第十二章 缺血再灌注损伤文档资料.ppt

恢复（有利）缺血 再灌注 细胞损伤 缺血性损伤 O2（缺血性损伤）进一步加重 营养缺乏 能量（不利）代谢产物 带走代谢产物（缺血再灌注损伤）,概 念,缺血后再灌注不但不能使组织、器官功能恢复，反而加重组织、器官的功能障碍和结构损伤，这种现象称为缺血再灌注损伤，简称再灌注损伤。,第一节 缺血-再灌注损伤的原因及条件 凡能引起组织器官缺血后恢复血液供应 的因素都可能成为再灌注损伤的原因。,一、常见原因,组织器官缺血后恢复血液供应，如休克时微循环的疏通、断肢再植术和 器官移植等。2.某些新的医疗技术的应用，如冠脉搭桥术、经皮 腔内冠脉血管成形 术及溶栓疗法等。3.体外循环条件下的心脏手术、心、肺、脑复苏等。,二、常见条件,1.缺血时间：缺血时间过短或过长都不易发生缺血再 灌注损伤。2.缺血程度：缺血后侧枝循环容易形成者不易发生再灌 注损伤。氧需求高的组织器官（心、脑等）易发生再 灌注损伤。3.再灌注条件：一定程度低温、低压、低pH、低钠、低钙灌注液灌注，可减轻再灌注损伤，而高钠、高 钙可诱发再灌注损伤。适当增加钾和镁离子的含量，有助于减轻再灌注损伤。,第二节 缺血-再灌注损伤的发生机制,自由基的作用 钙超载的作用 白细胞的作用,（一）自由基的概念和分类 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。表示方法：分子式后上方加一个点如：R。,一、自由基的作用,常见的氧自由基及活性氧,（二）自由基的代谢,生理情况下，98氧接受4个电子还原成水，同时释放能量，仅有12的氧经单电子还原成自由基。,（三）缺血/再灌注导致自由基生成增多的机制,1、黄嘌呤氧化酶（XO）的形成增多 Ca2+进入细胞内激活Ca2+依赖性蛋白水解酶，使黄嘌呤脱氢酶（XD）大量转变为XO；黄嘌呤氧化酶再催化次黄嘌呤并进而转变为尿酸的两步反应中，都同时以分子氧为电子接受体，从而产生大量的 和H2O2。,ATP合成钙泵活性细胞内Ca2+Ca2+依赖性蛋白水解酶激活 ADP 黄嘌呤脱氢酶(XD)黄嘌呤氧化酶（XO）AMP腺嘌呤核苷次黄嘌呤核苷次黄嘌呤 O2 黄嘌呤+H2O2+O2 尿酸+H2O2+,缺血,再灌注,黄嘌呤氧化酶源氧自由基的生成,2、中性粒细胞聚集及激活 中性粒细胞被激活时，氧耗量显著增加，所产生的氧自由基也显著增加，称为呼吸爆发。内皮细胞释放的氧自由基作用于细胞膜后，产生一些具有化学趋化作用的代谢产物，例如白三烯（LT），使局部白细胞增多，粘附后的中性粒细胞也变成了氧自由基的另一个重要来源。,缺血 补体被激活C3片段细胞膜分解产物（白三烯）（趋化物）,再灌注,NADPHNADH,NADP+NAD+,氧化酶,O2,O2,中性粒细胞,激活,杀灭病原微生物造成细胞损伤,3、线粒体膜损伤 缺氧缺氧时Ca2+进入线粒体增多，使线粒体功能受损，细胞色素氧化酶系统功能失调，以致进入细胞内的氧，经单电子还原而形成的氧自由基增多。,4、儿茶酚胺自氧化增加,在缺氧的应激刺激下，交感肾上腺髓质系统分泌大量儿茶酚胺，后者在自氧化生成肾上腺素红的过程中产生。,（四）自由基引起缺血-再注损伤的机制,清除自由基 引发连锁反应（死亡）,1、膜脂质过氧化增强（1）破坏膜的正常结构：降低膜的流动性，使膜受体、膜蛋白酶、离子通道和膜转运功能障碍，从而导致膜的通透性增加，酶活性降低等。LH+OH.L.+H2O 产生的中间代谢产物（如丙二醛）互相交联,（2）促进自由基及其他生物活性物质的生成,膜脂质过氧化 激活磷脂酶C、D 分解膜磷脂，催化花生四烯酸代谢反应 形成前列腺素、TXA2、LT等生物活性物质,（3）改变血管的正常功能,OH.可促进白细胞黏附到血管壁，生成趋化因子 和白细胞 激活因子 可灭活一氧化氮，影响血管舒缩反应自由基 可促进组织因子的生成和释放，加重DIC,（4）减少ATP生成,线粒体膜脂质过氧化线ATP生成减少，细胞能量代谢障碍加重。,2、蛋白质功能抑制（1）直接抑制：自由基可使蛋白质分子中（酶）半胱氨酸的SH（巯 基）被氧化为二硫键。氨基酸残基氧化，胞质及膜蛋白和某些酶交联形成 二聚体或更大的聚合物。如膜离子通道蛋白的抑制；肌纤维蛋白的损伤；肌浆网钙转运蛋白的损伤等。,（2）间接抑制,脂质过氧化 可使膜脂质交联、聚合，间接抑制 钙、钠泵 及Na+/Ca2+交换系统，胞内 Na+/Ca2+升高。脂质过氧化 可抑制膜受体G蛋白与效应器的偶联，引起细胞信号转导功能障碍。,3、核酸及染色体破坏 自由基可使碱基羟化或DNA断裂，导致染色体畸变或细胞死亡。这种作用的80是OH.所致。,二、钙超载的作用,细胞内钙超载的机制 钙超载导致再灌注损伤的机制,Ca2+的自稳态调节（Ca2+进出细胞的机制）1、Ca2+进入胞液的途径）质膜钙通道 质膜钙通道有电压依赖性Ca2+通道性（voltage operated calcium channel,VOC),其通道的开启和关闭受膜电位控制，另一类为受体操纵性Ca2+通道(receptor operated calcium channel,ROC)：又称配体门控Ca2+通道（ligand gated calcium channel)。,）胞内钙库（肌浆网）释放通道 肌浆网有钙释放通道（calcium release channel)，它属于受体操纵性Ca2+通道，包括三磷酸肌醇（IP3）操纵的钙通道（IP3受体通道）、ryanodine敏感的钙通道。,2、Ca2+出细胞的机制 1）Ca2+泵的作用 Ca2+泵即Ca2+-ATP酶，又称Ca2+-Mg2+-ATP酶。它存在于细胞膜、内质网及线粒体膜上。Ca2+-Mg2+-ATP酶被激活，水解ATP供能，并将Ca2+泵出细胞，或将Ca2+摄入内质网、线粒体中，从而使细胞内的Ca2+浓度降低。,2）Na+-Ca2+交换 是非耗能的转运方式，转运方向为双向性，取决于细胞内外Na+和Ca2+的浓度变化。通常是Na+顺着电化学梯度进入细胞，而Ca2+则逆着电化学梯度移出细胞，3个Na+交换1个Ca2+，交换实际是一种产电性电流。,3）Ca2+-H+交换Ca2+i升高时，Ca2+被线粒体摄取，线粒体中的H+排至胞液。,Ca2+主要功能,成骨：骨骼和牙齿信使：兴奋收缩偶联 分泌 神经元兴奋 增殖凝血：酶活性的调节：,钙超载,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的现象称为钙超载。,（一）细胞内钙超载的机制 1、Na+Ca2+交换异常2、蛋白激酶C（PKC）活化 3、生物膜损伤,1、Na+Ca2+交换异常 1）细胞内高Na+对Na+Ca2+交换蛋白的直接激活 缺血引起ATP合成减少和细胞内酸中毒，导致钠泵活性降低，细胞内Na+增加。再灌注时，缺血细胞重新获得氧，细胞内高Na+除激活钠泵外，还迅速激活Na+Ca2+交换蛋白，以反向转运的方式加速Na+向细胞外转运，同时将大量Ca2+运入胞浆，可导Ca2+i增加。,2）细胞内高H+对Na+/Ca2+交换蛋白的间接激活 质膜Na+/H+交换蛋白主要感受细胞内H+浓度的变化，以1:1的比例将细胞内H+排出细胞，而将Na+摄入细胞。缺血时因无氧代谢使H+生成增加，组织间液和细胞内H+增多，再灌注时使组织间液H+迅速下降，而细胞内H+仍然很高，膜两侧H+梯度差可激活Na+/H+交换蛋白，使细胞内Na+浓度升高，细胞内高Na+可继发性激活Na+/Ca2+交换蛋白，导致Ca2+超载。,与Gq结合,PLC,质膜上的磷脂酶肌醇二磷酸（PIP2）,三磷酸肌醇（IP3）,甘油二酯（DG）,肌浆网上的IP3操纵的钙通道开放,释放钙离子,1肾上腺素能受体 缺血,蛋白激酶C活化,细胞膜Na+/H+交换蛋白活化,Na+/Ca2+交换蛋白,2、蛋白激酶C（PKC）活化,3、生物膜损伤（1）细胞膜损伤 细胞内钙增加可激活磷脂酶，使膜磷脂成分受损而分解，细胞膜通透性增加，使细胞内钙增加，Ca2+超载本身与氧自由基的大量生成有因果关系。,（2）线粒体膜损伤,再灌注时，产生的氧自由基可破坏线粒体结构，使线粒体肿胀，膜流动性降低，氧化磷酸化功能受损，ATP生成减少，细胞膜及肌浆网膜钙泵功能障碍，造成细胞内钙超负荷。,（3）溶酶体膜损伤,严重缺血时溶酶体膜破裂，酶逸出引起细胞自溶；钙超载可激活磷脂酶，使膜的通透性增高；溶酶体酶进入血液可破坏多种组织，造成广泛的细胞损伤。,（4）肌浆网膜损伤 自由基损伤和膜磷脂分解可造成肌浆网膜损伤，钙泵功能抑制，胞浆钙浓度升高。,（二）钙超载导致再灌注损伤的机制 1、细胞膜损伤 2、线粒体膜损伤3、蛋白酶激活 4、加重酸中毒,1、细胞膜损伤,细胞内Ca2+增加可激活磷脂酶类，促使膜磷脂降解，造成细胞膜及细胞器结构受损。此外，膜磷脂降解产物花生四稀酸、溶血磷脂等增多，亦可加重细胞功能紊乱。,2、线粒体膜损伤 线粒体ATP生成减少 一方面，缺血/再灌注损伤使Ca2+i升高，线粒体对Ca2+的摄取也随之增加，而线粒体的摄Ca2+过程是依赖ATP的，另一方面进入线粒体的Ca2+，与含磷酸根的化合物结合，形成磷酸钙沉积，破坏线粒体的结构和功能，干扰线粒体的氧化磷酸化，使能量代谢障碍，ATP生成减少。,3、蛋白酶激活 激活钙依赖性降解酶 细胞内游离钙增加，使Ca2+与钙调蛋白结合增多，除激活钙依赖性蛋白水解酶外，并且激活多种钙依赖性降解酶，激活的磷脂酶水解生物膜磷脂，导致细胞膜及细胞器膜受损；蛋白水解酶和核酸内切酶的活化，又可引起细胞骨架和核酸的分解。,4、加重酸中毒,细胞内Ca2+浓度升高可激活某些ATP酶，导致细胞高能磷酸盐水解，释放出大量H+，加重细胞内酸中毒。,肌原纤维过度收缩 再灌注引起心肌超微结构严重损害的一个标志是出现收缩带。发生机制：细胞内Ca2+浓度增高；再灌注使缺血期堆积的H+迅 速移出，减轻或消除了H+对 心肌收缩的抑制作用。,再灌注性心律失常 细胞内钙增加，通过Na+-Ca2+交换形成一过性内向离子流，称为暂时性内向电流（ITi)，ITi主要以Na+介导，其它阳离子在心肌细胞动作电位后形成短暂后除极，达到阈电位水平，引起新的动作电位称之为触发激动，它是再灌注诱发心律失常的主要原因之一。,三、白细胞的作用,缺血-再灌注损伤时白细胞增多的机制 白细胞介导缺血-再灌注损伤的机制,（一）缺血-再灌注损伤时白细胞增多的机制,1、细胞黏附分子生成增多 再灌注时中性粒细胞和血管内皮细胞表达黏附分子增加，加剧了缺血组织内白细胞聚集和激活。,2、趋化因子生成增多,再灌注时可使细胞膜磷脂降解释放促大量趋化因子，如白三烯（LTs）、血小板活化因子（PAF）、补体和激肽等；激活中性粒细胞可释放具有趋化作用的炎症介质。,（二）白细胞介导缺血-再灌注损伤的机制 1、微血管损伤（1)微血管内血液流变学改变：中性粒细胞 血管内皮细胞粘附；血小板沉积；红细胞聚集。（2)微血管口径的改变：血管内皮肿胀及中性粒细胞与血管内皮细胞粘附均可造成管腔狭窄。（3）微血管通透性增高 引发水肿，其机制可能与白细胞释放的某些炎症介质有关。,无复流现象,结扎犬的冠状动脉造成局部心肌缺血后，再打开结扎的动脉，使血流重新开放，缺血区并不能得到充分的灌注，而成为无功能的管道，故称此现象为无复流或无再灌注现象。它是再灌注损伤的一种特殊情况，实际上是缺血的延续和叠加，缺血细胞并未得到血液重新灌注，而是继续缺血，严重妨碍着缺血心肌的恢复。,无复流现象的原因 微血管痉挛和堵塞 缺血一定时间后，血管内血小板的沉积增加2倍。无复流区内白细胞（主要是中性粒细胞）的聚集增加10倍，可见白细胞嵌顿，阻塞毛细血管。,2、细胞损伤 激活的中性粒细胞与 血管内皮细胞 释放生物活性物质（自由基、蛋白酶、细胞因子）改变自身的 损伤周围的 结构功能 组织细胞,第三节缺血再灌注损伤时器官的功能代谢变化,心肌缺血再灌注损伤的变化 脑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、心肌缺血-再灌注损伤的变化（一）心功能变化1、心肌舒缩功能降低 缺血再灌注导致心肌可逆性或不可逆性损伤均造成心肌舒缩功能降低，表现为心输出量减少。,心肌顿抑,缺血心肌在恢复血液灌注后一段时间内出现可逆性舒缩功能降低的现象，称为心肌顿抑。心肌短时间缺血后不发生坏死，但引起的结构、代谢和功能改变，尤其是收缩功能障碍，在再灌注后延迟恢复的现象（常需数小时、数天或数周）。,2、再灌注性心律失常,再灌注性心律失常（reperfusion arrhythmia)的基本条件是再灌注区存在功能可恢复的 心肌细胞，也与缺血时间、缺血心肌数量、缺血程度和再灌注速度有关。以室速或室颤等室性心律失常为主。,再灌注性心律失常的发生机制,主要与自由基和钙超载有关；再灌注被冲出来的儿茶酚胺刺激受体 提高了心肌细胞自律性；再灌注明显降低心室纤颤阈；再灌注时缺血区离子浓度快速和突然改变，导致心肌细胞传导性与不应期不均一性。,（二）心肌能量代谢变化 ATP含量在缺血时明显下降，再灌注后ATP含量恢复都非常缓慢。冠状动静脉氧差减小，与缺血/再灌注时心肌细胞线粒体受损有关。线粒体富含磷脂，又是再灌注时产生自由基的场所，因此，极易引起脂质过氧化造成线粒体的功能障碍。,（三）心肌超微结构的变化 质膜破坏、肌原纤维结构破坏（出现严重收缩带或肌丝断裂、溶解）、线粒体损伤，既破坏膜磷脂也破坏蛋白质大分子及肌原纤维。受损最严重的是生物膜结构，细胞膜、线粒体膜和内质网膜等被氧化而变性，通透性增大、离子分布和运转异常，尤其是钙离子大量流入细胞内。细胞内一些酶可以通过膜而漏到细胞间隙，进而经淋巴和静脉到血液中。,第四节缺血-再灌注损伤防治的病理生理基础,一、尽早恢复血流与控制再灌注条件二、清除自由基与减轻钙超载 三、细胞保护剂与细胞抑制剂的应用四、缺血预适应与缺血后适应的应用,