H2O 氮中心自由基氮中心自由基（reactive nitrogen species,RNSreactive nitrogen species,RNS）由氮形成，并在分子组成上含有氮的一类化学性质非常由氮形成，并在分子组成上含有氮的一类化学性质非常 活泼的物质。也称活泼的物质。也称活性氮活性氮。一氧化氮（一氧化氮（NONO）过过氧氧亚亚硝硝基基阴阴离离子子（ONOOONOO-）RNSRNSL-精氨酸iNOSNADPHNADP+L-胍氨酸+NOO细胞色素细胞色素C C氧化酶氧化酶 O O2 2 H H2 2O O 【正常正常】4e4e-OO2 2 OFR OFR 【缺血缺血】电子受体和传递电子电子受体和传递电子 4e4e-呼吸链酶活性呼吸链酶活性 OO2 2 H H2 2O O 【再灌注再灌注】e e-OFROFRCa2+超载 自由基增多机制自由基增多机制（mechanism of free radical increasemechanism of free radical increase）细胞色素C氧化酶 O2 缺血缺血 ATP CaATP Ca2+2+超载超载 CaCa2+2+依赖性蛋白酶依赖性蛋白酶 缺血 ATP Ca2+超载白白细胞呼吸爆胞呼吸爆发产生大量氧自由基生大量氧自由基OO2 2H H2 2OO2 2HOClHOClNADPHNADPH oxidase oxidaseNADPHNADPHMPOMPOMPOMPONADPNADP+OHOH NOO2-OONOOONO-OHOH白白细胞吞噬胞吞噬时伴耗氧量伴耗氧量显著增加的著增加的现象，称象，称呼吸爆呼吸爆发。白细胞呼吸爆发产生大量氧自由基O2H2O2HOClNADPH缺血缺血/缺氧缺氧交感交感-肾上腺髓质系统兴奋肾上腺髓质系统兴奋儿茶酚胺分泌增多儿茶酚胺分泌增多代偿调节作用代偿调节作用氧化产生氧自由基氧化产生氧自由基儿茶酚胺的自身氧化儿茶酚胺的自身氧化产生氧自由基生氧自由基缺血/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自由基损伤作用自由基损伤作用（mechanisms of free radical injury mechanisms of free radical injury）【氧化应激氧化应激】（oxidative stressoxidative stress）当机体内当机体内ROSROS（OFROFR）增多，并破坏机体氧化）增多，并破坏机体氧化/还原的正还原的正 常平衡，引起细胞氧化损伤的病理过程。常平衡，引起细胞氧化损伤的病理过程。膜脂质过氧化增强（膜脂质过氧化增强（膜脂质过氧化增强（膜脂质过氧化增强（lipid peroxidationlipid peroxidation）蛋白质变性和酶活性降低蛋白质变性和酶活性降低蛋白质变性和酶活性降低蛋白质变性和酶活性降低 DNADNA损伤和染色体畸变损伤和染色体畸变损伤和染色体畸变损伤和染色体畸变 自由基损伤作用（mechanisms of free rad脑缺血缺氧的病理生理及研究进展解析课件 膜脂质过氧化增强膜脂质过氧化增强膜脂质过氧化增强膜脂质过氧化增强 lipid peroxidation lipid peroxidation生物膜是自由基攻击主要部位生物膜是自由基攻击主要部位脂肪酸、芳香环的不饱和键脂肪酸、芳香环的不饱和键 OFR(ROSOFR(ROS）脂质过氧化脂质过氧化 细胞膜结构损伤和破坏细胞膜结构损伤和破坏 膜脂质过氧化增强 膜结构破坏膜结构破坏膜结构破坏膜结构破坏 膜脂质过氧化膜脂质过氧化 膜不饱和性异常膜不饱和性异常 膜流动性膜流动性、通透性、通透性 膜蛋白功能抑制；受体失活、泵失灵；信号传递障碍；膜蛋白功能抑制；受体失活、泵失灵；信号传递障碍；线粒体功能受损；线粒体功能受损；ATPATP生成减少生成减少 。膜结构破坏-S-S-CH3-S-脂质脂质-脂质交联脂质交联OOHHO脂肪酸氧化脂肪酸氧化OHHO从氧化的脂肪酸释从氧化的脂肪酸释出的丙二醛出的丙二醛MDAMDA-S-S-CH3-S-脂质-脂质交联OOHHO脂肪酸氧化OH 蛋白质变性和酶活性降低蛋白质变性和酶活性降低蛋白质变性和酶活性降低蛋白质变性和酶活性降低【蛋白失活机制蛋白失活机制】破坏酶的活性中心巯基；破坏酶的活性中心巯基；破坏酶活性所必需的脂质微环境；破坏酶活性所必需的脂质微环境；酶之间形成多聚物；酶之间形成多聚物；攻击酶活性中心部位的氨基酸；攻击酶活性中心部位的氨基酸；激活磷脂酶激活磷脂酶A A2 2 PG PG、LTLT生成生成 炎症反应加剧炎症反应加剧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氧化氨基酸氧化OHHO脂肪酸氧化脂肪酸氧化OHHO 蛋白质变性和酶活性降低【蛋白失活机制】蛋白质断裂蛋白质 DNADNA损伤和染色体畸变损伤和染色体畸变损伤和染色体畸变损伤和染色体畸变 胸腺嘧啶胸腺嘧啶 5 5，6-6-双键双键 胸腺嘧啶自由基胸腺嘧啶自由基 OHOH（占（占80%80%活性氧）活性氧）加成反应加成反应碱基发生修饰、断裂、交联碱基发生修饰、断裂、交联染色体畸变、断裂染色体畸变、断裂 DNA损伤和染色体畸变 OH（占80%活性氧）加成反a physiological balance between a physiological balance between ROS production and eliminationROS production and eliminationROS:OO2 2,H,H2 2OO2 2,1 1OO2 2 OH,HOClOH,HOCl Enzymes:SOD,CATNon-enzyme antioxidants:vitamines(E,A,C),thiols,ceruloplasmin,transferrin,uric acid,albumin,mitophagy,etc.a physiological balance betwee 自由基的清除（自由基的清除（scavenge free radicalsscavenge free radicals）酶性清除剂酶性清除剂 enzymes scavengerenzymes scavenger 过氧化氢酶过氧化氢酶 (CAT)(CAT)、过氧化物酶、过氧化物酶 （PODPOD）H H2 2O O2 2 降解降解 清除清除 非酶性清除剂非酶性清除剂 non-enzyme scavengernon-enzyme scavenger V VE E、V VA A、V VC C、半胱氨酸、谷胱甘肽、白蛋白、铜蓝蛋白、半胱氨酸、谷胱甘肽、白蛋白、铜蓝蛋白超氧阴离子降解超氧阴离子降解 清除清除超氧化物岐化酶（超氧化物岐化酶（SODSOD）糖基化酶糖基化酶 (glycosidase)(glycosidase)清除清除DNADNA氧化碱基氧化碱基 线粒体自噬线粒体自噬 mitophagymitophagy 自由基的清除（scavenge free radiMolecular mechanisms regulating mitophagy.Increases in cellular ROS lead to loss of mitochondrial membrane potential(DCm)which,in turn,signals for mitochondrial fragmentation(fission)and delivery to autophagosomes(mitophagy).Two pathways have been proposed to mediate this process:PINK1 recruits the E3 ligase parkin to damaged mitochondria,which then mediates mitochondrial fragmentation and subsequent targeting to autophagosomes in a process that involves ubiquitination of VDAC and binding to p62.Then p62 targets this complex to autophagosomes by interacting with the autophagic protein LC3.Alternatively,NIX,localized to the mitochondrial outer membrane,interacts directly with GABARAP or LC3 upon decrease of DCm,and thereby mediates the recruitment of damaged mitochondria to autophagosomes.Trends in Biochemical Sciences January 2011,Vol.36.Molecular mechanisms regulatinprimary hepatocytes28 JANUARY 2011 VOL 331 SCIENCE www.sciencemag.orgmurine liver lysatesprimary hepatocytes28 JANUARY Red,mitochondria;blue,cytoplasm;green,nucleiRed,mitochondria;blue,cytop炎症反应加剧 细胞内钙超载细胞内钙超载【发病机制发病机制】（PathogenesisPathogenesis）自由基生成增多 高能磷酸化合物缺乏低氧诱导因子的作用炎症反应加剧 细胞内钙超载【发病机制】（Pathogenes细胞内细胞内细胞内细胞内CaCa2+2+超载（超载（超载（超载（CaCa2+2+overloadoverload）概念：概念：各种原因引起的细胞内钙含量异常增多并导致细胞结构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。损伤和功能代谢障碍。2 2CaCa2+2+离开胞液的途径离开胞液的途径CaCa2+2+泵、泵、NaNa+-Ca-Ca2+2+交换、交换、CaCa2+2+-H-H+交换。交换。（一）细胞内（一）细胞内CaCa2+2+稳态调节稳态调节 1 1CaCa2+2+进入胞液途径进入胞液途径 质膜钙通道质膜钙通道质膜钙通道质膜钙通道 电电 压压 依依 赖赖 性性 CaCa2+2+通通 道道（VOCVOC）受受 体体 操操 纵纵 性性 CaCa2+2+通通 道道（ROCROC）细胞内钙库释放通道细胞内钙库释放通道细胞内钙库释放通道细胞内钙库释放通道细胞内Ca2+超载（Ca2+overload）Na Na+-Ca -Ca 2+2+载体载体Ca2+2+B Pr线粒体线粒体内质网内质网Ca 2+2+Ca 2+2+Ca2+泵Ca2+Ca2+Ca2+e：10-3MCaCa2+2+ii：1010-7-7M MVOCROCCa 2+的的稳态调节Na+-Ca 2+载体Ca2+B Pr线粒体内质网Ca（二）钙超载产生（二）钙超载产生（calcium overload production)calcium overload production)1.1.细胞膜通透性增加细胞膜通透性增加（membrane permeability increasemembrane permeability increase）缺血缺血 胞膜外板与糖被分离胞膜外板与糖被分离 胞膜通透性胞膜通透性 膜磷脂降解膜磷脂降解 激活激活PLAPLA2 2 胞内胞内CaCa2+2+微管和微丝收缩微管和微丝收缩 细胞膜通透性细胞膜通透性 细胞间紧密连接破坏细胞间紧密连接破坏 再灌注再灌注 CaCa2+2+大量进入细胞内大量进入细胞内 OFR OFR 细胞膜脂质过氧化细胞膜脂质过氧化 细胞膜通透性细胞膜通透性 CaCa2+2+超载超载超载超载 （二）钙超载产生（calcium overload prod2.Na2.Na+-Ca-Ca2+2+交换异常（交换异常（disorder of Nadisorder of Na+/Ca/Ca2+2+exchange exchange）缺血缺血 胞内胞内pH pH 再灌注再灌注 NaNa+-H-H+交换交换 胞内胞内NaNa+Na Na+-Ca-Ca2+2+交换交换 细胞外细胞外CaCa2+2+内流内流 钙超载钙超载钙超载钙超载 3.3.线粒体损伤线粒体损伤（mitochondrial injurymitochondrial injury）胞内游离钙胞内游离钙 ROS ROS 线粒体膜损伤线粒体膜损伤 ATPATP生成生成 钙泵活性钙泵活性2.Na+-Ca2+交换异常（disorder of NaGG蛋白蛋白-磷脂酶磷脂酶C IPC IP3 3 内质网内质网CaCa2 2通道开放通道开放 CA CA 受体受体DG DG 激活激活PKC NaPKC Na+-H-H+交换、交换、NaNa+-Ca-Ca2+2+交换交换 钙超载钙超载钙超载钙超载 胞浆胞浆CaCa2+2+受体受体CA LCA L型钙通道开放型钙通道开放 4 4儿茶酚胺增多（儿茶酚胺增多（CA increaseCA increase）G蛋白-磷脂酶C IP3 定义定义12 Na2 Na+/Ca/Ca2+2+交换异常交换异常4.4.儿茶酚胺增多儿茶酚胺增多3 3 活性氧产生增加活性氧产生增加定义12 Na+/Ca2+交换异常4.儿茶酚胺增多3 活性（三）钙超载引起细胞损伤的机制（三）钙超载引起细胞损伤的机制1 1线粒体功能障碍线粒体功能障碍线粒体内线粒体内CaCa2+2+线粒体内磷酸钙沉积线粒体内磷酸钙沉积 ATPATP2 2激活钙依赖性降解酶激活钙依赖性降解酶 胞内胞内CaCa2+2+PLA PLA2 2激活激活 膜磷脂水解和受损膜磷脂水解和受损 蛋白酶、核酸内切酶激活蛋白酶、核酸内切酶激活 细胞损伤细胞损伤3 3促进氧自由基生成促进氧自由基生成 XD XD 损害组织细胞损害组织细胞钙超载钙超载 激活激活CaCa2+2+依赖性蛋白酶依赖性蛋白酶 环加氧酶、脂加氧酶环加氧酶、脂加氧酶 XO OFR XO OFR PLA PLA2 2激活激活 花生四烯酸花生四烯酸 H H2 2OO2 2和和OHOH（三）钙超载引起细胞损伤的机制2激活钙依赖性降解酶3促进炎症反应加剧炎症反应加剧 细胞内钙超载【发病机制发病机制】（PathogenesisPathogenesis）自由基生成增多 高能磷酸化合物缺乏低氧诱导因子的作用炎症反应加剧 细胞内钙超载【发病机制】（Pathogenes整合素整合素 (CD(CD1111/CD/CD18 18)、选择素、选择素(L-(L-选择素、选择素、P-P-选择素和选择素和E-E-选择选择素）、细胞间粘附分子、血管素）、细胞间粘附分子、血管细胞粘附分子及血小板内皮细细胞粘附分子及血小板内皮细胞粘附分子等。胞粘附分子等。炎炎炎炎 症症症症 反反反反 应应应应 加加加加 剧剧剧剧 (inflammatory reaction aggravation)（一）（一）中性粒细胞的作用（中性粒细胞的作用（role of neutrophils/PMNrole of neutrophils/PMN）1 1细胞粘附分子（细胞粘附分子（cell adhesion moleculescell adhesion molecules）生成增多）生成增多缺血缺血-再灌注再灌注 PMNPMN表达表达P-P-选择素选择素 与与VECVEC受体呈间歇性结合受体呈间歇性结合 不稳定黏附不稳定黏附再灌注再灌注 WBCWBC表达表达 2 2-整合素整合素 与与VEC(ICAM-1)VEC(ICAM-1)牢固黏附牢固黏附 整合素(CD11/CD18)、选择素 2 2趋化因子生成增多趋化因子生成增多PMNPMN与与VECVEC粘附粘附 PMNPMN激活激活 释放趋化因子释放趋化因子(LTB(LTB4 4)再灌注再灌注 LTLT、PGEPGE2 2、PAFPAF、补体、补体 WBCWBC聚集聚集 无复流现象无复流现象(no-reflow phenomenon)恢恢复血液灌注后，缺血区依然得不到充分血流灌注的复血液灌注后，缺血区依然得不到充分血流灌注的现象称无复流现象现象称无复流现象.3 3阻塞微循环阻塞微循环 2趋化因子生成增多无复流现象(no-reflow phenO2 TNFTNF、IL-1IL-1、IL-8 IL-8 LTsLTs、TXATXA2 2、PAFPAF 、OH OH；溶酶体酶；溶酶体酶2 2炎症反应失控炎症反应失控 WBCWBC聚集、呼吸爆发聚集、呼吸爆发 胞内胞内NF-NF-B B活化活化 心肌细胞损伤、坏死心肌细胞损伤、坏死 炎症介质合成与释放炎症介质合成与释放血管通透性血管通透性 炎症介质炎症介质WBCWBC介导缺血介导缺血介导缺血介导缺血-再灌注损伤的机制再灌注损伤的机制再灌注损伤的机制再灌注损伤的机制1 1血液流变学的作用血液流变学的作用 WBC WBC体积大、变形能力体积大、变形能力、粘附、粘附 嵌顿和堵塞嵌顿和堵塞 加重缺血加重缺血/缺氧缺氧 O2TNF、IL-1、IL-8 2炎症Figure 1 Chronology of blood circulation and cerebral expression of cytokines,lymphocyte infiltrationand brain infarct growth after mild to moderate brain ischemia.Treg cells prevent delayed lesionexpansion in an IL-10dependent manner.They also temper the proinflammatory cytokine burststarting early time points after ischemia.Injection of IL-10 in the brain reduces infarct volume.TNF-,tumor necrosis factor-;IFN-,interferon-.Regulatory T cells protect the brain after strokeVOLUME 15 NUMBER 2 FEBRUARY 2009 NATURE MEDICINE （二二）调调节节性性T T细细胞胞的的作作用用（role role of of regulatory regulatory T T cellscells）Figure 1 Chronology of blood cTreg cells reduce the early invasion of neutrophils into the brain and the activation of invading T cells(a,b)Topographic map of five accumulated brain sections and representative histological section 24 h after MCAO showing myeloperoxidase-positive(MPO+)neutrophilic granulocytes predominantlylocated in the necrotic area and the border of the ischemic zone.(c,d)Topographic map and representative histological section of CD3+T lymphocytes invadingthe ischemic brain 5 d after MCAO.(e)Immunohistochemical sections showing Treg cells predominantly in the peri-infarct area.Arrows indicate Foxp3+Treg cells.abcdeInfarctareaInfarctarea50 m80 m40 m100 mTreg cells reduce the early inIpsilateralContralateralMicroglia are activated after ischemia,are the main source of cerebral TNF-a and are more abundant in brains of Treg celldepleted mice.Statistical analysis of counted IBA-1+cells in ipsilateral and contralateral regions in control(PBS)and Treg celldepleted mice(anti-CD25)at 24 h and 5 d after MCAO induction.*P 0.01.IpsilateralContralateralMicrog炎症反应加剧 细胞内钙超载【发病机制发病机制】（PathogenesisPathogenesis）自由基生成增多 高能磷酸化合物缺乏高能磷酸化合物缺乏低氧诱导因子的作用炎症反应加剧 细胞内钙超载【发病机制】（Pathogenes 1氧化磷酸化脱偶联再灌注 线粒体损伤 氧化磷酸化脱偶联 ATP2高能磷酸化合物缺乏再灌注 腺苷、肌苷、次黄嘌呤等被冲掉 高能磷酸化合物的底物高能磷酸化合物缺乏高能磷酸化合物缺乏 (lack of(lack of high-energy phosphate compound)Ca2+2高能磷酸化合物缺乏高能磷酸化合物缺乏(lack of64一系列生化改变一系列生化改变缺血缺血/缺氧缺氧细胞能量胞能量储备耗竭耗竭Na+/K+泵衰竭衰竭酸中毒酸中毒细胞膜去极化胞膜去极化电压控制控制钙通道开放通道开放谷氨酸谷氨酸释放放细胞内胞内Ca2+浓度升高度升高激活激活脂脂酶NMDA，AMPA及代及代谢性受体激活性受体激活NO合成合成酶NO自由基生成自由基生成蛋白蛋白酶核酸内切核酸内切酶细胞死亡胞死亡再灌注再灌注ABCD图例例:A:钙离子拮抗离子拮抗剂B:谷氨酸谷氨酸释放抑制放抑制剂C:NMDA及非及非NMDA受体拮受体拮抗抗剂D:自由基清除自由基清除剂炎症炎症64一系列生化改变缺血/缺氧细胞能量储备耗竭Na+/K+泵衰炎症反应加剧 细胞内钙超载【发病机制发病机制】（PathogenesisPathogenesis）自由基生成增多 高能磷酸化合物缺乏低氧诱导因子的作用低氧诱导因子的作用炎症反应加剧 细胞内钙超载【发病机制】（Pathogenes低氧诱导因子的作用低氧诱导因子的作用(role of hypoxia-inducibe factor)(role of hypoxia-inducibe factor)低氧诱导因子的作用(role of hypoxia-induBefore HIF-1 was found,HRE had been identified in the 3-enhancer region of the erythropoietin gene,whose transcription is up-regulated by more than 100-fold by severe hypoxia.Semenza and Wang defined a binding site critical for the hypoxia-inducible function,which involves a transcription factor induced by hypoxia.DISCOVERY OF HIF-1DISCOVERY OF HIF-1STRUCTURE OF HIF-1STRUCTURE OF HIF-1脑缺血缺氧的病理生理及研究进展解析课件Fig.2.Structures of the Hif1 gene and HIF-1 protein.The Hif1 gene is composed of 15 exons and 14 introns.HIF-1 protein possesses a basic helix-loop-helix(bHLH)and a PER-ARNT-SIM(PAS)domain,which are involved in HRE-binding and dimerization with ARNT.Its C-terminal contains two transacting domains(TAD)and a nuclear localization signal(NLS).The oxygen-dependent degradation domain(ODDD)contains two proline residues(P402 and P564),targeted by prolyl hydroxylases,and a lysine residue(K532),targeted by ARD1 acetyl transferase.Fig.2.Structures of the Hif1Correlated background HIF-1 (hypoxia-inducible factor-1)pVHL (von Hippel-Lindau)EGLN(Egl-nine:egg laying nine)Semenza and Wang(1992)identified originally HIF-1 by its binding to a hypoxia response element in the human(EPO)gene.Maxwell et al.(1999)were the first to show that ubiquitination and proteasomal degradation of HIF-1 requires the pVHL,the substrate recognition subunit for an E3 ubiquitin ligase.Ivan et al.and Jaakkola et al.(2001)two laboratories simultaneously reported that oxygen-dependent hydroxylation of a conserved proline residue in HIF-1 was critical for mediating its interaction with pVHL.Epstein et al.(2001)identified the HIF prolyl hydroxylase in C.elegans and provided evidence for a related family of enzymes in humans:EGLN1,EGLN2,EGLN3 Correlated background脑缺血缺氧的病理生理及研究进展解析课件脑缺血缺氧的病理生理及研究进展解析课件脑缺血缺氧的病理生理及研究进展解析课件脑缺血缺氧的病理生理及研究进展解析课件脑缺血缺氧的病理生理及研究进展解析课件脑缺血缺氧的病理生理及研究进展解析课件Figure 1.Simplified schematic modelof oxygen sensing and HIF regulation.Under hypoxic conditions,HIF-1 isstabilized,undergoes modifications,translocates into the nucleus,recruitscofactors,and activates gene expression.Under normoxic conditions,theODD domain of HIF-1 is hydroxylatedby oxygen-dependent prolyl hydroxylases(targeting HIF-1 forpVHL-mediated proteolytic destruction)and the carboxyl-terminal TAdomain is hydroxylated by an oxygendependentasparaginyl hydroxylase(blocking the interaction with theCBP/p300 coactivator).For details.see text.bHLH,basic helix-loop-helix;HBS,HIF-1 binding site;HRE,hypoxiaresponse element;ODD,oxygen-dependentdegradation;OH,hydroxylation;P,phosphorylation;PAS,Per-AhR/ARNT-SIM;TA trans-activation;Ub,ubiquitin.CELLULAR ADAPTATIONFigure 1.Simplified schematic脑缺血缺氧的病理生理及研究进展解析课件脑缺血缺氧的病理生理及研究进展解析课件治治 疗疗病因治病因治疗药物治物治疗外科治外科治疗治 疗病因治疗 病因治疗病因治疗控制血压；控制血压；降低血糖；降低血糖；降低血液粘稠度；降低血液粘稠度；控制心律失常、稳定心脏功能；控制心律失常、稳定心脏功能；防止颈部过度活动。防止颈部过度活动。病因治疗脑血管血管扩张剂及及扩容容剂抗血小板聚集抗血小板聚集剂抗凝治抗凝治疗钙离子拮抗离子拮抗剂 药物治疗药物治疗 药物治疗 适用于经血管造影证实颈部血管动适用于经血管造影证实颈部血管动脉硬化斑块引起明显狭窄或闭塞者。脉硬化斑块引起明显狭窄或闭塞者。手术方法手术方法：颈动脉内膜剥离修补术。颈动脉内膜剥离修补术。颅内颅外血管吻合术。颅内颅外血管吻合术。手术治疗手术治疗 适用于经血管造影证实颈部血管动手术治疗1.1.缩短缺血时间，尽早恢复血流缩短缺血时间，尽早恢复血流2.2.低压、低流、低温、低低压、低流、低温、低pHpH、低钠、低钙液灌流、低钠、低钙液灌流3.3.清除活性氧清除活性氧4.4.钙拮抗剂的使用钙拮抗剂的使用 5.5.抗白细胞疗法抗白细胞疗法 6.6.补充能量及促进能量生成补充能量及促进能量生成7.7.启动细胞内源性保护机制启动细胞内源性保护机制 防防 治治 原原 则则1.缩短缺血时间，尽早恢复血流防 治 原 则血液的凝固和溶解血液的凝固和溶解凝凝 血血 系系 统纤 溶溶 系系 统内源性FaF外源性FF凝血酶纤维蛋白蛋白纤溶酶原纤溶酶纤溶酶原激活抑制酶(PAI)纤维蛋白溶蛋白溶解解产物物a凝血酶原纤溶酶原激活酶(PA)uPAR尿激酶纤溶酶原激活酶(u-PA)纤维蛋白原蛋白原T-PA血液的凝固和溶解凝 血 系 统纤 溶 系 统内源溶栓溶栓治治疗的适的适应症症病人从发病到接受治疗的间隔时间病人从发病到接受治疗的间隔时间6Hs头颅头颅CT检查没有出血或明显缺血灶检查没有出血或明显缺血灶年龄年龄 80岁岁溶栓治疗的适应症病人从发病到接受治疗的间隔时间6Hs溶栓药物溶栓药物一）静脉溶栓一）静脉溶栓 rtPA总量总量0.85mg/kg,其中其中10%静推大于静推大于10分钟，余量一小时内滴完。分钟，余量一小时内滴完。二）动脉溶栓二）动脉溶栓要根据血栓溶解情况而定，一般小于要根据血栓溶解情况而定，一般小于mg。三）动静脉联合溶栓三）动静脉联合溶栓、确诊后，、确诊后，rtPA总量为总量为0.85 mg/kg,其中其中50%静滴；静滴；、动脉溶栓余、动脉溶栓余rtPA 视情况决定用量，一般小于视情况决定用量，一般小于mg。溶栓药物一）静脉溶栓二）动脉溶栓急急 性性 期期 治治 疗疗溶栓溶栓栓体舒栓体舒(rt-PA)降降纤蛇毒制蛇毒制剂抗凝抗凝肝素、低分子肝素、肝素、低分子肝素、华法令法令抗血小板活性抗血小板活性-阿司匹林、阿司匹林、噻氯匹定、波力匹定、波力维关于关于脑保保护必存，恩必普必存，恩必普控制血控制血压-血管血管紧张素素转换酶抑制抑制剂ACEI类,血管血管紧张素素受体阻止受体阻止剂ARB类等等减减轻缺血性水缺血性水肿防止并防止并发症症急 性 期 治 疗溶栓 栓体舒(rt-PA)康康 复复 期期 治治 疗疗继续改善改善脑循循环，促，促进脑代代谢治治疗治治疗各种各种诱发病：高血病：高血压、糖尿病、糖尿病、高脂血症等高脂血症等加加强瘫肢功能肢功能训练，提高生存，提高生存质量。量。康 复 期 治 疗继续改善脑循环，促进脑代谢治疗 复习思考题1何何谓脑缺血？缺血？2脑缺血缺血/缺氧的病理生理机制？缺氧的病理生理机制？复习思考题1何谓脑缺血？脑缺血缺氧的病理生理及研究进展解析课件