缺血-再灌注损伤(1)

第十章缺血－再灌注损伤冠状动脉搭桥术心脏介入手术经皮冠状动脉腔内成形术（PTCA）放置支架PTCA结合支架治疗冠心病患者，成功率较高，长期生存率较高冠脉支架置入前后1967年，Bulkley和Hutchins发现冠脉血管再通后的病人发生心肌细胞反常性坏死。患者，男，54岁，因胸闷、大汗1h入急诊病房。体查：血压65/40mmHg，意识淡漠，心率37次/min，律齐。既往有高血压病史10年，否认冠心病史。心电图示Ⅲ度房室传导阻滞。给予阿托品、多巴胺、低分子右旋糖酐等进行扩冠治疗。入院上午10时用尿激酶静脉溶栓。10时40分出现阵发性心室颤动（室颤），立即给予除颤，至11时20分反复发生室性心动过速、室颤，共除颤7次，同时给予利多卡因、小剂量异丙肾上腺素后心律转为窦性，血压平稳，意识清楚。冠状动脉造影证实：右冠状动脉上段85%狭窄，中段78%狭窄。病例分析为什么在溶栓后出现严重的心律失常?1234h损伤程度加重单纯缺血缺血再灌实验与临床资料证明冠脉重新恢复血流后，有可能造成更严重的心肌损伤缺血-再灌注损伤概念缺血-再灌注损伤（ischemia-reperfusioninjury,IRI）：组织缺血一段时间，当血流重新恢复后，组织的损伤程度较缺血时进一步加重，器官功能进一步恶化的现象。钙反常（calciumparadox）：以无钙溶液灌流离体大鼠心脏2分钟后再以含钙溶液灌注时，心肌电信号异常、心脏功能、代谢及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。原因：休克微循环再通冠脉解痉、各种动脉搭桥术心脑血管栓塞再通（经皮腔内冠脉血管成形术-PTCA)心肺手术体外循环后心肺复苏断肢再植、器官移植血供恢复等第一节IRI原因和影响因素影响因素1.缺血时间2.侧支循环3.对氧的需求程度4.再灌注条件第二节IRI的发生机制缺血期：ATP合成减少嘌呤碱、细胞内酸性分解代谢产物增多再灌期：恢复供氧产生自由基Ca2+超载炎症反应一、自由基产生增多及其损害作用[自由基]指外层轨道上有未配对电子的原子、原子团或分子的总称。化学性质非常活泼，极易与其生成部位的其它物质发生连锁反应。98%1-2%4e-+4H+细胞色素氧化酶系统SOD①氧自由基(oxygenfreeradical)：以氧为中心的自由基称为氧自由基。如：超氧阴离子(O2·)、羟自由基(OH·)O2(一)自由基的产生Haber-Weiss反应(withoutFe2)SLOWO2+H2O2O2+OH+OHFenton型Haber-Weiss反应FASTFe2O2+H2O2O2+OH+OH活性氧（reactiveoxygenspecies,ROS)氧自由基单线态氧(1O2)过氧化氢(H2O2)指化学性质活泼的含氧代谢物。②脂性自由基指氧自由基与多不饱和脂肪酸作用后生成的中间代谢产物，包括烷自由基（L·）、烷氧自由基（LO·）、烷过氧自由基（LOO·）等。③氮中心自由基:包括一氧化氮（NO）、过氧亚硝基阴离子（ONOO-）L-精氨酸iNOSNADPHNADP+L-胍氨酸+NOO2NO+O2·ONOO-ONOO-NO2·+OH·+H+H2O抗氧化酶SODCAT过氧化物酶2H2O22H2O+O2CAT清除H2O2O2.+O2.+2H+H2O2+O2SOD(二)活性氧的清除Mn-SODCuZn-SOD非酶性抗氧化物维生素E维生素A维生素CGSH还原O2·、1O2、脂质自由基清除1O2，抑制脂质过氧化协助维持维生素E的活性状态H2O2+2GSH2H2O+GSSGGSHpxROS:O2,H2O2,1O2OH,HOClEnzymes:SOD,GPX,CATNon-enzymeantioxidants:vitamines(E,A,C),ceruloplasmin,transferrin，etc.ROSaretightlycontrolledresultinginaphysiologicalbalancebetweentheirproductionandeliminationIRI诱导自由基产生机制XO作用中性粒细胞线粒体儿茶酚胺增加和氧化自由基清除能力降低IRI诱导自由基产生机制XO作用中性粒细胞呼吸爆发和氧爆发，产生自由基白细胞吞噬时伴耗氧量显著增加的现象，称呼吸爆发。IRI诱导自由基产生机制线粒体钙沉积引起功能损伤，细胞色素氧化酶系统功能失调，氧自由基生成增多IRI诱导自由基产生机制儿茶酚胺增加和氧化产生自由基缺氧交感-肾上腺髓质系统兴奋儿茶酚胺分泌增多氧化产生氧自由基IRI诱导自由基产生机制XO作用中性粒细胞线粒体自由基清除能力降低VitE、A、CGSH-PXCATSOD自由基的损伤作用自由基的损伤作用1.膜脂质过氧化增强-S-S-CH3-S-脂质-脂质交联OOHHO脂肪酸氧化OHHO从氧化的脂肪酸释出的丙二醛MDA①膜结构破坏膜结构破坏溶酶体破裂释放溶酶体酶，破坏细胞线粒体肿胀、功能障碍，产能减少肌浆网Ca2+-ATP酶活性降低使摄取的Ca2+减少，导致细胞内钙超负荷②间接抑制膜蛋白功能③促进自由基及其他生物活性物质生产激活PLC、PLD④ATP生产减少2.蛋白功能异常蛋白质断裂蛋白质-蛋白质交联-S-S-CH3-S-脂质-脂质交联O二硫交联脂质-蛋白质交联氨基酸氧化OHHO脂肪酸氧化OHHO3.DNA损伤80%由OH所致二、钙超载（calciumoverload)[钙超载]是指各种原因引起的细胞内Ca2+含量异常增多导致细胞结构损伤和功能障碍的现象。Na+-Ca2+交换体Ca2+BPr线粒体肌浆网Ca2+Ca2+Ca2+泵Ca2+Ca2+[Ca2+]e：10-3M[Ca2+]i：10-7MVOCROC细胞内Ca2+的稳态调节IRI引起钙超载的机制1Na+/Ca2+交换异常胞内高Na+的影响3Na+/Ca2+Na+↑Na+/H+胞内高H+的影响IRI引起钙超载的机制1Na+/Ca2+交换异常蛋白激酶C（PKC）活化的影响（儿茶酚胺）PIP2PKCGqIP3DAGPLCβNEα1受体Ca2＋Ca2＋H+Na+3Na+Ca2+cAMPPKA腺苷酸环化酶＋受体GsL型钙通道2生物膜损伤细胞膜通透性增加线粒体和肌浆网膜损伤IRI引起钙超载的机制定义12Na+/Ca2+交换异常3儿茶酚胺增多4活性氧产生增加1细胞膜通透性增加钙超载引起再灌注损伤的机制促进氧自由基生成加重酸中毒破坏细胞（器）膜线粒体功能障碍激活多种酶钙超载引起再灌注损伤的机制线粒体肌浆网损伤刺激肌浆Ca2+↑ATP酶ATP↓磷脂酶磷脂分解蛋白酶膜和骨架蛋白破坏核酶染色体损伤三、白细胞的作用局部组织在缺血一段时间后，重新恢复血流，不能再通，缺血区得不到充分的灌注，称此为无复流现象。白细胞增多机制1.粘附分子生成增多指细胞合成的、可促进细胞与细胞之间、细胞与细胞外基质之间粘附的一类大分子的总称，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2.趋化因子生成增多细胞损伤中性粒细胞介导的再灌注损伤微血管损伤微血管内血液流变学改变微血管口径改变微血管通透性增加再灌注损伤IRI的主要发病机制再灌注中性粒细胞无复流致炎因子↑氧自由基↑钙超载细胞损伤缺血O2Ca2+细胞坏死缺血损伤恢复第三节IRI时机体的功能及代谢变化一、IRI对心功能的影响再灌注性心律失常心肌动作电位时程不均一心肌动作电位后延迟后除极的形成心肌电生理特性改变纤颤阈降低NO减少心功能变化心肌舒缩功能降低心肌顿抑钙超载自由基爆发性生成折返激动心肌顿抑（myocardialstunning):指心肌经短暂缺血并恢复供血后，在一段较长时间内处于“低功能状态”，常需数小时或数天才可恢复正常功能的现象。心肌代谢变化ATP含量降低ATP合成的前体物质不足缺血心肌对氧利用障碍细胞膜破坏肌原纤维结构破坏线粒体损伤心肌超微结构变化IRI对心功能的影响1968年由Ames率先报道脑缺血-再灌注损伤。有人提出细胞质内钙聚积及氧自由基导致的脂质过氧化在迟发性神经元死亡中起重要作用。二、脑IRI损伤的变化脑组织富含磷脂，脂质过氧化是脑损伤的主要特征脑IRI损伤的变化脑能量代谢变化脑IRI损伤的变化脑氨基酸代谢变化脑组织学变化兴奋性氨基酸降低（谷氨酸、天门冬氨酸）抑制性氨基酸增多（丙氨酸、γ-氨基丁酸）脑水肿脑细胞坏死三、小肠的IRI粘膜损伤为主要特征:上皮细胞损伤、炎性细胞浸润、出血和溃疡1981年Greenberg介绍了肠缺血-再灌注损伤黄嘌呤酶活性高缺血时产生大量自由基其它器官IRI1972年Flore研究肾缺血-再灌注损伤表现为线粒体的损伤，导致急性肾小管坏死1978年Modry报道了肺再灌注综合征肺气肿、肺水肿骨骼肌缺血-再灌注损伤：肌肉微血管和细胞损伤肝缺血-再灌注损伤：肝细胞坏死、线粒体肿胀第四节IRI的防治原则缩短缺血时间采用低压、低温、低pH、低流、低钠、低钙及高钾液灌注清除自由基减轻钙超载中性粒细胞抑制剂的应用Thankyouforyourattention!