(精品)病理生理第十三章

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,(,ischemia-reperfusion injury),蚌 埠 医 学 院 病 理 生 理 学 教 研 室,缺血-再灌注损伤,1,缺血-再灌注损伤,一、概念,二、原因,三、发生机理,四、重要器官的缺血-再灌注损伤,五、防治原则,2,一、概念,组织、细胞经历一段时间缺血后重新恢复血液灌注，在一定条件下，由缺血引起的机能、代谢障碍和结构损害并未得到改善，甚至进一步加重，有部分细胞由可逆性损伤转变为不可逆性损伤，这种反常现象，称为缺血-再灌注损伤。,3,影响缺血-再灌注损伤发生的因素,促 进 因 素 阻 抑 因 素,缺血时间,适当 过长或过短,侧支循环,不易形成 容易形成,需氧程度,高 低,再灌注条件,高压、高温、 低压、低温、,高钠、高钙、 低钠、低钙、,高,pH,低,pH,4,再用复钠液灌流,离体心脏灌流实验发现的几种反常现象,反 常 现 象 时间 作 者 实 验 方 法,氧反常现象,（,oxygen paradox,）,1973,Hearse,先用低氧液灌流,再用富氧液灌流,钙反常现象,（,calcium paradox）,1966,Zimmerman,无钙液灌流2,min,后,改用含钙溶液灌流,1990,Bond,再灌时用相对偏碱,pH,反常现象,（,pH paradox）,的灌流液灌流,1986,Blokhuijzen,先用低钠液灌流,钠反常现象,（,natrium,paradox）,5,二、原因,器官移植,断肢再植,新疗法,新技术,某些病,理过程,缺血性,疾 病,缺血-再灌,注 损 伤,6,三、发生机理,1.自由基的作用,2.细胞内钙超载,3.白细胞的作用,7,三、发生机理,1.自由基的作用,什么是自由基（,free radical),是指在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。,如：,H、CL、CH,3,、OH、 RO 、,O,2,、,O,2,、NO,等。,8,体内重要的自由基,氧自由基,（,oxygen free radical ）,是指由氧衍生的自由基,. 超氧阴离子自由基,（O,2,，,superoxide,anion free,radecal,）,.,羟自由基,（,OH ，,hydroxy,free radical ）,.,一氧化氮,（,NO,，,nitric oxide）,O,2, NO ONOO,（过氧亚硝酸阴离子，,peroxynitrite,）,.氧分子,（,O,2,）,9,半衰期长，不属于氧自由基。,单线态氧（书写为,1,O,2,),（,singlet oxygen,）,两,个外层轨道,，,一个电子发生反向自旋改变,外层轨道两电子自旋方向相反,在,紫外光谱,中,呈现一条直线,Sigma,单,线态氧(,1,g,O,2,),两,个不配对电子，占据两个相邻轨道。,半衰期短， 属于氧自由基。,delta,单线态氧(,1,g,O,2,),两个电子在同一轨道上，不含不配对电子。,10,O,2,OH, NO,O,2,1,gO,2,1,g,O,2,H,2,O,2,氧自由基 非氧自由基,活性氧,（,reactive oxygen）,是一类由氧形成的、化学性质较基态氧,活泼的含氧代谢物质。,11,体内重要的自由基,脂质,自由基,（ lipid free radical，L,）,是指氧自由基与多价不饱和脂肪酸作用后,生成的中间代谢产物，如：,.脂质,自由基,（,lipid free radical,，,L,）,.脂,氧自由基,（,lipid oxygen free radical,，,L,O,）,.脂,过氧自由基,（,lipid,peroxy,free radical,，,L,OO,）,12,氧自由基与活性氧生成增多的机制,. 线粒体功能障碍,. 儿茶酚胺增加,O,2,的生成,. 黄嘌呤氧化酶系统活性增强,. 中性粒细胞“呼吸爆发”,H,2,O,2,的生成,OH,的生成,1,O,2,的生成,13,缺,血,再 灌 注,ATP,ADP,AMP,腺,嘌呤核苷,次黄嘌呤核苷,次黄嘌呤,XO,黄嘌呤氧化酶（,XO）,黄嘌呤脱氢酶（,XD）,钙结合蛋白,Ca,2+,O,2,尿酸+,O,2,+H,2,O,2,黄嘌呤+,O,2,+H,2,O,2,黄嘌呤氧化酶途径,14,NADPH,NADP,+,O,2,N,A,D,P,H,氧,酶,化,中性粒细胞“呼吸爆发”,O,2,15,“呼吸爆发” （,respiratory burst）,氧爆发（,oxygen burst,）,中性粒细胞被激活时，耗氧量显著增加，所摄取的氧绝大部分经细胞内的,NADPH,氧化酶和,NADH,氧化酶的作用产生大量氧自由基，这一过程称为呼吸爆发。,16,超氧阴离子形成后，通过进一步单电子还原,生成,H,2,O,2,。,O,2,+ O,2,+,2,H,+,H,2,O,2,+,O,2,（,superroxide,dismutase, SOD）,超氧化物歧化酶,过氧化氢的生成,SOD,自发歧化,17,O,2,+ H,2,O,2,O,2,+OH + OH,.单纯型,Haber-Weiss,反,应,O ,2,+ H,2,O,2,O,2,+,OH,+,OH,.,铁催化的,Fenton,型,Haber-Weiss,反,应,Fe,3+,+ O,2,Fe,2+,+ O,2,Fe,2+,+ H,2,O,2,Fe,3+,+,OH,+OH,羟自由基的生成,Fe,3+,18,单线态氧的生成,.髓过氧化物酶(,myelo-peroxidase,MPO,),的催化,CL,+H,2,O,2,MPO,H,2,O+OCL,OCL,+H,2,O,2,CL,+H,2,O +,1,O,2,.,ROO ,相互作用,ROO, +,ROO ROOR +,1,O,2,.,O,2,岐化反应,O ,2,+ O ,2,+ 2,H,+,1,O,2,19,自由基的损伤作用,膜脂质过氧化增强,（,lipid,peroxidation,）,.破坏膜的正常结构,.间接膜蛋白功能,.促进自由基及其他生物活性物质生成,.减少,ATP,生成,抑制蛋白质的功能,破坏核酸及染色体,20,H,2,O,LH,OH,L,L,LOO ,O,2,LOO ,L,H,LOOH,L,膜的脂质过氧化反应,细胞膜磷脂的多聚不饱和脂肪酸受到氧自基的攻击,依赖于铁的脂质过氧化,LOOH,Fe,2+,LO ,OH,Fe,3+,LOOH,Fe,3+,LOO ,H,+,Fe,2+,2 LOOH,LO ,LOO ,H,+,OH,Fe,3+,21,破坏膜的正常结构,膜的脂质过氧化,膜不饱和脂肪酸减少,不饱和脂肪酸蛋白质比例失调,膜的液态性降低,流动性降低,通透性增加,22,间接抑制膜蛋白功能,膜脂质过脂化,膜液态性降低,细胞信号转导功能抑制,信号分子流动,受体、,G,蛋白、,效应器偶联,Na,+,i、,Ca,2+,i,膜脂质交联、聚合,钠泵、,钙泵、,Na,+,/ Ca,2+,交换蛋白,23,促进自由基和其它生物活性物质生成,膜脂质过氧化,激活磷脂酶,C、D,膜磷脂降解,催化花生四烯酸代谢,自由基、前列腺素、,白三烯、血栓素生成,24,减少,ATP,生成,线 粒 体 膜,脂质过氧化,线粒体功能抑制,ATP,产生减少,25,抑制蛋白质的功能,. 损伤,膜离子通道蛋白损伤,肌纤维收缩蛋白损伤,肌浆网钙转运蛋白损伤,. 机理,细胞结构蛋白和酶的巯基氧化形成二硫键,蛋白质氨基酸的残基氧化,胞浆蛋白、膜蛋白及某些酶交联,26,自由基对膜的损伤,27,破坏核酸及染色体,. 损伤,染色体畸变、 细胞死亡,.机理,OH, 与脱氧核糖核酸、碱基反应,碱基羟化、,DNA,断裂,28,三、发生机理,2.细胞内钙超载,什么是细胞内钙超载,在缺血- 再注损 损伤、氧 反常、钙反常,及,pH,反常时，胞浆钙浓度异常增加，而且钙,浓度升高的程度往往与细胞结构损伤和功能,代谢障碍的程度呈正相关，这种现象称为钙,超载,（,calcium overload）,。,维持细胞内外钙稳态的机制,29,维持细胞内外钙稳态的机制,Ca,2+,Ca,2+,受体依赖,性钙通道,电压依赖,性钙通道,10,7,M,10,3,M,Ca,2+,ATP,ADP,钙泵,Na,+,- Ca,2+,交换蛋白,Ca,2+,进入胞液的途径,Ca2+,离开胞液的途径,肌质网,线粒体,Ca,2+,Na,+,30,再灌注引起细胞内钙超载的机制,Na,+,-Ca,2+,交换异常, 生物膜损伤,.细胞内, Na,+,升高,.细胞内, H,+,升高,.蛋白激酶,C（PKC）,活化,.细胞膜损伤,.线粒体膜及肌浆网膜损伤,31,细胞内, Na,+,升高引起钙超载的机理,ATP,Na,+,K,+,Na,+,Na,+,Ca,2+,Ca,2 +,32,细胞内,H,+,升高引起钙超载的机理,Na,+,H,+,Na,+,Na,+,Ca,2+,Ca,2 +,H,+,H,+,33,H,+,Na,+,3,Na,+,Ca,2+,PKC,Ca,2+,Ca,2+,肌浆网,肌 丝,1,GP,PLC,PIP,2,DG,IP,3,蛋白激酶,C（PKC）,活化,去甲肾上腺素,1,34,儿茶酚胺,1,受体,受体,L-,型钙通道开放,， Ca,2+,内流,钙通道拮抗剂能阻断,Ca,2+,内流,35,. 细胞膜损伤,细胞膜外板与糖被膜（,glycocalyx,）,分离,正常时，由,Ca,2+,紧密联结在一起,无钙液灌流后，二者分离，通透性增加,磷脂酶激活，膜磷脂降,氧自由基，引起膜脂质过氧化,36,. 线粒体及肌浆网膜膜损伤,线粒体膜损伤,能量生成不足，钙泵功能降低,肌浆网膜损伤,钙泵功能抑制,37,钙超载引起缺血-再灌注损伤的机制,线粒体功能障碍,缺血-再灌注性心律失常,促进氧自由基生成,激活多种酶,肌原纤维过度收缩,38,线粒体功能障碍,刺激线粒体钙泵摄钙，耗能增加,形成磷酸钙沉积，干扰氧化磷酸化,缺血-再灌注性心律失常,激活,Na,Ca,2+,交换蛋白,形成一过性内向离子流,促进氧自由基生成,Ca,2+,依赖性蛋白酶活性,加速黄嘌呤脱氢酶转变为黄嘌呤氧化酶,39,Ca,2+,ATP,酶,ATP,磷 脂,分 解,膜和骨架,蛋白破坏,染色体,损 伤,磷脂酶,蛋白酶,核 酶,线粒体,肌浆网,激活多种酶,40,.表现,肌原纤维不可逆性过度缩短,细胞骨架损伤,心肌纤维断裂,. 机理, 重新获得能量供应, 缺血期堆积的,H,+,迅速移出,肌原纤维过度收缩,41,三、发生机理,3.白细胞的作用,白细胞聚集和激活,细胞膜磷脂降解，释放,大量趋化因子,如白三烯、血小板活化因子、补体、激肽等,激活的中性粒细胞，释放炎症介质，有趋化作用,如白介素-1等,细胞粘附分子,（cell adhesion,moleculels, CAM ）,42,.什么是,是指则由细胞合成的、可促进细胞与细胞之,间以及细胞与细胞外基质之间粘附的一大类分子,的总称。,.种类,白细胞整合素家族,白细胞功能相关抗原（,LFA-1，CD,18,CD,11a,）,巨噬细胞分化抗原-1（,Mac-1, CD,18,/CD,11b,）,糖蛋白150/95（,GP150/95, CD,18,/CD,11c,）,43,选择素家族,L-,选择素（,leucocyte-selectin,）,E-,选择素（,endothelium-,selectin,）,P-,选择素 （,platelet-,selectin,）,免疫球蛋白超家族,细胞间粘附分子（,ICAM-1，ICAM-2）,血管细胞粘附分子-1（,VCAM-1）,血小板-内皮细胞粘附分子（,PECAM-1）,44,白细胞在缺血-再灌注损伤中的作用,微血管损伤, 细胞损伤,. 自由基,. 溶酶,. 细胞因子,. 血液流变学变化,. 微血管口径的变化, . 微血管壁通透性增高,45,. 血液流变学变化, 中性粒细胞 “滚动”、粘附, 血小板粘附、聚集, 红细胞变形能力降低、缗钱状迭连, 血浆粘滞性增高,46,. 微血管口径的变化,血管内皮细胞肿胀,ATP,不足，钠泵功能降低,微血管收缩,血管内皮细胞、中性粒细胞释放内皮素,血管紧张素、血栓素,A,2,等,微血管受压,缺血细胞肿胀，压迫微血管,47, . 微血管壁通透性增高,自由基损伤,中性粒细胞粘,细胞间质水肿,中性粒细胞进入细胞间隙,48,再灌注,缺血后重新恢复血流，部分缺血区并,不能得到充分的血液灌流，称为无复流现,象（,no-reflow phenomenon）。,无复流现象,血管,口径,血 液,粘滞性,微血管壁,通 透 性,49,.产生和释放自由基,中性粒细胞激活、内皮细胞损伤,.释放溶酶,弹性硬蛋白酶、胶原酶和明胶酶作用最大，,几乎能降解基质中所有成分。,.,产生和释放,细胞,因子,实验研究发现，大鼠的下肢缺血-再灌注时，,IL-1、TNF,和,IL- 6,都显著增加。,50,四、重要器官的缺血-再灌注损伤,1.心脏缺血-再灌注损伤,2.脑缺血-再灌注损伤,3.其它器官缺血-再灌注损伤,51,四、重要器官的缺血-再灌注损伤,1.心脏缺血-再灌注损伤,心功能的变化,再灌注性心律失常,.,影响因素,.,发生机理,心肌顿抑,.,什么是心肌抑顿,.,发生机理,52,.,影响因素,再灌前心肌缺血的时间,缺血心肌的数量和缺血程度,必须有功能上可以恢复的心肌细胞,再灌注条件（速度、压力、温度等）,电解质紊乱,53,.发生机理,钙反常,Ca,2+,内流，出现持续性内向电流，形成延,迟后除极，传导减慢，心律失常。,心肌动作电位时程的不均一性,缺血区、缺血边缘区动作电位恢复不一致,再灌注时，细胞外的,K,+,、,乳酸等被冲走。,54,夹闭狗的冠状动脉15,min，,并未引起心肌坏,死，但再灌注血流恢复正常后，心肌收缩功能,抑制可持续12,h。,Braunwald,和,Kloner,首先用,心肌顿抑,（,myocardial stunning）,一词来描述,这一现象。,心肌顿抑,55,心肌顿抑的发生机理,肌原纤维,过度收缩,收缩蛋,白损伤,线粒体,损 伤,心肌顿抑,缺血再灌注,膜脂质过氧化,磷 酸 钙 沉 积,自由基,钙超载,钙超载,56,心肌代谢变化,缺血期,ATPCP,合成减少,ADP,AMP,ATP,降解增加,再灌注期,ATP CP ,线粒体损伤,ADPAMP,ATP、CP,不足,再灌注冲洗作用,57,心肌超微结构的变化, 细胞膜破坏,线粒体肿胀、嵴断裂、溶解、空泡形成、,基质内致密颗粒增多,肌原纤维断裂、节段性溶解、出现收缩带,心肌出血、坏死,58,四、重要器官的缺血-再灌注损伤,2.脑缺血-再灌注损伤,细胞代谢的变化,缺血期,ATP、CP、,葡萄糖、糖原，乳酸,cAMP、cGMP,、,膜磷脂降解,再灌期,cAMP、cGMP,兴奋性递质、抑制性递质,59,四、重要器官的缺血-再灌注损伤,脑电图的变化,病理性慢波,组织学变化,脑水肿,脑细胞坏死,60,五、防治原则,61,五、防治原则,1.尽早恢复血液灌流,2.控制再灌注条件,低压、低流、低温等,3.改善缺血组织的代谢,补充糖酵解底物、补充能量、改善线粒体氧化磷酸化（氢醌、细胞色素,C）,4.清除自由基,62,酶性清除剂,存在于细胞脂质部分的自由基清除剂,存在于细胞内外水相中的自由基清除剂,超氧化物歧化酶,过氧化氢酶,谷胱甘肽过氧化物酶,低分子清除剂,其它,63,超氧化物歧化酶,（,superoxide,dismulase, SOD,）,CuZnSOD,在细胞浆内,MnSOD,在线粒体内,催化两个分子,O ,2,发生岐化反应,O,2,+ O,2,+ 2H,+,SOD,H,2,O,2,+ O,2,超氧化物歧化酶,64,过氧化氢酶,过氧化氢酶,（,catalase,CAT,，,触酶）,主要存在于细胞的过氧化氢体内,可清除过氧化氢,2,H,2,O,2,CAT,2H,2,O + O,2,65,谷胱甘肽过氧化物酶,（,glutathione,peroxidase, GSH-,px,）,主要存在于胞浆和线粒体内,能清除过氧化氢、过氧化脂质,H,2,O,2,+ 2GSH,GSH-,px,GSSG+ 2H,2,O,ROOH+2GSH,GSH-,px,GSSG + ROH+H,2,O,2R,+ 2GSH,GSH-,px,GSSG + RH,谷胱甘肽过氧化物酶,66,存在于细胞脂质部分的自由基清除剂,.维生素,E,还原,O,2,、,1,O,2,、脂质自由基,.维生素,A,清除,O,2,、抑制脂质过氧化,存在于细胞内外水相中的自由基清除剂,.维生素,C,同维,E，,并协助维持,VE,活性,.还原型谷胱甘肽（,GSH）,低分子清除剂,67,五、防治原则,羟自由基清除剂,二甲亚砜、甘露醇,黄嘌呤氧化酶抑制剂,别嘌呤醇,中药,丹参、绞股兰、人参,其它清除剂,68,五、防治原则,5.减轻钙超载,钙拮抗剂(,calcium antagonist ),钙通道阻滞剂(,calcium channel blocker),Na,+,/Ca,2+,交换 和,Na,+,H,+,交换抑制剂,6.抑制白细胞粘附、聚集,抗白细胞整合素抗体、抗选择素抗体,抑制细胞粘附分子表达,7.细胞保护剂,69,五、防治原则,8.启动内源性抗损伤机制,Murry,于,1986年实验发现，狗心肌经历短暂缺血后，对随后持续、严重的缺血有保护作用，能限制心肌梗塞范围、增加心肌收缩力及防止再灌注心律失常的发生，他首先将此现象称为,缺血预适应,（,ischemic preconditioning, PC,）,。,70,再见！,谢谢！,71,