缺血再灌注損傷

第十章缺血再灌注損傷 Ischemia reperfusioninjury IRI 1缺血 再灌注損傷 自由基 活性氧 氧反常 鈣反常 pH反常等概念 2缺血 再灌注損傷的發(fā)生機制 教學要求 掌握 1缺血 再灌注損傷的原因和條件 熟悉 了解 防治缺血 再灌注損傷的病理生理基礎 2缺血 再灌注損傷時機體機能和代謝變化 教學要求 概述 缺血 再灌注損傷的概念實驗室依據缺血 再灌注損傷的原因缺血 再灌注損傷的條件缺血 再灌注損傷的發(fā)生機制缺血 再灌注損傷時機體的功能和代謝變化防治缺血 再灌注損傷的病理生理基礎 講授內容 概述 缺血是臨床上常見的一種病理過程 缺血一定時間和一定程度會引起組織細胞的損傷 臨床上處理缺血性損傷的原則是盡早恢復血流 使缺血的組織器官重新得到氧 營養(yǎng)物質并清除代謝產物 大多數(shù)情況下確實收到了明顯療效 但近年來發(fā)現(xiàn) 在有些情況下恢復血液灌注后 缺血損傷進一步加重 器官功能更加惡化 休克 DIC微循環(huán)再通冠脈解痙 各種動脈搭橋術心腦血管栓塞再通 溶栓治療 自然再通 心肺手術體外循環(huán)后心肺復蘇斷肢再植 器官移植血供恢復等 臨床情況 概述 缺血 再灌注損傷的概念實驗室依據缺血 再灌注損傷的原因缺血 再灌注損傷的條件缺血 再灌注損傷的發(fā)生機制缺血 再灌注損傷時機體的功能和代謝變化防治缺血 再灌注損傷的病理生理基礎 講授內容 缺血 再灌注損傷的概念 在缺血基礎上恢復血流后組織損傷反而加重 甚至發(fā)生不可逆損傷的現(xiàn)象稱為缺血 再灌注損傷 ischemia reperfusioninjury 特點 1 可逆損傷 不可逆損傷 2 具有器官普遍性 概述 缺血 再灌注損傷的概念實驗室依據缺血 再灌注損傷的原因缺血 再灌注損傷的條件缺血 再灌注損傷的發(fā)生機制缺血 再灌注損傷時機體的功能和代謝變化防治缺血 再灌注損傷的病理生理基礎 講授內容 氧反常 鈣反常 pH反常 低氧 缺氧 正常氧供 無鈣 含鈣 損傷加重 酸中毒 糾正酸中毒 實驗室依據 氧反常 oxygenparadox 用缺氧溶液灌流組織器官或培養(yǎng)細胞一定時間后 再恢復正常氧供應 組織及細胞的損傷不僅未能恢復反而更趨嚴重 這種現(xiàn)象稱為 鈣反常 calciumparadox 用無鈣溶液灌流后再用含鈣液灌流組織器官 可造成細胞和器官代謝 功能障礙和結構破壞損傷加重的現(xiàn)象 稱為 pH反常 pHparadox 缺血后再灌注時迅速糾正缺血組織的酸中毒 反而會加重缺血 再灌注損傷的現(xiàn)象 稱為 概述 缺血 再灌注損傷的概念實驗室依據缺血 再灌注損傷的原因缺血 再灌注損傷的條件缺血 再灌注損傷的發(fā)生機制缺血 再灌注損傷時機體的功能和代謝變化防治缺血 再灌注損傷的病理生理基礎 講授內容 組織器官缺血后恢復血液供應休克時微循環(huán)的疏通 冠狀動脈痙攣的緩解一些新的醫(yī)療技術的應用動脈搭橋溶栓療法PTCA等 體外循環(huán)下心臟手術心臟驟停后心 肺 腦復蘇其他器官移植和斷肢再植術后 缺血 再灌注損傷的原因 經皮腔內冠脈成形術 percutaneoustransluminalcoronaryangioplasty PTCA 是一種治療冠心病 冠狀動脈狹窄 的介入治療方法 其中 經皮 的意思是經過皮膚穿剌插入導管的意思 而不需要用手術刀切開皮膚向人體內插入導管 手術時 在患者大腿 常用左側 根部股動脈處或手腕部橈動脈處行局部消毒后 用動脈穿刺法插入鞘管 通過鞘管將特殊材料制成的指引導管送至冠狀動脈開口處并注入造影劑 通過X線透視 觀察冠狀動脈的病變部位及程度 然后 手術人員根據病變情況 選擇大小合適的球囊并送至狹窄處 注入一定壓力使球囊充盈擴張 將狹窄或阻塞的冠狀動脈擴開 此即為經皮腔內冠狀動脈成形術 PTCA 概述 缺血 再灌注損傷的概念實驗室依據缺血 再灌注損傷的原因缺血 再灌注損傷的條件缺血 再灌注損傷的發(fā)生機制缺血 再灌注損傷時機體的功能和代謝變化防治缺血 再灌注損傷的病理生理基礎 講授內容 缺血時間側枝循環(huán)需氧程度再灌注條件 缺血 再灌注損傷的條件 概述 缺血 再灌注損傷的概念實驗室依據缺血 再灌注損傷的原因缺血 再灌注損傷的條件缺血 再灌注損傷的發(fā)生機制缺血 再灌注損傷時機體的功能和代謝變化防治缺血 再灌注損傷的病理生理基礎 講授內容 一 自由基 Freeradical 的作用二 鈣超載 Calciumoverload 三 白細胞的作用 EffectofWBC leukocyte 缺血 再灌注損傷的發(fā)生機制 一 自由基的概念與類型 外層軌道上含有單個不配對電子的原子 原子團和分子的總稱 概念 一 自由基 Freeradical 的作用 一 自由基的概念與類型 氧自由基脂性自由基其它 類型 一 自由基 Freeradical 的作用 一 自由基的概念與類型 由氧誘發(fā)的自由基 1 氧自由基 oxygenfreeradical 一 自由基 Freeradical 的作用 種類 非脂質氧自由基 O2 OH 概念 活性氧 reactiveoxygenspecies ROS 概念 一 自由基 Freeradical 的作用 類型 指一類由氧形成的 化學性質較基態(tài)氧活潑的含氧代謝物質 包括氧自由基和非自由基的含氧物質 氧自由基2 非自由基的含氧物質單線態(tài)氧 1O2 和過氧化氫 H2O2 一 自由基的概念與類型 指氧自由基與多價不飽和脂肪酸作用后生成的中間產物 2 脂性自由基 一 自由基 Freeradical 的作用 種類 如L 烷自由基 LO 烷氧自由基 LOO 烷過氧自由基 概念 一 自由基的概念與類型 3 其他 一 自由基 Freeradical 的作用 種類 Cl 氯自由基 CH3 甲基自由基 NO 一氧化氮自由基 NO O2 ONOO 過氧亞硝基陰離子 二 自由基的代謝 產生途徑 一 自由基 Freeradical 的作用 活性氧生成的反應式 1 自由基主要在線粒體產生 1 2 的氧 單純性Haber Weiss反應 反應很慢 很難產生O 2 H2O2OH OH O2Fenton反應 O 2 H2O2OH OH O2 Fe2 反應速度大大提高 生理情況下 細胞內的抗氧化系統(tǒng) 清除自由基 病理情況下 活性氧生成 或抗氧化能力 氧化應激反應 細胞損傷 死亡 三 缺血 再灌注時氧自由基生成增多的機制 一 自由基 Freeradical 的作用 黃嘌呤氧化酶形成增多 中性粒細胞聚集及激活線粒體功能受損CA增加和氧化 ATP ADP AMP 缺血期 再灌注期 腺嘌呤核苷 次黃嘌呤核苷 次黃嘌呤 黃嘌呤脫氫酶 XD 黃嘌呤氧化酶 XO 黃嘌呤 O2 H2O2 O2 O2 黃嘌呤氧化酶 尿酸 O2 H2O2 OH Ca2 依賴性蛋白酶 Fe2 Xanthinedehydrogenase 黃嘌呤氧化酶途徑 三 缺血 再灌注時氧自由基生成增多的機制 一 自由基 Freeradical 的作用 黃嘌呤氧化酶形成增多 中性粒細胞聚集及激活線粒體功能受損CA增加和氧化 三 缺血 再灌注時氧自由基生成增多的機制 一 自由基 Freeradical 的作用 中性粒細胞聚集及激活在吞噬活動時耗氧量增加其攝入的氧的70 90 經NADPH和NADH氧化酶催化 氧自由基 殺滅微生物 缺血 缺氧 補體趨化物質 中性粒細胞聚集 激活 氧經NADPH氧化酶和NADH氧化酶催化生成大量氧自由基 中性粒細胞的呼吸爆發(fā) respiratoryburst 中性粒細胞途徑 neutrophilpathway 再灌注時 再灌注期組織重新獲得氧供應 激活的中性粒細胞耗氧量顯著增加 產生大量氧自由基的現(xiàn)象 稱為 或氧爆發(fā) oxygenburst 呼吸爆發(fā)的概念 三 缺血 再灌注時氧自由基生成增多的機制 一 自由基 Freeradical 的作用 黃嘌呤氧化酶形成增多 中性粒細胞聚集及激活線粒體功能受損CA增加和氧化 3線粒體途徑 1 缺血后ATP的產生 Ca2 進入線粒體 細胞色素氧化酶的功能失調 O2 4e H2O ATPO2 e O 2 e H202 e OH e H20 O2 e O 2 2 Ca2 進入線粒體使Mn SOD減少清除OFR的能力 三 缺血 再灌注時氧自由基生成增多的機制 一 自由基 Freeradical 的作用 黃嘌呤氧化酶形成增多 中性粒細胞聚集及激活線粒體功能受損CA增加和氧化 腎上腺素腎上腺素紅 O 2 4兒茶酚胺的增加和氧化 單胺氧化酶 四 自由基引起缺血 再灌注損傷的機制 一 自由基 Freeradical 的作用 膜脂質過氧化增強 抑制蛋白質的功能 破壞核酸和染色體 1 膜脂質過氧化增強 破壞膜的正常結構 與膜內多價不飽和脂肪酸作用液態(tài)性 流動性 通透性 間接抑制膜蛋白的功能 脂質過氧化 膜脂質間交聯(lián)和聚合 離子泵功能障礙 細胞信號轉導功能障礙 促進自由基及其它生物活性物質生成膜脂質過氧化 激活磷脂酶C D 分解膜磷脂 生物活性物質 PG TXA2 LT 促進再灌注損傷 減少ATP的生成 線粒體膜發(fā)生脂質過氧化 功障 穿膜糖蛋白 膜表面蛋白 SH SH CH3 S 磷脂 正常細胞膜結構 氨基酸殘基 蛋白質斷裂 蛋白質 蛋白質交聯(lián) S S CH3 S 脂質 脂質交聯(lián) O 二硫交聯(lián) 脂質 蛋白質交聯(lián) 氨基酸氧化 OH HO 脂肪酸氧化 OH HO 從氧化的脂肪酸釋出的丙二醛 自由基損傷細胞膜結構 一 自由基 Freeradical 的作用 膜脂質過氧化增強 抑制蛋白質的功能 破壞核酸和染色體 四 自由基引起缺血 再灌注損傷的機制 蛋白質斷裂 蛋白質 蛋白質交聯(lián) S S CH3 S 脂質 脂質交聯(lián) O 二硫交聯(lián) 脂質 蛋白質交聯(lián) 氨基酸氧化 OH HO 脂肪酸氧化 OH HO 從氧化的脂肪酸釋出的丙二醛 自由基抑制蛋白質功能 一 自由基 Freeradical 的作用 膜脂質過氧化增強 抑制蛋白質的功能 破壞核酸和染色體 四 自由基引起缺血 再灌注損傷的機制 3 破壞核酸和染色體 堿基羥化 DNA斷裂染色體畸變 細胞死亡 主要為OH 所致 自由基 脂質過氧化過程中 生成多種醛類產物 如丙二醛 malondialdehyde MDA 交聯(lián)劑促進核酸 蛋白質及磷脂交聯(lián)間接反映脂質過氧化程度 一 自由基 Freeradical 的作用二 鈣超載 Calciumoverload 三 白細胞的作用 EffectofWBC leukocyte 缺血 再灌注損傷的發(fā)生機制 正常 細胞外 Ca2 10 3mol L細胞內 Ca2 10 7mol L細胞外 Ca2 是細胞內 Ca2 10000倍 鈣超載 calciumoverload 概念 各種原因引起細胞內鈣含量異常增多并導致細胞結構損傷和功能代謝障礙的現(xiàn)象 鈣的分布 依賴ATP的鈣泵 細胞內 細胞外 對鈣低通透 鈣通道 細胞外 細胞內 Na Ca2 交換系統(tǒng) 細胞內 細胞外 肌漿網 SR 膜上鈣泵激活 促進攝取 鈣結合蛋白 CaBP 線粒體攝取 鈣超載 calciumoverload 維持因素 細胞膜 細胞內 鈣超載 細胞內鈣超載的機制 未明主要發(fā)生在再灌注期 主要原因是鈣內流1 Na Ca2 交換異常2 生物膜損傷 鈣超載發(fā)生的機制1Na Ca2 交換異常 鈉鈣交換蛋白 正常 3個Na 1個Ca2 可進行雙相轉運影響因素 1 跨膜鈉濃度梯度 2 細胞內的氫濃度 Ca2 3Na K Na 鈣超載 calciumoverload 細胞內鈣超載的機制1 Na Ca2 交換異常 Na 直接激活Na Ca2 交換蛋白 H 間接激活Na Ca2 交換蛋白PKC活化間接激活Na Ca2 交換蛋白 Na H 機制 1 細胞內高Na 直接激活Na Ca2 交換蛋白缺血 ATP Na 泵 細胞內Na 再灌注 高鈉激活Na Ca2 交換蛋白 反向轉運 Ca2 進入細胞 ATP Na Ca2 鈣超載 calciumoverload 細胞內鈣超載的機制 未明主要發(fā)生在再灌注期 主要原因是鈣內流1 Na Ca2 交換異常 Na 直接激活Na Ca2 交換蛋白 H 間接激活Na Ca2 交換蛋白PKC活化間接激活Na Ca2 交換蛋白 Na H 2 細胞內高H 間接激活Na Ca2 交換蛋白質膜Na H 交換蛋白主要受細胞內 H 的變化調節(jié) Na o H o Na i H i缺血時 無氧代謝 細胞間液 細胞內產生H 再灌時 組織間液H 迅速 細胞內外較高的H 濃度差 激活Na H 交換蛋白 細胞內 Na 激活鈉泵激活Na Ca2 交換蛋白 Na H 再灌時H H Na Ca2 缺血時H 鈣超載 calciumoverload 細胞內鈣超載的機制1 Na Ca2 交換異常 Na 直接激活Na Ca2 交換蛋白 H 間接激活Na Ca2 交換蛋白PKC活化間接激活Na Ca2 交換蛋白 Na H 1 去甲腎上腺素 Gq PLC P1 IP3 Ca2 Ca2 肌漿網 DG PKC H Na Ca2 肌絲 PKC對Na Ca2 交換蛋白的間接激活 鈣超載 細胞內鈣超載的機制1 Na Ca2 交換異常2 生物膜損傷 2 生物膜損傷 1 細胞膜損傷 鈣內流 膜屏障作用 Ca2 激活磷脂酶 使膜磷脂分解FR使細胞膜脂質過氧化 2 線粒體膜受損 ATP 鈣泵功能障礙 3 肌漿網膜受損 攝取鈣 通透性增加 鈣超載引起缺血 再灌注損傷的機制1 促進自由基生成2 加重酸中毒3 破壞細胞 器 膜4 線粒體功能障礙5 激活其他酶的活性 Ca2 PO33 Ca3 PO3 2 黃嘌呤脫氫酶 黃嘌呤氧化酶 ATP 激活蛋白酶 細胞膜 結構蛋白分解 細胞內Ca2 ATP酶 細胞內高能磷酸鹽水解 釋放H 加重細胞內酸中毒 細胞內Ca2 磷脂酶 膜磷脂降解 一 自由基 Freeradical 的作用二 鈣超載 Calciumoverload 三 白細胞的作用 EffectofWBC leukocyte 缺血 再灌注損傷的發(fā)生機制 三 微血管損傷和白細胞的作用 一 缺血 再灌注時VEC與白細胞激活VEC激活表現(xiàn)為 釋放多種細胞粘附分子 粘附分子 adhesionmolecule 概念 是指由細胞合成的 可促進細胞與細胞之間 細胞與細胞外基質之間粘附的一大類分子的總稱 如整合素 選擇素 細胞間粘附分子 血管細胞粘附分子及血小板內皮細胞粘附分子等 在維持細胞結構完整和細胞信號轉導中起重要作用 微血管損傷和白細胞的作用 血管內皮細胞與白細胞激活 內皮釋放粘附分子 白細胞釋放趨化介質 白細胞 內皮細胞 二 VEC與中性粒細胞介導的缺血 再灌注損傷1 微血管損傷表現(xiàn) 無復流現(xiàn)象 no reflowphenomenon 在再灌注時放開結扎動脈 重新恢復血流 部分缺血區(qū)并不能得到充分的血液灌流的現(xiàn)象 機制 1 微血管血液流變學改變 白細胞粘附 2 微血管口徑改變 內皮腫脹 縮血管物質的釋放 3 微血管通透性增高2 組織細胞損傷激活的VEC和中性粒細胞可釋放大量生物活性物質如FR 蛋白酶 細胞因子 2 介導的損傷 微血管損傷 無復流現(xiàn)象 no reflowphenomenon 細胞損傷 微血管通透性 自由基 粒細胞 血液流變學改變白細胞粘附聚集 血流緩慢 微血管口徑的改變內皮細胞腫脹縮血管物質 擴血管物質 概述 缺血 再灌注損傷的概念實驗室依據缺血 再灌注損傷的原因缺血 再灌注損傷的條件缺血 再灌注損傷的發(fā)生機制缺血 再灌注損傷時機體的功能和代謝變化防治缺血 再灌注損傷的病理生理基礎 講授內容 一 心肌缺血 再灌注損傷的變化 最常見 一 心功能變化1 再灌注性心律失常特點 室性心律失常為主電生理改變 EP 興奮性 傳導性 ECG改變 缺血心肌對應部位ST段抬高 R波振幅 再灌使R波振幅迅速 ST段高度恢復原水平 Q波出現(xiàn)心律失常 缺血 再灌注損傷時機體的功能及代謝變化 影響因素 缺血時間缺血心肌的數(shù)量缺血的程度再灌注血流速度及電解質紊亂情況發(fā)生機制 缺血心肌與正常心肌之間傳導性和不應期差異 易形成興奮折返 R對CA反應性 自律性 室顫閾 KATP激活 心肌電解質紊亂 一 心肌缺血 再灌注損傷的變化 最常見 2 心肌舒縮功能 CO LVEDP 左室舒張末期壓力 dp dtmax 心室內壓變化最大速率 心肌頓抑myocardialstunning 又稱遲呆心肌指心肌短時間缺血后恢復再灌一段時間內心肌出現(xiàn)的可逆性收縮功能降低的現(xiàn)象 自由