[病理生理學]案例版 缺血-再灌注損傷ppt課件

,缺血再灌注損傷IschemiaReperfusionInjury,案例版,濰坊醫(yī)學院病理生理學教研室blshl,第十三章,患者，男性，48歲。因胸痛約1小時入院。經心電圖診斷為急性心肌梗死（前間壁）。體檢：BP100/75mmHg，HR37次/分，率齊，意識淡漠。既往有高血壓病史10年。給予吸氧、心電監(jiān)護，同時急查心肌酶、凝血因子、電解質、血常規(guī)等。入院后約1小時給予尿激酶150萬單位靜脈溶栓（30min滴完）。用藥完畢患者胸痛即消失，但用藥后約10min時心電監(jiān)護顯示，出現(xiàn)室性早搏、室上性心動過速及室顫，BP90/60mmHg。立即給予除顫，同時給予利多卡因、小劑量異丙腎上腺素，監(jiān)護顯示漸為竇性心律、血壓達正常。,復查心電圖為廣泛前壁心肌梗死。,概述,1,發(fā)病機制,3,機體的功能及代謝變化,4,本章主要內容,防治的病理生理學基礎,5,原因及影響因素,2,大綱要點,2,熟悉氧反常、鈣反常、pH反常、無復流現(xiàn)象、呼吸爆發(fā)的概念,掌握缺血-再灌注損傷、鈣超載概念、發(fā)病機制,3,熟悉缺血-再灌注損傷的原因和條件心、腦缺血-再灌注損傷變化特點,4,了解防治的病理生理基礎,1年，Sewell結扎狗冠狀動脈后，如突然解除結扎，恢復血流，動物室顫而死亡，臨床類同。,認識就從這簡單現(xiàn)象開始,簡史,年，Jennings第一次提出心肌再灌注損傷的概念,在心肌缺血恢復血流后，缺血心肌的損傷反而加重,6年，Bulkley和Hutchins發(fā)現(xiàn)冠脈搭橋血管再通后的病人發(fā)生心肌細胞反常性壞死。年，Greenber等證實貓小腸缺血3小時后再灌注時，粘膜損傷更嚴重。,缺血-再灌注損傷概念,缺血-再灌注損傷（ischemia-reperfusioninjury，IRI，I/R）組織缺血一段時間，當血流重新恢復后，組織的損傷程度較缺血時進一步加重，器官功能進一步惡化的綜合癥。,從實踐到理論的總結,1.可逆損傷;不可逆損傷2.具有器官普遍性:如心、腦、腸、腎等,第一節(jié)IRI原因及影響因素,原因引起血流重新恢復的因素全身性因素休克；心臟驟停后心、腦復蘇；體外循環(huán)的建立與撤除等。局部性因素某一器官缺血后血流恢復或某一血管再通后：器官移植、斷肢再植、冠狀動脈痙攣的緩解、動脈搭橋術、PTCA、溶栓療法等。,PTCA,Percutaneoustransluminalcoronaryangioplasty,PTCA,Percutaneoustransluminalcoronaryangioplasty,Langendorff心臟灌流裝置,實驗與臨床資料證明冠脈重新恢復血流后，有可能造成更嚴重的心肌損傷,影響因素缺血時間：缺血時間過短或過長都不易發(fā)生缺血部位：氧需求量高的器官易發(fā)生；缺血后側支循環(huán)不易形成者易發(fā)生再灌注條件：一定程度低壓、低溫、低PH、低鈉、低鈣液缺血前狀態(tài)：基礎疾??；缺血預適應,大鼠在體心再灌注時缺血時間對IRI的影響,缺血預適應：是指組織器官經反復短暫缺血后，會明顯增強對隨后較長時間缺血及再灌注損傷的抵抗力的現(xiàn)象。有研究，心臟經過4次短暫的5分鐘缺血，之后長時間缺血40分鐘，心梗的面積較對照組減少了75%。,鈣反常（calciumparadox）：以無鈣溶液灌流離體大鼠心臟2分鐘后再以正常含鈣溶液灌注時，心肌電信號異常、心臟功能、代謝及形態(tài)結構發(fā)生異常變化，這種現(xiàn)象稱為鈣反常。,氧反常（oxygenparadox）：預先用低氧溶液灌注組織器官或在缺氧條件下培養(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，稱為氧反常。,pH反常（pHparadox）：再灌注時迅速糾正缺血組織的酸中毒，反而加重細胞損傷，稱為pH反常。,第二節(jié)IRI的發(fā)生機制,缺血期：ATP合成減少嘌呤堿、細胞內酸性分解代謝產物增多,再灌期：恢復供氧產生活性氧細胞內Ca2+超載白細胞的激活炎癥反應,IRI的發(fā)生機制,活性氧生成異常增多鈣超載白細胞的激活,活性氧（ReactiveOxygenSpecies,ROS)由氧組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物質。,超氧陰離子（O2-）羥自由基（OH）,單線態(tài)氧(1O2)過氧化氫(H2O2),(一)活性氧的概念與類型,自由基指外層電子軌道上含有單個未配對電子的原子、原子團或分子的總稱。化學性質非?；顫?，極易與其生成部位的其它物質發(fā)生連鎖反應。,自由基分類：氧自由基(O2)脂質自由基(L)其他（Cl，CH3),超氧陰離子（O2-）羥自由基（OH）,氧自由基-由氧誘發(fā)的自由基（OxygenFreeRadicals，OFR）,氧自由基與不飽和脂肪酸作用后生成的中間代謝產物。脂自由基（L）脂氧自由基（LO）脂過氧自由基（LOO）,脂質自由基,NO過氧亞硝基陰離子(ONOO-)NO2OH,其他-氯自由基(Cl)甲基自由基(CH3)一氧化氮自由基（NO）,O2-,e-+H+,H2O,e-,e-+2H+,H2O2,e-+H+,H2O,OH,O2,12,98,4e+4H+細胞色素氧化酶系統(tǒng),SOD,氧單電子還原,（二）活性氧的代謝,O2+H2O2O2+OH-+OH,SLOW,Haber-Weiss反應(withoutFe2),Fenton型Haber-Weiss反應,Fe2O2+H2O2O2+OH-+OHOH是活性氧中毒性最強的一種,FAST,呼吸爆發(fā)（respiratoryburst）或氧爆發(fā)：中性粒細胞在吞噬活動時耗氧量增加，其攝入氧的70%-90%在NADPH和NADH氧化酶的催化下，接受電子產生大量氧自由基的現(xiàn)象。,NADH(I)NADPH(II),+O2,NADPH氧化酶,H+O-2+,NADH氧化酶,殺滅病原微生物,NAD+NADP+,活性氧的清除,胞漿：還原性輔酶,細胞內外水相：半胱氨酸、VitC、谷胱甘肽,細胞脂質：VitE、VitA,（1）低分子清除劑非酶性抗氧化劑,（2）酶性清除劑,過氧化氫酶(CAT),谷胱甘肽過氧化物酶（GSH-PX）,超氧化物歧化酶,MnSOD,CuZnSOD,銅藍蛋白,SOD2O.2+2H+H2O2+O2CAT2H2O2O2+2H2OGSH-PX2GSH+H2O2GSSG+2H2OFe2+Fe3+,氧自由基的酶性清除,超氧化物歧化酶,過氧化氫酶,谷胱甘肽過氧化物酶,銅藍蛋白,ROS:,O2、H2O2OH,Enzymes:SOD、CAT、GSH-pxNon-enzymeantioxidantsVit(E、A、C）、GSH,線粒體血管內皮細胞中性粒細胞,（三）缺血-再灌注時活性氧生成增多的機制,1.線粒體功能受損,Ca2+進入線粒體,氧經單電子還原,O-2,缺氧MnSOD,細胞色素氧化酶系統(tǒng)功能失調,線粒體血管內皮細胞中性粒細胞,2.黃嘌呤氧化酶途徑,黃嘌呤氧化酶(XO)10%黃嘌呤脫氫酶(XD)90%XOxanthineoxidaseXDxanthinedehydrogenase,Ca+2依賴性蛋白酶,缺血期,再灌注期,ATP,AMP,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),Ca2+依賴性蛋白水解酶,黃嘌呤+H2O+O2-,尿酸+H2O2+O2-,OH,O2,O2,XO在OFR形成中作用,線粒體血管內皮細胞中性粒細胞,缺血補體被激活C3片段細胞膜分解產物（白三烯）（趨化物）,再灌注,NADPHNADH,NADP+NAD+,氧化酶,O2,O2,造成組織細胞損傷,OH+O-2,3.中性粒細胞聚集激活,（四）活性氧的損傷作用,膜脂質過氧化增強,（1）破壞細胞膜的結構液態(tài)性、流動性,通透性，Ca2+內流增加；激活PLC、PLD膜磷脂分解花生四烯酸代謝生物活性物質（PG、TXA2、LTB4）（2）間接抑制細胞膜蛋白功能離子泵功能障礙細胞信號轉導功能障礙（3）破壞細胞器膜線粒體、溶酶體、肌質網,膜脂質過氧化指氧自由基與膜內多價不飽和脂肪酸作用，生成中間代謝產物，如脂氧自由基、脂過氧自由基等和過氧化物增多,丙二醛（MDA）,-S-S-,CH3-S-,脂質-脂質交聯(lián),O,脂質-蛋白質交聯(lián),OH,HO,脂肪酸氧化,OH,HO,從氧化的脂肪酸釋出的丙二醛MDA,自由基的損傷作用,抑制蛋白質的功能（1）自由基可使酶的巰基氧化，AA殘基氧化（2）自由基使蛋白質和酶分子聚合、交聯(lián)、肽鏈斷裂蛋白質變性、酶的活性喪失受體、離子通道功能障礙,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MDA,破壞核酸及染色體堿基羥化、DNA斷裂染色體畸變或細胞死亡，80%由OH毒性作用，易與脫氧核苷酸及堿基反應并使其結構改變。,改變細胞功能引起組織損傷：滅活NO，影響血管舒縮；OH促進白細胞附壁，生成趨化因子和白細胞激活因子,IRI的發(fā)生機制,活性氧生成異常增多鈣超載白細胞的激活,二、鈣超載-細胞內鈣積聚,鈣超載是指各種原因引起的細胞內游離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)象稱為鈣超載。,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,Calciumoverload,Na+-Ca2+載體,Ca2+BPr鈣結合蛋白,線粒體,肌漿網,Ca2+,Ca2+,Ca2+泵,Ca2+電壓依賴性,Ca2+,細胞內Ca2+的穩(wěn)態(tài)調節(jié),細胞膜依賴ATP的鈣泵鈣通道Na+-Ca2+交換,細胞內肌漿網鈣結合蛋白線粒體攝取,鈉泵,3Na+,2K+,雙向轉運,Na+/Ca2+交換異常細胞膜損傷,（一）鈣超載的機制,鈣超載的機制,Na+/Ca2+交換異常生理條件下3Na+/Ca2+交換正向轉運,胞內Na+時Na+/Ca2+交換逆向轉運,3Na+/Ca2+,Na+低濃度,鈉泵,3Na+,2K+,（1）細胞內高Na+對Na+-Ca2+交換蛋白的直接激活缺血ATPNa+泵細胞內Na+激活Na+-Ca2+交換蛋白Ca2+進入再灌注,K+,Na+,3Na+,Ca2+,ATP,Na+,Ca2+,Na+/Ca2+交換異常,(2)細胞內高H+對Na+-Ca2+交換蛋白的間接激活膜Na+/H+交換蛋白主受細胞內H+變化調節(jié)缺血時：無氧代謝產生H+增多再灌時：組織間液H+迅速減少細胞內外較高的H+濃度差激活Na+/H+交換蛋白細胞內Na+激活Na+-Ca2+交換蛋白,Na+,H+,H+,Na+/Ca2+交換異常,（3）蛋白激酶C（PKC）活化對Na+/Ca2+交換蛋白的間接激活,三磷酸肌醇,甘油二酯,G-蛋白磷脂酶C,磷脂酰肌醇,Na+/Ca2+交換異常,1腎上腺素能受體,腎上腺素能受體,G蛋白-PLC信號系統(tǒng),IP3,DG,胞內Ca2+釋放,H+/Na+交換,PKC,增加L型鈣通道Ca2+內流,胞漿內Ca2+,Na+-Ca2+交換,1腎上腺素能受體,腎上腺素能受體,Na+/Ca2+交換異常細胞膜損傷,（一）鈣超載的機制,細胞膜損傷糖被膜受損細胞膜通透性缺血或無Ca2+灌流液使Ca2+流失，細胞膜外板和外層的糖被膜分離磷脂酶的激活細胞膜通透性Ca2+激活磷脂酶膜磷脂降解自由基的作用膜對Ca2+的通透性,鈣超載的機制,導致細胞能量代謝紊亂酶的激活，肌原纖維過度收縮ATP消耗線粒體攝鈣磷酸鈣形成干擾氧化磷酸化ATP生成促進氧自由基生成Ca2+依賴性蛋白酶XD轉化為XOROS再灌注心律失常Na+/Ca2+不等電荷交換一過性內向電流,鈣超載引起再灌注損傷的機制,（二）鈣超載引起再灌注損傷的機制,促進細胞膜和結構蛋白的分解(Ca2+依賴性酶的激活)Ca2+激活磷脂酶膜磷脂降解破壞細胞（器）膜肌原纖維過度收縮Ca2+再灌注酸中毒緩解H+，Ca2+競爭,鈣超載是細胞不可逆死亡的共同通路,鈣超載引起再灌注損傷的機制,線粒體,肌漿網,損傷刺激,肌漿Ca2+,ATP酶,ATP,磷脂酶,磷脂分解,蛋白酶,膜和骨架蛋白破壞,核酶,染色體損傷,自由基的作用鈣超載白細胞的作用,IRI的發(fā)生機制,三、白細胞的作用,白細胞激活介導微血管損傷無復流(no-reflowphenomenon)現(xiàn)象。概念:是在犬的實驗中發(fā)現(xiàn)的。結扎犬的冠狀動脈造成局部心肌缺血后，在打開結扎的動脈，使血流重新開放，缺血區(qū)并不能得到充分的血流灌注，此現(xiàn)象稱為無復流。,（一）再灌注時白細胞增多的機制,黏附分子生成增多:如選擇素、整合素、細胞間粘附分子等；中性粒細胞釋放趨化作用的炎癥介質:如白介素等，促進白細胞聚集和浸潤。趨化因子生成增多:膜磷脂分解LTs,PAF,補體,激肽。,粘附分子（adhesionmolecule）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。功能：維持細胞結構完整細胞信號轉導中起重要作用。,持續(xù)缺血缺氧血管內皮細胞中性粒細胞粘附分子上調,粘附,初始粘附牢固粘附,血管,組織,白細胞組織浸潤的機制,趨化,細胞損傷,（二）白細胞介導缺血-再灌注損傷的機制,微血管損傷,微血管內血液流變學改變,微血管口徑改變,微血管通透性增加,再灌注損傷,微血管血液流變學改變中性粒細胞體積大與血管內皮細胞黏附,嵌頓,堵塞毛細血管內皮損傷、血小板栓子和微血栓的形成,無復流,微血管口徑的改變,微血管舒縮功能改變,縮血管物質增多擴血管物質減少,缺血缺氧,血管內皮受損PGI2,CA刺激TXA2,強烈的血管收縮和血小板聚集TXA2,微血栓形成和血管堵塞,微血管通透性增高,微血管通透性的增高可能與白細胞釋放的炎癥介質有關通透性增高組織水腫無復流現(xiàn)象血液濃縮,再灌注,炎性介質OFR活性酶,組織細胞損傷,2.細胞損傷（CellInjury）,激活的中性粒細胞與內皮細胞釋放大量炎性因子，造成局部炎癥反應.,IRI發(fā)病機制小結,再灌注,中性粒細胞,無復流,致炎因子,氧自由基,鈣超載,細胞損傷,缺血,O2,Ca2+,細胞壞死,缺血損傷恢復,第三節(jié)IRI時機體的功能及代謝變化,一、IRI對心功能的影響,再灌注性心律失常,心肌動作電位時程不均一心肌動作電位后延遲后除極的形成心肌電生理特性改變纖顫閾降低NO減少,心功能變化,心肌舒縮功能降低,心肌頓抑,鈣超載自由基爆發(fā)性生成,心肌舒縮功能降低,心肌頓抑(MyocardialStunning):心肌并未因缺血發(fā)生不可逆性損傷，但在再灌注血流已恢復或基本恢復正常后的一定時間內心肌出現(xiàn)的可逆性收縮功能降低的現(xiàn)象。,鈣超載細胞內Na+Na+/Ca2+交換蛋白反向轉運，平臺期Ca2+進入增加，持續(xù)內向電流，形成AP后短暫除極。,4,0,2,1,3,可逆性I/R,OH,.,線粒體損傷,收縮蛋白損傷,肌漿網鈣轉運蛋白,膜通透性離子泵活性,鈣超載,ATP,鈣敏感性,心肌收縮功能,胞內Na+超載,Na+/Ca2+交換,心肌頓抑的發(fā)生機制,再灌注心肌動作電位時程的不均一性再灌注初期AP迅速恢復，但不同區(qū)域間、不同細胞間AP恢復速度有差異，造成心肌折返。,1,1.再灌區(qū)必須存在有功能上可以恢復的心肌細胞：越多發(fā)生率越高2.再灌注前缺血時間長短3.缺血心肌的數量、缺血的程度及再灌注恢復的速度,心肌缺血性損傷和再灌注性損傷的主要表現(xiàn),心肌能量代謝變化,ATP含量降低ATP合成的前體物質不足缺血心肌對氧利用障礙,細胞膜破壞肌原纖維結構破壞線粒體損傷,心肌超微結構變化,IRI對心功能的影響,1968年由Ames率先報道腦缺血-再灌注損傷。,二、腦IRI損傷的變化,腦組織富含磷脂，脂質過氧化是腦損傷的主要特征,ATP、CP、G、糖原乳酸,cGMP,腦能量代謝變化,腦IRI損傷的變化,腦氨基酸代謝變化,腦組織學變化,興奮性氨基酸降低（谷氨酸、天門冬氨酸）抑制性氨基酸增多（丙氨酸、-氨基丁酸）,腦水腫：膜脂質過氧化結構破壞，鈉泵功能障礙腦細胞壞死