病理生理學(xué)13

1、缺血缺血- -再灌注損傷再灌注損傷(ischemia-reperfusion injury)華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院病理生理系華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院病理生理系第一節(jié)第一節(jié) 概述概述(introduction)概念概念(concept) 缺血器官在恢復(fù)血液灌注后缺血缺血器官在恢復(fù)血液灌注后缺血性損傷進(jìn)一步加重的現(xiàn)象，稱為缺血性損傷進(jìn)一步加重的現(xiàn)象，稱為缺血再灌注損傷再灌注損傷(ischemia-reperfusion injury)。研究缺血-再灌注損傷的臨床意義 器官缺血后恢復(fù)血供：休克、冠脈 痙攣、心臟驟停后復(fù)蘇 血管再通術(shù)：動(dòng)脈搭橋、ptca、溶栓療法 體外循環(huán)術(shù) 器官移植及斷肢再植術(shù)第二節(jié)

2、第二節(jié) 缺血缺血- -再灌注損傷發(fā)生的條件再灌注損傷發(fā)生的條件(influence factors of ischemia-reperfusion injury) (duration of ischemia) 過長壞死缺血時(shí)間太長或太缺血時(shí)間太長或太短均不易發(fā)生短均不易發(fā)生iri過短功能恢復(fù)1、缺血時(shí)間的長短2 2、再灌注時(shí)灌流液的條件、再灌注時(shí)灌流液的條件v 鈣反常(calcium paradox):預(yù)先用無鈣溶液短暫灌流后，恢復(fù)正常含鈣溶液灌流，導(dǎo)致細(xì)胞外ca2+大量內(nèi)流而引起細(xì)胞損傷進(jìn)一步加重的現(xiàn)象。(conditions of reperfusion fluid) v氧反常(oxyge

3、n paradox):用低氧或無氧灌注液灌注心臟一段時(shí)間后恢復(fù)正常氧供應(yīng)，心肌的損傷更趨嚴(yán)重的現(xiàn)象。v ph反常(ph paradox):再灌注時(shí)迅速糾正缺血組織的酸中毒，損傷反而進(jìn)一步加重的現(xiàn)象。 phph反常反常(ph paradox)(ph paradox)再灌注時(shí)糾酸再灌注時(shí)糾酸損傷加重?fù)p傷加重低氧灌注低氧灌注/ /缺氧培養(yǎng)缺氧培養(yǎng)復(fù)氧復(fù)氧損傷加重?fù)p傷加重氧反常氧反常(oxygen paradox)(oxygen paradox)鈣反常鈣反常(calcium paradox)(calcium paradox)無鈣液灌注無鈣液灌注含鈣液含鈣液心肌損傷加重心肌損傷加重 3 3、組織器官缺血

4、前的功能狀態(tài)、組織器官缺血前的功能狀態(tài) 能量貯備及對(duì)缺血的敏感性能量貯備及對(duì)缺血的敏感性 血液循環(huán)側(cè)支代償情況血液循環(huán)側(cè)支代償情況 (functional state of organs before ischemia) 第三節(jié)第三節(jié) 缺血再灌注損傷的發(fā)生機(jī)制缺血再灌注損傷的發(fā)生機(jī)制(mechanisms of ischemia-reperfusion injury)(injury of free radicals) 自由基自由基(free radical)是指在是指在外層電子軌道含有一個(gè)或多個(gè)不外層電子軌道含有一個(gè)或多個(gè)不配對(duì)電子的原子、原子團(tuán)或分子。配對(duì)電子的原子、原子團(tuán)或分子。 一、自由

5、基的損傷作用一、自由基的損傷作用1. 氧自由基(oxygen free radical，ofr) (一)自由基的種類(categories of free radicals) e-+h+h2oe-_o2e-+2h+h2o2 e-+h+h2o oho2o2 、 oh 、1o2 、 h2o22. 脂性自由基(lipid free radical)氧自由基+多價(jià)不飽和脂肪酸l.lo.loo.3. 其他(others) cl. ， ch3. ， no等(二二)再灌注時(shí)氧自由基產(chǎn)生的機(jī)制再灌注時(shí)氧自由基產(chǎn)生的機(jī)制 (mechanism of oxygen free radicals generation

6、)atpampreperfusion phaseischemia phasexdhypoxanthine nucleosidexoca2+oh fe2+xanthine+2h o+22o.-adenine nucleosideadphypoxanthineo2xouric acid +h2o2+h2o2o2 2_.1.黃嘌呤氧化酶途徑黃嘌呤氧化酶途徑(xanthine oxidase pathway)(+)(+)缺血,缺氧補(bǔ)體趨化物質(zhì)中性粒細(xì)胞聚集,耗氧氧經(jīng)nadph氧化酶和nadh氧化酶催化生成大量氧自由基中性粒細(xì)胞的呼吸爆發(fā)(respiratory burst)2.中性粒細(xì)胞途徑(neut

7、rophil pathway)缺氧atp線粒體ca2+細(xì)胞色素氧化酶功能抑制氧單電子還原氧自由基細(xì)胞內(nèi)氧分壓含mn的sod3.線粒體途徑線粒體途徑(mitochondrion pathway)缺血缺血, ,缺氧缺氧激活交感激活交感- -腎上腺髓質(zhì)系統(tǒng)腎上腺髓質(zhì)系統(tǒng)兒茶酚胺兒茶酚胺單胺氧化酶單胺氧化酶氧自由基氧自由基4.兒茶酚胺自身氧化途徑兒茶酚胺自身氧化途徑(catecholamine auto-oxidation pathway)target chemical alterationphysiological alterationslipids peroxidation of double b

8、onds lipid-lipid cross-linking membrane permeability changes impairment of organelle function receptor conformation changesprotein oxidation of double bonds oxidation of sh groups enzyme inhibition protein denaturation receptor conformation changescarbohydrates oxidation of double bonds receptor con

9、formation changes denaturation of glycoproteinnucleic acids oxidation of double bonds strand scission base modification mutations(三三)氧自由基的損傷作用氧自由基的損傷作用(injury of oxygen free radical) (1) (1) 破壞膜的正常結(jié)構(gòu)破壞膜的正常結(jié)構(gòu)脂質(zhì)脂質(zhì)過氧化過氧化膜不飽和膜不飽和脂肪酸脂肪酸不飽和脂肪酸不飽和脂肪酸/ /蛋白質(zhì)比例失調(diào)蛋白質(zhì)比例失調(diào)膜液態(tài)性膜液態(tài)性流動(dòng)性流動(dòng)性膜通透性膜通透性caca2+2+內(nèi)流內(nèi)流1.膜脂質(zhì)過

10、氧化作用增強(qiáng)膜脂質(zhì)過氧化作用增強(qiáng) (enhanced lipid peroxidation of membrane)(2) (2) 間接抑制膜蛋白功能間接抑制膜蛋白功能脂質(zhì)之間交聯(lián)脂質(zhì)之間交聯(lián)(-)(-)鈣泵、鈉泵鈣泵、鈉泵nana2+2+/ca/ca2+2+交換蛋白交換蛋白胞內(nèi)胞內(nèi)nana2+2+、caca2+2+鈣超載、細(xì)胞腫脹鈣超載、細(xì)胞腫脹(3) (3) 促進(jìn)自由基及其它生物活性物質(zhì)生成促進(jìn)自由基及其它生物活性物質(zhì)生成膜脂質(zhì)膜脂質(zhì)過氧化過氧化磷脂酶磷脂酶c c磷脂酶磷脂酶d d膜磷脂分解膜磷脂分解花生四烯酸花生四烯酸脂氧合酶脂氧合酶白三烯白三烯過氧化物過氧化物環(huán)氧合酶環(huán)氧合酶前列腺素內(nèi)

11、過氧化物前列腺素內(nèi)過氧化物ohoh. .txatxa2 2pgpg自由基自由基(+)(+)(4) (4) 減少減少atpatp生成生成自由基對(duì)膜的損傷自由基對(duì)膜的損傷蛋白質(zhì)變性蛋白質(zhì)變性 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)( (酶酶) )交聯(lián)交聯(lián)例：例： 肌纖維蛋白對(duì)肌纖維蛋白對(duì)caca2+2+反應(yīng)性反應(yīng)性心肌收縮力心肌收縮力肌漿網(wǎng)鈣轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白受損肌漿網(wǎng)鈣轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白受損鈣調(diào)節(jié)異常鈣調(diào)節(jié)異常2.導(dǎo)致導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性和酶活性降低蛋白質(zhì)變性和酶活性降低 (protein denaturalization and decreased activity of enzymes)核酸堿基的羥化，核酸堿基的羥化，dnadna的斷裂的斷裂

12、染色體的斷裂染色體的斷裂3.引起引起dna斷裂和染色體畸變斷裂和染色體畸變 (dna disruption and chromosome aberration)二、細(xì)胞鈣超載二、細(xì)胞鈣超載引起再灌注損傷引起再灌注損傷 (一一)細(xì)胞細(xì)胞鈣超載的機(jī)制鈣超載的機(jī)制(mechanism of calcium overload) ca2+ca2+atp na2+h+ca2+ 正常細(xì)胞正常細(xì)胞caca2+2+運(yùn)轉(zhuǎn)體系運(yùn)轉(zhuǎn)體系缺血缺血atpatp鈉泵活性鈉泵活性nana+ + i i(+)(+)nana+ +-ca-ca2+2+蛋白蛋白酸中毒酸中毒再灌注再灌注組織間隙組織間隙h h+ +細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞內(nèi)h h+

13、 +仍高仍高(+)(+) nana+ +-h-h+ +交換交換1. 細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞內(nèi)na+對(duì)對(duì)na+-ca2+交換蛋白的直接激活交換蛋白的直接激活( (direct activation of intracellular high level of na+ to na +-ca2+ exchanger) ) 胞內(nèi)鈣胞內(nèi)鈣pkcpkc活化對(duì)活化對(duì)nana+ +-ca-ca2+2+交換蛋白的間接激活作用交換蛋白的間接激活作用2.2.生物膜損傷致細(xì)胞內(nèi)鈣超載生物膜損傷致細(xì)胞內(nèi)鈣超載(1) (1) 細(xì)胞膜損傷細(xì)胞膜損傷無鈣液無鈣液膜外板與糖被膜分離膜外板與糖被膜分離caca2+2+(+)(+)磷脂酶磷脂酶

14、膜磷脂降解膜磷脂降解自由基自由基膜脂質(zhì)過氧化膜脂質(zhì)過氧化(2) (2) 線粒體及肌漿網(wǎng)損傷線粒體及肌漿網(wǎng)損傷線粒體和線粒體和srsr釋放釋放caca2+2+鈣泵能量不足鈣泵能量不足膜通透性膜通透性(3)(3)atpatp產(chǎn)生產(chǎn)生1. 1.線粒體功能障礙線粒體功能障礙線粒體線粒體攝攝caca2+2+消耗消耗atpatp磷酸鈣磷酸鈣抑制氧化抑制氧化磷酸化磷酸化2.2.激活磷脂酶激活磷脂酶caca2+2+(+)(+)atpatp磷脂酶磷脂酶膜磷脂分解膜磷脂分解膜受損膜受損花生四烯酸、溶血磷脂花生四烯酸、溶血磷脂(二二)細(xì)胞內(nèi)鈣超載引起缺血再灌注損傷的機(jī)制細(xì)胞內(nèi)鈣超載引起缺血再灌注損傷的機(jī)制(mech

15、anism of ischemia-reperfusion injury induced by calcium overload)3.3.致心肌心律失常致心肌心律失常nana+ +-ca-ca2+2+交換交換caca2+2+入致入致一一過性內(nèi)向過性內(nèi)向離子流離子流遲后除極遲后除極4.4.促進(jìn)氧自由基生成促進(jìn)氧自由基生成caca2+2+(+)(+)caca2+2+依賴性蛋白酶依賴性蛋白酶(xdxo)(xdxo)5.5.肌原纖維過度收縮肌原纖維過度收縮胞內(nèi)胞內(nèi)caca2+2+收縮收縮再灌注再灌注h h+ +h h+ +對(duì)心肌收縮的抑制對(duì)心肌收縮的抑制 ischemia-reperfusion in

16、jury of myocardium induced by ca2+ overload. ca2+ overloadactivation of ca2+ dependent pathwaysca2+accumulation of mitochondrionactivation of myocardial excitation-contraction coupling activation of proteaseactivation of phospholipase a2dysfunction of mitochondrioncontinual contraction of myocardium

17、 ofrdegradation of membrane phospholipidmyocardium necrosisthromboxane thrombosisenergy creationenergy exhaustioninjury of membranearachidonic acid 三三、血管內(nèi)皮細(xì)胞和中性粒細(xì)胞間的相互作用血管內(nèi)皮細(xì)胞和中性粒細(xì)胞間的相互作用(interaction between endothelial cells and neutrophils) 1.趨化因子生成增多趨化因子生成增多(increased production of chemokines)(一一

18、)再灌注時(shí)中性粒細(xì)胞增多的機(jī)制再灌注時(shí)中性粒細(xì)胞增多的機(jī)制(mechanism of increase of neutrophils during reperfusion)leukotriene、prostaglandin、paf、kininneutrophils2.細(xì)胞黏附分子生成增多細(xì)胞黏附分子生成增多(increased production of adhesion molecules) integrin selectin(二二)內(nèi)皮細(xì)胞和中性粒細(xì)胞相互作用內(nèi)皮細(xì)胞和中性粒細(xì)胞相互作用 引起缺血再灌注損傷的機(jī)制引起缺血再灌注損傷的機(jī)制 (mechanism of ischemia-rep

19、erfusion injury induced by interaction between endothelial cells and neutrophils)1.微血管損傷微血管損傷(injury of microvessel) 2.細(xì)胞損傷細(xì)胞損傷(injury of cells) l-selectinvsmcvsmcmyocytemyocytemyocyteendotheliumrollingneutrophilofr , c5a ,paf+ +no, adenosine_integrinscd11/cd18adhesionmigrationofr ,proteasesvsmc vsm

20、cvsmcmyocytemyocytemyocyteextravasationendotheliumpecam-1icamp-selectin interaction between endothelial cells and neutrophils. 無復(fù)流現(xiàn)象無復(fù)流現(xiàn)象(no-flow phenomenon)(no-flow phenomenon)第四節(jié)第四節(jié) 缺血再灌注損傷時(shí)缺血再灌注損傷時(shí)機(jī)體的功能及代謝變化機(jī)體的功能及代謝變化(functional and metabolic changes during ischemia-reperfusion injury)(ischemia-reperfusion injury of myocardium)一、心肌缺血再灌注損傷一、心肌缺血再灌注損傷1.再灌注性心律失常再灌注性心律失常(reperfusion arrhythmia) 在心肌缺血再灌注過程中在心肌缺血再灌注過程中出現(xiàn)的心律失常。出現(xiàn)的心律失常。 在缺血心肌血流恢復(fù)后在缺血心肌血流恢復(fù)后一段時(shí)間內(nèi)，心