病理生理学缺血再灌注损伤(完整)

缺血-再灌注损伤(Ischemia-reperfusioninjury)患者：男，58岁，上午8时，起床后感到胸闷，30min后突感心胸前区剧烈绞痛，9时入急诊病房。体查：血压75/50mmHg，意识淡漠，心率65次/min，律齐。心电图示Ⅲ度房室传导阻滞。冠状动脉造影：右冠状动脉上段85%狭窄，中段78%狭窄。入院治疗：立即给予阿托品、多巴胺、低分子右旋糖酐等进行扩冠治疗。上午10时静脉点滴尿激酶。10.30分患者出现阵发性心室颤动（室颤），立即给予除颤，到下午13时反复发生室性心动过速、室颤，共计6次。到下午16时，经给予利多卡因、小剂量异丙肾上腺素后心律转为窦性，血压平稳，意识清楚。本章内容•概述•缺血-再灌注损伤的原因和条件•缺血-再灌注损伤的发生机制**•缺血-再灌注损伤时机体的功能、代谢变化•缺血-再灌注损伤防治的病理生理基础第一节概述(Introduction)概念在缺血的基础上恢复血流后，组织损伤反而加重,甚至发生不可逆损伤的现象称为缺血-再灌注损伤(ischemia-reperfusioninjury,IRI)。第一节概述•1955年，Sewell结扎狗冠状动脉后，如突然解除结扎，恢复血流，动物室颤而死亡。历史认识就从这简单的现象开始•1966年，Jennings第一次提出心肌再灌注损伤的概念，证实再灌注会引起心肌超微结构不可逆坏死，包括爆发性水肿、组织结构崩解、收缩带形成和线粒体内磷酸钙颗粒形成在心肌缺血恢复血流后，缺血心肌的损伤反而加重•1967年，Bulkley和Hutchins发现冠脉搭桥血管再通后的病人发生心肌细胞反常性坏死•1968年，Ames率先报道脑缺血-再灌注损伤以后陆续有其它器官缺血-再灌注损伤报道：•1972年,Flore研究肾缺血-再灌注损伤•1978年,Modry报道了肺再灌注综合征•1981年，Greenberg等证实猫小肠缺血3小时后再灌注时，粘膜损伤更严重以上说明再灌注损伤几乎可在每一种组织器官发生第二节缺血-再灌注损伤发生的原因和条件缺血-再灌注损伤原因•组织器官缺血后血流恢复:如休克治疗•一些新的医疗技术:冠脉搭桥、PTCA、溶栓疗法等血管再通术后•体外循环下心脏外科手术•心脏停搏后的心、肺、脑复苏•其他:如断肢再植，器官移植冠脉搭桥(CABG)PTCA过长——坏死缺血时间太长或太短均不易发生IRI过短——功能恢复1、缺血时间的长短影响因素大鼠在体缺血-再灌注缺血时间（min）再灌注时间（min）n心率不齐（%）异位节律（%）室速(%)室颤（%）死亡率（%）2101000000510218038.147.647.625.810101060403040.010.015101199.09.000容易形成侧支循环者，不易发生再灌注损伤。2、侧支循环对氧需求高者，容易发生再灌注损伤，如心、脑等。3、需氧程度缺血-再灌注损伤的现象氧反常（oxygenparadox）pH反常（pHparadox）钙反常（calciumparadox）提示:氧、钙和pH可能参与缺血-再灌注损伤的发生和发展4、再灌注的条件低压、低温、低pH、低钠钙反常(calciumparadox):以无钙溶液灌流离体大鼠心脏2min后再以含钙溶液灌注时，心肌电信号异常、心脏功能、代谢和形态结构发生异常变化，这种现象称为钙反常。氧反常(oxygenparadox):预先用低氧溶液灌注组织器官或在缺氧条件下培养细胞一定时间后，再恢复正常氧供应，组织及细胞的损伤不仅未能恢复，反而更趋严重，称为氧反常。pH反常(pHparadox):再灌注时迅速纠正缺血组织的酸中毒，反而加重细胞损伤，称为pH反常。pH反常(pHparadox)再灌注时纠酸损伤加重低氧灌注/缺氧培养复氧损伤加重氧反常(oxygenparadox)钙反常(calciumparadox)无钙液灌注含钙液心肌损伤加重第三节缺血－再灌注损伤的发生机制自由基的作用钙超载白细胞的作用自由基(freeradical)是指在外层电子轨道含有单个不配对电子的原子、原子团或分子。一、自由基的损伤作用化学性质活泼氧化性强半衰期短O21.氧自由基(oxygenfreeradical，OFR)(一)自由基的种类2.脂性自由基(lipidfreeradical)3.其他(others)Cl.，CH3.，NO等1.氧自由基e-+H+H2Oe-_•O2e-+2H+H2O2e-+H+H2OOH•O2以氧为中心的自由基称为氧自由基，如超氧阴离子（）、羟自由基（）。_•O2OH•98%4e-+4H+细胞色素氧化酶系统1%-2%SODO2O2Haber-Weiss反应(withoutFe3+)+H2O2O2+OH-+OH•SLOW_•O2Fenton型Haber-Weiss反应FAST+H2O2O2+OH-+OH•_•O2Fe3+2.脂性自由基(lipidfreeradical)氧自由基+多价不饱和脂肪酸L.(烷自由基)LO.(烷氧自由基)LOO.(烷过氧自由基)3.氮中心自由基：NO、ONOO-L-精氨酸L-胍氨酸+NOINOSO2NADPHNADP+NO+ONOO-_•O2ONOO-OH•+H+NO2•+H2O活性氧（reactiveoxygenspecies,ROS）指化学性质活泼的含氧代谢物。氧自由基单线态氧（1O2）过氧化氢（H2O2）脂质过氧化物及其裂解产物单线态氧(1O2)单线态氧：是一种激发态氧，其氧分子两个外层电子轨道中的电子发生反向自旋改变，使外层轨道两个电子自旋方向相反，氧分子的反应能力大大增加。这种氧分子在紫外光谱中呈现一种单线，故称单线态氧。(二)活性氧的清除SOD过氧化氢酶（CAT）过氧化物酶抗氧化酶Mn-SODCuZn-SOD清除H2O2SOD_•O2_•O2+2H++H2O2+O2CAT2H2O22H2O+O2维生素E维生素A非酶性抗氧化物还原1O2脂质自由基清除1O2，抑制脂质过氧化GSHpx+2GSHH2O22H2O+GSSG维生素CGSH协助维持维生素E的活性状态_•O2活性氧（reactiveoxygenspecies,ROS）指化学性质活泼的含氧代谢物。氧自由基单线态氧（1O2）过氧化氢（H2O2）脂质过氧化物及其裂解产物（三）自由基生成增多的机制1.黄嘌呤氧化酶途径2.中性粒细胞途径3.线粒体途径4.儿茶酚胺自身氧化途径ATPAMP次黄嘌呤核苷腺嘌呤核苷ADP次黄嘌呤缺血期黄嘌呤脱氢酶XD（90%）黄嘌呤氧化酶XO（10%）Ca2+依赖性蛋白水解酶再灌注期黄嘌呤++H2O2尿酸++H2O2O2OH•XO_•O2_•O21.黄嘌呤氧化酶途径(+)(+)缺血,缺氧补体趋化物质中性粒细胞聚集,耗氧氧经NADPH氧化酶和NADH氧化酶催化生成大量氧自由基中性粒细胞的呼吸爆发(respiratoryburst)2.中性粒细胞途径C3a，C5a白三烯NADHNADPH+O2NADPH氧化酶H++NADH氧化酶_•O2缺氧ATP线粒体Ca2+细胞色素氧化酶功能抑制氧单电子还原氧自由基细胞内氧分压含Mn的SOD3.线粒体途径e-+H+H2Oe-_•O2e-+2H+H2O2e-+H+H2OOH•O298%4e-+4H+细胞色素氧化酶系统1%-2%SODONOO-NO缺血,缺氧激活交感-肾上腺髓质系统儿茶酚胺单胺氧化酶氧自由基4.儿茶酚胺自身氧化途径(四)自由基的损伤作用(1)破坏膜的正常结构脂质过氧化膜不饱和脂肪酸不饱和脂肪酸/蛋白质比例失调膜液态性流动性膜通透性Ca2+内流1.膜脂质过氧化作用增强脂肪酸氧化-S-S-CH3-S-OOHHOOHHO脂质-脂质交联从氧化的脂肪酸释出的丙二醛MDA(2)间接抑制膜蛋白功能脂质之间交联(-)钙泵、钠泵Na2+/Ca2+交换蛋白胞内Na2+、Ca2+钙超载、细胞肿胀(3)促进自由基及其它生物活性物质生成膜脂质过氧化磷脂酶C磷脂酶D膜磷脂分解花生四烯酸脂氧合酶白三烯过氧化物环氧合酶前列腺素内过氧化物OH.TXA2PG自由基(+)(4)减少ATP生成蛋白质变性蛋白质(酶)交联例：肌纤维蛋白对Ca2+反应性心肌收缩力肌浆网钙转运蛋白受损钙调节异常2.蛋白质功能抑制蛋白质断裂蛋白质-蛋白质交联脂质-脂质交联二硫交联脂质-蛋白质交联氨基酸氧化脂肪酸氧化-S-S-CH3-S-OOHHOOHHO从氧化的脂肪酸释出的丙二醛MDA3.核酸及染色体破坏80%由OH•所致第三节缺血－再灌注损伤的发生机制自由基的作用钙超载白细胞的作用Na+-Ca2+交换蛋白Ca2+泵Ca2+[Ca2+]e：10-3M[Ca2+]i：10-7MVOCROC细胞内Ca2+的稳态调节结合于质膜糖被的Ca2+线粒体肌浆网Ca2+IP3受体通道Ca2+泵Na+Ca2+二、细胞钙超载引起再灌注损伤各种原因引起的细胞内钙含量异常增多并导致细胞结构损伤和功能代谢障碍的现象称为钙超载（calciumoverload）。钙反常(calciumparadox):1966年Zimmerman和Hulsmann发现用无钙的“生理盐水溶液”灌流大鼠离体心脏，短时间内即发生肌膜损伤，随后恢复正常含钙的生理溶液，心脏发生更为严重的结构和功能改变。1、Na+-Ca2+交换异常（1）细胞内高Na+对Na+-Ca2+交换蛋白的直接激活（2）细胞内高H+对Na+-Ca2+交换蛋白的间接激活（3）蛋白激酶C（PKC）活化对Na+-Ca2+交换蛋白的间接激活2、生物膜损伤（1）细胞膜损伤（2）肌浆网膜损伤（3）线粒体膜损伤(一)细胞钙超载的机制2.肌浆网膜损伤3.线粒体膜损伤1.细胞膜损伤3.儿茶酚胺增加1.细胞内高Na+Na+H+2.细胞内高H+缺血ATP钠泵活性[Na+]i(+)Na+-Ca2+蛋白酸中毒再灌注组织间隙H+↓细胞内H+仍高(+)Na+-H+交换⑴细胞内Na+↑对Na+-Ca2+交换蛋白的直接激活胞内钙↑⑵细胞内H+↑对Na2+-Ca2+交换蛋白的间接激活1、Na2+-Ca2+交换异常⑶PKC活化对Na+-Ca2+交换蛋白的间接激活(+)2.生物膜损伤致细胞内钙超载(1)细胞膜损伤无钙液膜外板与糖被膜分离Ca2+磷脂酶膜磷脂降解自由基膜脂质过氧化(2)肌浆网膜及线粒体膜损伤肌浆网Ca2+摄取↓钙泵能量不足膜通透性线粒体ATP产生膜磷脂降解膜脂质过氧化(二)细胞内钙超载引起缺血－再灌注损伤的机制(+)1.促进氧自由基生成Ca2+Ca2+依赖性蛋白酶(XD→XO)2.加重酸中毒(+)Ca2+激活某些ATP酶细胞高能磷酸盐水解释放大量H+加重细胞内酸中毒3.破坏细胞（器）膜Ca2+磷脂酶膜磷脂分解膜受损花生四烯酸、溶血磷脂(+)4.线粒体功能障碍线粒体摄Ca2+消耗ATP磷酸钙抑制氧化磷酸化ATP5.激活其它酶的活性激活蛋白酶→细胞膜和结构蛋白的分解激活核酶→染色体损伤第三节缺血－再灌注损伤的发生机制自由基的作用钙超载白细胞的作用三、白细胞的作用1.细胞粘附分子生成增多2.趋化因子生成增多(一)再灌注时白细胞聚集的机制粘附分子指由细胞合成的，可促进细胞与细胞之间、细胞与细胞外基质之间粘附的一大类分子的总称，如整合素、选择素、细胞间粘附分子、血管细胞粘附分子及血小板内皮细胞粘附分子等。功能：维持细胞结构完整细胞信号转导白细胞聚集的机制(二)白细胞介导缺血－再灌注损伤的机制1.微血管损伤无复流现象(no-reflowphenomenon)恢复血液灌注后，缺血区的微血管依然得不到充分血流灌注的现象称无复流现象。2.细胞损伤释放大量的致炎物质，如自由基、蛋白酶、溶酶体酶等。无复流现象(no-flowphenomenon)机制小结：自由基钙超载白细胞？缺血-再灌注损伤第四节缺血－再灌注损伤时机体的功能及代谢变化一、心肌缺血－再灌注损伤1、再灌注性心律失常自由基和钙超载造成的心肌损伤及再灌注后细胞内外离子分布紊乱表现：室速、室颤心肌顿抑：在缺血心肌血流恢复后一段时间内，心肌舒缩功能仍不能恢复正常的状态，称为心肌顿抑。2、心肌舒缩功能降低3.再灌注对心肌代谢的影响线粒体受损能量合成再灌注底物冲走高能