缺血-再灌注损伤Ischemia-reperfusioninjury

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,*,缺血-再灌注损伤,Ischemia-reperfusion injury,缺血-再灌注损伤,Ischemia-reperfusion injury,第一节 概述,一、概念,缺血的基础上恢复血流后，组织器官 的损伤反而加重的现象称为缺血-再灌注损伤ischemia reperfusion injury（IRI）,。,IRI研究概况：,1955年 Sewell报道，结扎狗冠脉后，如突,然解除结扎恢复血流，部分动物立,即发生室颤而死亡。,1960年 Jennings第一次提出了MIR概念,1968年 Ames率先报道了脑IRI,1972年 Flore 肾IRI,1978年 Modry 肺IRI,1981年 Greenberg 肠IRI,氧反常：,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，这种现象称为氧反常oxygen paradox。,钙反常：,预先用无钙溶液灌流大鼠离体心脏2分钟，再用含钙溶液进行灌流，心肌细胞酶释放增加，肌纤维过度收缩及心肌电信号异常，称为钙反常calcium paradox。,pH反常：,缺血引起的代谢性酸中毒是细胞功能及代谢紊乱的重要原因，但在再灌注时迅速纠正缺血组织的酸中毒，反而会加重缺血/再灌注损伤，称为pH反常pH paradox。,二 缺血-再灌注损伤的原因和条件,（一）原因,在组织器官缺血基础上的血液再灌注。,1、组织器官缺血后恢复血液供应：,如休克，冠状动脉痉孪的缓解，,2、血管再通术后：冠脉搭桥术，PTCA，溶栓疗法等,3、其他：断肢再植，器官移植.,（二）影响因素,1 缺血时间,2 侧枝循环,3 需氧程度,4 再灌注条件,第二节 发生机制,一、自由基的作用,（一）概念与分类,自由基（free radical）,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。,分类,（1）氧自由基(oxygen free radical OFR),概念：由氧诱发的自由基。,种类：,超氧阴离子（O,-,2,）羟自由基（OH）,生成：,O,-,2,形成：,自然氧化 如CytC、Hb、Mb、CA等在自然,氧化过程中可生成O,-,2,HbFe,2+,HbFe,3+,+O,-,2,酶氧化 XO、NADPH氧化酶、醛氧化酶,线粒体,O,-,2,生成的主要场所之一,正常,:O,2,+4e+4H,+,H,2,O+ATP,病理,:,O,2,+e,O,-,2,+e+2H,+,H,2,0,2,+e+H,+,OH,+e+H,+,H,2,0,毒物作用 CCL,4,、白草枯（除草剂）,O,-,2,的生成是其他自由基或活性氧生成的基础,H,2,0,OH的生成,O,-,2,+O,-,2,+2H,+,H,2,O,2,+O,2,单纯性Haber-Weiss反应：反应很慢，很难产生,O,-,2,+H,2,O,2,OH,+,OH+O,2,Fenton型,Haber-Weiss反应：,O,-,2,H,2,O,2,OH,+,OH,-,OH是活性氧中毒性最强的一种,SOD,SOD,Fe,2+,Fe,3+,活性氧,（reactive oxygen species,ROS）：氧化还原过程中产生的具有高活性的一系列中间产物。（OFR、,1,O,2,和H,2,O,2,）,单线态氧,1,O,2,：是一种激发态氧（在光敏剂存在下作用于O,2,激发而产生），反应活性较强，参与许多化学反应，可由,O,-,2,自发歧化产生，也可在髓过氧化物酶（MPO）作用下，由H,2,O,2,氧化卤化物产生。可分为两种：,1,gO,2,和,1,g,O,2,O,2,1,g,O,2,O,-,2,1,gO,2,几种氧气的最高占有分子轨道,*,2p,2p,（2）脂性自由基,概念：OFR与不饱和脂肪酸作用后生成的中间,产物。种类：烷自由基（L）烷氧基（LO）烷过氧基,（LOO）,（3）其它：,一氧化氮（NO）、C,L、CH,3,生理情况下，自由基的生成与清除处于动态平衡,如果ROS生成过多或机体抗氧化能力不足,，,均可造成组织细胞损伤。,（二）缺血再灌注时OFR增多的机制,1 黄嘌呤氧化酶形成,2 中性粒细胞呼吸爆发,3 线粒体的损伤,4 儿茶酚胺的自身氧化,1 黄嘌呤氧化酶（XO）的形成增多,XO的作用：,次黄嘌呤+O,2,XO,黄嘌呤+,O,-,2,+H,2,O,2,XO,尿酸+,O,-,2,+H,2,O,2,氧自由基的生成需要三个条件：,XO,次黄嘌呤,O,2,OH,正常时：,VEC内,黄嘌呤氧化酶(xanthine oxidase,XO)10%,黄嘌呤脱氢酶(xanthine dehydrogenase,XD),90%,缺血时：ATPCa,2+,入胞 ,ATPADPAMP腺苷、肌苷,次黄嘌呤,再灌注时：带来,O,2,次黄嘌呤+O,2,黄嘌呤+,O,-,2,+H,2,O,2,XO,尿酸+,O,-,2,+H,2,O,2,XD,XO,XO,O,2,2中性粒细胞的作用,缺血时:补体激活或 细胞释放炎症介质如LTB,4,白细胞在缺血区浸润。,再灌时：浸润的白细胞耗氧量显著：,NADPH+2O,2,2,O,-,2,+NADP,+,+H,+,NADH+O,2,+2H,+,H,2,O,2,+NAD,+,NADPH氧化酶,NADH氧化酶,3 线粒体功能障碍,缺血后ATP 的产生Ca,2+,进入线粒体细胞色素氧化,酶的功能失调,O,2,+4e,H,2,O+ATP,O,2,+e,O,-,2,+e,H,2,0,2,+e,OH+e,H,2,0+,O,2,+e,O,-,2,Ca,2+,进入线粒体使Mn-SOD减少 清除OFR的能力,4 儿茶酚胺的增加,肾上腺素 肾上腺素红+,O,-,2,单胺氧化酶,（三）OFR的损伤作用,1、生物膜脂质过氧化（lipid peroxidation)增强,（1）破坏膜的正常结构及功能,液态性、流动性 、通透性,（2）间接抑制膜蛋白功能,离子泵功能障碍,细胞信号转导功能障碍,（3,）促进,OFR及其它生物活性物生成,激活磷脂酶C、D,（4,）减少,ATP,生成,2、蛋白质功能抑制,（1）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,（2）,自由基可使酶的巯基氧化，,AA,残基氧化,3、破坏核酸及染色体,自由基可使碱基羟化或,DNA,断裂，从而引起染色体畸变或细胞死亡，这种作用80%为,OH,.,所致，因,OH,.,易与脱氧核酸及碱基反应并使其结构改变。,4.破坏细胞间基质,自由基可使透明质酸降解、胶原蛋白发生交联 细胞间基质变得疏松,二、钙超载（calcium overload）,各种原因引起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。,正常:细胞外Ca,2+,10,-3,mol/L,细胞内Ca,2+,10,-7,mol/L,细胞外Ca,2+,是细胞内Ca,2+,10000倍,依赖ATP的钙泵,钠钾泵,Na,+,-Ca,2+,交换系统,肌浆网（SR）,钙结合蛋白（CaBP),线粒体摄取,细胞膜,细胞内,维持因素,Mito,SR,Ca2+,Ca2+,ATP,Pi+ADP,Ca2+,Ca2+B,细胞内钙代谢示意图,电压依赖性钙通道,结合于质膜糖被的钙,膜磷脂的极性头部,钙泵,Na,+,-Ca,2+,交换体,钙超载发生的机制,1 Na,+,-Ca,2+,交换异常,（,钙超载时进入细胞的主要途径）,正常：3个,Na,+,1个,Ca,2+,可进行双相转运,影响因素：,（1）,跨膜钠浓度梯度,（,2）细胞内的氢浓度,此外还有Ca,2+,ATP,Mg,2+,Ca,2+,3Na,+,K,+,Na,+,机制:,（1）细胞内高Na,+,直接激活Na,+,-Ca,2+,交换蛋白,缺血 ATPNa,+,泵细胞内Na,+,激活,Na,+,-Ca,2+,交换蛋白,Ca,2+,进入细胞,K,+,Na,+,3Na,+,Ca,2+,ATP,Na,+,Ca,2+,(2)细胞内高H,+,间接激活Na,+,-Ca,2+,交换蛋白,质膜Na,+,/H,+,交换蛋白主要受细胞内H,+,的变化调节,Na+o H,+,o,Na+i H,+,i,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+激活钠泵,激活,Na,+,-Ca,2+,交换蛋白,Na,+,H,+,3Na,+,Ca,2+,Na,+,K,+,H,+,Na,+,再灌时,H,+,H,+,Na,+,Ca,2+,缺血时,H,+,（3）PKC间接激活Na,+,-Ca,2+,交换蛋白,如1肾上腺素能受体激活G蛋白-PLC H,+,/Na,+,交换激活,2.生物膜损伤,（1）细胞膜损伤 钙内流,膜屏障作用,Ca,2+,激活磷脂酶，使膜磷脂分解,FR使细胞膜脂质过氧化,（2）线粒体受损 ATP,（3）肌浆网膜受损 摄取钙,通透性增加,钙超载引起组织细胞损伤的机制,1.,线粒体功能障碍,胞浆,Ca,2+,线粒体摄钙,早期：代偿,晚期：,磷酸钙形成,ATP消耗、生成,2.,激活膜磷脂酶,分解膜磷脂 细胞膜和细胞器膜的损伤,3.,再灌注性心律失常,一过性内向离子流,3Na,+,Ca,2+,迟后除极,4.,促进氧自由基生成,激活XO,5.,使肌原纤维过度收缩,(1)胞浆内高,Ca,2+,(2)再灌注期消除了H,+,对心肌收缩的抑制作用,三、微血管损伤和白细胞的作用,（一）缺血-再灌注时VEC与白细胞激活,VEC,激活表现为:释放多种细胞,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。在维持细胞结构完整和细胞信号转导中起重要作用。,白细胞组织浸润的机制,趋化（PAF、LTs）,粘附,初始粘附,牢固粘附,定位,释放,组织,持续的缺血缺氧,CAMs 上调,（二）VEC与中性粒细胞介导的缺血-再灌注损伤,1.微血管损伤,表现：,无复流现象（no-reflow phenomenon）,：在再,灌注时放开结扎动脉，重新恢复血流，部分缺,血区并不能得到充分的血液灌流的现象。,机制：,（,1）微血管血液流变学改变：白细胞粘附,（,2）微血管口径改变：内皮肿胀；缩血管物质的释放,（,3）微血管通透性增高,2.,组织细胞损伤,激活的VEC和N可释放大量生物活性物质,如FR、蛋白酶、细胞因子,第三节 机体的功能及代谢变化,一、心肌缺血-再灌注损伤的变化,（一）心功能变化,1.再灌注性心律失常,特点,：,室性心律失常为主,电生理改变,：EP 兴奋性、传导性,ECG改变,：,缺血,心肌对应部位ST段抬高，R波振幅,再灌,使R波振幅迅速，ST段高度恢复原,水平，Q波出现 心律失常,影响因素：,缺血时间,缺血心肌的数量,缺血的程度,再灌注血流速度及电解质紊乱情况,发生机制：,缺血心肌与正常心肌之间传导性和不应期差 异，易形成兴奋折返,-R对CA反应性、自律性、室颤阈,K,ATP,激活，心肌电解质紊乱,2.心肌舒缩功能,：CO，LVEDP,dp/dt,max,心肌顿抑myocardial stunning，又称迟呆心肌,指心肌短时间缺血后恢复再灌一段时间内心肌出现的,可逆性,收缩功能降低的现象。,自由基的作用,和,钙超载,是心肌顿抑的主要机制,MIR除心功能低下外，还可发生微血管迟呆（microvascular stnning),（二）心肌代谢变化：,ATP及CP减少,核苷酸类物质下降.,（三）心肌超微结构变化,肌纤维孪缩,严重时有,收缩带形成,肌丝断裂,溶解;线粒体损伤(空泡形成,嵴肿胀,断裂,溶解等.),二、脑缺血-再灌注损伤的变化,（一）能量代谢障碍,ATP CP G 糖原乳酸,cAMP cGMP,磷脂酶激活