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第七章 缺血 - 再灌注损伤 ischemia-reperfusion injury PowerPoint Presentation
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第七章 缺血 - 再灌注损伤 ischemia-reperfusion injury

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第七章 缺血 - 再灌注损伤 ischemia-reperfusion injury - PowerPoint PPT Presentation


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第七章 缺血 - 再灌注损伤 ischemia-reperfusion injury. 邓华菲. 目的和要求. 掌握 缺血 - 再灌注损伤、 无复流现象 的概念;缺血-再灌注损伤的发生机制。 熟悉 呼吸爆发的概念、缺血 - 再灌注损伤时机体的功能和代谢变化、缺血 - 再灌注损伤的原因和条件。 了解 心肌顿抑的概念和发生机制、防治缺血 - 再灌注损伤的病理生理基础。. 病例.

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Presentation Transcript
slide2
目的和要求
  • 掌握缺血-再灌注损伤、无复流现象的概念;缺血-再灌注损伤的发生机制。
  • 熟悉呼吸爆发的概念、缺血-再灌注损伤时机体的功能和代谢变化、缺血-再灌注损伤的原因和条件。
  • 了解心肌顿抑的概念和发生机制、防治缺血-再灌注损伤的病理生理基础。
slide3
病例

患者,男,54岁,因胸闷、大汗1 h急诊入院。体查:血压65/40 mmHg,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。

slide4
问题
  • 为什么溶栓后出现严重的心律失常?
slide5
研究简史

第一节 概 述

  • 1955年Sewell首次报道再灌注损伤现象------结扎狗冠状动脉后,如果突然解除结扎恢复血流,部分动物立即发生心室纤维颤动而死亡;
  • 1960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。
  • 1968年,Ames率先报道脑缺血再灌注损伤;
  • 1972年,Flore率先报道肾缺血再灌注损伤;
  • 1978年,Modry率先报道肺缺血再灌注损伤;
  • 1981年,Greenberg率先报道肠缺血再灌注损伤。
slide6
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

slide7
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。

slide8

单纯缺血

损伤程

度加重

缺血再灌

1 2 3 4h

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

slide9

缺血-再灌注损伤(ischemia-reperfusion injury, 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

的综合征。

slide10

缺血-再灌注损伤是指:

A.缺血后引起的损伤

B.缺血后恢复血流,缺血性损伤加重

C.缺血后恢复血流引起的后果

D.再灌注后引起的损伤

E.不可逆性损伤

[答案]

概述

B

slide11

影响因素

1.缺血时间和程度

2.侧支循环

3.对氧的需求程度

4.再灌注条件

第二节 原因和条件

原因

引起血流重新恢复的因素

slide12

如:休克治疗后微循环的疏通

体外循环心直视手术

经皮腔内冠脉血管成形术

断肢再植、肠梗阻

溶栓治疗、器官移植等。

概述

slide13

下列哪一种情况不会发生缺血-再灌注损伤?

A.体外循环后

B.PTCA后

C.器官移植后

D.断肢再植术后

E.输血输液后

[答案] E

slide14
第三节 发病机制

活性氧大量产生

细胞内钙超载

中性粒细胞活化

高能磷酸化合物生成障碍

slide15

一、活性氧的作用

活性氧(reactive oxygen)是指化学性质活泼的含氧代谢物,包括氧自由基、单线态氧(1O2)、H2O2、NO、脂质过氧化物(LOOH)及其裂解产物脂氧自由基(LO·)、脂过氧自由基(LOO·)等。

slide16

[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。

slide17
1.氧自由基

线粒体

98~99%

O2

ATP

NADPH氧化酶

黄嘌呤氧化酶

P450细胞色素单加氧酶

1~2%

超氧阴离子 O2-

羟自由基 ·OH

单线态氧 1O2

H2O2

清除

超氧化物歧化酶

谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-PX)过氧化氢酶(CAT)

髓过氧化物酶(MPO)

slide18

线粒体单电子还原生成活性氧

Fenton 型Haber-Weiss反应

slide19
2.一氧化氮和脂性自由基

过氧亚硝酸根

ONOO-

NOS

氧自由基

精氨酸

NO

烷氧自由基 LO·

烷过氧自由基 LOO·

氧自由基

多聚不饱和脂肪酸

elimination
自由基的清除(elimination)

1) 低分子清除剂

Vit C、谷胱甘肽、辅酶Q

Vit E、胡萝卜素

elimination1
自由基的清除(elimination)

2) 酶性清除剂

过氧化氢酶(CAT)

超氧化物歧化酶

MnSOD

CuZnSOD

过氧化物酶

equilibrium

Free radical

antioxidant

自由基的平衡(equilibrium)
  • 生理情况下,自由基的生成与清除处于动态平衡。
equilibrium1

Free radical

antioxidant

自由基的平衡(equilibrium)
  • 病理情况下,如果自由基生成过多或机体抗氧化能力不足,可引发氧化应激(oxidative stress),导致细胞损伤。
slide25

Cu,Zn-SOD基因突变

肌萎缩性侧索硬化症

英国史蒂芬·威廉·霍金-物理天才

slide26

自由基包括:

A.O2- B.OH﹒·C.H2O2

D.NO﹒E.单线态氧

[答案]

活性氧包括:

A.O2-B.OH·﹒C.H2O2

D.Cl·E.单线态氧

[答案]

A B D

自由基学说

A B C E

slide27
(三)缺血/再灌注时活性氧增多的机制

(1)黄嘌呤氧化酶的形成增多

(2)中性粒细胞呼吸爆发

(3)线粒体功能受损

(4)儿茶酚胺增加和氧化

(5)iNOS表达增强

(6)体内清除活性氧的能力下降

自由基学说

slide28

自由基学说

缺血-再灌注时黄嘌呤氧化酶在活性氧生成中的作用

slide29
(2)中性粒细胞呼吸爆发

中性粒细胞被多种因素激活时耗氧量显著增加,产生大量的氧自由基,称为呼吸爆发(respiratory burst) or 氧爆发(oxygen burst)。

自由基学说

slide30

ONOO-

OH

O2

NO

n

e

u

t

r

o

p

h

i

l

NADPH

NADPH

oxidase

O2-

NADP+

H2O2

OH

MPO

MPO

HOCl

中性粒细胞呼吸爆发

slide31

(3) 线粒体功能受损

自由基学说

缺血-再灌注时线粒体产生活性氧示意图

slide33
(4)儿茶酚胺的自身氧化

缺氧

交感-肾上腺髓质系统兴奋

儿茶酚胺分泌增多

自由基学说

代偿调节作用

氧化产生氧自由基

slide34

⑴膜脂质过氧化增强

(lipid peroxidation)

Ⅰ.破坏膜的正常结构

Ⅱ.间接抑制膜蛋白功能

Ⅲ.促进自由基及其他生物活性物质生成

Ⅳ.减少ATP生成

⑵抑制蛋白质的功能

⑶破坏核酸及染色体

(三)活性氧的损伤作用

(4)细胞间基质破坏       

slide35

LH

OH·

H2O

O2

LOO ·

LOO ·

L’H

LOOH

L ’

LOOH

Fe2+

LO ·

OH–

Fe3+

LOOH

Fe3+

LOO ·

H+

Fe2+

Fe3+

2 LOOH

LO ·

LOO ·

OH–

H+

细胞膜磷脂的多聚不饱和脂肪酸受到氧自基的攻击

依赖于铁的脂质过氧化

膜的脂质过氧化反应

slide36

膜的脂质过氧化

膜不饱和脂肪酸减少

不饱和脂肪酸∕蛋白质比例失调

膜的液态性降低

流动性降低

通透性增加

破坏膜的正常结构

slide37

膜脂质过脂化

膜液态性降低

膜脂质交联、聚合

信号分子流动↓

受体、G 蛋白、

效应器偶联↓

钠泵↓、

钙泵↓、

Na+/ Ca2+交换蛋白↓

细胞信号转导功能抑制

〔Na+ 〕i↑、〔Ca2+ 〕i↑

间接抑制膜蛋白功能

slide38

膜脂质过氧化

激活磷脂酶C、D

膜磷脂降解

催化花生四烯酸代谢

自由基、前列腺素、

白三烯、血栓素生成

促进自由基和其它生物活性物质生成

slide39

NE

H+

Ca2+

α1受体

Gq

PIP2

PLCβ

Na+

3Na+

IP3

DG

PKC

Ca2+

Ca2+

脂质信号分子生成异常

肌醇磷脂在细胞信号转导中的作用

slide40

线 粒 体 膜

脂质过氧化

线粒体功能抑制

ATP产生减少

减少ATP 生成

slide41

⑵抑制蛋白质的功能

Ⅰ. 损伤

①膜离子通道蛋白损伤

②肌纤维收缩蛋白损伤

③肌浆网钙转运蛋白损伤

Ⅱ. 机理

①细胞结构蛋白和酶的巯基氧化形成二硫键

②蛋白质氨基酸的残基氧化

胞浆蛋白、膜蛋白及某些酶交联

slide43

⑶破坏核酸及染色体

Ⅰ. 损伤

染色体畸变、 细胞死亡

Ⅱ.机理

OH· 与脱氧核糖核酸、碱基反应

碱基羟化、 DNA断裂

slide44

活性氧的损伤作用

细胞间基质破坏

  • 氧自由基可使透明质酸酶降解、胶原蛋白交联,从而使细胞间基质变得疏松、弹性降低。
slide45

破坏膜的

正常结构

膜脂质

过氧化

间接抑制

膜蛋白功能

蛋白质功

能受抑制

活性氧

促进自由基

和生物活性

物质生成

自由基学说

减少ATP生成

破坏核酸

和染色体

slide46

二、钙超载(calcium overload)

(一)

[钙超载]是指Ca2+在细胞内大量聚集,引

起细胞受损,组织器官功能障碍。

slide47

〔Ca2+〕

Ca2+

10-3M

受体依赖

性钙通道

ADP

钙泵

ATP

电压依赖

性钙通道

〔Ca2+〕

Na+

10-7M

Ca2+

Na+- Ca2+

交换蛋白

肌质网

线粒体

Ca2+离开胞液的途径

Ca2+进入胞液的途径

维持细胞内外钙稳态的机制

slide48

Ⅰ.细胞内〔Na+〕升高

Ⅱ.细胞内〔H+〕升高

Ⅲ.蛋白激酶C(PKC)活化

Ⅰ.细胞膜损伤

Ⅱ.线粒体膜及肌浆网膜损伤

(二)再灌注引起细胞内钙超载的机制

⑴ Na+ -Ca2+ 交换异常

⑵ 生物膜损伤

slide49

Ca 2+

K+

Na+

Na+

ATP ↓

Ca2 + ↑

〔 Na+ 〕↑

细胞内〔Na+〕升高引起钙超载的机理

slide50

H+

Ca 2+

Na+

Na+

H+ ↓

H+ ↑

Ca2 + ↑

〔 Na+ 〕↑

细胞内〔H+〕升高引起钙超载的机理

slide51

去甲肾上腺素

H+

Ca2+

Na+

3Na+

DG

IP3

Ca2+

肌浆网

肌 丝

α1

α1

PIP2

GP

PLC

PKC

Ca2+

蛋白激酶C(PKC)活化

slide52

儿茶酚胺↑

α1受体

β受体

L-型钙通道开放, Ca2+内流

钙通道拮抗剂能阻断 Ca2+ 内流

slide53

Ⅰ. 细胞膜损伤

①细胞膜外板与糖被膜(glycocalyx)分离

正常时,由Ca2+紧密连接在一起

无钙液灌流后,二者分离,通透性增加

②磷脂酶激活,膜磷脂降解

③氧自由基,引起膜脂质过氧化

slide54

Ⅱ. 线粒体及肌浆网膜损伤

①线粒体膜损伤

能量生成不足,钙泵功能降低

②肌浆网膜损伤

钙泵功能抑制

slide55

钙超载引起再灌注损伤的机制

线粒体功能障碍

激活钙依赖性降解酶等多种酶

促进活性氧生成

破坏细胞骨架

加重酸中毒:高能磷酸盐水解,释出H+

slide56

⑴线粒体功能障碍

ATP↓

  • MPTP开放

(2)促进氧自由基生成

Ca2+依赖性蛋白酶活性↑

加速黄嘌呤脱氢酶转变为黄嘌呤氧化酶

slide57

激活多种酶

损伤刺激

线粒体

肌浆网

肌浆Ca2+↑

ATP酶

磷脂酶

蛋白酶

核酶

膜和骨架蛋白破坏

染色体 损伤

ATP↓

磷脂分解

slide58

三、白细胞的作用

1 再灌注时白细胞增加的机制

slide59
白细胞聚集的机制

⑴趋化因子生成增多

如白三烯、血小板活化因子、补体C3a、Csa、激肽、IL-8等

⑵细胞粘附分子生成增多

(cell adhesion moleculels, CAM )

slide60

细胞粘附分子种类

①白细胞整合素家族

白细胞功能相关抗原(LFA-1,CD18CD11a)

巨噬细胞分化抗原-1(Mac-1, CD18/CD11b)

糖蛋白150/95(GP150/95, CD18/CD11c)

slide61

②选择素家族

L-选择素(leucocyte-selectin)

E-选择素(endothelium-selectin)

P-选择素 (platelet- selectin)

③免疫球蛋白超家族

细胞间粘附分子(ICAM-1,ICAM-2)

血管细胞粘附分子-1(VCAM-1)

血小板-内皮细胞粘附分子(PECAM-1)

slide62

2.白细胞聚集在缺血-再灌注损伤中的作用

微血管内血液流变学改变

阻塞微循环

微血管口径改变

再灌注

损伤

微血管通透性增加

释放活性氧

释放各种颗粒成分

产生各种促炎性细胞因子

slide63

Ⅰ. 血液流变学变化

① 中性粒细胞 “滚动”、粘附

② 血小板粘附、聚集

③ 红细胞变形能力降低、缗钱状叠连

④ 血浆粘滞性增高

slide64

Ⅱ. 微血管口径的变化

①血管内皮细胞肿胀

ATP不足,钠泵功能降低

②微血管收缩

血管内皮细胞、中性粒细胞释放内皮素

血管紧张素Ⅱ、血栓素A2等

③微血管受压

缺血细胞肿胀,压迫微血管

slide65

Ⅲ . 微血管壁通透性增高

①自由基损伤

②中性粒细胞粘附

细胞间质水肿

中性粒细胞进入细胞间隙

slide67

Ⅰ.产生和释放自由基

中性粒细胞激活、内皮细胞损伤

Ⅱ.释放溶酶

弹性硬蛋白酶、胶原酶和明胶酶作用最大,

几乎能降解基质中所有成分。

Ⅲ.产生和释放细胞因子

实验研究发现,大鼠的下肢缺血-再灌注时,

IL-1、TNF和 IL- 6 都显著增加。

slide68
四、高能磷酸化合物生成障碍
  • 1.线粒体受损
  • 2.ATP合成的前身物质减少

线粒体的结构

slide69

IRI的主要发病机制

缺血

细胞坏死

缺血损伤恢复

再灌注

Ca2+

O2

中性粒细胞

氧自由基↑

无复流

致炎因子↑

钙超载

细胞损伤

slide71

Ⅰ. 影响因素

Ⅱ. 发生机理

Ⅰ. 什么是心肌抑顿

Ⅱ. 发生机理

1.心脏缺血-再灌注损伤

㈠心功能的变化

⑴再灌注性心律失常

⑵心肌顿抑

slide72

Ⅰ.影响因素

①再灌前心肌缺血的时间

②缺血心肌的数量和缺血程度

③必须有功能上可以恢复的心肌细胞

④再灌注条件(速度、压力、温度等)

⑤电解质紊乱

slide73

Ⅱ.发生机理

①钙反常

Ca2+内流,出现持续性内向电流,形成延

迟后除极,传导减慢,心律失常。

②心肌动作电位时程的不均一性

缺血区、缺血边缘区动作电位恢复不一致

③再灌注时,细胞内外离子分布紊乱。

④儿茶酚胺增多,心肌自律性升高

slide74

夹闭狗的冠状动脉15min,并未引起心肌坏

死,但再灌注血流恢复正常后,心肌收缩功能

抑制可持续12 h。 Braunwald 和 Kloner 首先用

心肌顿抑(myocardial stunning)一词来描述

这一现象。

心肌顿抑

slide75

缺血∕再灌注

自由基

钙超载

膜脂质过氧化

磷 酸 钙 沉 积

钙超载

线粒体

损 伤

收缩蛋

白损伤

肌原纤维

过度收缩

心肌顿抑

心肌顿抑的发生机理

slide76

㈡心肌代谢变化

⑴缺血期

ATP↓CP↓ 合成减少

ADP↑AMP↑ ATP降解增加

⑵再灌注期

ATP↓ ↓ CP↓ ↓ 线粒体损伤

ADP↓AMP↓

ATP、CP不足

再灌注冲洗作用

slide77

㈢心肌超微结构的变化

⑴ 细胞膜破坏

⑵线粒体肿胀、嵴断裂、溶解、空泡形成、

基质内致密颗粒增多

⑶肌原纤维断裂、节段性溶解、出现收缩带

⑷心肌出血、坏死

slide78

二、脑缺血-再灌注损伤

1968年由Ames率先报道脑缺血-再灌注损伤。

临床表现:感觉、运动或意识严重障碍

slide79
脑IRI机制 ?

(1)兴奋毒性氨基酸的毒性作用:谷氨酸

(2)脑细胞易受活性氧损伤

①NC细胞膜富含不饱和脂肪酸

②仅含中等SOD和GSHpx,无CAT

③富含铁离子

兴奋毒性 机制

(1)渗透性损伤:AMPA-R,钠水内流

(2)钙依赖性损伤:NMDA-R,Ca2+内流

slide80

脑IRI损伤的变化

脑水肿

脑细胞坏死

脑组织学变化

slide81

第五节 IRI的防治原则

消除缺血原因,尽早恢复血流

采用低压、低温、低pH、低流、低钙、低钠及高钾再灌注

清除活性氧

减轻钙超载

中性粒细胞抑制剂的应用

启动内源性保护机制

slide82

科研动态

缺血预适应(IPC)

多次短暂地缺血可提高缺血组织对缺血的耐受性,对随后的长时间缺血(或再灌注)损伤具有保护作用的现象。

slide83

科研动态

药理性预适应是缺血预适应研究的最重要意义之一。

它是根据缺血预适应机制,通过药物激发或模拟机体内源性物质(腺苷、缓激肽、CGRP、PGI2、NO等)而呈现的心脏保护作用。

slide84

科研动态

缺血后适应 全面恢复再灌注前短暂多次预再灌、停灌处理,可减轻缺血-再灌注损伤。

slide85

小结

IRI概念

IRI损伤的发生机制

重要器官的IRI损伤的变化

slide86
复习思考题

名词解释:

缺血-再灌注损伤、钙超载、no-reflow phenomenon

  • 缺血再灌注时氧自由基生成增多的机制是什么?
  • 简述自由基的损伤作用。  
  • 论述缺血-再灌注损伤细胞内Ca2+超载的机制?
  • 灌注损伤时氧自由基的增多与钙超载的关系如何?
slide87

e-

O2 O .2

e-

H 2 O 2

2H+

e-

OH.

H+

e-

H 2 O

H+

超氧阴离子 过氧化氢 羟自由基

单线态氧 ------ 氧分子两个外层电子自旋方向相同,

1O2分布在两个外层轨道上。如果其中

一个电子自旋方向改变(反向),

则在紫外光谱上呈一条单线。

Back

slide88

单线态氧(书写为1O2 )(singlet oxygen)

两个外层轨道,一个电子发生反向自旋改变

外层轨道两电子自旋方向相反

在紫外光谱中呈现一条直线

Sigma单线态氧(1∑gO2)

两个不配对电子,占据两个相邻轨道。

半衰期短, 属于氧自由基。

delta单线态氧(1△gO2)

两个电子在同一轨道上,不含不配对电子。

半衰期长,不属于氧自由基。

slide89

⑴超氧化物歧化酶

⑵过氧化氢酶

⑶谷胱甘肽过氧化物酶

㈡低分子清除剂

㈢其它

㈠酶性清除剂

⑴存在于细胞脂质部分的自由基清除剂

⑵存在于细胞内外水相中的自由基清除剂

slide90

超氧化物歧化酶(superoxide dismulase, SOD)

CuZnSOD 在细胞浆内

MnSOD 在线粒体内

催化两个分子 O ·2发生岐化反应

O·2 + O ·2 + 2H+ SOD H2O2+ O2

超氧化物歧化酶

slide91

过氧化氢酶( catalase,CAT,触酶)

主要存在于细胞的过氧化氢体内

可清除过氧化氢

2H2O2CAT 2H2O + O2

过氧化氢酶

slide92

谷胱甘肽过氧化物酶(glutathione peroxidase, GSH-px)

主要存在于胞浆和线粒体内

能清除过氧化氢、过氧化脂质

H2O2 + 2GSH GSH-px GSSG+ 2H2O

ROOH+2GSH GSH-px GSSG + ROH+H2O

2R+ 2GSH GSH-px GSSG + RH

谷胱甘肽过氧化物酶

slide93

⑴存在于细胞脂质部分的自由基清除剂

Ⅰ.维生素E

还原O·2 、 1O2 、脂质自由基

Ⅱ.维生素A

清除O·2 、抑制脂质过氧化

⑵存在于细胞内外水相中的自由基清除剂

Ⅰ.维生素C

同维E,并协助维持VE活性

Ⅱ.还原型谷胱甘肽(GSH)

低分子清除剂