心肌灌注（共9篇）
心肌灌注 篇1
急性心肌梗死通常是冠状动脉粥样硬化基础上并发急性血栓闭塞冠脉的结果。其治疗的关键是尽早给予冠状动脉血管重建,包括药物溶栓、经皮冠状动脉腔内成形术、支架植入术及冠状动脉搭桥等,使梗死相关动脉再通,恢复心肌组织水平的灌注。从而达到挽救濒死心肌细胞,缩小梗死范围、保持心室功能、改善患者临床预后等目的。然而临床研究和动物实验均证实,某些心外膜血管在再灌注治疗期间已解除机械性梗阻,但相应心肌组织并没有完全有效地恢复血流灌注,即无复流现象(no-reflow phenomenon)[1]。罪犯血管通畅而心肌组织无灌注,说明存在心肌微循环的结构功能障碍。因此,心肌微循环状态与心肌梗死后心肌灌注程度密切相关,而及时、准确的评估心肌梗死后心肌灌注情况,积极促进冠状动脉微循环通畅、改善心肌灌注,对心肌梗死的治疗有重要的意义。
1 心肌微循环的病理生理
心肌的微血管(microvasculature of myocardium)是内径<300μm的血管(也有认为<100μm以下者),包括微动脉、后微动脉、毛细血管、心肌窦状隙、毛细血管后微静脉、动静脉吻合支。微动脉和小静脉之间的血液循环通常称为心肌微循环,是心肌细胞与血液进行物质交换的场所。心肌微血管在属性上是循环系统最末梢的部分,决定心肌的灌注水平,并影响冠状动脉的血流储备;在形态上既有脉管的共性,又有脏器的特征;在功能上既是循环的通路,又是物质交换的场所,在调节上,既受全身性神经体液的调节,又受局部神经体液和代谢产物的调节。心肌微血管是心肌微循环的物质结构基础,多种病理生理状态下心肌微血管结构功能以及相关调节因素的异常都会影响心肌微循环,从而影响心肌细胞的灌注。
1.1 冠心病心肌微血管的改变
虽然目前的相关研究并未在冠心病心肌微血管中检测到确切的内膜增厚、管壁/管腔比值异常以及斑块形成等结构改变,也并未发现冠心病心肌毛细血管密度的异常[2]。但是在不同动物模型和临床研究中都证明,在基础状态下冠心病存在微循环的内皮功能障碍,而且还可以利用乙酰胆碱、缓激肽、ADP、5-羟色胺、组胺、肝细胞生长因子、血管内皮生长因子等刺激因素证明内皮功能障碍的存在[3,4]。同时,Tune等[5]的研究提示,尽管动脉粥样硬化并没有影响腺苷介导的血管舒张作用,但上流血管缺乏内皮介导的血管舒张,在一些心肌微血管单位可能导致微循环压力下降,使其低于需要维持灌注的水平,也会降低血流对腺苷的反应。另外,冠心病患者的心肌微血管在基础状态下和药物刺激期间已显示出NO利用度的降低,通过测量冠状动脉血流评价微血管功能,显示在乙酰胆碱和N-甲基一L一精氨酸(L-NMMA)刺激下缺乏血流增加。因此,心肌微血管的内皮功能紊乱,NO生物利用度降低导致的血管内皮细胞依赖性舒张功能受损是冠心、病心肌微血管的主要病理改变。
1.2 高血压心肌微血管的改变
高血压时,由于多种血流动力学改变,全身和局部神经体液的异常激活(如交感神经系统、肾素一血管紧张素一醛固酮系统),其心肌微循环同样存在不同程度的血管内皮功能异常,通常表现为传导血管的明显收缩和阻力血管的扩张受损。另一方面,高血压患者心肌微循环结构上也有明显改变,冠脉小动脉管腔径减小,中层/管腔比值和中层横断面积增加,毛细血管密度减少,微动脉密度和微动脉节段长度增加[7,8]。Hamasaki等[9]发现,高血压病患者静息时的心肌微循环血流量增加,而心肌微血管密度减少、微血管的扩张储备能力明显下降和非内皮依赖性血管扩张能力受损,且高血压病情越重,心肌微循环的损害和毛细血管密度减少也就越严重。心肌毛细血管密度减少可能是微动脉痉挛和血流从某些毛细血管转移引起的可逆性、功能性较少节段,随着病情加重,可发展为不可逆的解剖性减少,出现毛细血管的完全关闭。以上这些因素均可导致高血压患者心肌微循环血流储备和顺应性下降。
1.3 糖尿病心肌微血管的改变
从病理角度看,糖尿病对心肌的损害主要累及20～150μm的中小微血管,而且对血管内皮的影响较大。表现为内皮增生、内皮下纤维化、形成管壁环状或垫状增厚。研究发现,糖尿病患者冠状动脉对去甲肾上腺素、钙离子等刺激因素的血管扩张反应均较非糖尿病患者低,认为糖尿病会损伤心肌微循环的自我调节机制[10]。这些病理变化使心肌小血管对血管活性物质反应性下降,冠状动脉小血管的灌注储备不足。
如前所述,心肌微循环的功能状态直接影响心脏结构、功能和代谢,对于冠心病的发生、发展、疗效、预后等具有重要的影响,而冠心病本身会造成微循环功能障碍,同时高血压、糖尿病等常见的合并症以及高血脂、高半胱氨酸血症等诸多病理因素均会对心脏微循环结构功能造成不利的影响,这些相关因素都是影响心肌梗死后患者心肌灌注的重要原因。
2 急性心肌梗死对心肌微循环的影响
急性心肌梗死后局部炎性应激、冠状动脉循环神经体液异常激活,心肌微循环中产生大量炎性细胞因子和血管活性物质(如hsCRP、IL-1、IL-2、IL-6、TNF-α、ET-1以及黏附分子等),使得微血管内皮细胞肿胀,凸向管腔,以及梗死区心肌组织水肿、微血管壁内出血等可压迫微血管,从而阻塞血流。Reffelmann等[11]通过动物模型观察到,急性心肌梗死后局部出现心肌细胞水肿,毛细血管内皮细胞损伤严重,局部的内皮细胞向管腔突出形成毛细血管内细胞栓塞。并且心肌细胞水肿和收缩压迫毛细血管使管腔狭窄,血流量下降。同时,血液中的致栓性物质,尤其是从粥样斑块处脱落的碎片、坏死的脂质合并形成的附加血栓被冲入微循环,可引起血小板激活、聚集,启动一系列生化反应,损伤微血管功能。微小的栓子黏附、堵塞后,血液中的白细胞黏附又造成远端小血管舒缩异常、痉挛,甚而完全闭塞,从而直接影响心肌组织的灌注,导致各种临床后果如冠脉储备下降,心功能降低,形成微梗死灶,心律失常等[12]。
急性心肌梗死后闭塞血管再通时,可能产生缺血/再灌注损伤,其损害靶点直指心肌微血管。实验证实缺血/再灌注相关微血管损伤通过形成和暴露更多促凝因子、纤溶系统部分抑制、促凝状态进而引起更广泛的微血管损伤,更大面积的心肌梗死,更为严重的心律失常和心力衰竭[13]。研究提示心肌缺血/再灌注引起sICAM-1、sVCAM-1等黏附分子表达上调,可以诱导冠状动脉收缩,还可以促使白细胞黏附于血管内皮细胞,形成小栓子,阻塞毛细血管,并浸润于心肌组织内。同时黏附于毛细血管和浸润于心肌组织中的白细胞相互激活,产生和释放氧自由基和血管活性物质,引起微血管内皮细胞损伤和诱导血小板聚集,导致血流缓慢和血栓形成,心肌灌注障碍,直接破坏心肌细胞或加重心肌组织缺血缺氧,引起心肌细胞损伤、坏死[14]。
总之,梗死前心肌微血管结构及功能、心肌缺血/再灌注过程中心肌微血管损伤程度、微血管栓塞程度、微血管的调节功能、凝血功能状态、心肌代谢情况、局部免疫及炎性反应程度等诸多因素决定了急性心肌梗死后再通动脉的血流达心肌水平灌注的程度。
3 心肌灌注的评估方法
3.1 体表心电图
连续监测12导联体表心电图ST段变化,可以间接反映ST段抬高心肌梗死(STEMI)患者心肌梗死后心肌微血管血流灌注情况。传统的应用心电图评价STEMI再灌注疗效的方法为Sum STR(resolution of the sum of ST segment elevation),即计算梗死部位相关心电图导联ST总抬高值在治疗后的变化,Sum STR可预测梗死面积,左室功能和病死率。而另外一些心电图指标如单个心电导联的ST下降的最大比率(Single-lead STR)和单个导联ST段抬高的最大幅度(Max STE)等也可应用到心肌梗死后心肌灌注的评估中。总之,STEMI患者再灌注治疗后,抬高的ST段回落程度可以作为评价心肌灌注水平的替代指标[15]。
3,2 T1MI血流和校正的TIMI血流帧数计数
TIMI血流(TIMI Flow Grades)由Gibson等于1985年提出,旨在为了对急性心肌梗死冠状动脉内溶栓后冠状动脉血流的情况能有个客观的评价标准。TIMI血流分级的方法定义为:TIMI 0级:血管完全闭塞,闭塞处远端血管无前向血流充盈。TIMI 1级:仅有少量对比剂通过闭塞部位,使远端血管隐约显影,但血管床充盈不完全。TIMI 2级:部分再灌注或对比剂能完全充盈冠状动脉远端,但对比剂前向充盈和排空的速度均较正常冠状动脉慢。TIMI 3级:完全再灌注,对比剂在冠状动脉内能够迅速充盈排空。将TIMI 2、3级定义为成功的再灌注。但是,该方法仅反映心外膜下冠状动脉的通畅度,而心外膜的血流并不一定真正反映组织水平灌注的情况。校正的TIMI帧数(Corrected TIMI Frame Count,CTFC)[16]是一个简单而且客观的连续性变量指标,避免了TIMI分级的主观性和半定量特征。该方法是通过计算病变血管开始完全显影的第一帧至远端某一解剖标志点显影的最末帧之间的造影帧数,来对病变血管进行定量。对比剂到达指定的冠状动脉远端所需的血管造影帧数越多,血流速度越慢。在排除心外膜动脉明显狭窄、夹层或血栓等情况下,心外膜冠状动脉血流速度主要受微循环阻力的影响,因此,TIMI血流记帧法测定的病变血管帧数可以间接反映心肌微循环灌注。
3.3 TIMI心肌灌注(TIMI Myocardial Perfusion,TMP)和灌注显影(Myocardial Blush Grades,MBG)
TIMI心肌灌注分级是通过观察对比剂能否灌注至心肌以及对比剂清除时间长短来判断心肌灌注以及微循环的状况,共分为4级。TMP 0级:无对比剂进入心肌,没有或有极少的一过性对比剂心肌染色。TMP 1级:对比剂缓慢进入心肌,但微血管的心肌染色不消失,呈“毛玻璃”样,或罪犯血管供应区心肌的对比剂染色在下一个序列造影时(间隔30s)仍然存在。TMP 2级:对比剂进入心肌组织和排空延迟(进入心肌的对比剂呈“毛玻璃”样,或在罪犯血管供应区心肌密度增高,持续3个心动周期不消失或仅有稍许密度减低)。TMP 3级:对比剂在心肌组织中进入和排空正常(进入心肌的对比剂形成“毛玻璃”样或在罪犯血管分布区心肌组织密度增高,排空正常)。Gibson等[17]的研究发现,TMP分级和急性心肌梗死患者的预后显着相关,即便是在心外膜血流TIMI 3级患者中,TMP分级不正常者的30d病死率是正常者的7倍。与TMP相比,MBG强调的是心肌显影的亮度(心肌对比剂染色密度),根据不同的心肌显影程度同样分为4级,所以TMP和MBG这两种心肌灌注分级方法在评估效果上是基本相似的。
3.4心肌声学造影(myocardial contrast echocardiography,MCE)
MCE是近年发展的一种影像新技术。其原理是将含有微气泡的对比剂直接经冠状动脉注入抵达冠状循环,或经周围静脉注入通过肺循环后抵达冠状循环。当微泡通过心肌微血管床时,在二维超声心,动图上可见到心肌显影。由于微气泡通过心肌时完全保持在血管内,又由于微泡的大小及变形性与红细)胞相当,可视作红细胞流动的示踪剂,故MCE可用来在跳动的心脏上估价冠状微循环。MCE简便、无创,是目前评估活体冠状动脉微循环异常的最有效方法之一。它将高能量声振形成的微气泡经静脉注射,通过肺循环获得左心心肌M C E灌注超声学图像,通过心肌显像的范围和对比剂在心肌内排空的速率来评价危险心肌、梗死心肌、侧支循环和冠状动脉的储备能力[18]。
此外,心肌呈色分级、冠状动脉内Doppler血流、冠状动脉内测压、双核素扫描、放射性核素运动心肌灌注显像、正电子发射体层、对比增强磁共振显像法和染料视频密度曲线法等其他技术都可用于急性心肌梗死后心肌微循环灌注的评估。
4 急性心肌梗死后改善微循环的药物治疗
4.1 血管活性药物
腺苷是一种嘌呤核苷,由糖苷键连接腺瞟呤和核糖而成,主要产生于三磷酸腺苷的降解。腺苷的效应主要是通过结合于心肌细胞和血管内皮细胞受体而产生的,目前发现的腺苷受体有A1、A2a、A2b和A34种。其受体介导的作用大致包括舒张血管、抑制血小板聚集、抑制中性粒细胞黏附、减少自由基产物的生成和防止氧自由基引起的损伤。急性心肌梗死后冠状动脉局部应用腺苷,能够通过上述机制保护心肌微血管内皮,从而促进心肌微循环,增加心肌灌注[19]。
硝普钠是一个强大的内皮依赖性扩血管物质,其进入血浆后直接自发释放一氧化氮,继而扩张血管、增加血流。NO通过激活可溶性鸟苷酸环化酶,升高细胞内cGMP、降低细胞内钙浓度,从而参与多种生物学效应的发挥。在Hillegass等[20]的研究中,冠状动脉内注射硝普钠(200μg)使75%的无复流患者的再灌注血流得到提高。硝普钠对于急性心肌梗死再灌注后无复流的治疗作用是被广泛认可的。
维拉帕米、地尔硫卓、尼卡地平等钙拮抗剂,可抑制钙超载、减少氧自由基的生成,抑制内皮素的生成、上调Bcl-2基因蛋白表达,从而发挥其保护心肌微循环的作用。Umemura等[21]的研究显示,冠状动脉内注射维拉帕米可使8 8%的造影无复流患者的TIMI血流分级得到提高,77%的患者恢复到了TIMI 3级,并且左心室功能得到提高,最后心肌梗死面积明显缩小。
4.2 血小板膜糖蛋白(Glycoprotein platelet,GP)Ⅱb/Ⅲa受体抑制剂
大量证据表明,与血小板聚集相关的微栓塞形成是损伤微循环的基础之一,因而抗血小板聚集治疗是预防微栓塞的关键。血小板膜糖蛋白Ⅱb/Ⅲa受体存在于血小板膜表面,在血小板激活时大量表达,是引起血小板聚集的共同通路。GPⅡb/Ⅲa受体抑制剂包括阿昔单抗、替罗非班和依替巴肽,最近的研究发现GPⅡb/Ⅲa受体抑制剂可改善AMI患者PCI术后的冠状动脉血流速度及MBG分级,加速抬高ST段的恢复;可有效减少AMI患者PCI术后短期和长期的缺血性并发症。这说明GPⅡb/Ⅲa受体抑制剂不仅可改善心外膜血流,而且可增加心肌的撖微血管灌注。
Kunichika等[22]利用心肌声学造影,发现在急性心肌梗死动物模型中,替罗非班可减少无复流和梗死面积。其作用机制可能是因为对血小板激活的抑制可阻止或减少血小板释放有害的血管活性物质和趋化介质,对趋化介质的抑制可能阻止中性粒细胞进入心肌微循环,并由此减少中性粒细胞介导的氧自由基释放而导致的损伤。同时抑制血小板释放血管活性介质也可减轻微血管痉挛。还有研究表明,GPⅡb/Ⅲa受体抑制剂可使内皮一氧化氮合酶生成增加,改善内皮依赖性舒张功能[23],这也许是GP I b/Ⅲa受体抑制剂改善心肌梗死后心肌微循环独立于血小板抑制之外的机制。
4.3 其他
硝酸酯类、钾离子通道开放剂、氧自由基清除剂、中性粒细胞去除剂、内皮拮抗剂,内源性阿片肽、前列腺素以及蛋白酶等均有报道可改善急性心肌梗死后心肌微循环,但确切疗效有待于进一步证实。
5 总结和展望
越来越多的证据表明,心肌微循环障碍增加了急性心肌梗死再灌注治疗的难度,加重患者心脏负担,导致心功能的恶化,影响患者的预后。深入研究心肌微循环的结构功能,阐明心肌微血管内皮细胞的分泌功能、微血管内皮细胞的再生以及微血管内皮细胞功能改变的信号转导通路等问题有重要的价值。另外,积极改进目前评估心肌血液灌注的方法,临床应用需要更直接、更准确的无创性手段来评价急性心肌梗死后心肌微循环状态,用以指导治疗和评估预后。最后,目前能确切改善急性心肌梗死后心肌微循环障碍的药物还较少,疗效也不甚理想,同时多为冠状动脉内给药也限制了药物的应用。因此,根据急性心肌梗死后心肌微循环障碍的不同机制进行针对性的治疗仍需进一步研究。
摘要：目的探讨心肌微循环状态与急性心肌梗死后心肌灌注之间的关系。方法系统分析心肌微循环的病理生理、急性心肌梗死对心肌微循环的影响、心肌灌注评估方法以及心肌灌注不良的治疗。结果急性心肌梗死后局部炎性应激、冠状动脉循环神经体液异常激活导致心肌微循环障碍、甚至闭塞，不利心肌灌注。结论心肌微循环状态直接决定了心肌梗死后心肌灌注的水平，心肌梗死后心肌灌注不良预示着再梗死，充血性心力衰竭、恶性心律失常和心脏性猝死的发生率明显增加，严重影响患者的预后。
关键词：微循环,冠状动脉循环,急性心肌梗死,心肌灌注
心肌灌注 篇2
(昆明市延安医院云南昆明650051）【摘要】目的:心肌保护是心脏手术中至关重要的一环，而选择心肌保护液又是冠脉搭桥术成功的关键。方法：我科自2010年1月—2011年12月应用温血灌注作为冠脉搭桥术（CABG）患者的心肌保护共230例，所有患者均手术顺利。术后心绞痛、心功能均有明显改善。而2010年以前用4℃冷晶体停搏液效果确实，操作简单、实用。但是，不能为心肌提供氧和其他营养物质，缺乏酸碱平衡胶体的缓冲，会导致严重的代谢性酸中毒，大量灌注时如回收可造成血液稀释，如果丢弃可导致血液丧失，它不含胶体液成分易导致心肌水肿，不能满足严重心肌损伤患者的心肌保护需要。结果：2010年以前CABG中的4℃冷晶体停搏液心肌保护是有一定的不足，心脏复跳困难，术后心功能不能完全改善。而温血灌注保护心肌为阻断的心肌供氧，血液中的胶体缓冲系统和丰富的蛋白质可防止心肌水肿，具有明显的心肌保护作用。结论：CABG中温血灌注对心肌保护是行之有效的。【关键词】温血灌注；CABG；心肌保护【中图分类号】R512.4【文献标识码】A【文章编号】1004-5511（2012）04-0545-01 心肌保护是心脏手术中不可或缺的环节，对手术的成功与否取着决定性的作用，而如何更好的做好心肌保护也就成为近年来体外循环手术的研究重点。所谓心脏手术中的心肌保护，就是术者在对患者进行心内操作的时候让心脏停止一切電及机械活动。而冠脉搭桥手术选择温血灌注保护心肌，是近二十年来研究发展中体外循环工作者对心肌保护有了进一步的认识。总之，医学的发展是一个不断更新、不断完善的过程。1.临床资料与方法:1.1临床资料：230例冠心病患者中：男201例，女29例,体重50-82kg,年龄39-78岁,3例并发糖尿病,1例合并室壁瘤,3例合并二尖瓣狭窄、二尖瓣关闭不全,1例合并房间隔缺损2.0cm、主动脉重度关闭不全、主动脉瘤样扩张直径达5.2cm、冠脉两支病变,230例均有不同程度的高血压病史,心绞痛病史，经CABG后均有明显改善。合并室壁瘤者行室壁瘤切除、涤毡片“三明治”法修补、再行CABG，合并房间隔缺损者行房间隔缺损涤纶补片修补、Bentall术后再行CABG ,合并瓣膜病变者先行瓣膜置换后再行ＣＡＢＧ，230例行CABG在2-５支。所有患者均选用大隐静脉和乳内动脉作冠脉血管移植。1.2方法：(1)所有ＣＡＢＧ均在全麻气管插管、麻醉诱导前进行心电监测，局麻下桡动脉穿刺，连续监测动脉压。左颈内静脉穿刺、置漂浮导管，监测血液动力学改变和中心静脉压以及术中药物的加入。麻醉插管后给予留置导尿，肛温、鼻咽温插入，指脉氧的监测，术中动脉血气分析。(2) 在CABG中，如何才能得到一个无血、平静的手术野，同时又能减轻心肌缺氧的损伤程度，多年来一直是心脏外科的重要研究课题之一。我们在CABG中过去均使用冷停搏液保护心肌，经过观察，发现对于时间长，较复杂的手术，这种方法对心肌保护的效果难以达到满意程度。2010年以来，我们对230例CABG患者应用温血灌注来保护心肌与过去进行了对比，得到以下结果;(3) 230例CABG中，体外循环机器均使用同一台，采用进口模式氧合器、进口管道。心脏复苏前体温控制在33-34℃，收缩压在70mmHg以上，血液PH值在7.40-7.50，PO2在200mmHg以上，二氧化碳分压在40mmHg，血K+浓度3.5-4.5mEq/L范围内，使心脏复苏的条件基本一致，通过心脏复跳情况、心肌收缩力及术后低心排的发生情况来了解心肌保护收到的效果。2. 结果：2.1 2010年以前用4℃冷晶体停搏液灌注保护心肌的CABG患者心脏自动复跳占95%，电击1次4%，电击2次1%，术后低心排2%。2.2 2010年1月至2011年12月230例CABG患者用温血灌注保护心肌，98%心脏自动复跳，2%电击1次复跳，心肌收缩无力1%，经复跳后5分钟收缩有力，无1例低心排。3. 讨论：3.1 4℃冷晶体停搏液在早期心脏直视手术心脏停跳下的心肌保护效果被多年的临床实践所肯定。 3.2 4℃ 冷晶体停搏液是以高钾浓度保护心肌，使跨膜电位降低，动作电位形成传播，心肌处于舒张期停搏，心肌电机械活动静止［1］。4℃冷晶体停搏液的低温使心肌基础代谢进一步降低，能量消耗进一步减少。3.3 4℃冷晶体停搏液会因冷刺激而造成心肌血管和心肌细胞的痉挛，导致本来就狭窄的心肌血管进一步狭窄甚至有可能完全闭塞，使心肌保护液在心肌内分布不匀，心肌不能有效停搏。并且心肌无氧效解使耗氧量增加，大量的酸性物质和心肌代谢产物堆积［2］。3.4 4℃冷晶体停搏液效果确实，操作简单、实用。但是，不能为心肌提供氧和其他营养物质，缺乏酸碱平衡胶体的缓冲，会导致严重的代谢性酸中毒，大量灌注时如回收可造成血液稀释，如果丢弃可导致血液丧失，它不含胶体液成分易导致心肌水肿，不能满足严重心肌损伤患者的心肌保护需要。3．5 温血停搏液：是1978年由Follete等应用于临床。它是在4℃冷晶体停搏液的基础上加上氧合血组成，其对心肌保护作用除具有低温、高钾外，还具有氧合血的特点。3．6 温血停搏液:温血停搏液是从氧合器将4份氧合血与1份高钾晶体停搏液混合而成，使血细胞比容维持在20％左右，钾浓度达22—30mmol/L,用碳酸氢钠使停搏液PH值达7.8左右，因其灌注心肌是心脏停搏于有氧环境中，避免心脏停搏前短时间有氧氧化过程得以进行，无氧效解降到较低程度，有利于ATP保存，较易偿还停搏液灌注期间的氧债［3］。3.7温血停搏液含有丰富的葡萄糖、乳酸、游离脂肪酸等。为满足有氧氧化和无氧酵解提供物质基础。血液中的胶体缓冲系统和丰富的蛋白质可防止心肌水肿。生理水平的电解质有利于维持机体离子的正常分布以及酸碱平衡的稳定，血液中的红细胞可改善心肌微循环，对消除氧自由基等有害物质有一定的作用。3.8灌注温血停搏液，血管色泽较清晰，切开后有血性液体流出，利于辨认血管，方便吻合，但需15—20分钟灌注一次［4］。灌注压在150—200mmHg之间。3.9 冠心病患者本身就心肌供血不足，再加之术中心脏需停搏，因此术中心肌保护更为重要。采用温血灌注保护心肌，为阻断的心肌供氧，使有氧氧化持续进行，并维持足够的胶体渗透压缓冲心肌代谢产生的酸性产物改善心肌微循环，清除自由基［5］3.10体外循环中需全程监测动脉血气分析，根据动脉血气分析来调整体外循环中的心肌保护。4．体会：心肌保护是CABG中成功的关键，良好的心肌保护可减轻手术时心肌缺血缺氧造成的损伤，减少缺血再灌注的损伤。一旦心肌的生化结构完整性遭到破坏，不仅术后复苏困难，还可导致心绞痛不能改善，反而频繁发作，最终心率紊乱而死亡。所以心肌保护是至关重要的一环，选择心肌保护方法是手术成功的重要因素。经过实践证明，温血灌注对于心肌保护行之有效。温血停搏液能为缺血的心肌提供氧及其它营养物质，含有更符合生理的能量底物，具有较高的胶体渗透压，能减轻缺血再灌注损伤，具有明显的心肌保护作用［6］。温血停搏液消除了低温的有害反应，有利于心肌电生理活动、酶学及形态学的改变，尤其对不成熟心肌及病变较重的心肌［7］。参考文献［1］王京生、刘传授等，不同心肌保护方式在冠状动脉搭桥术中的作用，北京医科大学学报，Vol32NO.1Feb.2000［2］Buckben GD，Oxyenated ，Cardioplegia,blood is a many splendored thing.Ann Thorac Surg.1990.50.175—177.［3］吕锋，吉冰洋，龙村等，温-冷-温 灌注方法在冠脉旁路移植术中的心肌保护，中华胸心血管外科杂志，2002,8,18（4）［4］吴纯敏 温血停搏液在心脏手术中对心肌保护的临床观察 中国药物与临床 2010,6,10（6）［5］吴纯敏 温血停搏液在心脏手术中对心肌保护的临床观察 中国药物与临床 2010,6,10（6）［6］徐正安，朱玉梅，刘国锋等，体外循环中心肌保护，体外循环杂志，2001,3,64-65［7］冯锐，温血灌注心肌保护的进展，心脑血管病防治，2009,4,9，3期
心肌缺血再灌注损伤机制探讨 篇3
心肌缺血再灌注损伤,概念于1960年由Jennings提出,是指在由心肌缺血发生再灌注后的一段时间内,心肌细胞受到2次损伤造成的一种病变,其过程可由多种触发物、媒介物效应器参与的复杂生物反应过程,涉及多种复杂细胞信号转导机制,并在诸多环节和多层次存在交互作用[2],对于影响急性心血管事件预后,其是主要因素之一。这种缺血再重新恢复血供后会造成心肌超微结构、功能、代谢及电生理方面的进一步损害,积极救治可延缓本病进程,但抢救不及时可导致患者发生不可逆的损伤,更为严重者可发生心功能不全、严重心律失常、甚至死亡。因此,现阶段关于本病的研究,特别是采取哪种措施来防止再灌注产生或如何来减轻损伤程度已经成为一个热点话题。目前报道的研究中认为本病发生与发展与氧化应激、心肌钙超载、心肌细胞凋亡、能量发生代谢障碍和细胞炎性因子等方面有着密切的关系。
增多的氧自由基
超氧物歧化酶(SOD)是重要的抗氧化酶在生物体内,广泛分布于如动物、植物、微生物等各种生物体内。它是生物体内清除自由基的首要物质,具有特殊的生理活性,可对因氧自由基对细胞造成的损害进行对抗与阻断,并使受损细胞得到及时修复,使因自由基造成的对细胞伤害得到复原,被视为生命科技中最具神奇魔力的酶、人体内的垃圾清道夫。SOD是机体内氧自由基的头号杀手,是氧自由基的自然天敌,其水平高低在体内的直接关系到机体的正常机能。
生物体内,自由基作用于脂质发生过氧化反应,氧化终产物为会引起蛋白质、核酸等生命大分子的交联聚合的丙二醛,且具有细胞毒性,脂质氧化终产物丙二醛在体外影响线粒体呼吸链复合物及线粒体内关键酶活性。
当心肌细胞发生缺血时,氧气和ATP不能供应心肌足够的能量,此时就会导致心肌清除自由基的能力下降,这种过程是迅速的,当心肌细胞恢复灌注时,心肌中积累的氧自由基不能及时排除,就会攻击心肌细胞,最终造成心肌的损伤[3]。因此有文献报道,如果可以有效地清除再灌注前心脏中过量的氧自由基、提高氧自由基清除酶的活性、同时增强心肌的抗氧化能力,抑制心肌产生脂质过氧化物,就可以很好地减轻细胞膜损伤,最终达到抑制心肌缺血再灌注损伤的作用。国内学者经大鼠实验已经证实姜黄素可以明显减少心肌缺血再灌注大鼠血浆中丙二醛(MDA)、乳酸脱氢酶(LDH)、天门冬氨酸氨基转移酶(AST)和乳酸脱氢酶同工酶(LDH1)的含量[4],同时提高血清中的SOD活性,最终达到了减少心肌梗死面积的作用。
能量代谢障碍
缺氧是重要的病理过程,在机体缺氧时线粒体的能量生成减少,可供利用的ATP不足,此时为维持能量的供需平衡,机体启动一些自身固有的节能机制,积极地下调机体代谢活动的能量消耗。同时为保证重要生命活动的能量需求,机体能量利用发生重分配。
心肌缺血时,细胞氧化代谢减弱,糖酵解增加,能量代谢障碍,线粒体损伤,缺血再灌注后氧自由基生成、钙超载、微血管内皮细胞损伤和炎性反应等诸因素攻击心肌细胞,加重细胞代谢紊乱,造成不可逆转的损伤。此外短时的能量代谢障碍可导致心肌细胞基因表达异常,造成一些病理介质的释放,所以目前多数学者均认为心肌细胞内ATP水平的不足是导致心肌细胞发生凋亡甚至坏死的直接因素之一。
钙离子超负荷
细胞内钙超载是再灌注心肌损伤的重要机制之一。Na+-K+-ATP酶是真核生物细胞膜上的多功能蛋白多聚体,是维持细胞正常生理功能所必需的。它通过水解1个ATP,能转运3个Na+出细胞和2个K+进入细胞,所引起的电化学梯度是维持细胞静息电位和肌肉与神经组织的兴奋性所必需的,而且一些细胞膜转运功能和营养素的摄取等也是以这种离子梯度的存在为前提的。细胞内钙稳态主要是靠细胞膜Ca2+泵、Na+-Ca2+交换、肌浆网Ca2+摄取与释放以及线粒体能量依赖的Ca2+转运机制来维持的。
Ca2+超负荷的发生既是心肌受损的结果又是进一步损害的原因[5],细胞内钙超载是再灌注心肌损伤的重要机制之一。首先缺血再灌注期间氧自由基大量释放,细胞膜受损,细胞外钙大量涌入细胞内,能量代谢障碍致Ca2+外流减少,同时对细胞内钙水平调节能力减弱,细胞内发生明显的钙超载。其次线粒体、肌浆网受损,主动转运功能降低,细胞内过量的Ca2+无法转运贮存。再者,钙超负荷可使线粒体磷脂降解,细胞色素氧化酶系统失调,加重线粒体功能障碍,形成恶性循环。
细胞凋亡
缺血再灌注损伤与细胞凋亡也有着密切关系。细胞凋亡是生理性或某些因素诱发的程序化细胞死亡,是细胞在缺血再灌注损伤过程中的重要死亡形式。已有研究证实心肌细胞的凋亡是心肌缺血再灌注损伤的核心因素[6]。这个过程与可能由于其可以间接产生氧自由基,造成心肌发生氧化应激反应,从而导致心肌细胞膜上的脂质过氧化,促发了心肌细胞中病理介质信号传导系统激活[7],最终诱发心肌病理反应;其次还有研究显示,再灌注损伤也可以直接诱发心肌细胞DNA变异,诱发其凋亡[8],此外其他可能与攻击心肌细胞胞内蛋白,使具有抗氧化、抗炎症的酶活性蛋白质失活有关[9]。细胞凋亡的多少决定着缺血再灌注损伤的轻重,抑制心肌细胞凋亡,可以减轻心肌缺血再灌注损伤程度。
炎性因子
炎性反应也是心肌缺血再灌注损伤中重要的一环。有文献报道:当心肌发生缺血再灌注损伤时[10],可以导致心肌组织表面的内皮结构受损,而内皮结构的受损则容易促使中性粒细胞黏附于心肌血管内皮,中性粒细胞是体内重要的炎症促发因子,其在血管内皮黏附后可以诱发白介素1(IL-1)、肿瘤坏死因子(TNF-α)以及白介素6(IL-6)等释放,这些炎性细胞因子可反作用于心肌细胞,使得白细胞黏附、聚集于心肌表面,同时阻塞心肌毛细血管,产生血管活性物质,引起微循环障碍,活性氧类增加,释放细胞毒性物质,从而导致组织急性损伤[11]。
综上所述,心肌缺血再灌注损伤的主要机制已逐步明确,但其是一个错综复杂,涉及基因、分子、细胞、组织等多层面、多因素的科学问题,有待我们进一步研究探讨,这对改善心肌缺血再灌注损伤的预后及降低心血管疾病的死亡率有着重要的现实意义。
摘要：心血管疾病严重威胁着人类的健康。心肌缺血再灌注损伤可造成心肌超微结构、功能、代谢及电生理方面等一系列不可逆性损害,进而导致患者并发严重的心功能不全或心律失常,甚至可导致患者死亡。因此,有必要采取相应措施来防止再灌注损伤的产生,探讨其损伤机制有着重要的现实意义。
心肌灌注 篇4
【关键词】益气化瘀方；心肌缺血再灌注损伤；超氧化物歧化酶；肿瘤坏死因子-α；基质金属蛋白酶- 9
本文旨在探讨益气化瘀方对大鼠缺血再灌注模型中的超氧化物歧化酶（SOD），基质金属蛋白酶（MMP9），肿瘤坏死因子（TNF-α）以及该方对缺血再灌注所致心肌梗塞程度等指标的影响，初步观察了益气化瘀方对急性心肌缺血再灌注损伤大鼠的保护作用并对其作用机制进行了初探，为该方在保护急性心肌缺血再灌注损伤的临床应用提供了实验依据。
1 材料与方法
1.1材料
1.1.1动物SD大鼠40只，雄性，180～220 g，购自南方医院动物中心，合格证号：SCXK(粤) 2004-2005。
1.1.2药物益气化瘀方由田七10g，丹参20g，土鳖虫10g，仙鹤草15g，五爪龙15g组成；上方煎煮两次，药液浓缩成每毫升相当于0.6g生药的浓度，供灌胃用。
1.1.3材料SOD试剂盒购自南京建成生物工程研究所，MMP9试剂盒购自上海西唐生物科技有限公司，TNF-α试剂盒购自上海江莱生物科技有限公司。动物呼吸机( ALC-V8，上海奥尔科特生物科技有限公司)；单导心电图机（ECG-6511型，上海汇丰医疗器械有限公司）。
1.2方法
1.2.1动物分组与处理40只SD大鼠随机分为5组，每组8只：假手术组，缺血再灌注模型组（用等同容积生理盐水灌胃），实验组（益气化瘀方高、中、低剂量组），根据人鼠临床用药换算公式，换算成鼠的用量，分别给予益气化瘀方高、中、低剂量（高剂量、中剂量、低剂量15.9、7.94、3.97g／kg·d)药物灌胃，每日一次，共10d，末次灌胃后12h，造模并检测相关指标。
1.2.2心肌缺血再灌注模型的制备实验动物用1%戊巴比妥钠腹腔麻醉，仰位固定，常规记录肢体Ⅱ导联。沿胸骨左缘心脏搏动处纵向剪开皮肤约2cm，暴露左第2-4肋，开胸打开心包膜，充分暴露心脏及其表面的血管，用4/0医用缝合线在冠状动脉前降支挂线，结扎40min后，观察心电图变化。假手术组只穿线不结扎。剪断结扎线，开始心肌再灌注，观察60min[1]。
1.2.3取材及测定再灌注结束时于右心房取血3ml，分离血清，放射免疫法测定TNF-α；再灌注结束时于腹主动脉令取血2ml，酶联免疫法测定MMP-9；再灌注结束时，在结扎线下约3cm处取0. 2g左右心肌组织，按比例(10%)加入冰盐水，在冰水混合浴中进行组织匀浆，低温离心2500r/min，15min，取上按试剂盒说明检测SOD。心脏结扎线以下横切5片，N-BT染色,采用多媒体彩色病理图文分析系统(MPIAS-500)测量正常心肌及梗塞心肌面积，观察心肌梗塞程度。
1.2.4统计学方法计量资料数据用均数±标准差（±s)表示，采用SPSS 13.0统计软件对各组数据进行单因素方差分析，组间比较用t检验，P<0.05为有统计学意义。
2结果
2.1对心肌梗塞程度的影响：结果见表1。益气化瘀方高、中剂量组梗塞区心肌面积及重量均显著降低，与缺血再灌注模型组比较均有显著性差异(P<0.01)。益气化瘀方低剂量组梗塞区心肌面积及重量均降低，与缺血再灌注模型组比较有统计学意义(P<0.05)。
与假手术组比较，**P＜0.01，与缺血再灌注模型组比较，# P＜0.05，## P＜0.01
2.2对血清SOD、MMP9及TNF-α含量的影响结果见表2。缺血再灌注模型组SOD含量明显减少、MMP9及TNF-α含量明顯增加，与假手术组比较有显著性差异(P<0.01)。益气化瘀方高剂量组MMP9及TNF-α含量明显降低，SOD活性明显增加，与缺血再灌注模型组比较均有显著性差异(P<0.01)。益气化瘀方中剂量组MMP9及TNF-α含量降低，与缺血再灌注模型组比较均有统计学意义(P<0.05)；SOD活性明显增加，与缺血再灌注模型组比较有显著性差异(P<0.01)。益气化瘀方低剂量组SOD活性增加，与缺血再灌注模型组比较有统计学意义(P<0.05)。
与假手术组比较，**P＜0.01，与缺血再灌注模型组比较，# P＜0.05，## P＜0.01
3讨论
急性心肌梗死是严重危害人类身体健康的一类疾病。随着溶栓治疗，经皮冠状动脉介入治疗的推广和应用，使大部分急性心肌梗死时缺血的心肌将重新得到血液灌注，但在实验和临床中发现在一定的条件下再灌注的心肌损伤反而加重，因此缺血再灌注引起的心肌损伤也成为了众多学者研究的热点和难点。缺血再灌注损伤的机制极为复杂，涉及自由基损伤，再灌注心肌的炎症反应，细胞内钙超载等[2]。氧自由基损伤是心肌缺血再灌注损伤其发生的主要机制和直接原因[3]。而SOD作为自由基清除剂，广泛地存在于生物体组织内，能催化超氧阴离子等自由基，发生歧化反应，阻止自由基的连锁反应，从而保护机体。因此，血液中SOD的活性可以反映机体抗氧化活性。我们研究发现益气化瘀方可以能提高血清SOD的活性，增强SOD清除氧自由基的能力，从而达到抗氧化损伤，达到稳定细胞膜及细胞器的作用。
TNF-α在正常的心肌组织中含量很低，但是在缺血再灌注心肌中肥大细胞及中性粒细胞大量释放该炎症因子，过量的TNF-α可介导白细胞在缺血心肌的聚集，造成内皮损伤及血栓形成，从而加重缺血再灌注的心肌损伤[4]。大量研究也表明，采取任何治疗方法抑制细胞因子TNF-α可达到减少白细胞在缺血心肌的黏附聚集从而对缺血再灌注心肌起到保护作用[5]。而MMP-9存在于心肌内膜，内膜下层和心肌细胞内，其作用底物为多种胶原蛋白。有研究表明，MMP-9在急性心肌缺血再灌注损伤模型中均有高表达，而其缺失可减轻持续性冠状动脉结扎诱导左室扩张和胶原聚集，表明MMP-9在心肌梗死后基质重塑中有着极为重要的作用[6]。MMP-9参与了冠心病发生，发展的整个过程[7]。抑制MMP-9的产生和表达，进而可以降低心脏胶原的的降解，可以减轻心肌细胞的损伤。我们研究发现益气化瘀方可以能降低缺血再灌注模型中TNF-α和MMP-9的含量，从而抑制心肌缺血再灌注时炎性递质激活，达到减轻心肌缺血再灌注损伤和保护受损心肌的作用。
中医药对心肌缺血再灌注损伤保护作用的研究是近年来中西医结合研究的热点之一。国内众多学者采取不同方法，从不同侧面和层次对中药复方防治心肌缺血再灌注损伤进行了大量基础研究，揭示了中医药保护心肌缺血再灌注损伤的部分作用机制，取得了一定的研究成果。其中，中药复方虽然能对心肌缺血再灌注损伤保护起到多方面协同作用，具有多环节、多靶点干预的优势，但各类药物的相互作用机制尚未阐明，所采取的研究方法有待规范化和制定统一的评价标准。我们的研究表明，益气化瘀方能减轻实验大鼠急性心肌缺血再灌注损伤的程度，这与临床观察结果相符，其作用机制与提高SOD活性、降低TNF-α和MMP-9含量有关。提示益气化瘀方能明显减轻氧自由基所致的细胞损伤和抑制炎症损伤，保护缺血再灌注心肌组织，可有效防治心肌缺血再灌注损伤。在今后研究中，我们将着重以该方对自由基损伤和炎症损伤的信号传导通路的影响作為研究的切入点，以期能深入探讨该方防治缺血再灌注损伤的作用机制。
参考文献
[1]陈业农,周逸平,汪克明,等.急性心肌缺血再灌注损伤大鼠模型制备方法的改进与评价[J].中国中医急症,2008,17(3):359～361.
[2]张松飞,王晓娜,潘涛.中医药对心肌缺血再灌注损伤的保护作用及机制的实验研究进展及思考[J].中国中医急症,2011,20(3):432～435.
[3]Patel Y,Collaco Moraes Y,Latchman D, et al.Neuroprotective effects of copper/zinc-dependent superoxide dismutase against a wide variety of death-inducing stimuli and proapoptotic effect of familial amyotrophic lateral sclerosis mutations[J].Mol Brain Res,2002,109(1-2):189-197.
[4]Jeong KI,M in,Young MK,Sung WK, et al. TNF-α related activation induced cytokine enhances leukocyte adhesiveness:Induction of ICAM-1 and VCAM-1 via TNF-α receptor-associated factor and protein kinase C-Dependent NF-κB activation in endothelial cells[J]. J Immunology, 2005, 175(7):531-540.
[5]刘亮,张万义,叶平.抗肿瘤坏死因子单克隆抗体对心肌细胞凋亡的影响[J]. 军医进修学院学报,2004,25 (6):404~405.
[6]Duharme A,Fratz S,Aikawa M, et al.Targeted deletion of matrix metallop roteinase-9 attenuates left ventricular enlargement and collagen accumulation after experimental myocardial infarction[J].J Clin Invest,2000:106 (1):55-62.
心肌缺血/再灌注损伤中的自噬 篇5
早在上世纪50年代, 自噬体 (autophagosome) 结构已被科学家Christiande Duve通过电镜观察到, 并首次提出了“自噬”的概念, 本意为自体吞噬 (self-eating) , 简称为自噬, 同时被称为Ⅱ型程序性细胞死亡。它是真核生物体内普遍存在的一种利用溶酶体清除受损、变性或衰老的长寿命蛋白和细胞器的现象[1]。
根据待降解物被运送到溶酶体的途径不同, 可将自噬分为:巨自噬 (macroautophagy) 、微自噬 (microautophagy) 、 (3) 分子伴侣介导的自噬 (chaperonemediated autophagy, CMA) 需要指出的是CMA的底物是可溶性蛋白质分子, 具有选择性, 而巨自噬和微自噬则不具有明显选择性。然而巨自噬是真核细胞内降解物质的主要方式之一, 其除了降解长寿命蛋白外, 也是唯一可以降解完整细胞器 (如线粒体) 的方式。如无特殊说明, 以下所述自噬均指巨自噬。自噬过程通常分为四步: (1) 分隔膜的形成; (2) 自噬体的形成; (3) 自噬溶酶体的形成; (4) 内容物的降解。
2 自噬体形成的分子机制
自噬过程包含一系列复杂步骤, 它的激活起始于自噬体的形成。该过程由一系列进化保守的蛋白 (Atg proteins) 调控。如今已知诱导自噬发生的通路有多种, 但多数仍不甚清楚, 下面以一种研究较为明确的通路为例说明自噬体形成的分子机制 (如图1) 。
Beclin-1 (ATG6) 是P13K复合体的一部分, 在自噬体形成的初期调控其他Atg蛋白在分隔膜定位。此外, Atg5-Atgl2和微管相关蛋白1轻链3 (microtubule associated protein 1 light chain 3, LC3) -磷脂酰乙醇胺 (phosphatidy lethanolamine, PE) 两个耦联系统在自噬体形成过程中也至关重要。Atgl2首先被Atg7激活 (类似E1酶) ;然后被转移至Atgl0 (类似E2酶) 。而Atgl2以赖氨酸残基与Atg5共价结合后, Atgl0则被释放。最后, Atg12-Atg5复合体以非共价结合方式再与Atg16作用, 进而通过募集LC3-PE来启动分隔膜的扩展延伸。另外, LC3前体合成后, 被半胱氨酸蛋白酶Atg4分裂成LC3-I。LC3-I再被Atg7活化后传递给E2酶样蛋白Atg3, 它可以促进LC3-I与PE共价结合形成LC3-PE复合体 (LC3-Ⅱ) 。Atg5-Atg12-Atg16复合体从成熟自噬体分离, 同时LC3-PE定位于自噬体内外膜上[2], 使之成为自噬体的标志分子, 而LC3-PE/LC3-I的比值增加, 也能表示自噬体产生。
3 心肌缺血/再灌注 (MI/R) 过程中的自噬
3.1 MI/R过程中可能的自噬诱导因素
3.1.1 饥饿状态
已有研究表明, m TOR (mammalian target of rapamycin) 是细胞内营养和能量水平的感受器, 对细胞的生长和功能表达具有重要的调控作用, 是自噬的负性调控分子, 可以抑制自噬的发生。而细胞的饥饿状态可以抑制m TOR[3], 从而诱发自噬。Hardie等[4]在实验中发现, 细胞在饥饿状态下增加了ATP的消耗而其生成减少, 使细胞内AMP/ATP的比值增加。此变化可诱导AMP激活的蛋白激酶 (AMP-activated protein kinase, AMPK) 活化[5]。AMPK可通过磷酸化TSC-2增强TSC-1/TSC-2复合体对m TOR的抑制作用, 最终产生自噬。
3.1.2 Bnip3的产生
在缺血环境下, Bnip3被诱导, 它是促细胞凋亡Bcl-2家族BH3-only亚家族成员之一, 与Bcl-2和Bcl-XL竞争结合Beclin-1, 并激活Beclin-1, 使其附着于游离膜上, 进而募集Atg12-Atg5-Atg16复合物和LC3, 最终可诱导自噬的发生。
3.1.3 钙离子浓度升高
众所周知, 缺血可以引起细胞膜钠钙交换通道开放, 导致细胞内钙离子浓度升高, 而有研究报道[6], 钙离子浓度增加可以诱导细胞产生自噬。
3.1.4 氧化应激
当再灌注后, 损伤线粒体可产生大量的活性氧自由基, 在氧化应激的状态下, 这些活性氧自由基可以造成由Bnip3调节的线粒体通透性转运通道 (mitochondrial permeability transition pore, m PTP) 开放并加重线粒体损伤, 同时损伤线粒体释放细胞色素C等促凋亡信号, 进而诱导自噬发生, 且Bnip3、m PTP开放和损伤线粒体均能独立诱导细胞自噬。
3.1.5 内质网应激 (ER stress)
MI/R过程中所致的细胞内各种应激状态可以导致错误折叠蛋白聚集于内质网内, 称为内质网应激。当细胞启动内质网应激时, 细胞将同时启动未折叠蛋白反应 (unfold protein response, UPR) 来代偿。当错误折叠的蛋白聚集于内质网时, 可以活化真核起始因子2a (e IF2a) , 从而激活细胞产生自噬[7]。并且有研究者用衣霉素造成干酵母内质网应激成功诱导自噬[8]。
3.1.6 Beclin-1的调节:
在再灌注过程中, Beclin-1表达明显上调[9]。而如上文所述, Beclin-1可以结合到游离膜上, 募集Atg5-Atg12-Atg16复合物和LC3到分隔膜, 从而诱导自噬发生。
3.2 自噬在MI/R中的双重作用
然而对于自噬在MI/R中的作用是保护性的还是损伤性的目前仍无统一观点。比如, 在猪的慢性缺血性实验中, 自噬作用的增强伴随细胞凋亡的下降, 而在发生凋亡的细胞中发现自噬被抑制;Araki等还发现雷帕霉素、他汀类药物等能够有力的诱导自噬, 对抗MI/R损伤, 减小心肌梗死范围, 从而发挥保护作用;Hamacher-Brady等也在体外研究证实, 自噬在MI/R中可以清除Bnip3 (一种引起细胞凋亡的蛋白) 导致的功能不全的线粒体;而且经过短暂的轻度缺血预处理 (ischemic preconditioning, IPC) 能够减轻随后严重的缺血/再灌注损伤, 而且发现IPC诱发了细胞的自噬, 如果抑制自噬, 则IPC的保护作用就会消除[10]。
以上实验都说明了自噬在MI/R中起到了保护的作用。但与之相反的是一些研究也证实自噬在MI/R中可以促进细胞死亡[11]。如以3-MA或敲除Beclin-1来抑制自噬可减少I/R中心肌细胞的死亡。并且把自噬水平降低的Beclin-1+/-杂交小鼠 (一种自噬能力降低的小鼠) 与野生型小鼠比较, 再灌注阶段细胞凋亡率下降, 心肌梗死范围缩小[12]。为何自噬会在不同的实验中表现出如此相反的结果呢?又或者说, 何时表现出保护作用, 何时表现出损伤作用呢?Matsui等[13]曾总结出:在缺血阶段自噬起保护作用, 而在再灌注阶段自噬却是有害的。然而自噬对细胞作用究竟是保护还是损伤, 目前众学者并无统一结论。除Matsui等的推测外还存在以下几种假设。
一方面, 从细胞水平讲, 自噬的作用性质很可能与其诱发因素有关[14]。既然自噬是细胞在缺血缺氧等营养缺乏的因素下被诱导, 是机体自我调节而产生的一种效应, 那自噬发生的作用就是为了缓解营养危机, 从而保护细胞。但在非营养缺乏状态下自噬被异常激活, 那么就很有可能产生损害作用。比如在再灌注阶段营养危机解除, 自噬显然是通过其他因素激活的, 这就很有可能造成细胞损伤。
另一方面, 从分子角度讲, Bcl-2 (一种抗凋亡蛋白) 和Beclin-1的相互作用来影响自噬的作用性质[20]。由于Bcl-2本身是一种抗凋亡蛋白, 而Bcl-2可负性调节Beclin-1诱导的自噬。所以自噬的作用是损伤还是保护则取决于两者之间的平衡。理论上也就是说, Bcl-2的下调既能诱导凋亡同时还可以激活Beclin-1诱导的自噬。这或许可以解释Matsui在研究中的发现:再灌注过程中Beclin-1表达明显增多, Bcl-2和Beclin-1失衡, Bcl-2相对减少致使抗凋亡作用减弱, 而对细胞整体来说, 凋亡作用大于自噬的保护作用 (假设自噬起保护作用) 。此时总的表现是促进了细胞凋亡, 而自噬仅仅是伴随着细胞凋亡。
4 结语
总结目前的研究成果, 得到的结论是:急性或慢性心肌缺血中自噬均被诱导, 并且再灌注阶段自噬得到进一步加强;对于一定程度的缺血, 自噬可能主要起保护作用, 而当进入再灌注阶段, 由于自噬的过渡激活则可能起损伤作用, 并且可能会加速细胞死亡, 称为“自噬性死亡”或“Ⅱ型程序性死亡”。然而目前对触发自噬的各种因素及其机制并未完全了解, 参与调控自噬的通路也不甚清晰。虽然自噬在缺血/再灌注过程中的具体作用研究者更倾向于Matsui等提出的结论, 但仍有许多问题需要回答。如今自噬已成为治疗心脏缺血性疾病的新一潜在靶点, 且为预防缺血/再灌注损伤提供了新的治疗策略。相信在不远的将来, 自噬的研究成果将会真正造福人类健康。
摘要：自噬是真核生物体内普遍存在的一种利用溶酶体清除受损、变性或衰老的长寿命蛋白和细胞器的现象。根据细胞内物质运送到溶酶体的途径不同, 可将自噬分为巨自噬、微自噬和分子伴侣介导的自噬。自噬可以通过多种途径被激活, 但其具体机制仍不十分清楚。在心肌缺血/再灌注过程中, 自噬被明显激活, 而其起到的作用究竟是保护性的还是损伤性的目前并无统一结论。但可以肯定的是急性和慢性心肌缺血均可诱导自噬, 并且再灌注阶段自噬得到进一步加强。如今自噬已成为治疗心脏缺血性疾病的新一潜在靶点, 且为预防缺血/再灌注损伤提供了新的治疗策略。
心肌缺血再灌注损伤的研究进展 篇6
1 心肌缺血再灌注损伤的病理生理机制
冠状动脉闭塞15~20s后,发生无氧糖酵解,并成为新的高能量磷酸盐的唯一重要来源。这些足以满足心肌细胞最基本的能量需求,但60~90min的缺血,心脏被影响的区域发生梗死[4]。心肌严重缺血时,无氧糖酵解在提供ATP中起了关键的作用,这一点在抑制无氧糖酵解的实验中得到了充分的证实。如果没有糖酵解的ATP形成,不到5min,贮存的能量磷酸盐就会全部耗尽,心肌将发生梗死[4]。
再灌注时,线粒体在数秒钟内氧化磷酸化恢复到缺血前的水平,但是,心脏收缩力只能逐渐恢复,这种现象定义为心肌顿抑(Myocardial stunning)[5,6]。顿抑的心肌在收缩时需要消耗更多的氧,同时机械效率降低。再灌注时期,迅速恢复细胞内的pH值:在缺血时期,无氧糖酵解产生的H+堆积在细胞内;再灌注时,H+与Na+交换,转移至细胞外,恢复细胞内的pH值。细胞内增多的Na+会激活细胞膜的2Na+/Ca2+交换体,导致细胞内的Na+与细胞外的Ca2+交换。高比率的2Na+/Ca2+交换体最终会导致细胞内钙超载和细胞死亡。
在动物实验中已证实在心肌再灌注时,脂肪酸氧化的比率相当高,破坏丙酮酸氧化,加速无氧糖酵解。高比率的脂肪酸β氧化显著的抑制葡萄糖氧化,导致了糖酵解与糖氧化之间的不平衡。急性心肌梗死后,血浆中会出现高浓度游离脂肪酸抑制丙酮酸氧化。如果糖酵解与葡萄糖氧化偶联,由糖酵解产生的H+为0。但是,如果糖酵解与葡萄糖氧化不偶联,来自糖酵解产生的丙酮酸转换成乳酸,一分子葡萄糖酵解产生2个H+。
基于新陈代谢的研究,线粒体渗透性转换孔(Permeability transition pore,PTP)为线粒体内膜非选择性通道,在致死性再灌注损伤中起了重要作用。在再灌注时期,细胞的命运由线粒体通透性的程度决定,若程度轻,心肌细胞会恢复正常;若程度中等,心肌细胞会发生程序性死亡;若程度重,细胞也许会因为能量不足而坏死。开放通道后线粒体膜电位崩解,氧化磷酸化分离,导致ATP耗尽和细胞死亡。在心肌缺血时期,线粒体PTP依旧关闭,只有在心肌再灌注几分钟内钙超载、氧化应激、生理pH值的恢复和ATP耗尽诱导线粒体PTP开放。因此,线粒体PTP成为了一个重要的治疗缺血再灌注损伤的新靶点。
缺血再灌注改变了细胞内环境,比如H+和Ca+的堆积和线粒体膜电位的崩解,导致了自由基(Free radical)或活性氧(Reactive oxygen species,ROS)的形成。ROS堆积并激活促炎症途径在缺血再灌注损伤中起了重要的作用。因此,缺血再灌注损伤的重要调节者为氧衍生的自由基,引起不同类型的氧结构。活性氧中间体(Reactive oxygen intermediates)直接导致细胞DNA、蛋白质和脂质的破坏,另外激活了压力反应通路。这种非特定的损伤启动了细胞因子介导级联,导致肿瘤坏死因子α(Tumor necrosis factor alpha,TNF-α)。过度的TNF-α表达,随后心肌细胞TNF受体Ⅰ型激活,导致心肌收缩功能失调、细胞肥大、纤维化和细胞死亡。磷酸钙复合物和尿酸属于同一类所谓的危险信号,能与细胞内的蛋白复合物结合被称为炎症小体(Inflammasomes)。这些炎症小体包括不同的接头分子,它们能增加白细胞介素-1(Interleukin-1,IL-1)β的生成和分泌。危险信号激活Toll样受体(Toll-like receptors,TLRs),最终通过激活核因子-κB(Nuclear factor-kappaB,NF-κB)刺激分泌更多的促炎因子和趋化因子。
最后,在心肌再灌注前6h内,趋化物的释放使嗜中性粒细胞进入梗死区域,在接下来的24h,它们迁移至心肌组织,细胞黏附分子推动着这个过程。这些嗜中性粒细胞导致血管堵塞,酶释放减少和更多的ROS。
如上所诉,组织缺氧会发展为代谢性酸中毒。这些代谢的改变直接影响着组织炎症,组织的完整性,甚至细胞的生存。因此曲美他嗪能通过抑制线粒体酶,将脂肪酸代谢转变成葡萄糖代谢,减轻缺血再灌注损伤和组织炎症并不奇怪。曲美他嗪能选择性地抑制参与β氧化最终的酶——长链3-酮酰辅酶A-硫解酶(Long-chain 3-ketoacy-CoA thiolase)。事实上,心衰的随机对照试验的Meta分析显示曲美他嗪对全死因、心血管事件和住院治疗各组均有显著的保护作用。
另一方面,抗炎症药物是否在心肌缺血再灌注损伤中对心脏的代谢起到了有益的作用。实际上,已有研究报道IL-6能通过抑制腺苷酸活化蛋白激酶(AMP-activeated protein kinase,AMPK)阻止心肌细胞葡萄糖代谢。在缺血再灌注中,AMPK激活和葡萄糖代谢为心脏提供了重要的能量来源,因此,抗炎合剂潜在的影响了心脏的新陈代谢。需要未来的临床研究更全面的解释在心肌缺血再灌注损伤中炎症和新陈代谢的关系。
2 缺血预处理
内科医生在治疗急性冠脉综合征(Acute coronary syndrome)(包括严重的不稳定心绞痛和急性心肌梗死)时,偶然发现了“心脏Warm-up现象”。其被解释为患者在经历长时间的心肌缺血之前,有过至少1次的不严重的心绞痛。1986年,Murry[2]等人首次用实验证实了这个现象,在冠状动脉完全闭塞之前予心脏多次短暂的缺血,能明显减少心肌梗死的面积,这种方式被定义为缺血预处理。首次表明了心肌梗死面积可以被限制的可能性。
虽然直接的缺血预处理能减少再灌注损伤,但是主要的缺点是对靶器官的直接压力和大血管结构的机械性创伤,这点限制了在临床上的运用。远程预处理(Remote ischemic preconditioning,RIPC)是新的方法,一个组织或器官的缺血预处理要么通过释放生物信号在循环中,要么通过激活神经信号通路来提高远隔器官对后续缺血的耐受力。1993年,Mc Clanahan首次证实了RIPC在心肌中的作用。他发现肾脏缺血后再灌注将减少心肌缺血梗死的面积。在动物模型中,主要是肢体、肠、肠系膜的缺血再灌注减少心肌缺血梗死面积。在人体实验中,骨骼的预处理被运用到心肌的保护中,归功于内皮保护功能。现在有许多关于RIPC的临床研究不断进行着,虽然最基本的机制和通路尚未清楚,但是经典的预处理有希望在临床中得到运用。NO,一种由eNOS催化血管内皮细胞不断产生的可溶性气体,调节着基底血管和内皮功能,通过缺氧性肺血管收缩维持血氧饱和度。许多研究已经涉及到内源性NO,或它在缺血再灌注中的临床应用。NO和NO受体能减轻心肌缺血再灌注损伤,减少梗死面积和改善内皮功能。
3 缺血后处理
尽管经典的缺血预处理在临床中得到运用,如心脏外科手术,但是对急性心肌梗死的病人并不可行,因为当患者在医院接受治疗的时候冠状动脉已经闭塞。Zhao等首次描述了被称为“缺血后处理”的现象。缺血预处理是在长时间冠脉闭塞之前予重复的短暂的缺血再灌注处理,缺血后处理是在长时间冠脉闭塞后予重复多次短暂的血流灌注/阻断。与缺血预处理不同,缺血后处理的临床试验可以直接应用到临床医疗中,特别是在经皮冠状动脉成形术(Percutaneous transluminal coronary angioplasty,PTCA)中的应用。既然这样,在PTCA术中反复扩张、收缩球囊模拟动物缺血后处理的模型。数个临床研究证实在患者急性心肌梗死后通过冠脉成形术予缺血后处理对心脏具有保护作用。如果这个效果能实现,那么这个好处将十分大(梗死的面积将减少35%)。如今,越来越难以证实新疗法的额外好处超过当前的治疗,因为,相对而言是梗死面积小和死亡率的ST段提高的急性心肌梗死的患者入选到试验中。但是,现在需要心脏和远程缺血后处理的多中心临床试验的统计学数据有力的证实缺血后处理能减少临床终点事件的发生。
4 炎症
心肌缺血再灌注导致炎症反应造成了梗死周围能生存的组织的损伤,可能由于加速了细胞凋亡。心肌缺血引起的急性和慢性免疫应答对心脏造成了严重的损害。最初,炎症反应的研究集中在效应器如白细胞。但是,越来越多的证据指出许多内源性配体(Endogenous ligands)充当了“危险信号”,被称为与损伤相关的分子模式(Danger-associated molecular patterns,DAMPs)。许多白细胞上的TLRs和实质细胞原本是抵制入侵微生物的第一道防线,如今在心肌缺血再灌注损伤、心力衰竭等非感染性心血管疾病中起了重要的作用。从治疗的角度出发,DAMPs将会成为引人注意的靶点。
TLRS牵涉到心肌缺血再灌注损伤,那么给予大鼠TLR4阻滞剂Eritoran治疗能对抗损伤过程。其保护机制可能为减轻了炎症反应,如降低髓过氧化物酶活性。心肌在缺血再灌注损伤中释放的热休克蛋白70通过TLR-4信号在缺血后炎症反应中起了重要作用。TLR-2在心肌缺血再灌注损伤中同样起了重要的作用,可能与其对白细胞活性的调节有关,从而调节冠状动脉的内皮功能。
一个多中心双盲的安慰剂对照的随机临床试验证实,CD11/CD18白细胞整合素受体的抗体不能减少接受直接血管成形术患者的心肌梗死面积。但是,不同的研究证实“腺苷”对炎症介导的缺血再灌注损伤起到了保护作用。腺苷的保护作用机制包括直接作用于器官实质细胞,扩张冠状动脉和白细胞介导的炎症反应。细胞外的腺苷通过4个腺苷受体(Adenosine receptors,ARs;A1,A2a,A2b,A3)起到保护作用。在不同的情况下,所有的ARs都与心肌组织的保护有关。特别是A2受体与缺血预处理和缺血后处理均有关系。虽然在著名的AMISTAD-Ⅱ试验中,口服腺苷治疗没能减少所有组的死亡率,但是对减少梗死面积的作用是显著的。未来的研究应在再灌注时期运用更加特效的腺苷激动剂才能全面阐明腺苷在缺血再灌注损伤中的保护作用。
5 代谢
心脏的脂肪酸和葡萄糖代谢,特别是脂肪酸β氧化和葡萄糖氧化是心肌能量供应的主要来源。心肌缺血再灌注后脂肪酸和葡萄糖氧化会产生复杂的改变并对心肌功能和机构起着负面影响。药理学通过增加葡萄糖氧化取代脂肪酸氧化来改变脂肪酸β氧化和葡萄糖氧化之间的平衡,提高在再灌注时ATP的合成和水解的效能。这样的能源物质代谢的转化在心肌缺血再灌注中对心肌具有保护作用。
限速酶调节线粒体脂肪酸摄入,肉碱棕榈酰转移酶Ⅰ(Carnitine palmitoyltransferaseⅠ,CPTⅠ)能抑制心肌脂肪酸β氧化。乙莫克舍是CPTⅠ的不可逆抑制剂,已证实在大鼠心肌完全缺血的情况下能增加心功能并增加葡萄糖氧化。
曲美他嗪是部分脂肪酸β氧化的抑制剂,能竞争抑制长链3-酮酰辅酶A-硫解酶,同样能提高葡萄糖氧化。临床试验已证实曲美他嗪的抗缺血作用。用曲美他嗪治疗心绞痛的患者被证实了能延长ST段压低1mm时间。
雷诺嗪,另一种部分脂肪酸β氧化的抑制剂,能增加葡萄糖氧化。在美国,雷诺嗪已经证实可以用于慢性稳定性心绞痛患者的治疗。单用雷诺嗪可提高运动能力和延长ST段压低1mm时间,减少心绞痛发作次数。
葡萄糖-胰岛素-氯化钾(Glucose-insulin-potassium,GIK)治疗能增加葡萄糖的浓度,同时能降低循环中游离脂肪酸的聚集。转向葡萄糖的利用能减少心肌梗死面积,提高缺血后心功能。GIK研究已证实了能降低死亡率,虽然这种好处仅限于没有心衰的患者。更近的荷兰的GIK研究表明在GIK组可能有更高的死亡率。
直接增加心肌葡萄糖氧化意味着能提高心功能。二氯乙酸通过抑制PDK的活性刺激线粒体PDH的合成。二氯乙酸通过增加糖酵解和葡萄糖氧化的偶联发挥心脏保护的作用。一个小型的临床研究,将二氯乙酸静脉注射到冠心病患者,在不改变心率、左室舒张末压(Left ventricular end diastolic pressure)或者心肌氧耗的情况下提高了左室每搏输出量(Stroke volume)。
其他以代谢为靶点的研究集中在不同的心外刺激,如负荷工作和循环中的营养素(如脂肪酸),影响心脏的代谢和收缩功能,并且显示出明显的昼夜规律。几乎所有的生物的生物规律都与太阳的白天/黑夜或光明/黑暗的循环有关。这种规律影响着人类的许多生理功能早已得到公认。视交叉上方的下丘脑交叉上核(Suprachiasmatic nucleus)控制着人的生物钟。交叉上核对外部信号(如:周围的光)进行处理后将信息传入大脑,大脑调节着各种循环功能,包括体温,睡眠觉醒周期,激素的分泌(如:皮质醇、褪黑素、甲状腺素和抗利尿激素)。在遗传背景的试验中已明确Clock基因的突变影响着代谢。破坏另一个生物调节蛋白Bmal1,同样被证实造成破坏胰岛素反应和减少糖异生的代谢异常。
因此周围的光等体外的信号是昼夜节律的重要调节器,如果将患者暴露在可调节的日光中会改变代谢。在临床试验中,利用日光维持生理的昼夜规律的方法改善患者心肌缺血再灌注后的代谢。实际上,最近一项研究发现利用红光可加速缺血后心肌收缩功能的恢复和减少心肌缺血后大量的脂质过氧化的分子产物。未来的研究应明确昼夜节律对心脏的保护作用,或许能发现新的、作用大的、简单适用的能阻止或改善围手术期的心肌缺血再灌注损伤或急性心肌梗死所致的后果的治疗方式。
6 结束语
虽然将基础研究的成果运用到临床治疗中的结果让人失望,许多在基础研究中突出的成果如缺血预处理、缺血后处理或远程预处理的临床运用价值不高。但是基于对缺血再灌注中炎症或代谢新的理解,研发新的靶向药物如TLRs或心脏代谢为临床试验提供了有希望执行的方法。
摘要：心肌缺血再灌注损伤的防治主要有缺血预处理、缺血后处理、抗炎治疗、改善心脏代谢等方面,本文对此作一综述。
关键词：心肌缺血再灌注损伤,心肌梗死,缺血预处理
参考文献
[1]Jennings RB,Sommers HM,Smyth GA,Flack HA,Linn H.Myocardialnecrosis induced by temporary occlusion of coronary atery in the dog[J].Arch Pathol,1960,70:68-78.
[2]Murry CE,Jennings RB,Reimei KA.Preconditoning with ischemia:a de-lay of lethal cell injury in ischemic myocardium[J].Circulation,1986,74:1124-1136.
[3]Kloner RA,Bolli R,Marban E,et al.Medical and cellular implications ofstunning,hibernation,and preconditioning:an NHLBI workshop[J].Cir-culation,1998,97:1848-1867.
[4]Jennings RB,Reimer KA.The cell biology of acute myocardial ischemia[J].Annu Rev Med,1991,42:225-246.
[5]Kloner RA,Jennings RB.Consequences of brief ischemia:stunning,pre-conditioning,and their clinical implications:part 2[J].Circulation,2001,104:3158-3167.
心肌灌注 篇7
资料与方法
选取临床确诊的心肌梗死患者75例, 男40例, 女35例, 平均年龄 (59.95±14.84) 岁。另选取正常对照组40例, 男17例, 女13例, 平均年龄 (52.98±11.01) 岁。两组一般资料比较差异无统计学意义 (P>0.05) , 有可比性。
仪器和检查方法:所用仪器为德国西门子公司SPECT仪。以心电图R波为触发门电路同步采集, 利用QGS软件分析, 分别得出LVEF (左心室射血分数) 、EDV (左心室舒张末容积) 、ESV (左心室收缩末容积) 、SM% (室壁运动变化率) 、ST% (室壁增厚率) , 利用9段法计算心肌梗死患者的梗死面积比率。75例心肌梗死患者按照不同冠状动脉支配区域分为LAD (19例) 、LCX组 (16例) 、RCA组 (15例) 和混合组 (25例) , 分析心肌梗死患者中不同组与正常对照组之间各参数间的关系。
图像分析及数据处理:PET/CT图像由3位有经验的核医学专业医师协同阅片, 对每例图像进行三维重建后用QGS软件进行3次测量, 取平均值。
统计学处理:采集数据用SPSS 16.0软件包处理。对心肌梗死组各亚组分别与对照组进行t检验。各亚组间进行两两t检验。以α=0.05为检验水准。对心肌梗死患者LVEF与SM%、ST%及梗死面积进行相关性分析。
结果
采集数据满足正态性及方差齐性, 其均值, 见表1。
对各观测指标进行组间t检验, 统计结果: (1) 正常组与心肌梗死组各检测指标差异具有统计学意义 (P<0.001) , 即心肌梗死降低心功能。 (2) 混合组与LAD组、LCX组和RCA组差异具有统计学意义 (P<0.001) , 即两支及两支以上血管梗死较单支血管梗死对心功能的影响更大[1]。 (3) LAD组与LCX组各指标差异具有统计学意义 (P>0.05) , LCX组与RCA组差异无统计学意义 (P>0.20) , LAD组与RCA组差异无统计学意义 (P>0.20) , 即不同部位单支血管梗死对心功能的影响是相似的, 见表2。
对心梗各亚组进行LVEF与SM、ST及梗死面积相关性分析, 结果表明在0.01水平上, LVEF与SM%、ST%及梗死面积均成负相关[2,3,4]。
讨论
检测和分析心脏功能是心脏病学的重要课题, 特别是对于心肌梗死患者病情随访、治疗选择、疗效评价、预后评估均有十分重要意义。门控心肌灌注显像即可以了解心肌血流灌注情况, 而且也可以评价心功能和局部室壁运动情况, 为“一站式”检查。
本研究结果显示, 心肌梗死患者的心功能不同程度受损, 西门子QGS半定量分析软件对心肌梗死患者可以较客观、准确的评价, 对评价心肌梗死部位、面积与心功能关系有较高的临床价值。
参考文献
[1]Zeng Y, Jiang L, Zhou L, et al.Comparison of left ventricular function evaluation using gated myocardial perfusion imaging with different software of quantitative analysis[J].Sheng Wu Yi Xue Gong Cheng Xue Za Zhi, 2013, 30 (6) :1239-1243.
[2]郭小闪, 李思进, 刘建中, 等.应用门控心肌显像定量分析室壁局部运动对心功能的影响[J].中国医学影像技术, 2011, 27 (7) :1400-1404.
[3]石洪成.心肌灌注显像定量分析及影响因素[J].中华核医学杂志, 2010, (4) :285-286.
内质网应激与心肌缺血再灌注损伤 篇8
I/R的发生主要与氧自由基损伤、细胞内钙超载等作用有关[1]。
1.1 氧自由基损伤
当心肌细胞缺血(氧)时,抗氧化酶(如SOD、GSH-PX和CAT)和氧化剂(如VitE和A)系统清除氧自由基(oxygen free radical,OFR)的功能就会降低或丧失,OFR就会大量产生,从而造成心肌细胞损伤。
1.2 细胞内Ca2+超载
细胞内Ca2+超载在I/R的发病中起主要作用,细胞内Ca2+平衡紊乱后,心肌细胞内Ca2+超载,主要发生在再灌注期[2]。钙超载时激活蛋白酶和Ca2+依赖性磷脂酶,破坏生物膜的完整性,还可抑制线粒体ATP的合成,使得大量Ca2+以磷酸钙的形式聚集在线粒体中,破坏了线粒体的氧化磷酸化功能,从而导致酸中毒和心律失常等的发生。细胞内大量的OFR可直接损伤细胞膜,导致其通透性增加,引起钙超载;钙超载又激活Ca2+依赖性蛋白酶,后者催化黄嘌呤脱氢酶转化为黄嘌呤氧化酶,在有氧情况下黄嘌呤氧化酶能促进黄嘌呤分解为尿酸,同时产生大量的OFR[3]。因此,在I/R发生后,OFR和Ca2+超载两者相互促进形成恶性循环,加重心肌细胞损伤。
2 内质网应激
内质网应激是指由于某种原因导致细胞内质网内稳态失衡、生理功能发生紊乱的一种病理过程。但凡影响ER功能的因素都可以引起ERS。
3 心肌缺血再灌注诱导内质网应激
I/R过程中的氧自由基损伤、细胞内Ca2+超载等均可引起ER功能障碍,触发ERS反应。
3.1 内质网应激介导的保护效应
目前已发现未折叠蛋白反应(unfolded protein response,UPR)可缓解ERS。
3.1.1 未折叠蛋白反应
蛋白质的不正确折叠引发的内质网应激反应称未折叠蛋白反应(unfolded protein response,UPR)。它是一种适应性反应,可维持细胞内稳态。已知哺乳动物细胞中,能够感知ER腔内未折叠蛋白聚集的感受器主要为3种ER感应蛋白,即IRE-1(type-1 ER transmembrane protein kinase),ATF-6(activating transcription factor 6)和PERK(pancreatic Eif-2 kinase,pancreatic ER kinase)。正常情况下,这3种蛋白的ER腔内侧都与葡萄糖调节蛋白GRP78(glucose-regulated protein78)结合而无活性,当ER内环境发生改变,使腔内未折叠/错误折叠蛋白大量聚集时,GRP78马上与这3种蛋白解离而与未折叠/错误折叠蛋白结合使其正确折叠,同时活化PERK,IRE1,ATF6而触发UPR。
未折叠蛋白反应的三条通路:当UPR发生时,首先出现蛋白质合成下调,PERK自身聚合、自我磷酸化激活,进而磷酸化真核细胞翻译起始因子2α(eukaryotic initiation factor 2 alpha,eIF2α),使之不能结合GTP,阻止了起始蛋氨酸-RNA与核糖体结合,翻译启动受阻,减少蛋白质合成,缓解ERS。PERK是一个丝氨酸/苏氨酸跨膜蛋白激酶。在应激细胞中,作为UPR的第一步,PERK首先活化,然后活化的PERK磷酸化位于翻译启始复合物elF2-GTP-MettRNAiMet elF2α上的51位丝氨酸,抑制复合物中GDP和GTP的交换,从而抑制蛋白的翻译与合成。同时增强mRNA翻译,包括ATF4。ATF4是一个在启动子中可促进反式激活基因编码C/EBP-ATF元件的转录因子,包括GRP78,CHOP,STC2,ERO1和几个致炎因素。
ATF6是一个90kDa跨膜蛋白质。与其它内质网应激受体相比,ATF6在高尔基体被蛋白酶分解成活性的ATF-6转录因子,从而诱发ERS相关蛋白质的表达,这可进一步促进ER内未折叠/错误折叠蛋白质正确折叠、调节Ca2+稳态等,恢复细胞正常功能。
IRE-1的活化被认为是UPR的第三步。与PERK类似,在GRP78结合后IRE1发生低聚反应和反式自磷酸化反应,激活XBP-1mRNA,并在tRNA连接酶的作用下,使剪切后的XBP-1mRNA片段相互连接形成一个新的mRNA,然后XBP-1蛋白进入细胞核,形成异源二聚体,从而增强自身和其他ERS相关蛋白的表达。
3.1.2 内质网相关降解
ERAD是真核细胞内蛋白质质量控制的重要途径,当ERS持续存在或过强,凋亡酶合成就会增多,并激活凋亡酶级联反应诱发ERAD,去除受损细胞。
3.2 内质网应激介导的细胞凋亡
3.2.1 氧化应激
I/R时,由于体内抗氧化酶类和抗氧化剂被大量消耗,使OFR清除不足,再加上OFR大量产生,最终使OFR增多。增多的OFR既可损伤ER膜,影响细胞内环境稳定;又直接作用于ER内的功能蛋白,破坏ER内环境稳态,同时大量自由基也使ER内Ca2+释放,细胞内Ca2+超载,造成ER损伤。
3.2.2 Ca2+超载
ER有3种受体通道调节Ca2+浓度:钙泵向ER内摄取Ca2+,莱恩索受体(ryanodine receptor,RyR)释放Ca2+作用和三磷酸肌醇受体(IP3 receptor,IP3R)通道。通过膜上的Ca2+-ATP酶(sarco/endoplasmic reticulum Ca2+-ATPase,SERCA)等通过磷酸化作用调节受体通道对Ca2+摄取或通透状态。已有研究证明,I/R时SERCA表达水平下调,心肌对SERCA的作用也明显降低,影响及Ca2+通道,增加Ca2+外流、减少Ca2+摄取,造成细胞内Ca2+超载,反过来诱发ERS,加重I/R损伤。
3.2.3 心肌细胞能量代谢障碍
心肌缺血(氧)影响了线粒体的能量产物,使细胞膜通透性增加,细胞内水肿,加重Ca2+超载;同时也影响了那些内质网分子伴侣的正常生理功能。I/R后,因为合成ATP的物质大量丢失,使ATP合成减慢,引起细胞能量代谢加重,上述因素可共同作用诱发ERS。
3.2.4 心肌细胞凋亡
ERS诱发的细胞凋亡有三种途径:CHOP(C/EBP homologous protein)表达、JNK(cJUN NH2-terminal kinases,JNK)的激活通路和ER特有的半胱氨酸蛋白酶caspase12通路。CHOP/GADD153蛋白与JNK是联系内质网应激与细胞凋亡的重要中间信号分子,Caspase蛋白水解酶是执行细胞凋亡作用的终末分子[4]。CHOP/GADD153的转录上调是UPR中诱导凋亡的主要途径[5,6]。研究发现,内质网应激发生时,会激活JNK,从而使caspase-12活化,最终引起细胞凋亡。ERS激活IRE1/ASK1/JNK的同时可造成DNA损伤[7],进一步引起凋亡。ERS可通过多种途径激活Caspase-12,最终使细胞凋亡。
ERS是一种复杂的生理病理过程,涉及多种信号反应通路和多种基因的表达调控。近年来,ERS已经得到了越来越多的关注,随着对ERS研究的日益深入,必然会加强对心血管疾病的发生发展机理的认识。由于很多机制方面的研究目前尚未完全清楚,有待于更进一步探索。
摘要：心肌缺血/再灌注(ischemia/reperfusion,I/R)一直是临床研究的热门问题,与多种因素有关。一定程度的内质网应激(endoplasmicreticulum stress,ERS)可通过触发未折叠蛋白反应信号传导通路,激活ER分子伴侣等保护分子的表达,抵抗应激,保护细胞,若应激持续存在或过强,ERS则会启动细胞凋亡程序。本文主要就ERS与I/R之间的机制作一简要综述。
关键词：缺血/再灌注损伤,内质网应激,心肌
参考文献
[1]郭健,刘义,李延平,梁伟钧.氧自由基与心肌缺血再灌注损伤.中国心血管杂志,2008,10;13(5):384-7.
[2]郑波,张奇惠,李跃荣.心肌缺血再灌注损伤机制研究进展.滨州医学院学报,2008 4;31,(2):121-3.
[3]李凯,郑世营.心肌缺血再灌注损伤与心肌细胞凋亡的研究进展.医学综述,2008 1;14,(1):6-8.
[4]原玉芬,杨惠玲.内质网应激与肿瘤细胞的凋亡.分子诊断与治疗杂志,2010,2,(2):128-134.
[5]Zhao L,Ackerman SL.Endoplasmic reticulum stress in health anddisease.Curr Opin Cell Biol.2006 Aug;18,(4):444-52.
[6]Schroder M,Kohno K.Recent advances in understanding the unfoldedprotein response.Antioxid Redox Signal.2007 Dec;9,(120):2241-4.
心肌灌注 篇9
1 中西医在心肌缺血-再灌注损伤的机制研究
中医病机可归纳为气虚血瘀、气滞血瘀、热毒积聚、寒凝经脉、痰瘀互结、气血亏虚、阴阳虚损, 其治疗应以益气活血、行气化痰为其根本大法, 同时适当辅以补益之法[1]。
关于再灌注损伤的发生机制, 有研究表明[2,3,4], 氧自由基、钙超载、心肌纤维能量代谢障碍、血管内皮细胞、一氧化氮、中性粒细胞和细胞凋亡等因素均可能参与MIRI的发病过程, 对此的防治主要有缺血预适应、抗氧化治疗、钙离子拮抗剂、β-受体阻滞剂、血管紧张素转换酶抑制剂 (ACEI) 及血管紧张素受体拮抗剂、一氧化氮。炎症反应在MIRI中起着重要的作用[5]。
2 中医防治心肌缺血-再灌注损伤的研究
2.1 中药汤剂
2.1.1 炙甘草汤
炙甘草汤又名复脉汤, 有益气养血、滋阴振阳复脉的作用。炙甘草汤加减能治疗脉结、代、促与既结又代等多种脉象。袁杰[2]通过大鼠实验研究发现, 炙甘草汤能明显提高缺血-再灌注损伤后的左心功能, 可提高血中超氧化物歧化酶 (SOD) 活性, 降低丙二醛 (MDA) 和活性氧 (ROS) 的含量。
2.1.2 瓜蒌薤白半夏汤
瓜蒌薤白半夏汤具有通阳散结, 祛痰宽胸的作用, 主治胸痹胸中满痛彻背, 背痛彻胸, 不能安卧者。瓜蒌薤白半夏汤可显著改善再灌注心肌的血流动力学指标、减少心肌酶漏出、抑制脂质过氧化物的产生[3]。
2.1.3 血府逐瘀汤
血府逐瘀汤具有活血祛瘀, 行气止痛的功效, 主治胸中血瘀证。缺血再灌注可诱导心肌细胞凋亡, 血府逐瘀汤可抑制缺血再灌注诱导的心肌细胞凋亡发生[4]。侯泽等[5]应用培养的乳鼠心肌细胞造成缺血再灌注损伤的动物模型, 结果发现血府逐瘀汤可显著升高缺血再灌注时SOD的水平, 显著降低乳酸脱氢酶 (LDH) 的水平, 保护缺血再灌注时心肌细胞免于死亡之功效。
2.1.4 益心汤
益心汤具有益气温阳、活血化瘀之功效, 临床用于气虚血瘀的胸痹心痛。不同浓度益心汤对大鼠心肌缺血再灌注损伤的保护作用, 发现益心汤可明显改善心肌缺血再灌注后的心肌力学 (dp/dtmax) 和血流动力学 (LVSP) 指标, 并可降低心肌组织中MDA的含量, 抑制SOD活性的减低, 使氧自由基的产生减少, 减轻心肌缺血再灌注的损伤, 保护作用随药物浓度的增加而增强[6]。
2.1.5 小陷胸汤
小陷胸汤具有清热解毒, 活血祛痰通络之效, 临床用于热毒蕴结, 损伤心络的胸痹心痛。小陷胸汤加味能够减轻兔心肌缺血再灌注损伤, 其机制可能与减少心肌细胞释放C反应蛋白 (CRP) 及升高一氧化氮 (NO) 有关[7]。
2.2 中成药注射液
2.2.1 生脉注射液
生脉注射液由红参、五味子、麦冬组成, 其有效成分有人参皂甙、麦冬皂甙、麦冬黄酮、五味子素等, 具有益气养阴、复脉固脱作用。生脉注射液治疗AMI能明显降低再灌注损伤所致的心律失常、心力衰竭以及梗死后心绞痛的发生率, 从而降低病死率。苗玉梅等[8]将126例急性心肌梗死进行尿激酶溶栓患者分为两组进行对比研究, 结果发现生脉注射液通过清除、减少心肌耗氧量, 加速损伤心肌细胞DNA复制和蛋白质的合成, 从而防治急性心肌梗死溶栓后再灌注性损伤。
2.2.2 丹参注射液
丹参注射液能够提高SOD活性, 降低缺血再灌注产生的脂质过氧化物含量, 减轻钙超载保护细胞膜, 对心肌缺血再灌注损伤具有保护作用。袁振飞等[9]将60例二尖瓣置换患者分为两组进行对比研究, 结果发现丹参注射液组患者术后心肌磷酸激酶 (CK) 、心肌磷酸激酶同工酶 (CK-MB) 、LDH、心肌肌钙蛋白I (CTnI) 、MDA水平心脏复灌后明显低于对照组, SOD水平要高于对照组。丹参注射液可以减轻心肌缺血-再灌注损伤, 表现为冠脉流出液中LDH漏出减少;组织匀浆中SOD的活性升高、MDA的含量降低;Bcl-2表达增加;Bax和caspase-3表达均减少;细胞凋亡减轻;心肌超微结构损伤减轻[10]。
2.2.3 参附注射液
参附注射液预处理可通过提高心肌组织中能磷酸化合物的含量, 降低MDA含量和保护SOD活性, 对心肌缺血再灌注损伤产生保护作用[11]。进一步观察对大鼠心肌缺血再灌注损伤时ST段和心律失常的影响, 发现参附注射液组ST段变化均低于再灌注组各时间对应值, 室速及心颤的发生率也明显低于再灌注组, 且这种作用可能与阻滞Ca2+通道、稳定细胞内Ca2+、纠正细胞的电生理紊乱等有关[12]。
2.2.4 葛根素注射液
葛根素注射液的主要成分是黄酮类化合物, 具有活血化瘀, 扩张外周血管和冠状动脉作用。葛根素注射液预处理的大鼠心肌发生缺血再灌注损伤时, 心肌梗死面积明显缩小, 心肌酶学水平浓度明显降低, 血浆和心肌组织AngⅡ含量显著降低及核转录因子 (NF-κB) p65的蛋白活性明显受抑[13]。葛根素在大鼠心肌发生缺血再灌注损伤时, SOD活力显著升高, MDA、LDH和CK含量显著降低, 心肌损伤的形态改变显著减轻, 其机制可能与增加SOD活性、稳定生物膜有关[14]。葛根素对心肌缺血再灌注损伤的保护作用可能与磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B (PI3K/Akt) 信号通路的活化有关[15]。
2.2.5 川芎嗪注射液
川芎嗪注射液主要成分为甲基吡嗪盐酸盐, 具有抗血小板聚集, 扩张小动脉, 改善微循环活血化瘀作用, 并对已聚集的血小板有解聚作用。结扎大鼠左冠状动脉前降支制备心肌缺血再灌注损伤模型, 与再灌注损伤组相比, 川芎嗪注射液组川芎嗪后处理能降低心律失常发生、减少坏死面积[16]。川芎嗪可降低p38MAPK的活性, 抑制炎症反应从而发挥心肌保护作用[17]。
3 展 望