5、预处理与心肌保护 常业恬

5、预处理与心肌保护 中南大学湘雅二医院麻醉科 (410011) 常业恬 1986 年 Murry 发现心脏多次反复短暂缺血再灌注可使随后长时间缺血和(或)再灌注所 致的心肌损伤减轻，提出了缺血预处理概念。通过大量实验和临床研究证明，缺血预处理 确实对心肌再灌注能够起到保护和治疗作用，本文对目前缺血预处理用于缺血再灌注心肌 保护的研究综述如下。 一、缺血预处理的分类 1、心肌缺血性预处理 Przy Rlenk 等在犬心脏缺血再灌注模型上发现，冠状动脉左旋支 4 次重复 5min 缺血 5min 再灌注后，可减少前降支区域长时间缺血再灌注所致的心肌梗死。大量实验证明心肌 缺血预处理可以触发心肌内在保护机制，对随后长期缺血提供一定的保护，包括减少由于 长期缺血引起的心肌细胞坏死、促进心肌收缩功能的恢复以及减少再灌注心律失常等。 2、远程缺血处理 Mcclanahan 等在家兔再灌注模型上发现，肾脏短暂缺血再灌注可减轻长时间心脏缺血 再灌注所致的心肌损伤。在双下肢缺血预处理和心脏缺血预处理动物模型上，杨辰垣等 发现二种方法能对未成熟心肌具有明显保护效应，且其效应无差异。作者们提出了“远程 预处理”或“器官间预处理”的概念，并以以后的动物实验中证明了小肠、肾脏、肢体等 的缺血预处理能减轻心肌缺血再灌注所致的心肌损伤、心肌细胞凋亡和心律失常等。 二、缺血预处理对不同类型心肌的保护 1、对成熟心肌的保护 结扎成熟兔冠状动脉左室支 30min，再灌注 20min，左室收缩及舒张功能呈现进行性下 降，结扎前行缺血预处理可减轻心室收缩和舒张功能降低。大量动物实验证明，缺血预处 理对成熟心肌具有明显保护作用。 2、对未成熟心肌的保护 未成熟心肌作为心肌发育学上一个独特的阶段，与成熟心肌在形态、生理功能、物质 代谢及基因表达方面存在一定差异。在 langendorff 未成熟心肌灌注模型上，孙忠东等发 现，三种缺血方法(心脏缺血预处理、双下肢缺血预处理、肾脏缺血预处理)相比对照组， 在再灌注期间，左室的舒缩功能明显改善，LDH、CK 的漏出率减少，心肌水肿减轻，ATP 含 量及 SOD 活性增高，证实三种缺血方法均对未成熟心肌具有明显的保护效应，且其效应无 差异性。 三、缺血预处理后不同时期对心肌的保护 多数学者认为，IPC 的心脏保护作用有两个不同时期；急性期 IPC 即刻发生，仅持续 24h；迟发性 IPC，1224h 出现，持续 34 天。 1、IPC 即期的心肌保护 多次短暂缺血预处理可以增强细胞对缺血的耐受性，是调动机体内源性保护机制的有 效措施。大量实验表明，经过缺血预处理，可以减轻缺血再灌注心律失常发生率以及心肌 顿抑的持续时间和程度，同时心肌 ATP 及磷酸肌酸含量较未处理组增高，心肌超微结构得 到较好保护；细胞膜的破坏，线粒体肿胀，嵴断裂、溶解、空泡形成等均有所减轻。 2、IPC 迟发性的心肌保护 在心肌迟发 IPC 中，NO 的作用比较明确。Bolli 等在清醒家兔连续 3 天进行 6 次 4min 冠脉结扎和 4min 再灌注观察迟发 IPC 对心肌顿抑的影响。在第一天 IPC 前注射 LNNA(非选 择 NOS 抑制剂)，而在第二天缺血再灌注前使用 LNNA、AG 和 SMT 都能完全取消第一天 IPC 的延迟保护作用，同时使用 Larg 能逆转 SMT 阻断迟发 IPC 的作用，表明 SMT 的作用是抑制 inos(诱生型)活性。缺血预处理先后激活 enos(内皮型)和 inos，产生的 NO 分别触发和介 导了迟发 IPC 的心脏保护作用。Qiu 等发现 NO 触发迟发 IPC 缩小心肌梗塞范围。IPC 后 24h 进行 30min 缺血，心肌梗塞范围较对照组明显缩小，但 LNNA 能阻断这种保护作用。热 休克蛋白(HSPs)是在多种损伤性应激源(如休克、缺血、缺氧)的作用下合成的一种具有细 胞保护作用的蛋白质。多数学者认为，IPC 作为一种损伤性应激源，通过诱导 HSPs 合成增 加，有效地调动心肌自身保护机制，提高对缺血缺氧的耐受力，新近 Kuzuya 等的研究发现， IPC 后 24h 仍有 HSPs 的合成增加。推测 HSPs 可能在 IPC 的延迟相中发挥一定作用。 四、IPC 的心肌保护作用机制 1、心肌细胞凋亡 目前研究表明，在心肌缺血再灌注过程中，心肌细胞损伤不但有坏死，也有凋亡。 心肌的缺血与缺血再灌注损伤的细胞凋亡有如下特点：缺血早期以细胞凋亡为主； 梗死灶周边部分以细胞凋亡为主；轻度缺血以细胞凋亡为主；在一定时间范围内，缺 血-再灌注损伤时发生的细胞凋亡比同时间的单纯缺血更严重；慢性轻度的心肌缺血以细 胞凋亡为主。Veinot 等在研究中发现，细胞凋亡是梗死心肌早期的主要形式，再灌注加速 了细胞凋亡的发生。目前认为心肌缺血再灌注损伤，主要与氧自由基大量产生、细胞内 Ca2+过载、活化的中性粒细胞的作用有关。缺血预处理通过启动心肌内源性介质(腺苷、降 钙素基因相关肽等)激活蛋白激酶 C(PKC)共同信号传导通路。使 KATP 依赖性通道开放， 细胞膜超极化，缩短了动作电位过程，限制了 Na、Ca 2+交换，抑制了 Ca2+内流，细胞内 Ca2+Mg 2+浓度降低，从而延缓心肌细胞凋亡。 2、离子机制 钙超载是缺血再灌注损伤的重要机制，短暂心肌缺血也可引起细胞内 Ca2+短暂的中等 程度增加，而此时细胞内 Ca2+增加不仅不会引起心肌细胞的损伤，反而可减轻再灌注引致 的心肌细胞损伤。Smith 等发现离体大鼠心脏 5min 缺血再灌注其心肌细胞内 Ca2+浓度增加 24 倍，同时可保护心脏随后较长时间的缺血再灌注引起的损伤，L 型 Ca2+通道阻滞剂维 拉帕米可降低缺血预适应时心肌细胞内 Ca2+的增加，同时取消缺血预适应的心肌保护作用。 Przyklnk 等报道狗在体心脏缺血预适应前用钠氢交换抑制剂 5 二甲基阿米洛利（DMA）抑 制经 Ca2+ H+交换和 Na+ Ca2+广交换引起的细胞内 Ca2+增加，同样可以降低预适应对心肌的 保护作用。缺血预适应过程中心肌细胞内 Ca2+短暂增加，可能与以下几方面因素有关： 缺血时心肌细胞内酸中毒，细胞内浓度升高，激活细胞内 Na+ H+交换和 Na+Ca2+。通过细 胞膜上 L 型钙通道使细胞内 Ca2+增加，用钙通道阻滞剂 Verapamil 可取消 IPC 引起的心肌 保护作用；由于上述二种方式使细胞内的 Ca2+增加，继而引起内质网释放 Ca2+增加(以钙 释过程)。Pell 等在家兔上观察到，肾脏短暂缺血预处理减少心肌梗死范围，ATP 敏感性钾 通道阻断剂 5 hydroxydecanoate(5HD)明显抑制此保护效应。阿片受体激动剂、单磷酰酯 A、腺苷受体激动剂、乙酰胆碱等预处理所模拟的心肌保护作用均可被 ATP 的敏感性钾通道 阻断剂所取消，应用 ATP 敏感性钾通道开放剂也能模拟缺血预处理的心肌保护效应，这些 说明 ATP 敏感性钾通道在缺血预处理心肌保护中有重要作用。 3、受体机制 短暂缺血可以促使某些内源性物释放，这些物质包括腺苷、儿茶酚胺、氧自由基、血 管紧张素内皮素等，它们通过受体参与缺血预处理的心肌保护效应，其中以腺苷倍受重视。 它们作用于心肌细胞膜上的特异性受体，通过 G 蛋白介导，激活磷脂酶 C 或 D，使磷酸磷 脂酰肌醇二磷酸或肌醇磷酯胆碱水解，引起二酰基甘油生成及细胞内 Ca2+浓度增高，从而 激活蛋白激酶 C(PKC)。蛋白激酶 C 激动剂可模拟缺血预处理的心肌保护，蛋白激酶 C 抑制 剂也能抑制阿片受体激动剂、ATP 敏感性钾通道开放剂所模拟的心肌保护作用，表明蛋白 激酶 C 参与缺血预处理对心肌的保护作用。 4、神经因素 5、其它 最近有学者研究发现 IPC 通过腺苷降低巨噬细胞产生肿瘤坏死因子(TNF)的多向性， 从而降低 TNF 介导的灌注损伤。Bell 等研究指出，IPC 激活心脏微循环系统的血管生长 因子(VEGF)，活化 NO 合成酶(inos)从而促进 NO 释放，抑制细胞在心肌细胞粘附和浸润， 减少心肌细胞坏死。 五、缺血预处理临床应用 1、远程缺血预处理的应用 尽管心脏缺血预处理对心肌缺血再灌注损伤具有明显的心肌保护作用，但这一方法 本身是创伤性的，在伦理学上难以接受，且存在多种潜在危险性。远程缺血预处理克服了 以上弊病，且对心肌保护的效应与缺血预处理无明显差异，临床上具有可操作性。 2、预处理用于离体心脏长期保存 随着心脏外科手术学的蓬勃发展，心脏移植成为可能，由于心脏供体来源缺乏，对于 离体心脏的长期保存一直是人们关注的课题。大量研究集中于心脏保存液的成分及配方改 良方面，将缺血预处理引入离体心脏的长期保存，提供了一种新的脏器保存思路，具有广 阔前景。 文献报道，在对离体兔心脏保存的研究中，观察到经过 18h 低温保存。缺血预处理的 保存组同单纯保存组相比，LVDP 恢复程度明显提高，表明缺血预处理确实可以减少由于缺 血造成的收缩功能减弱，同时，与单纯保存组相比，经过缺血预处理后，保存组冠脉回流 液中心肌酶的漏出明显减少，从而也间接说明预处理可以减轻长期低温保存及再灌注引起 的心肌细胞损伤。 3、药物性预处理(药理性预适应) 因为缺血预处理的机制主要是通过释放一些内源性物质，如腺昔、缓激肽。去甲肾上 腺素、血管紧张素、阿片肽、乙酰胆硷、降钙素基因相关肽等，激活细胞膜上有关受体， 如 A1 受体、 受体、 受体、ATl 受体、M1 受体、阿片受体等(包括 KATP通道的开放)， 然后通过信息传递系统的某些成分，如蛋白激酶 C(PKC)、5-核着酸酶、抑制性 G 蛋白 (Gi 蛋白)、一氧化氮等，而使心肌耐受较长时间缺血。近年来，根据缺血预处理的机理， 予一些外源性的物质如腺苷、PKC、KATP 通道开放剂、血管紧张素、乙酸胆碱、降钙素基 因相关肽等，使心肌具有抗缺血再灌注损伤作用，类似缺血预处理效应，称之为药理性 预适应(药物性预处理)Cope 等发现吸入麻醉药除了其本身的麻醉作用外，对心肌亦具有药 理性预适应效应，与戊巴比妥、氯胺酮相比，缺血前使用氟烷、安氟醚。异氟醚使在体和 离体缺血再灌注兔心肌梗死面积明显缩小。Boutros 等的研究亦证实了吸入麻醉药的预 处理效应。我们研究了另外两种吸入麻醉药七氟醚和地氟醚，发现七氟醚和地氟醚预处理 可减少在体兔心肌缺血再灌注时的梗死面积，使离体心肌丙二醛含量降低及组织超微结构 的损伤减轻，使心脏直视手术病人心功能恢复要快而心肌损害减轻。与缺血预处理的作用 机制相似，异氟醚、七氟醚、地氟醚的心肌预处理机制亦与激活 KATP 通道有关，我们发现 用 KAPT 通道阻断剂预先处理后再用吸入麻醉药作预处理，其预处理效应消失。 然而，缺血再灌注所致心肌梗死中除了细胞坏死外，还有细胞凋亡。Gottlieb 等用原 位末端标记法(insimendlabeling，ISEL)和琼脂糖凝胶电泳方法检测兔心肌 DNA，发现缺 血 30min 再灌注 4h 出现心肌细胞凋亡。实际上，许多文献报道，无论是在持续缺血还是在 缺血后再灌注的心肌发现都有细胞凋亡的存在，并且细胞凋亡是心肌缺血再灌注损伤中的 一个重要组成部分。 在 Piot 等的研究中表明心肌梗死面积与细胞凋亡的量密切相关，缺血预处理能减少鼠 在体心脏缺血再灌注过程中细胞凋亡的发生。在我们的研究中，用 DNA 电泳、流式细胞 仪等方法检测发现缺血预处理减少缺血再灌注所致兔在体心肌梗死亦与抑制细胞凋