医学精品课件：12 第十二章 缺血-再灌注损伤.ppt

1、第十二章第十二章 缺血缺血-再灌注损伤再灌注损伤ischemia-reperfusion injuryischemia-reperfusion injury中国医科大学病理生理教研室概念概念 在缺血的基础上恢复血流后组织损伤反而加在缺血的基础上恢复血流后组织损伤反而加重，甚至发生不可逆性损伤的现象称为缺血重，甚至发生不可逆性损伤的现象称为缺血-再灌再灌注损伤注损伤（ischemia reperfusion injuryischemia reperfusion injury，IRIIRI）。）。“缺血预适应缺血预适应”“缺血后适应缺血后适应”在缺血前短暂、间歇地阻断冠状动脉，可以减轻因长时间缺血

2、所造成的组织损伤以及心肌梗塞的范围，而称之为缺血预适应（preconditioning)在缺血后短暂、间歇地阻断动脉供血，可减轻再灌注损伤及梗塞范围，从而获得与缺血预适应相似的效果，而称之为缺血后适应（postconditioning）第一节第一节 缺血缺血-再灌注损伤的原因及影响因素再灌注损伤的原因及影响因素一、一、IRIIRI常见原因常见原因(凡是在组织器官缺血基础上的血液再灌凡是在组织器官缺血基础上的血液再灌注都可能成为缺血注都可能成为缺血-再灌注损伤的发生原因。再灌注损伤的发生原因。1.1.组织器官缺血后恢复血液供应。组织器官缺血后恢复血液供应。2.2.某些新的医疗技术的应用。某些新的

3、医疗技术的应用。如冠脉搭桥术、经皮腔内冠脉血管成形术如冠脉搭桥术、经皮腔内冠脉血管成形术、溶栓、溶栓疗法疗法等。等。3.3.体外循环下心脏手术。体外循环下心脏手术。二、二、IRIIRI影响因素影响因素(1.1.缺血时间。缺血时间。2.2.缺血程度。缺血程度。缺血后侧支循环容易形成者，不易发生再灌缺血后侧支循环容易形成者，不易发生再灌注损伤。注损伤。需氧程度高者容易发生缺血需氧程度高者容易发生缺血-再灌注损伤再灌注损伤,如如心、脑等。心、脑等。3.3.再灌注条件。再灌注条件。灌注液的压力、温度、灌注液的压力、温度、pHpH值和电解质浓度都值和电解质浓度都与再灌注损伤密切相关。与再灌注损伤密切相关

4、。灌注压力愈高、灌注液温度愈高、灌注压力愈高、灌注液温度愈高、PHPH值愈高、值愈高、CaCa2+2+、NaNa+含量愈高、含量愈高、K K+、MgMg2+2+含量愈低、再灌注含量愈低、再灌注损伤愈严重。损伤愈严重。第二节第二节 缺血再灌注损伤的发生机制缺血再灌注损伤的发生机制 自由基损伤作用自由基损伤作用 钙超载钙超载 白细胞的激活白细胞的激活一、自由基的作用一、自由基的作用（一）概念（一）概念 概念概念 自由基（自由基（free radical）外层电子轨道上含有单个不配对电子的原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。子、原子团和分子的总称。自由基的化学性质极为活泼，

5、外层电子轨道自由基的化学性质极为活泼，外层电子轨道的不配对电子状态使其极易发生氧化（失去电子的不配对电子状态使其极易发生氧化（失去电子)或还原反应（获得电子）。或还原反应（获得电子）。分类分类1 1非脂性自由基非脂性自由基 氧自由基氧自由基_ _ O O2 2 4 4其他自由基其他自由基 氯自由基（氯自由基（ClCl）、甲基自由基）、甲基自由基（CH3CH3）、一氧化氮自由基（）、一氧化氮自由基（NONO）等。）等。一氧化氮自由基（一氧化氮自由基（NONO）：气体自由基）：气体自由基活性氧活性氧单线态氧（单线态氧（1 1O O2 2）过氧化氢（过氧化氢（H H2 2O O2 2）_ _ O O

6、2 2NONO(二二)自由基的代谢自由基的代谢1 1自由基的产生自由基的产生 Fenton Fenton反应反应 e e-+H+H+H H2 2O Oe e-e e-+2H+2H+H H2 2O O2 2 e e-+H+H+H H2 2O O OHOH _ _ O O2 2O O2 2O O2 2+4e+4e-H H2 2O+O+能量能量细胞色素氧化酶系统细胞色素氧化酶系统2 2自由基的清除自由基的清除 NADPH+2ONADPH+2O2 2 2 +NADP 2 +NADP+H+H+NADH+ONADH+O2 2+2O+2O2 2 H H2 2O O2 2+NAD+NAD+H+H+NADPHN

7、ADPH氧化酶氧化酶NADHNADH氧化酶氧化酶_ _ O O2 22 2中性粒细胞聚集及激活中性粒细胞聚集及激活中性粒细胞：中性粒细胞：缺血缺血-再灌注时：再灌注时：自由基（黄嘌呤氧化酶的作用产生的自由基）自由基（黄嘌呤氧化酶的作用产生的自由基）细胞膜细胞膜 LTLT、C C3 3片段等片段等 趋化作用趋化作用 中性粒细胞聚集并激活中性粒细胞聚集并激活再灌注时：再灌注时：重新获得重新获得O O2 2 中性粒细胞耗氧量显著增加中性粒细胞耗氧量显著增加“呼吸爆发呼吸爆发”3 3线粒体功能障碍线粒体功能障碍缺氧时：缺氧时：氧分压氧分压、ATP ATP 生成生成CaCa2+2+进入线粒体进入线粒体细

8、细胞色素氧化酶的功能失调胞色素氧化酶的功能失调电子传递受损电子传递受损氧经单氧经单电子还原形成的自由基增多、经电子还原形成的自由基增多、经4 4价还原形成的水减价还原形成的水减少。少。Ca Ca2+2+进入线粒体使进入线粒体使Mn-SODMn-SOD减少，清除减少，清除OFROFR的能力的能力。4 4儿茶酚胺增加与氧化儿茶酚胺增加与氧化应激（缺血）应激（缺血）儿茶酚胺分泌增多儿茶酚胺分泌增多 积极作用积极作用 儿茶酚胺氧化产物增多（氧自由基）儿茶酚胺氧化产物增多（氧自由基）细胞损伤细胞损伤（四）自由基引起缺血（四）自由基引起缺血-再灌注损伤的机制再灌注损伤的机制1 1膜脂质过氧化增强膜脂质过氧

9、化增强2 2蛋白质功能抑制蛋白质功能抑制3 3核酸及染色体破坏核酸及染色体破坏1 1膜脂质过氧化增强膜脂质过氧化增强膜损伤是自由基损伤细胞的早期表现。膜损伤是自由基损伤细胞的早期表现。Ca2+Ca2+内流内流自由基自由基再灌注损伤再灌注损伤互为因果互为因果2 2蛋白质功能抑制蛋白质功能抑制3 3核酸及染色体破坏核酸及染色体破坏 主要表现为染色体畸变、核酸碱基改变或主要表现为染色体畸变、核酸碱基改变或DNADNA断裂，这种作用断裂，这种作用80%80%为为OHOH.所致，因所致，因OHOH.易与脱易与脱氧核酸及碱基反应并使其结构改变。氧核酸及碱基反应并使其结构改变。二、钙超载二、钙超载 正常正常

10、:细胞外细胞外CaCa2+2+10 10-3-3mol/Lmol/L 细胞内细胞内CaCa2+2+10 10-7-7mol/Lmol/L 细胞外细胞外CaCa2+2+是细胞内是细胞内CaCa2+2+10000 10000倍。倍。维持因素：维持因素：细胞膜对钙的低通透性细胞膜对钙的低通透性 钙与特殊配基形成可逆性复合物钙与特殊配基形成可逆性复合物 细胞膜的钙泵细胞膜的钙泵 肌浆网与线粒体摄取肌浆网与线粒体摄取 NaNa+-Ca-Ca2+2+交换转运到细胞外交换转运到细胞外 细胞细胞CaCa2+2+转运模式图转运模式图电压依赖性钙通道；细胞膜钙泵；电压依赖性钙通道；细胞膜钙泵；NaNa+/Ca/C

11、a2+2+交换；胞浆结合钙；线粒体交换；胞浆结合钙；线粒体渗透性转导孔；肌浆网；细胞膜结合钙渗透性转导孔；肌浆网；细胞膜结合钙(一一)缺血缺血-再灌注时钙超载的机制再灌注时钙超载的机制1 1 NaNa+-Ca-Ca2+2+交换异常交换异常正常：正常：3 3个个NaNa+1 1个个CaCa2+2+可进行双相转运可进行双相转运（1 1）细胞内高）细胞内高NaNa+对对NaNa+-Ca-Ca2+2+交换蛋白的交换蛋白的直接直接激激活。活。（2 2）细胞内高）细胞内高H+H+对对NaNa+-Ca-Ca2+2+交换蛋白的交换蛋白的间接间接激活。激活。CaCa2+2+NaNa+K K+NaNa+ATPAT

12、PATPATPNaNa+CaCa2+2+NaNa+NaNa+缺血缺血再灌注再灌注正常正常HH+HH+无氧代谢无氧代谢HH+HH+NaNa+CaCa2+2+NaNa+NaNa+CaCa2+2+CaCa2+2+直接激活直接激活间接激活间接激活2 2蛋白激酶蛋白激酶C C激活激活3 3生物膜损伤生物膜损伤（1 1）细胞膜损伤）细胞膜损伤 钙内流钙内流。机制机制 缺血破坏膜正常结构。缺血破坏膜正常结构。自由基使细胞膜脂质过氧化。自由基使细胞膜脂质过氧化。细胞内细胞内CaCa2+2+激活磷脂酶，使膜磷脂分解。激活磷脂酶，使膜磷脂分解。（2 2）线粒体受损）线粒体受损 ATPATP。机制机制 CaCa2+

13、2+内流增多。内流增多。渗透性转导孔开放。渗透性转导孔开放。自由基的损伤及膜磷脂的降解。自由基的损伤及膜磷脂的降解。（3 3）溶酶体膜受损）溶酶体膜受损 多种水解多种水解酶释放酶释放,细胞损伤。细胞损伤。（4 4）肌浆网膜受损）肌浆网膜受损胞质内胞质内CaCa2+2+。细胞细胞CaCa2+2+转运模式图转运模式图电压依赖性钙通道；细胞膜钙泵；电压依赖性钙通道；细胞膜钙泵；NaNa+/Ca/Ca2+2+交换；胞浆结交换；胞浆结合钙；线粒体渗透性转导孔；肌浆网；细胞膜结合钙合钙；线粒体渗透性转导孔；肌浆网；细胞膜结合钙（二）钙超载引起缺血二）钙超载引起缺血-再灌注损伤的机制再灌注损伤的机制1 1

14、破坏细胞膜：激活磷脂酶，损伤膜结构。破坏细胞膜：激活磷脂酶，损伤膜结构。2 2 线粒体膜损伤：线粒体膜损伤：CaCa2+2+与含磷酸根的化合物结合与含磷酸根的化合物结合形成不溶性磷酸钙，形成不溶性磷酸钙，ATP ATP 。3 3 蛋白酶激活蛋白酶激活 ：4 4 加重酸中毒：激活加重酸中毒：激活ATPATP酶酶水解高能磷酸盐水解高能磷酸盐释释放大量放大量H H+。XDXD细胞内细胞内CaCa2+2+增强钙依赖性蛋白酶活性增强钙依赖性蛋白酶活性 XOXO自由基自由基三、白细胞的作用（一）缺血（一）缺血-再灌注时白细胞增多的机制再灌注时白细胞增多的机制1.1.黏附分子生成增多黏附分子生成增多 黏附分

15、子黏附分子由细胞合成的、可促进细胞由细胞合成的、可促进细胞与细胞之间、细胞与细胞基质之间黏附的一大与细胞之间、细胞与细胞基质之间黏附的一大类分子的总称（整合素、选择素、血管细胞间类分子的总称（整合素、选择素、血管细胞间黏附分子、血小板内皮细胞黏附分子及细胞间黏附分子、血小板内皮细胞黏附分子及细胞间黏附分子等）。黏附分子等）。缺血再灌注时，中性粒细胞和血管内皮细缺血再灌注时，中性粒细胞和血管内皮细胞的多种胞的多种黏附分子表达增强。黏附分子表达增强。2.2.趋化因子增多：趋化因子增多：膜磷脂降解、花生四烯酸代谢产物增多，具膜磷脂降解、花生四烯酸代谢产物增多，具有强趋化作用；中性粒细胞、内皮细胞释放

16、趋化有强趋化作用；中性粒细胞、内皮细胞释放趋化因子。如：因子。如：白三烯（LT）血小板活化因子（PAF）补体 激肽(二二)白细胞介导的再灌注损伤的机制白细胞介导的再灌注损伤的机制 1.1.微血管损伤微血管损伤 激活的中性粒细胞与血管内皮细胞之间的相互作用，激活的中性粒细胞与血管内皮细胞之间的相互作用，是造成微血管损伤的决定因素。是造成微血管损伤的决定因素。（1 1）微血管内血液流变学的改变。微血管内血液流变学的改变。“无复流现象无复流现象”（2 2）微血管口径缩小。）微血管口径缩小。缩血管物质缩血管物质、扩血管物质、扩血管物质、微血栓形成、微血栓形成（3 3）微血管通透性增高。）微血管通透性增

17、高。组织水肿、血液浓缩、无复流。组织水肿、血液浓缩、无复流。2.2.细胞损伤细胞损伤 中性粒细胞、内皮细胞释放大量致炎物质中性粒细胞、内皮细胞释放大量致炎物质自身及周自身及周围组织细胞损伤。围组织细胞损伤。再灌注损伤的基本机制再灌注损伤的基本机制1.自由基爆发性生成 2.细胞内钙超载3.白细胞激活其中钙超载是不可逆损伤的共同通路。第三节第三节 缺血缺血-再灌注损伤时器官的功能、代再灌注损伤时器官的功能、代谢变化谢变化一、心肌缺血一、心肌缺血-再灌注损伤的变化再灌注损伤的变化（一）心功能变化（一）心功能变化1 1心肌舒缩功能降低心肌舒缩功能降低 心肌顿抑（心肌顿抑（myocardial stun

18、ningmyocardial stunning）指缺血心肌在恢复血液灌注后一段时间内出现指缺血心肌在恢复血液灌注后一段时间内出现可逆性舒缩功能降低的现象。可逆性舒缩功能降低的现象。心肌并未坏死，损伤处于可逆阶段。心肌并未坏死，损伤处于可逆阶段。是心肌缺血是心肌缺血-再灌注损伤的表现形式之一。再灌注损伤的表现形式之一。自由基的作用和钙超载是心肌顿抑的主要机制。自由基的作用和钙超载是心肌顿抑的主要机制。再2 2再灌注性心率失常：再灌注性心率失常：功能上可恢复的心肌细胞越多，心律失常发生率越功能上可恢复的心肌细胞越多，心律失常发生率越高；高；缺血心肌数量多、缺血程度重、再灌注速度快，心缺血心肌数量多

19、、缺血程度重、再灌注速度快，心律失常的发生率越高；律失常的发生率越高；（二）（二）心肌代谢变化心肌代谢变化缺血时：缺血时：ATPATP、磷酸肌酸、磷酸肌酸；在灌注时：在灌注时：ATPATP、磷酸肌酸、磷酸肌酸 。（三）心肌结构变化（三）心肌结构变化 心肌纤维结构破坏（出现严重收缩带、肌丝断裂、溶解）。线粒体极度肿胀、嵴断裂、溶解，空泡形成、基质内致密物增多。二、二、脑缺血脑缺血-再灌注损伤的变化再灌注损伤的变化 （一）脑能量代谢的改变（一）脑能量代谢的改变 1.ATP 1.ATP 、CP CP 、G G 、糖原、糖原、乳酸、乳酸。2.cAMP2.cAMP磷脂酶激活磷脂酶激活游离脂肪酸增加。游离

20、脂肪酸增加。（二）脑组织形态学的改变（二）脑组织形态学的改变 脑水肿脑水肿,脑细胞坏死。脑细胞坏死。（三）缺血（三）缺血-再灌注引起脑损伤的机制再灌注引起脑损伤的机制 1.1.兴奋性氨基酸毒作用；兴奋性氨基酸毒作用；2.2.自由基的作用；自由基的作用；3.3.钙超载的作用。钙超载的作用。正常海马正常海马 海马细胞坏死海马细胞坏死 海马细胞凋亡海马细胞凋亡三三.其他器官缺血其他器官缺血-再灌注损伤的变化再灌注损伤的变化（一）肺缺血（一）肺缺血-再灌注损伤的变化再灌注损伤的变化（二）肝缺血（二）肝缺血-再灌注损伤的变化再灌注损伤的变化（三）肾缺血（三）肾缺血-再灌注损伤的变化再灌注损伤的变化（四）

21、肠缺血（四）肠缺血-再灌注损伤的变化再灌注损伤的变化第四节第四节 缺血缺血-再灌注损伤防治的病理生再灌注损伤防治的病理生理基础理基础一、尽早恢复血流与控制再灌注条件一、尽早恢复血流与控制再灌注条件 尽早恢复血流；糖酵解底物、外源尽早恢复血流；糖酵解底物、外源ATPATP、低压、低、低压、低流、低温、低钙、低钠、高钾。流、低温、低钙、低钠、高钾。二、清除自由基与减轻钙超载二、清除自由基与减轻钙超载 自由基清除剂：自由基清除剂：SODSOD、CATCAT、GSH-PXGSH-PX、铜蓝蛋白。、铜蓝蛋白。防止钙超载：钙通道阻滞剂、防止钙超载：钙通道阻滞剂、NaNa+-H-H+交换蛋白及交换蛋白及Na

22、Na+-Ca-Ca2+2+交换蛋白抑制剂。交换蛋白抑制剂。三、细胞保护剂与细胞抑制剂的应用三、细胞保护剂与细胞抑制剂的应用 增强组织、细胞对内环境紊乱的耐受力。增强组织、细胞对内环境紊乱的耐受力。牛磺酸、金属硫蛋白。牛磺酸、金属硫蛋白。四、缺血预适应与缺血后适应的应用四、缺血预适应与缺血后适应的应用（一）缺血预适应的应用（一）缺血预适应的应用 缺血前反复、多次的短期缺血使组织器官对随后缺血前反复、多次的短期缺血使组织器官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更长时间缺血再灌注损伤产生明显保护作用的一种适应性反应。适应性反应。（二）缺血后适应的应用（二）缺血后适应的应用 缺血后多次短暂阻塞。缺血后多次短暂阻塞。缺血预适应与缺血后适应的机制缺血预适应与缺血后适应的机制 预适应的机制可能包括 激活PKC通路 激活磷脂酰肌醇-3激酶（PI-3K）/Akt通路 内源性腺苷释放增多 后适应的机制可能包括 激活PI-3K/Akt信号通路 激活丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）信号通路 通过机械信号转 和压力感受器调节血液重新分布