脑缺氧损害与脑保护-ppt课件.ppt
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1、脑缺氧损害与脑保护脑缺氧损害与脑保护1ppt课件2ppt课件脑组织能量代谢的特点脑组织能量代谢的特点 人脑重量占体重的人脑重量占体重的2-3%,但是安静状态下供血,但是安静状态下供血量占了心输出量的量占了心输出量的20% 。脑的能量需要特别大,。脑的能量需要特别大,脑组织血液供应特别丰富。脑组织血液供应特别丰富。 血液完全阻断血液完全阻断6秒,神经细胞代谢受损。秒,神经细胞代谢受损。10-15秒,意识丧失,秒,意识丧失,2分钟脑电活动停止。持续分钟脑电活动停止。持续5分分钟以上,脑细胞发生不可逆的损害。钟以上,脑细胞发生不可逆的损害。3ppt课件 脑组织中能量物质的储存量很低。不仅能量脑组织中
2、能量物质的储存量很低。不仅能量合成的原料物质储存量极少,可以被直接利合成的原料物质储存量极少,可以被直接利用的能量物质也很少。用的能量物质也很少。 脑组织的这些特点决定了脑在正常的生理活动中,必须保脑组织的这些特点决定了脑在正常的生理活动中,必须保证能量物质的持续供应和能量合成的持续进行。证能量物质的持续供应和能量合成的持续进行。 4ppt课件 脑组织生理活动所依赖的能量脑组织生理活动所依赖的能量 脑组织是以脑组织是以ATPATP的形式提供能量。虽然其它物的形式提供能量。虽然其它物质也含有高能磷酸键,如磷酸肌酸。但这些高能质也含有高能磷酸键,如磷酸肌酸。但这些高能物质在脑内不能被直接利用,只是
3、作为能量的暂物质在脑内不能被直接利用,只是作为能量的暂时储存形式时储存形式 。在应急时,才被调动供能。在应急时,才被调动供能。5ppt课件 当脑组织内当脑组织内ATPATP消耗过多,导致消耗过多,导致ATPATP含量大幅度减少含量大幅度减少或因为其他原因出现能量耗竭时,或因为其他原因出现能量耗竭时,ADPADP生成增多时,生成增多时,磷酸肌酸再将高能磷酸键转给磷酸肌酸再将高能磷酸键转给ADPADP而重新生成而重新生成ATPATP,供脑组织利用,由此磷酸肌酸可以作为应急措施,供脑组织利用,由此磷酸肌酸可以作为应急措施,补充补充ATPATP的供应不足。的供应不足。 6ppt课件 ATPATP合成以
4、后,可以与肌苷(合成以后,可以与肌苷(creatininecreatinine, Cr, Cr)反应,将高能磷酸键转给肌苷而使之形成磷酸肌反应,将高能磷酸键转给肌苷而使之形成磷酸肌酸(酸(phosphocreatine, PCrphosphocreatine, PCr)。)。 磷酸肌酸作为能量的另一形式储存于组织之中。磷酸肌酸作为能量的另一形式储存于组织之中。但是,磷酸肌酸中的高能磷酸键不能直接被组织但是,磷酸肌酸中的高能磷酸键不能直接被组织利用。利用。7ppt课件 脑组织的能量储备量非常低,几乎没有可以较长时脑组织的能量储备量非常低,几乎没有可以较长时间维持正常生理活动的能量储备,包括间维持
5、正常生理活动的能量储备,包括ATPATP和和PCrPCr。 能量合成代谢所需的物质能量合成代谢所需的物质葡萄糖的储备也很少,葡萄糖的储备也很少,维持脑正常能量代谢只能依靠从循环血液中获得的维持脑正常能量代谢只能依靠从循环血液中获得的原料如葡萄和氧等。原料如葡萄和氧等。8ppt课件 因此,在短时间的脑血液供应不足或中断时,就会因此,在短时间的脑血液供应不足或中断时,就会影响脑的正常生理活动,导致脑功能障碍;较长时间影响脑的正常生理活动,导致脑功能障碍;较长时间血液供给障碍,将导致神经细胞的损伤和死亡。血液供给障碍,将导致神经细胞的损伤和死亡。9ppt课件 脑能量代谢的基本过程脑能量代谢的基本过程
6、脑能量代谢合成的主要原料是血液中提供的葡脑能量代谢合成的主要原料是血液中提供的葡萄糖。葡萄糖在酶作用下代谢为丙酮酸,进入三羧萄糖。葡萄糖在酶作用下代谢为丙酮酸,进入三羧酸循环进行氧化,生成酸循环进行氧化,生成NADHNADH,然后进入线粒体呼吸,然后进入线粒体呼吸链。最后产生氧、链。最后产生氧、ATPATP、水。、水。 10ppt课件有氧代谢有氧代谢 三羧酸循环产生的三羧酸循环产生的NADHNADH,在脑能量代谢过程中是线,在脑能量代谢过程中是线粒体进行氧化磷酸化能量合成的基础。由酶复合酶粒体进行氧化磷酸化能量合成的基础。由酶复合酶I I再将电子传递给辅酶再将电子传递给辅酶Q(CoQQ(CoQ
7、) );经过;经过CoQCoQ循环,循环,CoQCoQ将将电子传递给酶复体体电子传递给酶复体体IIIIII(细胞色素(细胞色素C C还原酶),再还原酶),再传给酶复合体传给酶复合体IVIV(细胞色素(细胞色素C C氧化酶),最后传递给氧化酶),最后传递给氧而形成终产物氧而形成终产物水。水。11ppt课件 电子传递过程中,电子的电势不断降低,电子所具电子传递过程中,电子的电势不断降低,电子所具有的能量不断释放出来,将基质内的质子,泵出到有的能量不断释放出来,将基质内的质子,泵出到线粒体内膜外,从而在线粒体内膜两侧产生一电化线粒体内膜外,从而在线粒体内膜两侧产生一电化学梯度学梯度 。再由线粒体内膜
8、外的。再由线粒体内膜外的ATPATP合成酶上的合成酶上的F0F0亚亚基上的质子通道流回到基质内,质子回流所释放的基上的质子通道流回到基质内,质子回流所释放的势能又被用来促使势能又被用来促使ADPADP磷酸化磷酸化-形成形成ATPATP。 12ppt课件 基质内的基质内的ATPATP随后与胞浆随后与胞浆ADPADP交换,进入到细胞浆内,交换,进入到细胞浆内,为细胞提供能量。而为细胞提供能量。而ADPADP通过线粒体内膜进入线粒通过线粒体内膜进入线粒体基质又为体基质又为ATPATP的合成提供了原料,保证了能量合的合成提供了原料,保证了能量合成过程的连续进行。成过程的连续进行。 脑内能量代谢依赖葡萄
9、糖和氧。脑内能量代谢依赖葡萄糖和氧。 13ppt课件COCO2 2和和O O2 2分压对脑血流量的影响分压对脑血流量的影响 血液血液COCO2 2分压升高时,脑血管舒张,血流量增加。分压升高时,脑血管舒张,血流量增加。COCO2 2过多时,通过使细胞外液过多时,通过使细胞外液H H+ +浓度升高而使脑血管舒浓度升高而使脑血管舒张。张。 过度通气时,过度通气时,COCO2 2呼出过多,动脉血呼出过多,动脉血COCO2 2分压过低,脑分压过低,脑血流量减少,可引起头晕等症状。血液血流量减少,可引起头晕等症状。血液O O2 2分压降低分压降低时,也能使脑血管舒张。时,也能使脑血管舒张。 神经对脑血管
10、活动的调节作用不很明显神经对脑血管活动的调节作用不很明显 14ppt课件脑的代谢对脑血流的影响脑的代谢对脑血流的影响 脑的各部分的血流量与该部分脑组织的代谢活动程脑的各部分的血流量与该部分脑组织的代谢活动程度有关。度有关。 同一时间内脑的各部分血流量是不同的。当脑的某同一时间内脑的各部分血流量是不同的。当脑的某一部分活动加强时,该部分的血流量就增多一部分活动加强时,该部分的血流量就增多 15ppt课件 代谢活动加强代谢活动加强 引起的局部脑血流量增加的机引起的局部脑血流量增加的机制,可能是通过代谢产物如制,可能是通过代谢产物如H H+ +、 K K + +、腺苷,、腺苷,以及氧分压降低,引起脑
11、血管舒张的。以及氧分压降低,引起脑血管舒张的。 16ppt课件脑血管的自身调节脑血管的自身调节 脑血流量取决于脑的动、静脉的压力差和脑血管的脑血流量取决于脑的动、静脉的压力差和脑血管的血流阻力。在正常情况下,颈内静脉压接近于右心血流阻力。在正常情况下,颈内静脉压接近于右心房压且变化不大,故影响血流量的主要因素是颈动房压且变化不大,故影响血流量的主要因素是颈动脉压。脉压。 正常情况下脑循环的灌注压为正常情况下脑循环的灌注压为10.6-13.3kPa(80-10.6-13.3kPa(80-100mmHg100mmHg)。平均动脉压降低或颅内压升高都可以使)。平均动脉压降低或颅内压升高都可以使脑的灌
12、注压降低。脑的灌注压降低。 17ppt课件 当平均动脉压在当平均动脉压在8.0-18.6kPa(60-140mmHg)8.0-18.6kPa(60-140mmHg)范围内变范围内变化时,脑血管可通过自身调节的机制使脑血流量保持化时,脑血管可通过自身调节的机制使脑血流量保持恒定。平均动脉压降低到恒定。平均动脉压降低到8.0kPa(60mmHg)8.0kPa(60mmHg)以下时,脑以下时,脑血流量就会显著减少,从而引起脑的功能障碍。血流量就会显著减少,从而引起脑的功能障碍。 18ppt课件19ppt课件脑循环的特点脑循环的特点 脑位于颅腔内。颅腔是骨性组织,其容积是相对固脑位于颅腔内。颅腔是骨性
13、组织,其容积是相对固定的。颅腔内为脑、脑血管和脑脊液所充满,三者定的。颅腔内为脑、脑血管和脑脊液所充满,三者的容积的总和也是相对固定的。由于脑组织是不可的容积的总和也是相对固定的。由于脑组织是不可压缩的,故脑血管舒缩程度受到相当的限制,血流压缩的,故脑血管舒缩程度受到相当的限制,血流量的变化较小。量的变化较小。 20ppt课件血-脑屏障 脑的毛细血管壁内皮细胞相互间接触紧密,并有一定脑的毛细血管壁内皮细胞相互间接触紧密,并有一定的重叠,管壁上没有小孔。的重叠,管壁上没有小孔。 毛细血管和神经元之间并不直接接触,而由神经胶质毛细血管和神经元之间并不直接接触,而由神经胶质细胞隔开。这一结构特征对于
14、物质在血液和脑组织之细胞隔开。这一结构特征对于物质在血液和脑组织之间的扩散起着屏障的作用,也称之为血间的扩散起着屏障的作用,也称之为血- -脑屏障。脑屏障。 21ppt课件脑底动脉分布图22ppt课件脑底动脉分布图23ppt课件脑能量代谢与相关疾病 脑能量代谢与脑组织和神经系统疾病的关系可以表脑能量代谢与脑组织和神经系统疾病的关系可以表现为两个方面现为两个方面 一方面是脑组织病变对能量代谢的影响,一方面是脑组织病变对能量代谢的影响, 另一方面是能量代谢的异常变化对神经系统功能的另一方面是能量代谢的异常变化对神经系统功能的影响。影响。 24ppt课件 脑组织病变,如脑外伤、脑缺氧等可以导致线粒体
15、脑组织病变,如脑外伤、脑缺氧等可以导致线粒体的损伤和功能的变化,形成能量代谢障碍。的损伤和功能的变化,形成能量代谢障碍。 多种神经退行性疾病,如阿尔茨海默氏痴呆(多种神经退行性疾病,如阿尔茨海默氏痴呆(ADAD)、)、帕金森病(帕金森病(PDPD)等与线粒体能量代谢功能变化密切)等与线粒体能量代谢功能变化密切相关。特别是脑的衰老过程与脑线粒体能量代谢异相关。特别是脑的衰老过程与脑线粒体能量代谢异常有密切关系。常有密切关系。25ppt课件 脑能量代谢是一组十分复杂的生物化学反脑能量代谢是一组十分复杂的生物化学反应过程。虽然整个过程的最终目的是合成供应过程。虽然整个过程的最终目的是合成供脑正常生理
16、活动脑正常生理活动 需要的能量物质,但这一复需要的能量物质,但这一复杂过程中的每一个环节都与脑功能有联系。杂过程中的每一个环节都与脑功能有联系。26ppt课件脑缺血性疾病脑缺血性疾病 脑缺血性疾病对能量代谢的影响脑缺血性疾病对能量代谢的影响脑缺血性疾病通常所指的是脑血流减少造成的脑部脑缺血性疾病通常所指的是脑血流减少造成的脑部供血不足,包括全脑供血不足和脑局部供血不足。供血不足,包括全脑供血不足和脑局部供血不足。 27ppt课件28ppt课件 脑缺血性疾病对脑组织损伤的直接作用就是造成脑脑缺血性疾病对脑组织损伤的直接作用就是造成脑能量合成物质(如氧、葡萄糖等)的供应缺乏。脑能量合成物质(如氧、
17、葡萄糖等)的供应缺乏。脑能量供应的减少,促使脑细胞功能降低,而产生或能量供应的减少,促使脑细胞功能降低,而产生或加重这些疾病的症状。由于能量合成供应不足造成加重这些疾病的症状。由于能量合成供应不足造成的神经细胞功能障碍,包括线粒体能量合成功能的的神经细胞功能障碍,包括线粒体能量合成功能的改变,进一步促进了缺血性疾病发展。改变,进一步促进了缺血性疾病发展。 29ppt课件 在脑内高能磷酸物质的迅速耗竭时,当神经细胞去在脑内高能磷酸物质的迅速耗竭时,当神经细胞去极化时,引起谷氨酸释放,并选择性对易损神经元极化时,引起谷氨酸释放,并选择性对易损神经元(selectively vulnerable n
18、eurons, SVNsselectively vulnerable neurons, SVNs)电压)电压依赖性钙通道和谷氨酸调节钙通道的开放。依赖性钙通道和谷氨酸调节钙通道的开放。 细胞内游离钙浓度大幅度增高,进而激活了某些蛋细胞内游离钙浓度大幅度增高,进而激活了某些蛋白酶、白酶、calcineurincalcineurin、磷脂酶等,引起一系列钙激、磷脂酶等,引起一系列钙激活蛋白酶底物的水解,如红细胞膜蛋白活蛋白酶底物的水解,如红细胞膜蛋白(spectrinspectrin);激活);激活NONO合酶,使游离钙、花生四烯合酶,使游离钙、花生四烯酸的积聚,并进一步导致内质网的钙耗竭。酸的积
19、聚,并进一步导致内质网的钙耗竭。 30ppt课件 腺苷降解产物和内质网钙耗竭,可以激活一种通过腺苷降解产物和内质网钙耗竭,可以激活一种通过 真核起始因子真核起始因子2 2(eukaryotic initiation factor-2, eukaryotic initiation factor-2, eIF2alphaeIF2alpha)的)的亚单位磷酸化而抑制翻译过程启动亚单位磷酸化而抑制翻译过程启动的激酶,造成脑组织蛋白合成抑制。此外,细胞内的激酶,造成脑组织蛋白合成抑制。此外,细胞内游离钙浓度大幅度增高促进了钙超载、兴奋性氨基游离钙浓度大幅度增高促进了钙超载、兴奋性氨基酸释放、氧自由基生成
20、、炎症反应的发生酸释放、氧自由基生成、炎症反应的发生。 31ppt课件 线粒体在调节细胞内钙、自由基生成过程具有重要线粒体在调节细胞内钙、自由基生成过程具有重要作用。作用。 作为能量代谢的主要部位,线粒体在脑缺血性疾病作为能量代谢的主要部位,线粒体在脑缺血性疾病的损伤过程,仍然起到不可忽视的作用。保护线粒的损伤过程,仍然起到不可忽视的作用。保护线粒体结构和功能不受损伤,是减弱缺血脑组织损伤程体结构和功能不受损伤,是减弱缺血脑组织损伤程度、促进缺血脑组织恢复的重要条件。度、促进缺血脑组织恢复的重要条件。 32ppt课件脑缺血再灌注对能量代谢的影响 脑缺血再灌注脑缺血再灌注 实际上就是一定时间的暂
21、时性脑缺血,随后又恢实际上就是一定时间的暂时性脑缺血,随后又恢复了血液供应的病理生理的状况。这一病理过程造复了血液供应的病理生理的状况。这一病理过程造成的脑损伤可以分为缺血性损伤和再灌注损伤,后成的脑损伤可以分为缺血性损伤和再灌注损伤,后者又分为早期再灌注损伤和继发性再灌注损伤。者又分为早期再灌注损伤和继发性再灌注损伤。 33ppt课件 再灌注损伤的原因尚不完全清楚。再灌注损伤的原因尚不完全清楚。 考虑可能有多种原因。尤其是氧自由基是比考虑可能有多种原因。尤其是氧自由基是比较肯定的。一些实验结果提示,给予较肯定的。一些实验结果提示,给予NONO供体或硝供体或硝酸酯物质可清除部分自由基酸酯物质可
22、清除部分自由基, ,使再灌注损伤的范围使再灌注损伤的范围减小。减小。34ppt课件 脑缺血再灌注可导致多种致命性变化脑缺血再灌注可导致多种致命性变化1 1、破坏细胞膜完整性,使离子代谢紊乱;、破坏细胞膜完整性,使离子代谢紊乱;2 2、发生进行性蛋白水解,使翻译能力丧失而不能阻、发生进行性蛋白水解,使翻译能力丧失而不能阻止损伤的发生和发展,残存的基因信号传导减弱;止损伤的发生和发展,残存的基因信号传导减弱;3 3、再灌注早期,花生四烯酸代谢产生大量氧自由基,、再灌注早期,花生四烯酸代谢产生大量氧自由基,促使超氧化物介导的储铁蛋白释放铁离子,促使促使超氧化物介导的储铁蛋白释放铁离子,促使NONO生
23、成。生成。 35ppt课件 促使促使NONO生成导致过氧化氮的生成,使蛋白硝基化和脂质生成导致过氧化氮的生成,使蛋白硝基化和脂质过氧化。这成为选择性敏感神经元细胞膜损伤的主要形式。过氧化。这成为选择性敏感神经元细胞膜损伤的主要形式。 再灌注过程中,线粒体酶代谢活动加强也可以产生大量自再灌注过程中,线粒体酶代谢活动加强也可以产生大量自由基,而进一步造成细胞和线粒体自身的损伤。由基,而进一步造成细胞和线粒体自身的损伤。 缺血期产生的高浓度儿茶酚胺又可以诱导线粒体释放胱冬缺血期产生的高浓度儿茶酚胺又可以诱导线粒体释放胱冬酶酶9 9(caspasecaspase)和细胞色素)和细胞色素C C,是细胞凋
24、亡启动的重要原因。,是细胞凋亡启动的重要原因。 36ppt课件 随着脑缺血和再灌注产生的慢性有氧能量代谢损伤随着脑缺血和再灌注产生的慢性有氧能量代谢损伤也参与了继发性神经细胞的程序性死亡。也参与了继发性神经细胞的程序性死亡。 丙酮酸脱氢酶复合体(丙酮酸脱氢酶复合体(pyruvate dehydrogenasepyruvate dehydrogenase complex, PDHCcomplex, PDHC)的活性对再灌注十分敏感。再灌)的活性对再灌注十分敏感。再灌注后,酶复合体活性降低,成为再灌注后脑损伤的注后,酶复合体活性降低,成为再灌注后脑损伤的原因之一。原因之一。 37ppt课件 脑外伤
25、性疾病对能量代谢的影响脑外伤性疾病对能量代谢的影响 脑外伤引起病变的因素很多,能量代谢的改变是重要脑外伤引起病变的因素很多,能量代谢的改变是重要的环节。脑外伤常常引起脑供氧不足,继而导致细的环节。脑外伤常常引起脑供氧不足,继而导致细胞的死亡。胞的死亡。脑外伤后及时恢复供氧是非常重要的。如果脑外伤后脑外伤后及时恢复供氧是非常重要的。如果脑外伤后引起线粒体的功能损害,单纯的供氧并不能提高能引起线粒体的功能损害,单纯的供氧并不能提高能量物质量物质ATPATP的供给。的供给。38ppt课件 创伤还可以发生脑内兴奋性氨基酸释放,细胞内钙创伤还可以发生脑内兴奋性氨基酸释放,细胞内钙离子浓度升高等一系列内环
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