二磷酸果糖在冠脉搭桥术中对心肌的保护作用

1、二磷酸果糖在冠脉搭桥术中对心肌的保护作用    【关键词】 肌酸激酶同工酶    摘要：目的 评估1，6二磷酸果糖(fructose1,6diphosphate, FDP)在冠状动脉搭桥术中对心肌的保护作用。方法 随机选取30例冠心病患者，分为实验组和对照组，每组15例。实验组于术前三天及手术当日给予FDP，对照组给予生理盐水。分别于麻醉诱导后(T0)，再灌注后1h(T1)、4h(T2)、24h(T3)及48h(T4)，测定血浆肌钙蛋白I(cardiac troponin I, cTnI)、肌酸激酶同工酶(crea

2、tine kinase MB, CKMB)、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)及丙二醛浓度(malondiadehyde, MDA)。结果 实验组于T1、T2、T3三个时点CKMB及cTnI浓度均显著低于对照组(P<0.05)，T1及T2两个时点MDA浓度明显低于对照组(P<0.05)。结论 FDP能够减轻由脂质过氧化反应介导的心肌缺血再灌注损伤，有助于缺血再灌注后心功能的恢复及改善。 关键词：1，6二磷酸果糖；肌钙蛋白I；肌酸激酶同工酶；氧自由基；冠脉搭桥术 ABSTRACT: Objective To investigate the cardi

3、oprotective effects of fructose1,6diphosphate on myocardium during coronary artery bypass graft. Methods A total of 30 patients were treated with coronary artery bypass graft (CABG) and divided into group A (treated group) and group B (control group) randomly. Each group included 15 patients. In the

4、 treated group, patients were treated with FDP three days before CABG and treated with FDP before cardiopulmonary bypass (CPB). FDP was replaced by 0.154mol/L NaCl of the same volume in control group. Blood samples were collected from all patients after induction and at 1h, 4h, 24h and 48h after aor

5、tic declamping to measure the serum concentration of cTnI, CKMB, SOD and MDA. Results The levels of CKMB and cTnI at 1h, 4h, 24h and MDA at 1h, 4h after reperfusion were significantly lower in the treated group than those in the control group(P<0.05). The concentration of MDA at T1 and T2 was sig

6、nificantly lower than that of the control group (P<0.05). Conclusion FDP can effectively reduce myocardial ischemia reperfusion injury caused by lipsuperoxidized reaction. Therefore, FDP has a desirable myocardial protective effect on patients undergoing CABG. KEY WORDS: fructose1,6diphosphate; c

7、TnI; CKMB; oxygen free radical; CABG 冠状动脉搭桥术(coronary artery bypass graft, CABG)是目前治疗冠心病最重要的方法之一。CABG可增加围术期心肌损害和心功能不全的危险。 其围术期的心肌损害主要表现为典型的缺血再灌注损伤。针对如何预防缺血再灌注损伤已经开展了大量研究。一个较为全面的方法就是直接增加高能磷酸物的生成。1，6二磷酸果糖(fructose1,6diphosphate, FDP)为内源性糖酵解途径的中间代谢产物，外源性的二磷酸果糖可作用于细胞膜，通过激活细胞膜上的磷酸果糖激酶，增加细胞内的高能磷酸键和三磷酸腺苷的浓

8、度。临床上FDP已广泛应用于各种原因导致的心肌缺血的治疗，但对于冠状动脉搭桥术患者，其保护作用及机制国内外研究甚少。我们通过对体外循环条件下冠状动脉搭桥术患者cTnI、CKMB、SOD和MDA的动态观察，探讨FDP对体内心肌缺血再灌注损伤和体内脂质过氧化反应等方面的影响，评估FDP在冠状动脉搭桥术中的心肌保护作用。 1 材料与方法 1.1 病例选择 30例拟择期行CABG的冠心病患者,心功能-级，男27例，女3例，年龄55-72岁，冠心病病史6-17年，身高159-177cm，体重60-76kg。随机分为实验组(A组)和对照组(B组)，每组各15例。所有患者无果糖耐受不良(一种常染色体隐性遗传

9、的代谢性疾病)，造影显示冠脉2-5支病变。术前均无明显血流动力学及肝肾功能异常、既往无糖尿病及原发性高血压病史、未服用钙通道阻滞剂及维生素C、E。 1.2 给药方法 实验组于术前三天开始静脉滴注FDP 250mg/kg(溶解于100mL生理盐水，约30min滴完)，每日一次。手术当日，体外循环(cardiopulmonary bypass, CPB)之前静脉滴注FDP 250mg/kg(溶解于100mL生理盐水，约30min滴完)，并在晶体停跳液中加入FDP 2.5mol/L；对照组于术前三天开始静脉滴注生理盐水100mL(约30min滴完)，每日一次。手术当日，体外循环之前静脉滴注生理盐水1

10、00mL(约30min滴完)，并在晶体停跳液中加入等量生理盐水。 1.3 麻醉方法和体外循环 术前常规肌注安定10mg、东莨菪碱0.3mg，入室后给予吸氧行桡动脉穿刺置管，监测有创血压、心电图及未梢动脉氧饱和度。麻醉诱导：咪唑安定0.05-0.08mg/kg，维库溴胺0.12mg/kg,芬太尼10-15g/kg静脉缓慢推注，完成气管内插管。麻醉维持：吸入5g/L-10g/L的异氟醚，间断静注芬太尼及维库溴铵。放置SwanGanz漂浮导管测定中心静脉压(central venous pressure, CVP)、肺动脉楔压(pulmonary arterial wedge pressure, P

11、AWP)及心输出量(cardiac output, CO)。肝素化后常规建立体外循环，采用膜式氧合器，非搏动灌注。CPB期间，鼻咽温降至32-30，红细胞压积控制在20%-25%，流量和灌注压分别控制在2.4-2.6L/min和50-80mmHg。    1.4 数据及标本采集 观察两组患者血流动力学指标变化情况。记录诱导后平均动脉压(mean arterial pressure, MAP)、CVP、PAWP、CO及心脏指数(cardiac index, CI)作为基础值，分别于体外循环前输注FDP/生理盐水结束时及再灌注后1、2、4、6、12、16、2

12、4h测定并纪录以上各参数。观察两组患者缺血指标及氧化反应指标变化情况。分别于麻醉诱导后建立体外循环前(T0)，开放升主动脉后1h(T1)、4h(T2)、24h(T3)以及48h(T4)，从中心静脉采血5mL，分别检测血浆cTnI、CKMB、SOD及MDA浓度。观察两组患者体外循环情况。观察两组患者主动脉开放后心脏自动复跳情况及心血管辅助用药情况。术后如需正性肌力药支持则以多巴胺为首选药物，维持CI>1.8L/(minm2)，给药速度5-10g/(kgmin)，必要时以肾上腺素0.03-0.1g/(kgmin)辅助。监测术后48h的12导联ECG，观察两组患者心律失常的发生及治疗情况。 1

13、.5 安全性研究 FDP可与钙离子螯合，增加血清磷酸浓度，对所有患者进行术前、术后24、48、72h血清钙和磷酸盐浓度的检验。    1.6 统计学处理 由于体外循环存在血液稀释，所有数据均用血球压积校正。应用SPSS 统计软件处理数据，计数资料采用卡方检验，测量值采用均数±标准差(±s)表示，组内作方差分析，组间作t检验。P<0.05表示差异有显著性。 2 结    果 2.1 术前人口统计学资料 两组患者性别、年龄、体重、身高、病程、血管病变、术前心功能分级等方面均无显著性差异(P&g

14、t;0.05)。 2.2 血流动力学指标 两组患者MAP、CI、PAWP等的基础值均无显著性差异(P>0.05)。实验组在输注 FDP结束时MAP与CI有所上升，再灌注后1、2、4h的MAP与CI均低于基础值，但与基础值相比，各时点均无显著性差异(P>0.05)。再灌注后6、12、24h的MAP与CI均高于基础值，与基础值相比，各时点均有显著性差异(P<0.05)。对照组再灌注后1、2、4、6、12h的MAP与CI均低于基础值，且再灌注后1h MAP明显低于基础值(P<0.05)。 组间比较，实验组再灌注后1h的MAP明显高于对照组(P<0.05)，其余各时点实验

15、组 MAP略高于对照组，但两组相比无显著性差异(P>0.05)。实验组再灌注后6、12、24h的CI值均明显高于对照组(P<0.05)。两组患者各时点的PAWP与基础值相比无显著性差异(P>0.05)，组间比较亦无显著性差异(P>0.05)，但对照组再灌注后PAWP略高于实验组。两组患者各项血流动力学指标变化情况见表1。表1 两组患者各项血流动力学指标变化情况（略） 2.3 缺血指标及氧化反应指标 两组患者在麻醉诱导后体外循环前(T0)CKMB、cTnI 、SOD及MDA浓度均无显著性差异(P>0.05)。再灌注后1h(T1)CKMB迅速升高达峰值，其后逐渐下降。

16、组间比较，试验组于再灌注后1h(T1)、4h(T2)及24h(T3)三个时点CKMB浓度均显著低于对照组(P<0.05)。两组患者再灌注后1h(T1)cTnI开始明显升高，再灌注后24h(T3)达高峰，其后下降，至再灌注后48h(T4)仍明显高于基础值(P<0.05)。组间比较，试验组于再灌注后1h(T1)、4h(T2)及24h(T3)三个时点cTnI浓度均显著低于对照组(P<0.05)。两组患者再灌注后SOD均略微下降，但与T0时比较无显著性差异(P>0.05)。组间比较，试验组各时点SOD浓度虽略高于对照组，但相比无显著性差异(P>0.05)。两组患者再灌注后

17、1h(T1)起，MDA浓度均有所升高；对照组T1、T2两个时点MDA浓度显著升高(P<0.05)。 组间比较，试验组于再灌注后1h(T1)及4h(T2)两个时点MDA浓度明显低于对照组(P<0.05)。两组患者各时点的CKMB、cTnI、SOD及MDA浓度变化见表2。表2 试验组和对照组围术期血浆肌酸激酶同工酶、肌钙蛋白、超氧化物歧化酶及丙二醛浓度变化（略） 2.4 体外循环情况 两组患者体外循环时间及主动脉阻断时间相比，无显著性差异(P>0.05，表3)。表3 两组患者体外循环时间及主动脉阻断时间的比较（略）    2.5 心脏自动复

18、跳情况及心血管辅助用药情况 主动脉开放恢复灌注后，实验组有10例自动复跳，对照组有5例自动复跳，组间比较自动复跳率有显著性差异(P<0.05)。体外循环脱机后及术后最初24h，实验组及对照组需要多巴胺支持者分别为3例和5例，两组相比无显著性差异(P>0.05)。需要应用肾上腺素者分别为1例和2例，两组相比无显著性差异(P>0.05)。 2.6 术后心律失常的发生情况 对照组有5例发生需要应用利多卡因治疗的室性早搏，而实验组则没有，两组相比有显著性差异(P<0.05)。实验组和对照组各15例患者中分别有2例和5例患者发生需要应用洋地黄及乙胺典肤酮治疗的房颤，但两组相比无显

19、著性差异(P>0.05)。 2.7 安全性研究 所有患者术后24、48、72h血清钙和磷酸盐浓度与术前相比无显著性差异(P>0.05)。 3 讨    论 CABG围术期的心肌损害主要表现为典型的心肌缺血再灌注损伤。心脏停搏期间心肌从有氧代谢变为无氧代谢，缺血缺氧使能量耗竭，三磷酸腺苷水平急剧下降。糖酵解在缺血及再灌注开始时承担着重要的角色。因此，一个有效的防止缺血再灌注损伤的方法就是直接增加高能磷酸物(adenosine triphosphate, ATP)的生成。其中FDP为糖酵解中高能中间代谢产物，能改善细胞能量代谢，它可越过PFK，在

20、其限速反应之后直接参与糖酵解过程，而且FDP在分解代谢之前无需磷酸化(消耗ATP)，使产能效率增加，ATP生成增多，最终改善心肌细胞缺血缺氧。同时，FDP具有膜稳定作用，能较好的维持细胞的完整性及恢复细胞的功能，并能降低细胞外Ca2 、抑制氧自由基产生及抗脂质过氧化，从而更有效发挥抗心肌缺血再灌注损伤的作用。 FDP能够产生有益的血流动力，改善缺血缺氧及再灌注后心脏功能。研究表明，FDP可以增加许多组织ATP的产生，包括缺血再灌注的心肌，提示缺血和再灌注期间膜偶联的离子泵和离子通道得到更好的保护，从而改善细胞代谢，维持了心肌细胞正常的兴奋性、自律性和传导功能。我们观察到实验组恢复灌注后，血流动

21、力学指标较对照组更为稳定，心室功能改善迅速而且显著。应用前负荷和心脏指数之间的关系可以描述心室功能(FrankStarmling机制)，结果证实FDP治疗组心室功能快速恢复至缺血前水平，且恢复灌注后6、12、24h的CI显著高于基础值及对照组，更为重要的是，CI增高伴随PAWP降低, 说明FDP预处理所引起的血流动力学指标快速恢复并不伴有前负荷增加。因此，我们认为试验组血流动力学指标的改善并非归因于前负荷的增加，而是由于心室功能改善所致。相反，对照组心室功能在术后最初16h不能恢复至基础值。心肌变力性降低最有可能导致心肌顿抑、心肌梗死等缺血再灌注损伤。 此外，我们观察到实验组应用FDP后 ，自

22、动复跳率高于对照组，再灌注后室性心律失常发生率低于对照组。一方面与FDP能降低游离Ca2 浓度有关，而Ca2 超负荷是引起术后室性心律失常的主要原因。另一方面，与FDP具有膜稳定作用，防止钾外流，提高膜电位，降低心肌兴奋性，消除异位起搏点，改善心肌传导有关。 房颤仍然是CABG手术最常见的并发症之一，而且往往可以延长住院时间。我们并未观察到应用FDP在降低房颤发生率方面达到统计学显著性意义。研究结果证实FDP可使KCI去极化的心肌组织收缩力恢复，并且对强心甙类药物引起的高钾血症具有保护作用。这些研究均支持FDP可以增加糖酵解途径中ATP的产生、从而减轻心房缺血再灌注损伤或改善阳离子稳态的理论，

23、但这一作用是否可以降低术后房颤发生率尚不可知。    评价心肌有无缺血性损伤及损伤程度常以CKMB作为敏感的指标，cTnI是目前发现对心肌损伤诊断特异性和敏感性最高的标志物之一，可用于围术期心肌保护效果的评估。组间比较，实验组于再灌注后1h(T1)、4h(T2)及24h(T3)三个时点CKMB及cTnI浓度均显著低于对照组。说明FDP具有明显的心肌保护作用，能够减轻缺血再灌注的心肌损伤。心肌缺血再灌注后产生大量氧自由基，与不饱和脂肪酸作用引发脂质过氧化反应并生成MDA，后者的产生与脂质过氧化相平行，因而测定MDA可代表脂质过氧化物的浓度。我们研究发现，缺

24、血前及停跳液中给予FDP能显著降低MDA的含量，表明外源性FDP能减轻氧自由基介导的心肌缺血/再灌注损伤。其作用机理可能为：FDP减轻心肌缺血再灌注损伤、促进心功能恢复可能与其清除氧自由基的作用有关，而清除氧自由基可能是通过其自身的抗氧化作用。增加细胞内糖代谢中间产物FDP，可促进糖无氧酵解，抑制有氧氧化，从而减少氧自由基的产生。FDP能够抑制人体受刺激的白细胞呼吸爆发(respiratory burst)，减少氧自由基的产生。Markov等发现，FDP具有与SOD相似效力的抗氧化作用，可直接抑制粒细胞氧自由基的产生，抑制过氧化所致细胞色素C减少的程度与SOD一致。 有研究认为，FDP发挥抗脂

25、质过氧化的同时伴SOD的显著增加。我们并未观察到SOD含量的显著增加，说明FDP对心肌缺血/再灌注损伤的保护作用不是通过促进SOD合成，增加SOD的活性, 清除氧自由基发挥作用，其抗脂质过氧化功能可能是FDP在缺氧条件下，作为一种适当的能量代谢底物，给心脏代谢提供能量，继而抑制缺血缺氧的心肌组织中的中性粒细胞产生氧自由基，导致脂质过氧化终产物MDA的减少，从而减轻氧自由基对心肌细胞的损害。 实验研究发现，应用FDP对心肌缺血再灌注进行预处理，可以观察到血流动力学和心脏功能的改善以及缺血性损伤的减轻。同时，FDP能够减轻由脂质过氧化反应介导的心肌缺血再灌注损伤，从而对冠状动脉搭桥术患者发挥良好的

26、心脏保护作用。 参考文献： 1Chen YQ, Jin XJ. Effect of fructose1, 6diphosphate and dexamethasone on ischemia/reperfusion injury after hemorrhagic shock in rabbits . Zhongguo Wei Zhong Bing Ji Jiu Yixue, 2004,16(1):2932. 2Hua D, Zhuang X, Ye J. Using fructose1, 6diphosphate during hypothermic rabbitheart preservation: a highenergy phosphate study . Heart Lung Transplant, 2003, 22(5):574582. 3Markov AK, Payment MF, Hume AS, et al. Fructose1, 6diPh