十三章缺血再灌注损伤课件.ppt

第十三章缺血再灌注损伤,第十三章缺血再灌注损伤,血液循环：提供细胞氧和营养物质 带走细胞代谢产生的CO2和废物血液灌流的减少细胞缺血性损伤 好转、功能恢复正常恢复血液灌流后 细胞代谢功能障碍及结构破坏反而 加重 (缺血-再灌注损伤)心/脑/肾/肝/肺/胃肠/肢体/皮肤,血液循环：提供细胞氧和营养物质,血液再灌注后，缺血性损伤进一步加重的现象。,缺血后再灌注不能使组织、器官功能恢复加重组织、器官的功能障碍和结构损伤,概 念,血液再灌注后，缺血性损伤进一步加重的现象。概 念,氧反常,钙反常,H反常,低氧/缺氧,正常氧供,无钙,含钙,损伤加重,酸中毒,纠正酸中毒,氧反常钙反常pH反常低氧/缺氧正常氧供无钙含钙损伤加重酸中毒,第一节 缺血-再灌注损伤的原因及条件,第一节 缺血-再灌注损伤的原因及条件,原 因,组织器官缺血后恢复血液供应:休克时微循环的疏通冠脉痉挛缓解心、脑、肺复苏术后:动脉搭桥 溶栓疗法 PTCA器官移植 断指再植 体外循环,原 因组织器官缺血后恢复血液供应:,影响因素（条件）,不易发生 易发生缺血时间 过长/过短 不长不短(40-60min)侧支循环 易形成 不易形成需氧程度 低 高(心/脑)再灌注条件 低压/低温(25C) 高压/高温 /低pH/低钙/低钠 /高钙/高钠 缺血预适应(preconditioning): 短期缺血应激，使机体组织对随后更长时间 缺血-再灌注损伤产生明显保护作用的一种适应机制。,影响因素（条件）,第十三章缺血再灌注损伤课件,的作用自由基,钙超载,的作用白细胞损伤和微血管,第 二 节 缺血-再灌注损伤的发生机制,的作用自由基钙超载的作用白细胞第 二 节,始动机制：能量代谢障碍关键机制：自由基及钙离子超载,始动机制：能量代谢障碍,一、自由基的作用,一、自由基的作用,自由基(free radical)的概念： 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。 自由基产生途径： 1.具有共价键的化合物发生均裂: H2O H+OH 2.电子的俘获：如氧的单价还原 O2 O2 (附：离子是具有共价键的化合物发生异裂-解离的产物 H2O H+OH-),e-,自由基(free radical)的概念：,自由基特点半衰期短 10-5S化学性质极其活泼( 有配对倾向：失电子被氧化；得电子被还原。)极易与其它物质反应形成新的自由基呈现明显的连锁反应生理病理情况下体内有多种自由基产生 生理情况：产生和清除达到动态平衡。 病理情况：产生；清除。,自由基特点,自由基分类 1 氧自由基(oxygen free radical)：由氧诱发的自由基。 如： O2 超氧阴离子(superoxide anion) OH 羟自由基(hydroxy free radical)2 脂性自由基(lipid free radical)：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： L （alkane）烷 LO （alkane oxygen）烷氧 LOO （alkane peroxy）烷过氧3 其它 Cl CH3 甲基 NO 一氧化氮，有一个不配对的电子，气体自由基,自由基分类,活性氧(reactive oxygen species, ROS): 化学性质较基态氧活泼的含氧物质, 包括氧自由基和非自由基的含氧物质。 氧自由基 活性氧 非自由基含氧物质 非自由基活性氧： # 1O2 单线态氧(singlet oxygen) -外层电子轨道中的两个未配对电子自旋方向相反(不稳定)，故反应能力远比氧分子大。 # H2O 2 过氧化氢(hydrogen peroxide）,活性氧(reactive oxygen specie,自由基大量产生的机理黄嘌呤氧化酶(xanthine oxidase, XO)大量生成中性粒细胞激活(白细胞呼吸爆发) 线粒体电子传递过程中，氧自由基泄漏炎症反应中，炎症介质生成过程中产生儿茶酚胺自身氧化,自由基大量产生的机理,ATPADPAMP,缺血期,再灌注期,腺嘌呤核苷,次黄嘌呤核苷,次黄嘌呤,黄嘌呤脱氢酶,黄嘌呤氧化酶,黄嘌呤 O2 H2O2,O2,O2,黄嘌呤氧化酶,尿酸 + O2 H2O2,OH ,Ca2+依赖蛋白水解酶,ATPADPAMP缺血期再灌注期腺嘌呤核苷次黄嘌呤核苷次,2. 中性粒细胞：（缺血，白细胞激活，通过呼吸爆发；再灌注，提供大量分子氧氧自由基大量产生。 ） MPO Cl- + H2O2 H2O + ClO- ClO- + H2O2 1 O2 + Cl- + H2O 还原辅酶、 NADH 氧化酶 NAD+ + 2 O2 +H+ + 2O2 NADPH NADP+,第十三章缺血再灌注损伤课件,3. 线粒体氧自由基泄漏（缺血时，细胞色素氧化酶、SOD 等活性；再灌注时，提供大量O2） e- e- + 2H+ e-+ H+ e-+ H+O2 O2 H2O2 OH H2O H2O氧的单价还原过程（线粒体氧自由基电子泄漏 ） 活性氧生成过多2H2O2 CAT 2H2O + O2 活性氧2O2 + 2H+ SOD H2O2 + O2 （酶） 活性氧清除不足H2O2 + 2GSH GSH-PX GSSG + 2H2O H2O2 + O2 +H+ OH +H2O+ 1O2 (Haber-weiss reaction)H2O2 +Fe2+H+ OH +H2OFe3+ (Fenton reaction),3. 线粒体氧自由基泄漏（缺血时，细胞色素氧化酶、SOD,3.炎症反应中，炎症介质生成过程中产生 4. 儿茶酚胺的自身氧化,3.炎症反应中，炎症介质生成过程中产生,自由基的损伤作用：,膜脂质过氧化# 破坏膜的正常结构：使不饱和脂肪酸膜的液态性/流动性/通透性/ Ca 2+内流 Ca 2+ 超载。# 间接抑制膜蛋白的功能： *膜脂质之间交联和聚合,影响各种膜蛋白的功能。 *膜液态性，膜成分改变，影响配体和受体结合后的寡聚化，导致信号转导障碍。# 激活磷脂酶、蛋白水解酶：促进生物活性物质(前列腺素/血栓素/白三烯)及其自由基的生成。# 减少ATP的生成：线粒体膜脂质过氧化，氧化磷酸化障碍。,自由基的损伤作用：膜脂质过氧化,第十三章缺血再灌注损伤课件,蛋白质断裂,蛋白质-蛋白质交联,-S-S-,CH3-S-,脂质-脂质交联,O,二硫交联,脂质-蛋白 质交联,氨基酸 氧化,OH,HO,脂肪酸氧化,OH,HO,从氧化的脂肪酸释出的 丙二醛,蛋白质断裂蛋白质-蛋白质交联-S-S-CH3-S-脂质-脂质,蛋白质功能抑制 交联酶/离子通道/收缩蛋白/骨架蛋白/转运蛋白/转导蛋白破坏核酸及染色体 碱基羟化/DNA断裂染色体畸变,蛋白质功能抑制,第十三章缺血再灌注损伤课件,二、*钙超载(calcium overload),各种原因引起的细胞浆内钙含量异常增多细胞代谢功能障碍和结构受损，甚至细胞死亡的现象。,二、*钙超载(calcium overload),钙的分布,胞内钙： 10-810-7 mol/L胞外钙： 10-310-2 mol/L 约44%细胞内钙存在于胞内钙库(线粒体/内质网) 作为第二信使的胞内游离钙占细胞内钙0.005%。,钙的分布胞内钙： 10-810-7 mol/L,钙进入胞浆液(顺浓度梯度): # 质膜钙通道 电压依赖性(voltage dependent calcium channel, VDC) 受体操纵性(receptor operated calcium channel, ROC) # 胞内钙库释放通道：属于ROC钙离开胞浆液(逆浓度梯度): 钙泵(Ca 2+-Mg 2+-ATPase) Na+-Ca 2+-交换体：3Na+/Ca 2+ Ca 2+-H+ 交换体,钙进入胞浆液(顺浓度梯度):,钙超载机制,1、Na+/Ca2+交换异常 Na+/Ca2+交换蛋白(双向转运) 运入细胞内3个Na+，运出1个Ca2+(生理) 运出细胞内3个Na+，运入1个Ca2+(病理) Na+/Ca2+交换异常机制Na+ 直接激活Na+/Ca2+交换蛋白H+ 间接激活Na+/Ca2+交换蛋白PKC活化 间接激活Na+/Ca2+交换蛋白,钙超载机制1、Na+/Ca2+交换异常,Mechanism 1,Reperfusion,Ischemia, ATP Membrane depolarization,Ca2+,Na+,Na/Ca exchanger,Mechanism 1ReperfusionIschemia, Ca2+,Na+,Reperfusion,H+ ,H+, Na+,Ischemia,Ca2+,Na+,Mechanism 2,H+,Na/H exchanger, Ca2+Na+ReperfusionH+ H+ Na,Reperfusion,Ca2+,Na+,H+,Na+,a1,NA,PLC,PI,DG,PKC,IP3,SR,Ca2+,Mechanism 3,ReperfusionCa2+Na+H+Na+a1NAPLC,1,去甲肾上腺素,Gq,PLC,P1,IP3,Ca2+,Ca2+,肌浆网,DG,PKC,H+,Na+,Ca2+,肌丝,PKC对Na+/Ca2+交换蛋白的间接激活,1去甲肾上腺素GqPLCP1IP3Ca2+Ca2+肌浆网D,2、生物膜损伤 Ca2+顺浓度梯度进入胞浆液 a. 缺血、无Ca2+ 灌流外板与糖被分离 b. Ca2+内流激活磷脂酶 膜磷脂降解 c. 胞内Ca2+ 导致微丝、微管收缩 紧密连接破坏 d.再灌注时，自由基生成 膜脂质过氧化 # 细胞膜损伤( 通透性内流 ；钙泵障碍外排) # 线粒体及肌浆网膜损伤( 通透性释放；钙泵障碍摄取),2、生物膜损伤 Ca2+顺浓度梯度进入胞浆液 a.,Mechanism 4,Reperfusion,Mitochondria,ERSR,Ca2+,Mechanism 4ReperfusionERCa2+,3、线粒体功能障碍ATP 胞漿内Ca2+外排和摄取障碍4、儿茶酚胺增多： 兴奋1受体 激活G蛋白-PLC介导的细胞信号转导通路，促使磷脂酰肌醇分解成IP3和DG IP3 促使肌漿网释放Ca2+ DG 激活PKC H+-Na+交换 Na+-Ca2+交换 Ca2+內流增加。 兴奋受体通过受体依赖性Ca2+通道和电压依赖性L-型Ca2+通道 Ca2+內流增加。,3、线粒体功能障碍ATP 胞漿内Ca2+外排和摄取障,钙超载引起缺血-再灌注损伤机制线粒体功能障碍（ATP）（线粒体摄钙增加，产生磷酸钙沉淀，酶活性 ATP ）生物膜损伤，细胞功能障碍，结构破坏（激活磷脂酶，膜磷脂分解 生物膜损伤；激活核酸内切酶、蛋白水解酶 核酸降解和结构蛋白破坏。）促进氧自由基的产生（通过Ca2+依赖蛋白水解酶，a. XD XO,促进氧自由基的产生；b. 激活磷脂酶A2，促进炎症介质释放过程中，可产生大量氧自由基。）心律失常（a. Na+/Ca 2+交换异常，可发生一过性离子流，导致 动作电位后除极；b. 持续Ca 2+內流，出现第二平台期，可引起早期或延迟后除极。）肌原纤维过度收缩（肌原纤维挛缩、断裂，细胞骨架破坏）,钙超载引起缺血-再灌注损伤机制,第十三章缺血再灌注损伤课件,三 、微血管损伤和白细胞的作用再灌注时血管内皮细胞和白细胞的激活 正常时：血管内皮细胞和白细胞相互排斥 缺血时：补体激活（C3a），趋化因子释放，白细胞聚集。 再灌注时：血管内皮细胞和白细胞激活，细胞粘附分子释放，白细胞聚集、粘附、嵌顿、阻塞。 a.机械阻塞 b.炎症反应失控 细胞粘附分子(adhesion molecule)：介导细胞与细胞之间/细胞与细胞外基质之间的粘附的一大类分子的总称。包括：整合素(integrin)选择素(selectin)钙依赖粘附素(cadherin)免疫球蛋白(immunoglobulin)CD44,三 、微血管损伤和白细胞的作用,血管内皮细胞和中性粒细胞介导的缺血-再灌注损伤1.无复流现象(no-reflow phenomenon)： 指解除缺血原因或再灌注后，缺血区域得不到血液灌注的反常现象。称为无复流现象(no-reflow phenomenon), 存在于心/脑/肾/骨骼肌。 机制： # 微血管口径，灌流阻力 （血管内皮细胞肿胀） # 微血管通透性（血液浓缩；血液粘滞；微血栓形成） # 微血管痉挛和堵塞（CA,Ag,TXA2,LTs,） # 微血管血液流变学改变（血细胞变形能力；血流仃滞） # 心肌细胞挛缩和肿胀，压迫微血管 2.细胞损伤： 内皮和中性粒等细胞受损，器官功能障碍或衰竭。,血管内皮细胞和中性粒细胞介导的缺血-再灌注损伤1.无复流,四、能量代谢障碍 1. 缺血缺氧能量代谢障碍ATP 2. 线粒体膜受损、生物氧化酶活性丧失氧化磷酸化脱偶联能量代谢障碍是缺血-再灌注损伤的始动环节。,四、能量代谢障碍,第十三章缺血再灌注损伤课件,第三节 缺血-再灌注损伤时机体的 功能及代谢变化,一、心脏缺血-再灌注损伤的变化 心功能变化 1. 缺血-再灌注性心律失常,发生率：50-80%,室性心律失常多见,与缺血时间、缺血范围、缺血程度、再灌 注量、电解质紊乱有关。,机制： a.-R兴奋 自律性 b.电解质紊乱传导性 兴奋折返 心律失常 c.自由基、钙超载Em ,电位震荡，纤颤阈,第三节 缺血-再灌注损伤时机体的,2. 心肌舒缩功能降低,心肌顿抑myocardial stunning,可逆性损伤,不可逆性损伤,心肌舒缩功能,器质性损伤,*心肌顿抑(myocardial stunning): 是指心肌再灌注后尽管无不可逆性损伤和血液已恢复正常，但局部心肌收缩功能延迟恢复的现象。,2. 心肌舒缩功能降低心肌顿抑myocardial stun,可逆性I-R损伤,胞浆Na+超载,Na+/Ca2+：,O2.-,H2O2,OH.,脂质过氧化,蛋白质及酶失活,肌浆网钙转运蛋白,质膜通离子泵,线粒体损伤,收缩蛋白损伤,钙超载,ATP,Ca2+敏感性,心肌舒缩功能,可逆性I-R损伤胞浆Na+超载Na+/Ca2+：O2.-H, 心肌代谢变化（ ATP） 心肌超微结构的变化 线粒体损伤 Ca2+蓄积颗粒增多 肌原纤维出现严重收缩带、断裂、溶解。, 心肌代谢变化（ ATP）,二、脑缺血-再灌注损伤的变化 细胞代谢的变化 乳酸堆积、cAMP、氧化脂质生成 组织学变化 脑水肿、脑细胞坏死三、其它器官缺血-再灌注损伤的变化,二、脑缺血-再灌注损伤的变化,防治缺血 - 再灌注损伤的病理生理基础一、减轻缺血性损伤，控制再灌注条件二、改善缺血组织的代谢三、清除自由基 低分子：VitE，VitA，半胱氨酸，VitC，GSH，NADPH等。 酶：过氧化氢酶，过氧化物酶清除 H2O2 超氧化物歧化酶歧化O2 H2O2四、减轻钙超载 钙拮抗剂等。五、其它,防治缺血 - 再灌注损伤的病理生理基础,