缺血再灌注損傷的發(fā)病機(jī)制培訓(xùn)課件

1、What is reperfusion injury? Why is it important?R.G. is a 48-year-old man who suffered an acute anterior myocardial infarction and received fibrinolytic therapy. The patient died 12 hours after reperfusion. K.R. is a 68-year-old diabetic woman who underwent conventional coronary artery bypass graft

2、surgery and developed low output syndrome after reperfusion postoperatively. What is reperfusion injury? Wh概念(Concept) 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-再灌注損傷.概念(Concept) 缺血器官在恢復(fù)血液灌注后缺血概念(Concept) 氧反常（oxygen paradox）：用低氧或無(wú)氧液灌注后再恢復(fù)正常氧供應(yīng)器官的損傷不見(jiàn)恢復(fù)反而更趨嚴(yán)重。 pH反常（pH paradox）：器官在再灌注時(shí)pH從酸性恢復(fù)到正常時(shí)細(xì)胞損傷加重的現(xiàn)象。 鈣反常（c

3、alcium paradox）：器官在無(wú)鈣溶液灌流后恢復(fù)正常含鈣溶液灌流導(dǎo)致的細(xì)胞外鈣離子大量?jī)?nèi)流而引起細(xì)胞損傷加重的現(xiàn)象。 概念(Concept) 氧反常（oxygen para缺血-再灌注損傷發(fā)生的條件 Conditions Predisposing to Ischemia-Reperfusion (I/R) Injury缺血時(shí)間的長(zhǎng)短再灌注時(shí)灌流液的條件（灌注液的成分，灌流溫度，壓力等) 組織器官缺血前的功能狀態(tài)（缺氧耐受性，側(cè)枝循環(huán)，高膽固醇血癥，糖尿病，高血壓） 缺血-再灌注損傷發(fā)生的條件缺血時(shí)間的長(zhǎng)短問(wèn)題：缺血-再灌注損傷？氧反常,鈣反常,和pH反常？問(wèn)題：缺血-再灌注損傷的發(fā)生機(jī)

4、制Mechanisms of I/R Injury 自由基的損傷作用（Injury by Free Radicals）鈣超載（Calcium Overload）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） 缺血-再灌注損傷的發(fā)生機(jī)制自由基的損傷作用（Injury b 指在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。為表達(dá)不配對(duì)電子，常常在其分子式后方或上方加一個(gè)點(diǎn)（如R）。自由基（Free Radicals) 指在外層電子軌道含有一個(gè)或多個(gè)不配對(duì)電子的原子、氧自由基（Oxygen

5、 Free Radicals）活性氧（Reactive Oxygen Species, ROS):超氧陰離子,羥自由基,單線態(tài)氧 (singlet oxygen, 1O2),過(guò)氧化氫(hydrogen peroxide, H2O2）.氧自由基: 由氧衍生的自由基.超氧陰離子（superoxide anion, O2 ）羥自由基（hydroxyl radical, OH）-氧自由基（Oxygen Free Radicals）活性氧（脂性自由基:氧自由基與不飽和脂肪酸作用后生成的中間代謝產(chǎn)物.烷自由基（L）烷氧自由基（LO）烷過(guò)氧自由基（LOO）脂性自由基（Lipid Free Radicals）

6、其它: 如氯自由基(Cl),甲基自由基(CH3),一氧化氮(NO),過(guò)氧亞硝基(OONO-)脂性自由基:氧自由基與不飽和脂肪酸作用后生成的中間代謝產(chǎn)物.抗氧化物酶 (Antioxidant Enzymes)OH.超氧物岐化酶過(guò)氧化氫酶O2_.H2O2H2OFe2+H2O2ROOHH2OROHNADP+谷胱甘肽氧化酶+ H2O谷胱甘肽還原酶GSSGGSHNADPH + H+抗氧化物酶 (Antioxidant Enzymes)OH.問(wèn)題：氧自由基？活性氧？超氧物岐化酶,過(guò)氧化氫酶,谷胱甘肽氧化酶催化何種反應(yīng)?問(wèn)題：黃嘌呤氧化酶（Xanthine Oxidase）中性粒細(xì)胞（Neutrophils

7、）線粒體（Mitochondria）活性氧與缺血-再灌注損傷ROS & I/R Injury黃嘌呤氧化酶（Xanthine Oxidase）活性氧與缺血黃嘌呤氧化酶與缺血-再灌注損傷Xanthine Oxidase & I/R Injury黃嘌呤 + O2 H2O2蛋白酶OH次黃嘌呤 ATPAMP黃嘌呤氧化酶黃嘌呤脫氫酶O2-.allopurinol -黃嘌呤氧化酶與缺血-再灌注損傷黃嘌呤 + O2 H2黃嘌呤氧化酶理論的一些注意點(diǎn)Some Issues Related to the Xanthine Oxidase Hypothesis動(dòng)物種類，器官，組織分布差異（主要存在于肝和腸道。在人，

8、豬和兔的心含量很低）。黃嘌呤脫氫酶轉(zhuǎn)為氧化酶的量及時(shí)間不能解釋一些器官的I/R發(fā)生。黃嘌呤在黃嘌呤氧化酶作用下生成尿酸。尿酸為ROS,RNS清除劑。缺氧條件下黃嘌呤氧化酶可還原硝酸鹽，亞硝酸鹽為一氧化氮。一氧化氮可減輕I/R損傷。黃嘌呤氧化酶理論的一些注意點(diǎn)Some Issues Rela中性粒細(xì)胞與缺血-再灌注損傷Neutrophils & I/R Injury呼吸爆發(fā)（respiratory burst）或氧爆發(fā)（oxygen burst）：中性粒細(xì)胞在吞噬活動(dòng)時(shí)耗氧量明顯增加的現(xiàn)象。中性粒細(xì)胞與缺血-再灌注損傷呼吸爆發(fā)（respiratory線粒體與活性氧Mitochondria & R

9、OS線粒體與活性氧線粒體與活性氧Mitochondria & ROSNADH(Site I)Succinate(Site II)CytochromeOxidaseFe-S c1 Cyt cUbiquinoneUbisemiquinoneUbiquinolO2H2O.O2_.H2O2泛醌泛半醌二氫泛醌hypoxianormoxiarotenone myxothiazol antimycin ATTFA線粒體與活性氧NADH(Site I)SuccinateCy線粒體與缺血-再灌注損傷Mitochondria & I/R InjuryI/R增加ROS釋放，抑制線粒體源的ROS生成可降低I/R損傷。

10、I/R降低線粒體超氧物岐化酶活性，含量，及mRNA。升高線粒體內(nèi)ROS清除劑含量可降低I/R損傷。線粒體與缺血-再灌注損傷I/R增加ROS釋放，抑制線粒體源的Plasma membrane: lipoxygenases, cyclooxygenases, NADPH oxidaseMitochondria: electron transport system Cytosol:xanthine oxidase, hemoglobin, catecholamines, riboflavin, Transition metals (Fe2+/3+, Cu1+/2+)Peroxisome:oxidas

11、es, flavoproteinsEndoplasmic reticulum:mixed-function oxidasecytochromes P-450 and b5Cellular Sources of Free RadicalsPlasma membrane: Cellular Sour氧自由基損傷發(fā)生機(jī)制Mechanism Underlying the Injury Caused by Oxygen Free Radicals1. 膜脂質(zhì)過(guò)氧化 膜結(jié)構(gòu)破壞,膜蛋白質(zhì)功能抑制,ATP生成減少2. 蛋白質(zhì)分子肽鏈斷裂,酶的巰基氧化,蛋白及某些酶相互交聯(lián)、聚合 蛋白質(zhì)變性和酶活性降低3.

12、DNA斷裂和染色體畸變4. 誘導(dǎo)炎癥介質(zhì)產(chǎn)生 氧自由基損傷發(fā)生機(jī)制1. 膜脂質(zhì)過(guò)氧化 膜結(jié)構(gòu)破壞,膜蛋問(wèn)題：氧自由基損傷發(fā)生的機(jī)制?問(wèn)題：鈣超載的發(fā)生機(jī)制:激活Na+/Ca2+交換Mechanism of Calcium Overload:Activation of Na+/Ca2+ Exchanger缺血缺氧 無(wú)氧酵解 H+H+/Na+交換胞內(nèi)Na+ATP 鈉泵 Na+/Ca2+交換Ca2+內(nèi)流 鈣超載鈣超載的發(fā)生機(jī)制:激活Na+/Ca2+交換缺血無(wú)氧酵解 H+鈣超載的發(fā)生機(jī)制: 生物膜損傷Mechanism of Calcium Overload: Membrane Injury 缺血缺氧

13、 鈣超載Ca2+通透性細(xì)胞膜:肌漿網(wǎng):鈣泵排Ca2+ Ca2+內(nèi)流 貯Ca2+Ca2+通透性鈣泵Ca2+釋出 缺血缺氧 鈣超載的發(fā)生機(jī)制: 生物膜損傷缺血鈣超載Ca2+通透性細(xì)胞膜鈣超載引起缺血再灌注損傷的機(jī)制Mechanism of I/R Injury Induced by Calcium Overload 激活Ca2+依賴性的磷脂酶 膜磷脂分解, 膜受損激活Ca2+依賴性的蛋白酶，加速XD轉(zhuǎn)化為XO，促進(jìn)ROS生成; 膜受損大量Ca2+在線粒體內(nèi)以磷酸鈣的形式沉積，干擾氧化磷酸化過(guò)程，使ATP生成減少4. 核酸內(nèi)切酶 核染色質(zhì)受損鈣超載引起缺血再灌注損傷的機(jī)制Mechanism of I

14、/問(wèn)題：鈣超載發(fā)生的Na+/Ca2+交換機(jī)制?問(wèn)題：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再灌注時(shí):趨化因子(chemokines)生成增多: 膜磷脂分解 LTs,PGs,PAF,補(bǔ)體,激肽.內(nèi)皮細(xì)胞與中性粒細(xì)胞細(xì)胞黏附分子生成增多: 如選擇素（selectin）如整合素（integrin)等.中性粒細(xì)胞滾動(dòng),黏附,進(jìn)入缺血組織。釋放ROS.血管內(nèi)皮細(xì)胞和中性粒細(xì)胞間的相互作用Interaction Mechanisms Mediating Increased Leukocyte-Endot

15、helial AdhesionMechanisms Mediating Increased缺血再灌注損傷的發(fā)病機(jī)制培訓(xùn)課件缺血-再灌注損傷時(shí)機(jī)體的功能變化Functional Changes in I/R Injury 一些其它器官在缺血-再灌注損傷過(guò)程中的變化特點(diǎn)：心臟,腦，肺，胃腸道。缺血-再灌注損傷時(shí)機(jī)體的功能變化Functional Cha缺血再灌注損傷的發(fā)病機(jī)制培訓(xùn)課件缺血-再灌注對(duì)心臟的損傷Functional Changes of the Heart in I/R Injury 無(wú)復(fù)流現(xiàn)象 心肌頓抑 再灌注性心律失常 心肌壞死缺血-再灌注對(duì)心臟的損傷 無(wú)復(fù)流現(xiàn)象無(wú)復(fù)流現(xiàn)象 (No

16、-Reflow Phenomenon) 解除缺血原因后缺血組織得不到充分血液灌流。受損血管內(nèi)皮細(xì)胞腫脹血小板及纖維蛋白栓塞中性粒細(xì)胞與內(nèi)皮細(xì)胞黏附,嵌頓,堵塞毛細(xì)血管 ROS 中性粒細(xì)胞黏附,微血管通透性增高，組織水腫缺血組織收縮，微血管被擠壓無(wú)復(fù)流現(xiàn)象 (No-Reflow Phenomenon) Genesis of No-Flow PhenomenonCoronaryocclusionReperfusionEndothelial damageTissue edemaOxygen free radicalPlatelet/fibrinLeukocytesTissue contracture

17、Genesis of No-Flow PhenomenonC問(wèn)題：無(wú)復(fù)流現(xiàn)象及機(jī)制?問(wèn)題： 心肌并未因缺血發(fā)生不可逆性損傷，但在再灌注血流已恢復(fù)或基本恢復(fù)正常后的一定時(shí)間內(nèi)心肌出現(xiàn)的可逆性收縮功能降低的現(xiàn)象。心肌頓抑（Myocardial Stunning） 心肌并未因缺血發(fā)生不可逆性損傷，但在再灌注血流已恢復(fù)或可逆性I/R損傷OH.脂質(zhì)過(guò)氧化，蛋白質(zhì)及酶失活線粒體損傷收縮蛋白損傷肌漿網(wǎng)鈣轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白膜通透性離子泵活性鈣超載ATP鈣敏感性心肌收縮功能胞內(nèi)Na+超載Na+/Ca2+交換心肌頓抑的發(fā)生機(jī)制Mechanisms of Myocardial Stunning可逆性I/R損傷OH.脂質(zhì)過(guò)氧化

18、，蛋白質(zhì)及酶失活線粒體損傷收再灌注性心律失常Reperfusion Arrhythmias缺血心肌和正常心肌之間因傳導(dǎo)性和不應(yīng)期存在差異，可導(dǎo)致興奮折返的發(fā)生增多的兒茶酚胺作用于受體，使得心肌自律性增高、纖顫閾值降低活性氧和鈣超載導(dǎo)致心肌細(xì)胞損傷、ATP生成減少、ATP敏感性鉀通道激活等改變心肌電生理特性 再灌注性心律失常缺血心肌和正常心肌之間因傳導(dǎo)性和不應(yīng)期存在差問(wèn)題：心肌頓抑的定義及發(fā)生機(jī)制？問(wèn)題：胃腸道在缺血-再灌注損傷過(guò)程中的變化特點(diǎn)(I/R Injury of Gastrointestinal Tract)小腸血管內(nèi)皮細(xì)胞中的黃嘌呤脫氫酶和黃嘌呤氧化酶活性為各臟器中最高，再灌注時(shí)易于

19、產(chǎn)生大量ROS。嚴(yán)重的腸I/R損傷的特征為廣泛的腸上皮壞死，固有層破損、出血及潰瘍，造成廣泛的腸吸收功能障礙，腸黏膜通透性增高，大量細(xì)菌、內(nèi)毒素等入血，造成菌血癥或內(nèi)毒素血癥。胃腸道在缺血-再灌注損傷過(guò)程中的變化特點(diǎn)(I/R Injur腦在缺血-再灌注損傷過(guò)程中的變化特點(diǎn)(I/R Injury of the Brain) 腦對(duì)缺氧最敏感，其活動(dòng)主要靠有氧氧化提供能量，缺血時(shí)間長(zhǎng)可引起不可逆性損傷。腦是一個(gè)富含磷脂的器官，脂質(zhì)過(guò)氧化是腦I/R損傷的主要原因。 腦最明顯的組織學(xué)變化是腦水腫及腦細(xì)胞壞死。脂質(zhì)過(guò)氧化是腦水腫的主要原因。腦在缺血-再灌注損傷過(guò)程中的變化特點(diǎn)(I/R Injury 肺在缺

20、血-再灌注損傷過(guò)程中的變化特點(diǎn)(I/R Injury of the Lungs) 肺是全身靜脈血液回流的濾器。創(chuàng)傷和休克復(fù)蘇時(shí)常導(dǎo)致代謝產(chǎn)物、炎癥細(xì)胞及炎癥介質(zhì)等從缺血周圍組織流出滯留于肺，產(chǎn)生大量ROS等毒性物質(zhì)，造成肺損傷。肺I/R損傷主要表現(xiàn)為肺水腫和肺出血 肺在缺血-再灌注損傷過(guò)程中的變化特點(diǎn)(I/R Injury 缺血-再灌注損傷防治的原則 Principles of the Treatment of I/R Injury)盡量縮短缺血時(shí)間控制再灌注條件(低壓低流灌流可避免再灌注時(shí)因氧和液體量的供應(yīng)突然增加而引起大量ROS生成及組織水腫；低溫可降低減少代謝產(chǎn)物聚積；低pH可抑制磷脂酶

21、和蛋白酶對(duì)細(xì)胞的分解，減輕Na+/H+交換的過(guò)度激活；低鈣可減輕鈣超載所致的細(xì)胞損傷)。缺血-再灌注損傷防治的原則 Principles of th缺血-再灌注損傷防治的原則 Principles of the Treatment of I/R Injury)清除氧自由基補(bǔ)充能量中性粒細(xì)胞抑制劑腺苷可通過(guò)解除微血管痙攣；抑制中性粒細(xì)胞粘附，減少ROS生成；減少血小板聚集；恢復(fù)內(nèi)皮細(xì)胞和心肌細(xì)胞的能量貯備等機(jī)制減輕I/R損傷。缺血-再灌注損傷防治的原則 Principles of th缺血-再灌注損傷防治的原則 Principles of the Treatment of I/R Injury)

22、細(xì)胞保護(hù)劑,在缺血期使用山莨菪堿、牛磺酸、糖皮質(zhì)激素等細(xì)胞保護(hù)劑或穩(wěn)定細(xì)胞膜制劑，可減輕細(xì)胞I/R損傷。反復(fù)短暫的缺血可以調(diào)動(dòng)機(jī)體組織的內(nèi)在保護(hù)機(jī)制，使機(jī)體對(duì)隨后出現(xiàn)的更長(zhǎng)時(shí)間的嚴(yán)重缺血產(chǎn)生耐受性，稱為缺血預(yù)處理（ischemic preconditioning, IPC）。 缺血-再灌注損傷防治的原則 Principles of th The size of an infarct resulting from a 40-min occlusion of a branch of a dogs coronary artery could be greatly reduced if the hea

23、rt were subjected to 4 brief periods of 5 min of ischemia and 5 min of reperfusion prior to sustained ischemia. The heart adapted itself within minutes to become resistant to ischemia-induced infarction.Murry CE et al. Preconditioning with ischemia: a delay of lethal cell injury in ischemic myocardi

24、um. Circulation 74:11241136, 1986.Ischemic Preconditioning (PC, IPC) The size of an infarct Acute preconditioning:(classical preconditioning) within 2 h protein synthesis-independentDelayed preconditioning:(ischemic tolerance) 24 h - 72 h after the initial insult altered gene expressionsynthesis of proteins (antioxidant enzymes, NO synthase, etc.).Acute preconditioning:Limit or spare infarct sizeMitigate myocardial stunningIm