病理生理学：缺血-再灌注损伤

缺血缺血-再灌注损伤再灌注损伤2015,6病病 例例n患者，男，患者，男，77岁岁 ，在半小时前先后，在半小时前先后呕吐呕吐咖啡咖啡色及鲜色及鲜血共为血共为3500ml而入院。而入院。n入院时：入院时：血压血压下降至下降至20/0mmHg，神志模糊，诊断，神志模糊，诊断:上消上消化道化道出血出血，失血性休克失血性休克，经，经止血止血、输血输血、补液、补液、升压等抢救升压等抢救后血后血压渐回升，神志转清。压渐回升，神志转清。n约约20h后患者出现后患者出现烦躁烦躁不安、间歇性不安、间歇性意识意识模糊，期模糊，期间无间无呕血呕血，血压维持在，血压维持在110120/8090mmHg，血色素血色素96g/L。n考虑为：急性脑缺血与再考虑为：急性脑缺血与再灌注灌注损伤引起损伤引起神经系统神经系统症症状，予营养脑状，予营养脑细胞细胞、镇静等处理后约、镇静等处理后约24h病人以上病人以上症状渐消失症状渐消失 。nI/R I是在临床实践中采用了一些是在临床实践中采用了一些新技术、新方法新技术、新方法后后出现的一新课题。出现的一新课题。 例如，显微外科技术用于断肢（指、趾）再植、器例如，显微外科技术用于断肢（指、趾）再植、器官移植；血管搭桥术用于脑血管栓塞、介入治疗用官移植；血管搭桥术用于脑血管栓塞、介入治疗用于心肌梗塞、脑血管梗塞等。于心肌梗塞、脑血管梗塞等。 这些新技术、新方法在临床的应用大多取得预这些新技术、新方法在临床的应用大多取得预期的疗效期的疗效，取得较满意的效果。但是也出现同一技，取得较满意的效果。但是也出现同一技术或同一方法治疗同一种疾病不仅未取得预期疗效，术或同一方法治疗同一种疾病不仅未取得预期疗效，反而使原来缺血的组织出现更为严重的损伤。反而使原来缺血的组织出现更为严重的损伤。n临床工作需要迫切解决这一课题。这也是本章讨论临床工作需要迫切解决这一课题。这也是本章讨论的重点的重点 p 严重缺血使细胞不能适应严重缺血使细胞不能适应p 可逆或不可逆可逆或不可逆p 以坏死为主以坏死为主取决于：取决于：p 缺血持续时间和严重程度缺血持续时间和严重程度p 细胞状态和适应能力细胞状态和适应能力p 在恢复灌流早期出现在恢复灌流早期出现p 可逆或不可逆可逆或不可逆p 以凋亡为主以凋亡为主取决于：取决于：p再灌注开始时间再灌注开始时间p再灌注液温度、再灌注液温度、pH等等p缺血后处理缺血后处理：Na + 、Ca 2 + 低温、低速、低低温、低速、低pH、低钠、低钙灌注、低钠、低钙灌注 再灌注损伤再灌注损伤第二节、再灌注损伤的第二节、再灌注损伤的发生机制发生机制化学性质非常活泼，极易与其生成部位的其它化学性质非常活泼，极易与其生成部位的其它物质发生连锁反应。物质发生连锁反应。 一、自由基的作用一、自由基的作用自由基的种类很多，可分为：自由基的种类很多，可分为： 1.非脂性自由基：主要是氧自由基非脂性自由基：主要是氧自由基 2.脂性自由基脂性自由基 ：氧自由基与多价不饱和脂肪酸作用后的产物：氧自由基与多价不饱和脂肪酸作用后的产物 3.活性氧：单线态氧和过氧化氢活性氧：单线态氧和过氧化氢 4.其他自由基：氯自由基，其他自由基：氯自由基，NO等等 （二）自由基的代谢（二）自由基的代谢11此外：此外：Hb，肌红蛋白，儿茶酚胺及黄嘌呤氧化酶等氧化，肌红蛋白，儿茶酚胺及黄嘌呤氧化酶等氧化过程中可以生产超氧阴离子。过程中可以生产超氧阴离子。氧自由基氧自由基O O2 2线线粒粒体体9899%ATPATP12%NADPHNADPH氧化酶氧化酶黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶P450P450细胞色素单加氧酶细胞色素单加氧酶超氧阴离子超氧阴离子 O O2 2- -羟自由基羟自由基 OHOH单线态氧单线态氧 1 1O O2 2SODSODH H2 2O O2 2谷胱甘肽过氧化物酶（谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-PXGSH-PX）过氧化氢酶（过氧化氢酶（CATCAT）髓过氧化物酶（髓过氧化物酶（MPOMPO）清清除除O2 O2 H2O2 OH 2H2O e-e- +2H+e- +H+e- +H+氧自由基的代谢：氧自由基的代谢：O2 + H2O2 O2 + OH + OH Fe2+Cu2+O2 OH 线粒体内膜上的酶与辅酶组成的复合体线粒体内膜上的酶与辅酶组成的复合体 复合体复合体NADH泛醌还原酶泛醌还原酶 复合体复合体 琥珀酸泛醌还原酶琥珀酸泛醌还原酶 复合体复合体泛醌泛醌CytC还原酶还原酶复合体复合体细胞色素氧化酶细胞色素氧化酶 1、（三）缺血（三）缺血-再灌注时自由基生成增多的机制再灌注时自由基生成增多的机制ATPAMPReperfusion phaseIschemia phaseXD次黄嘌呤核苷次黄嘌呤核苷XOCa2+OH Fe3+ 黄嘌呤黄嘌呤+2H O+22O.-腺嘌呤核苷腺嘌呤核苷ADP 次黄嘌呤次黄嘌呤O2XO 尿酸尿酸 +H2O2+H2O2O2 2_.Cu2+2、中性粒细胞聚集及激活、中性粒细胞聚集及激活3、线粒体损伤、线粒体损伤呼吸爆发呼吸爆发单电子还原单电子还原4、儿茶酚胺的自身氧化：、儿茶酚胺的自身氧化：超氧阴离子增加5、诱导性、诱导性NOS表达增强：表达增强：NO增加，OONO-6、体内清除活性氧的能力下降：、体内清除活性氧的能力下降：（1）抗氧化酶类：）抗氧化酶类：SOD，CAT，GSHpx等等（2）非酶性抗氧化物：）非酶性抗氧化物：vitE，谷胱甘肽等，谷胱甘肽等20（四）自由基引起缺血（四）自由基引起缺血-再灌注的机制再灌注的机制自由基对生物膜的损伤作用自由基对生物膜的损伤作用1.膜脂质过氧化增强，表现为：膜脂质过氧化增强，表现为：（1）破坏膜的正常结构）破坏膜的正常结构（2）（3）促进自由基及其他生物活性物质的形成；）促进自由基及其他生物活性物质的形成；（4）减少）减少ATP生成生成 ：21自由基自由基再灌注损伤再灌注损伤互为因果互为因果（2）间接作用）间接作用22交联交联聚合聚合脂质过氧化脂质过氧化膜脂质膜脂质抑制膜受体、抑制膜受体、G蛋白蛋白钙泵钙泵钠泵钠泵与与 Na+/Ca2+交换系统（交换系统（）细胞肿胀、钙超载细胞肿胀、钙超载 与效应器的偶联与效应器的偶联细胞信号转导障碍细胞信号转导障碍2.蛋白质功能抑制：蛋白质功能抑制：（1）直接作用）直接作用 使蛋白和酶的巯基氧化使蛋白和酶的巯基氧化 使氨基酸残基氧化使氨基酸残基氧化 使胞浆及膜蛋白交联形成使胞浆及膜蛋白交联形成3.核酸及染色体破坏：核酸及染色体破坏： 主要表现为主要表现为 染色体畸变染色体畸变 核酸碱基改变：核酸碱基改变： DAN断裂：断裂：二、钙超载二、钙超载的作用的作用26细胞细胞CaCa2+2+转运模式图转运模式图电压依赖性钙通道；细胞膜钙泵；电压依赖性钙通道；细胞膜钙泵；NaNa+ +/Ca/Ca2+2+交换；胞浆结合钙；交换；胞浆结合钙；线粒体渗透性转导孔；肌浆网；细胞膜结合钙线粒体渗透性转导孔；肌浆网；细胞膜结合钙维持细胞内外钙浓度差的因素：维持细胞内外钙浓度差的因素：27 细胞膜对细胞膜对Ca2+的低通透性的低通透性 钙与特殊配基形成可逆性复合物钙与特殊配基形成可逆性复合物 钙泵逆电化学梯度主动转运钙泵逆电化学梯度主动转运Ca2+ 肌浆网和线粒体膜钙泵摄肌浆网和线粒体膜钙泵摄Ca2+增多增多 细胞膜细胞膜Na+-Ca2+ 交换排交换排Ca2+增强增强（一）（一）钙超载产生的机制钙超载产生的机制1.细胞膜通透性增加细胞膜通透性增加缺血缺血 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PLA2 胞内胞内Ca2+ 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 心肌间紧密连接破坏心肌间紧密连接破坏 各种各种CaCa2+2+依赖性酶的激活依赖性酶的激活线粒体损伤线粒体损伤胞浆钙升高胞浆钙升高肌浆网损伤肌浆网损伤ATP酶酶ATP磷脂酶磷脂酶磷脂分解磷脂分解蛋白酶蛋白酶膜和骨架膜和骨架蛋白破坏蛋白破坏核酶核酶线粒体线粒体损伤损伤细胞死亡细胞死亡再灌注再灌注 进入线粒体积聚进入线粒体积聚活化线粒体磷酯酶活化线粒体磷酯酶自由基产生增加自由基产生增加通透性转换孔开放通透性转换孔开放细胞色素细胞色素C、凋亡蛋白释放增加、凋亡蛋白释放增加线粒体不可逆损伤线粒体不可逆损伤钙离子、线粒体和细胞死亡钙离子、线粒体和细胞死亡Ca2+ Ca2+超载引起再灌注损伤的机制超载引起再灌注损伤的机制 Ca2+超载超载线粒体沉积线粒体沉积激活磷脂酶激活磷脂酶激活各种激活各种Ca2+依赖通路依赖通路线粒体功能线粒体功能受损受损产能产能耗能耗能激活收激活收缩装置缩装置肌痉挛肌痉挛激活蛋激活蛋白酶白酶自由基自由基膜磷脂降解膜磷脂降解膜损伤膜损伤细胞变性坏死细胞变性坏死血栓形成血栓形成血小板聚集血小板聚集花生四烯酸花生四烯酸血栓素血栓素前列腺素前列腺素（二）白细胞介导的再灌注损伤（二）白细胞介导的再灌注损伤（1）酶性成分：）酶性成分：（2）非酶性成分：次氯酸和氯胺）非酶性成分：次氯酸和氯胺I/RI的主要发病机制的主要发病机制再灌注再灌注中性粒细胞中性粒细胞无复流无复流致炎因子致炎因子氧自由基氧自由基钙超载钙超载细胞损伤细胞损伤缺血缺血O O2 2CaCa2+2+细胞坏死细胞坏死缺血损伤恢复缺血损伤恢复其中钙超载是不可逆损伤的共同通路。其中钙超载是不可逆损伤的共同通路。缺血组织能量缺乏临床资料缺血组织能量缺乏临床资料心脏换瓣手术开始心脏换瓣手术开始心肌供血停止心肌供血停止心肌缺血心肌缺血换瓣手术换瓣手术进行进行4040分钟分钟换瓣手术结束换瓣手术结束心肌供血恢复心肌供血恢复心肌供血恢心肌供血恢复后复后2020分钟分钟心肌组织内心肌组织内ATPATP含量最高含量最高心肌组织内心肌组织内ATPATP含量高于含量高于恢复心肌供血恢复心肌供血后后2020分钟分钟心肌组织内心肌组织内ATPATP含量最低含量最低心肌组织内心肌组织内ATPATP含量低含量低于心肌缺血于心肌缺血4040分钟时分钟时心脏换瓣手术过程中不同时间心肌组织内心脏换瓣手术过程中不同时间心肌组织内ATPATP含量测定结果含量测定结果1、心脏缺血再灌注损伤的变化：、心脏缺血再灌注损伤的变化：l心功能变化：再灌注性心律失常、心肌舒心功能变化：再灌注性心律失常、心肌舒缩功能降低缩功能降低(心肌顿抑心肌顿抑)等等l心肌代谢变化、心肌超微结构变化心肌代谢变化、心肌超微结构变化2、脑缺血再灌注损伤的变化：、脑缺血再灌注损伤的变化：l脑细胞代谢的变化脑细胞代谢的变化l组织学变化组织学变化3、其他器官缺血再灌注损伤的变化：、其他器官缺血再灌注损伤的变化：一、心脏缺血一再灌注损伤的变化一、心脏缺血一再灌注损伤的变化（一）心功能变化（一）心功能变化 1.心律失常心律失常 （室速、室颤）（室速、室颤） 机制：、钙超载机制：、钙超载-持续性内向电流持续性内向电流延迟后除极延迟后除极传导缓慢传导缓慢心律失常心律失常 、再灌注心肌动作电位时程的不均一性再灌注心肌动作电位时程的不均一性多个兴奋折返环路形成。多个兴奋折返环路形成。 2心肌舒缩功能降低心肌舒缩功能降低 表现为心输出量减少，心室内压最大变化表现为心输出量减少，心室内压最大变化速率速率降低降低(dp/dtmax)，左室舒张末期压力（左室舒张末期压力（LVEDP）升高，出现升高，出现心肌顿抑。心肌顿抑。 心肌顿抑心肌顿抑（myocardial stunningmyocardial stunning） 概念：概念：心肌缺血后心肌缺血后- -再灌注，血流已恢复或再灌注，血流已恢复或 基本恢复正常后，一定时间内心肌出基本恢复正常后，一定时间内心肌出 现可逆性收缩功能降低的现象。现可逆性收缩功能降低的现象。 机制：机制： 自由基生成自由基生成 、钙超载、钙超载可逆性缺血可逆性缺血-再灌注损伤再灌注损伤胞浆胞浆Na+超载超载Na+/Ca2 +交换交换脂质过氧化脂质过氧化蛋白质及酶失活蛋白质及酶失活O2H2O2OH肌浆网钙转肌浆网钙转运蛋白运蛋白质膜通透性质膜通透性离离子泵活性子泵活性线粒体线粒体损伤损伤收缩蛋收缩蛋白损伤白损伤钙超载钙超载ATP生成生成Ca2 +敏敏感性感性心肌收缩功能心肌收缩功能心肌顿抑的发生机制心肌顿抑的发生机制 （二）心肌代谢变化（二）心肌代谢变化 缺血期心肌缺血期心肌ATPATP及磷酸肌酸含量降低，及磷酸肌酸含量降低，ADPADP、AMPAMP及其降解产物含量升高。及其降解产物含量升高。 再灌注后心肌再灌注后心肌ATPATP及磷酸肌酸及磷酸肌酸ADPADP、AMPAMP及及其降解产物其降解产物（三）（三） 心肌超微结构的变化心肌超微结构的变化 表现为细胞膜破坏，线粒体肿胀、嵴断裂、表现为细胞膜破坏，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，维断裂、节段性溶解，出现收缩带， 心肌出血、心肌出血、坏死。坏死。 二、脑缺血一再灌注损伤的变化二、脑缺血一再灌注损伤的变化（）脑细胞代谢的变化（）脑细胞代谢的变化 ATP、CP、Gs、糖原糖原乳酸乳酸cAMPcGMP病理性慢波病理性慢波缺血缺血再灌注再灌注cAMPcGMP病理性慢波加重病理性慢波加重抑制性神经递质抑制性神经递质兴奋性神经递质兴奋性神经递质（二）脑细胞功能的变化（二）脑细胞功能的变化 三、其它器官缺血一再灌注损伤的变化三、其它器官缺血一再灌注损伤的变化 肠：粘膜功能障碍与损伤：肠：粘膜功能障碍与损伤：间质性水肿间质性水肿 上皮与绒上皮与绒 毛分离、坏死、固有层破损、出血及溃疡毛分离、坏死、固有层破损、出血及溃疡 肾：可发生急性肾小管坏死，导致急性肾肾：可发生急性肾小管坏死，导致急性肾 功能衰竭。功能衰竭。 线粒体：线粒体：高度肿胀、变形、嵴减少，排列紊乱，甚至高度肿胀、变形、嵴减少，排列紊乱，甚至 崩解，空泡形成等，崩解，空泡形成等， 骨骼肌：骨骼肌：肌肉微血管和细胞损伤，自由基生成增多，肌肉微血管和细胞损伤，自由基生成增多， 脂质过氧化增强。脂质过氧化增强。 患者，男，患者，男，5454岁，因胸闷、大汗岁，因胸闷、大汗1h1h入急诊病房。入急诊病房。体查：血压体查：血压65/40mmHg65/40mmHg，意识淡漠，心率，意识淡漠，心率3737次次/min/min，律齐。既往有高血压病史，律齐。既往有高血压病史1010年，否认冠心病年，否认冠心病史。心电图示史。心电图示度房室传导阻滞。给予阿托品、多度房室传导阻滞。给予阿托品、多巴胺、低分子右旋糖酐等进行扩冠治疗。入院上午巴胺、低分子右旋糖酐等进行扩冠治疗。入院上午1010时用尿激酶静脉溶栓。时用尿激酶静脉溶栓。1010时时4040分出现阵发性心室分出现阵发性心室颤动，立即给予除颤，至颤动，立即给予除颤，至11 11时时2020分反复发生室性心分反复发生室性心动过速、室颤，共除颤动过速、室颤，共除颤7 7次，同时给予利多卡因、小次，同时给予利多卡因、小剂量异丙肾上腺素后心律转为窦性，血压平稳，意剂量异丙肾上腺素后心律转为窦性，血压平稳，意识清楚。冠状动脉造影证实：右冠状动脉上段识清楚。冠状动脉造影证实：右冠状动脉上段85%85%狭窄，中段狭窄，中段78%78%狭窄。狭窄。 病例讨论病例讨论 1. 1.为什么在溶栓后出现严重的心律失常为什么在溶栓后出现严重的心律失常? ? 2. 2.缺血缺血- -再灌注损伤是否等于缺血性损伤？再灌注损伤是否等于缺血性损伤？ 3.3.缺血缺血- -再灌注损伤是否可逆？再灌注损伤是否可逆？病病 例例思考题思考题1.1.名词解释：缺血再灌注损伤、氧反常、钙名词解释：缺血再灌注损伤、氧反常、钙反常、反常、phph反常、钙超载、心肌顿抑、呼吸爆反常、钙超载、心肌顿抑、呼吸爆发、细胞间黏附分子发、细胞间黏附分子2.2.简述缺血简述缺血- -再灌注损伤的发生机制？再灌注损伤的发生机制？3.3.缺血缺血- -再灌注损伤时氧自由基增多的可能机制？再灌注损伤时氧自由基增多的可能机制？4.4.钙超载引起再灌注损伤的机制？钙超载引起再灌注损伤的机制？5.5.中性粒细胞介导再灌注损伤的机制？中性粒细胞介导再灌注损伤的机制？缺血预适应与缺血后适应的机制缺血预适应与缺血后适应的机制预适应的机制可能包括预适应的机制可能包括激活激活PKC通路通路激活磷脂酰肌醇激活磷脂酰肌醇-3激酶（激酶（PI-3K）/Akt通路通路内源性腺苷释放增多内源性腺苷释放增多 后适应的机制可能包括后适应的机制可能包括激活激活PI-3K/Akt信号通路信号通路激活丝裂原活化蛋白激酶（激活丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）信号通路）信号通路 通过机械信号转通过机械信号转 和压力感受器调节血液重新分布和压力感受器调节血液重新分布 56