第十三章缺血再灌损伤.ppt

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1、1,(ischemia-reperfusion injury),蚌 埠 医 学 院 病 理 生 理 学 教 研 室,缺血-再灌注损伤,2,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,3,一、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。,4,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

2、件 高压、高温、低压、低温、,高钠、高钙、低钠、低钙、,高pH 低pH,5,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,1973,Hearse,先用低氧液灌流,再用富氧液灌流,1966,Zimmerman,无钙液灌流2min后,改用含钙溶液灌流,1990,Bond,再灌时用相对偏碱,的灌流液灌流,1986,Blokhuijzen,先用低钠液灌流,6,二、原因,7,三、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,8,三、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

3、的原子、原子团和分子的总称。如：H、CL、CH3、OH、RO、O2、O2、NO 等。,9,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（O2，superoxide anion free radecal）.羟自由基（OH，hydroxy free radical）.一氧化氮（NO，nitric oxide）O2 NO ONOO（过氧亚硝酸阴离子，peroxynitrite）.氧分子（O2）,10,半衰期长，不属于氧自由基。,单线态氧（书写为1O2)（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

4、自旋方向相反,在紫外光谱中呈现一条直线,Sigma单线态氧(1gO2),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 gO2),两个电子在同一轨道上，不含不配对电子。,11,O2 OH NO O2 1gO2 1 gO2 H2O2 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。,12,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（

5、lipid oxygen free radical，LO）.脂过氧自由基（lipid peroxy free radical，LOO）,13,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,14,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,Ca2+,O2,黄嘌呤氧化酶途径,15,NADPH,NADP+,中性粒细胞“呼吸爆发”,O2,16,“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

6、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。,17,超氧阴离子形成后，通过进一步单电子还原 生成 H2O2。O 2+O 2+2H+H2O2+O2（superroxide dismutase,SOD）超氧化物歧化酶,过氧化氢的生成,SOD,自发歧化,18,O 2+H2O2 O2+OH+OH,.单纯型Haber-Weiss 反应 O 2+H2O2 O2+OH+OH.铁催化的 Fenton 型 Haber-Weiss反应 Fe3+O2 Fe2+O2 Fe2+H2O2 Fe 3+OH+OH,羟自由基的生成,Fe3+,19,单线态氧的生成,.髓过氧化物酶(myelo-peroxidas

7、e,MPO)的催化 CL+H2O2 MPO H2O+OCL OCL+H2O2 CL+H2O+1O2.ROO 相互作用 ROO+ROO ROOR+1O2.O2 岐化反应 O 2+O 2+2H+1O2,20,自由基的损伤作用,21,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,22,破坏膜的正常结构,23,间接抑制膜蛋白功能,24,促进自由基和其它生物活性物质生成,25,减少ATP 生成,26,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、

8、膜蛋白及某些酶交联,27,自由基对膜的损伤,28,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,29,三、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,30,维持细胞内外钙稳态的机制,Ca2+,Ca2+,受体依赖性钙通道,电压依赖性钙通道,107M,103M,Ca2+,ATP,ADP,钙泵,Na+-Ca 2

9、+交换蛋白,Ca2+进入胞液的途径,Ca2+离开胞液的途径,肌质网,线粒体,Ca2+,Na+,31,再灌注引起细胞内钙超载的机制,Na+-Ca2+交换异常,生物膜损伤,32,细胞内 Na+升高引起钙超载的机理,ATP,Na+,Ca2+,33,细胞内H+升高引起钙超载的机理,Na+,Ca2+,H+,H+,34,PKC,Ca2+,1,GP,PLC,PIP2,蛋白激酶C（PKC）活化,1,35,儿茶酚胺 1 受体 受体 L-型钙通道开放，Ca2+内流 钙通道拮抗剂能阻断 Ca2+内流,36,.细胞膜损伤 细胞膜外板与糖被膜（glycocalyx）分离 正常时，由Ca2+紧密联结在一起 无钙液灌流后，

10、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,37,.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,38,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,39,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 Ca2+交换蛋白 形成一过性内向离子流促进氧自由基生成 Ca2+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,40,Ca2+,ATP酶,ATP,磷 脂分 解,膜和骨架 蛋白

11、破坏,染色体损 伤,磷脂酶,蛋白酶,核 酶,激活多种酶,41,.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,42,三、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）,43,.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

12、相关抗原（LFA-1，CD18CD11a）巨噬细胞分化抗原-1（Mac-1,CD18/CD11b）糖蛋白150/95（GP150/95,CD18/CD11c）,44,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）,45,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,46,.血液流变学变化 中性粒细胞“

13、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,47,.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A2等 微血管受压 缺血细胞肿胀，压迫微血管,48,.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,49,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）。,50,.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

14、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。,51,四、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,52,四、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,心肌顿抑,53,.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,54,.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

15、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。,55,夹闭狗的冠状动脉15min，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,56,心肌顿抑的发生机理,57,心肌代谢变化 缺血期 ATPCP 合成减少 ADPAMP 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,58,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

16、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,59,四、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,60,四、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,61,五、防治原则,62,五、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,63,酶性清除剂,存在于细胞脂

17、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,64,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 H2O2+O2,超氧化物歧化酶,65,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 2H2O2 CAT 2H2O+O2,66,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 H2O2+2GSH GSH-px GS

18、SG+2H2O ROOH+2GSH GSH-px GSSG+ROH+H2O 2R+2GSH GSH-px GSSG+RH,谷胱甘肽过氧化物酶,67,存在于细胞脂质部分的自由基清除剂.维生素E 还原O 2、1O2、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,68,五、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,69,五、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+/Ca2+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,70,五、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）。,71,再见！,谢谢！,