心肌缺血再灌注损伤和心肌缺血预处理

1、心肌缺血/再灌注损伤和心肌缺血预处理一、心肌的代谢特点心脏是一个机械作功的器官，这就决定了它具有高耗能、高耗氧、高代谢率的特点。心肌的氧摄取率高达70%，留神肌耗氧增加时，再进步氧摄取率的潜力很小，需靠扩张冠脉、增加血流量以增加氧的供给。任何造成心脏耗氧增加和/或供氧减少的因素都影响心脏作功。心肌有氧氧化的才能强而耐缺氧才能差。正常情况下，心肌的代谢根本上全是需氧的。代谢物底物的氧化不断地为心肌作功提供高能磷酸键；当氧供给受限时，那么通过刺激无氧糖酵解产能。产能的场所主要在线粒体，耗能过程主要用于肌动蛋白和肌球蛋白的结合以及各种离子泵的活动。二、心肌缺血引起的代谢变化一产能减少：心肌缺血使心肌

2、组织氧供减少，线粒体氧化磷酸化减弱，ATP生成减少。尽管无氧糖酵解加强，但产能效率低。心肌的能量代谢状态与心肌缺血损伤程度有直接关系，当缺血心肌ATP含量在正常的35%以上时，缺血性损伤是可逆的；当ATP含量降至正常的20%，那么产生不可逆性缺血性损伤。二细胞内酸中毒：心肌缺血时糖酵解加强，乳酸生成增多；2的蓄积可转化为H23；ATP分解过程中产生H+；a2+与线粒体内磷酸根结合释放H+。这些变化均可使细胞内H+浓度升高。三细胞内钙超载：以下因素可造成细胞内钙超载。1心肌缺血时氧供和氧化底物均减少，那么ATP生成减少，使各离子泵包括钙泵的功能减弱，导致细胞内a2+浓度a2+i增加。2细胞内酸中

3、毒启动Na+-H+交换，以减轻酸中毒程度；但同时细胞内Na+浓度的升高又激活Na+-a2+交换，导致a2+i升高。3缺血时儿茶酚胺释放增加，通过细胞膜上的a、b受体激活a2+通道，使a2+内流增加；同时还刺激肌质网释放a2+。二者使a2+i升高。四自由基生成：缺血、缺氧时ATP代谢产物AP和次黄嘌呤堆积；同时，细胞内钙超载，激活a2+依赖性蛋白水解酶，使黄嘌呤脱氢酶(XD)变构成黄嘌呤氧化酶X。在再灌注恢复血供时，X就能催化次黄嘌呤产生大量超氧阴离子。在缺血引起心肌损害的因素中，自由基不起主要作用。五细胞膜通透性增加：心肌缺血时，脂肪酸氧化受阻，使游离脂肪酸、脂酰A及脂酰肉毒碱等堆积，它们均可

4、使膜通透性异常增加，造成细胞内酶和小分子物质外漏，K+外流、a2+内流，膜内外原有的离子浓度差变校三、心肌缺血/再灌注损伤一概念：缺血心肌在恢复血流后引起心肌超微构造、功能、代谢及电生理方面的的进一步损害叫做心肌缺血/再灌注损伤Isheia/reperfusininjury,IRI。二发活力制：1能量代谢障碍：缺血造成的细胞膜通透性增加和离子泵的功能减退导致再灌注后细胞内水肿和钙超载加重。再灌注后使再合成ATP的物质根底如腺苷、肌苷、次黄嘌呤等丧失，ATP合成在短时间内不能恢复。2自由基大量生成：1黄嘌呤氧化酶源性氧自由基的形成增多；2中性粒细胞源性氧自由基生成增加；3线粒体源性氧自由基生成增

5、加；4儿茶酚胺分泌增多，儿茶酚胺氧化能产生具有细胞毒性的氧自由基；5体内去除自由基才能下降：正常体内存在抗氧化系统，主要有SD、过氧化氢酶AT、谷胱甘肽过氧化物酶GSH-PX。这些酶类将正常产生的自由基分解代谢掉。但在IRI时，体内抗氧化酶类和抗氧化剂被大量消耗，使自由基去除缺乏，最终造成自由基增多。自由基的增多损伤生物膜，使酶活性降低，引起细胞内a2+超载，诱导炎性介质产生。IRI时，自由基生成增多和细胞内钙超载两者互为因果。3钙超载：1原因：生物膜受损，细胞膜通透性增加：缺血缺氧时细胞膜的损伤为再灌注时a2+的内流创造了条件。缺血缺氧引起的细胞内酸中毒，再灌注时通过H+-Na+交换和Na+

6、-a2+交换而使a2+i增加。线粒体功能障碍：IRI时产生的氧自由基可破坏线粒体构造和功能，ATP生成减少，肌膜和肌浆网钙泵功能障碍，造成a2+i增加。2钙超载引起IRI的机制：线粒体ATP生成减少，造成细胞能量供给严重缺乏；细胞内游离钙增加，使a2+与钙调蛋白a结合增多，激活钙依赖性蛋白水解酶如磷脂酶、蛋白酶、核酸内切酶等，激活的磷脂酶水解生物膜磷脂，导致细胞膜及细胞器膜受损；蛋白水解酶和核酸内切酶的活化可引起细胞骨架和核酸的分解。因此，细胞内游离钙增加，可使肌纤维挛缩和断裂，损伤或破坏生物膜和细胞骨架。钙超载使钙依赖性蛋白水解酶激活，促使XD转变为X，使自由基生成增加，损害心迹另外，钙依赖

7、性磷脂酶A2的激活，使花生四烯酸AA生成增加，后者通过环氧化酶和脂加氧酶作用产生大量H22和羟自由基。四、心肌缺血预处理及其作用机制一心肌缺血预处理的概念和特点1986年urry等人首先报道了心肌缺血预处理isheiprenditining，IP现象。他们在狗实验中阻断冠脉左旋支5in，再灌注5in，反复4次，然后再阻断40in，再灌注3h，心肌坏死面积比对照组阻断40in后持续再灌注明显减少，心功能改善，心律失常发生率降低，自由基的形成减少，心肌超微构造的损害减轻。1IP定义反复屡次的短暂心肌缺血对随后更长时间的心肌缺血/再灌注损伤有保护作用，能进步心肌对缺血的耐受性。因此，预处理是指预先给

8、予某种损伤性刺激，以进步心肌细胞自身抗损伤的耐受性或适应性。2IP保护作用的特点1普遍性：预先给机体或器官、细胞某种损害性刺激，使受损伤的器官如心脏产生耐受性或适应性。预处理效应是生物界存在的一种普遍规律。2非特异性：尽管预处理方法各不一样，但其保护作用及其机制是相似的。3保护作用的时段性：早期IP持续约13h猪约1h，狗和兔约2h；延迟阶段的IP作用在24h后出现，可持续数小时、数天或者更长；延迟阶段多称作延迟性预处理delayedprenditining，亦称为“保护作用的第二窗口。参与这二个阶段的机制不同，但彼此间存在一定的联络；没有早期阶段的保护作用，不可能发生随后延迟阶段的保护作用。

9、早期IP产生迅速而短暂，此期的机制可能是:腺苷受体通过蛋白激酶PK激活KATP通道；内皮源性一氧化氮合酶eNS表达增加而使GP程度上升，后者导致预处理器官反响性充血而发挥其早期保护作用。延迟IP起效缓慢而持久，此期特点在于有大量基因表达和新蛋白合成如热休克蛋白HSPs和SD。G蛋白偶联受体、PK和ATP敏感性钾通道KATP通道也在此期发挥作用，但机制可能有所不同。4有限的记忆性：假如预处理与随后的长时间缺血的间隔时间由10in增加至12h，心肌将不再“记忆它曾被预处理过，于是保护作用随之丧失。转贴于论文联盟.ll.二心肌缺血预处理的机制IP是涉及多种因素参与的复杂过程,释放的内源性物质通过细胞

10、内信号传导系统调节心肌功能。一般可分为内源性触发物的激活、信号传递通路的活化及终末效应物形成等三个过程。内源性触发物质一般包括腺苷、缓激肽、降钙素基因相关肽(GRP)等，信号传递通路有PK、酪氨酸激酶和丝裂原活化蛋白激酶(APKs)等,终末效应物有KATP通道、HSPs、SD等。1内源性触发物质1腺苷腺苷A1和A3受体的激活所导致的内源性腺苷释放增加是启动和介导IP的重要环节。在预处理低氧灌流阶段,细胞内腺苷释放骤增。给予外源性腺苷预处理心肌可模拟IP的保护作用，在IP前给予腺苷受体阻断药那么可以阻断IP对心肌的保护作用,说明腺苷在预处理中是一重要介质。腺苷转运抑制剂(如潘生盯曲氟嗪)能进步血

11、液中的腺苷浓度，有抗心肌缺血的作用。在冠脉成形术(PTA)前，冠脉内参加潘生丁预处理，病人耐受球囊扩张时间延长。冠脉搭桥手术前滴注腺苷能增加心肌耐受缺血的才能，加快术后心功能的恢复。(2)缓激肽心肌缺血时引起冠脉内皮释放缓激肽(bradykinin)，作用于缓激肽B2受体，诱发某些PK同构体迅速而短暂地易位，并可触发N和前列环素(PGI2)的释放，N释放引起GP程度升高，抑制L-钙通道，抑制心肌收缩和降低能量消耗；N还有扩张冠脉和抑制血小板黏附作用。外源性缓激肽可模拟IP样心肌保护作用，应用N合酶抑制剂和环氧化酶抑制剂可以阻断缓激肽对缺血心肌的保护作用。(3)降钙素基因相关肽(GRP)：GRP

12、是心血管肽能神经纤维释放的一种递质，广泛分布于血管壁上，短暂缺血引起GRP的释放，应用GRP灌注离体心脏或用促GRP释放剂(辣椒素)均可模拟出IP效应，其对心肌的保护效应可被其受体拮抗剂GRP8-37逆转，证实GRP介导IP效应。有研究显示缺血预处理第一次和第三次缺血末血浆GRP浓度较对照组显著增高，并明显降低室性心律失常发生率和心肌梗死面积，说明GRP在IP中发挥作用。(4)类阿片肽：近年来阿片肽在介导IP中的作用逐渐得到重视。主要激活Gi/蛋白，后者激活PK,PK又可激活线粒体膜上的KATP通道。IP的保护作用(缓解心绞痛、减小堵塞面积)在给予阿片类药物后即刻出现，并且在24h后再现。其缓

13、解心绞痛作用不依赖于其镇痛效应。非特异性拮抗剂纳洛酮以及d受体拮抗剂7-benzyli-denaltrexne可抑制IP。(5)N：IP的延迟效应与N程度中度升高有关。N激活鸟苷酸环化酶使GP增多，后者激活磷酸二酯酶(PDE)使AP程度下降而产生一系列效应。单磷脂A(IA)诱发的心肌延迟性保护作用依赖于诱生型N合成酶(iNS)，给予拮抗剂S-eth-ylisthiurea(3g/kg)可取消IA的作用，在iNS基因敲除的动物，LA根本不能发挥心肌保护作用，因此N被认为在IA药物预处理中起到了枢纽作用。假如N产生过多，导致氧自由基大量产生那么介导了细胞损伤作用。6肾上腺素(AD)：一般认为在IP

14、的细胞外信号转导中AD的A2和A3受体与抑制性Gi/蛋白偶联，通过作用于腺苷酸环化酶(A)产生心肌保护作用(A1和A3在心室肌和血管平滑肌呈优势分布)。A2受体那么与Gs蛋白偶联而产生扩血管作用(血管平滑肌呈优势分布)。肾上腺素冲动剂诱导IP的研究已经兴起，但还处于初期阶段。2信号传递通路1蛋白激酶:短时缺血引起体内释放腺苷、缓激肽、N等内源性物质，作用于心肌的相应受体偶联抑制性G蛋白，激活磷脂酶(PL)，PL使磷脂酰二磷酸肌醇(PIP2)分解生成三磷酸肌醇(IP3)和二酰甘油(DAG)，IP3和DAG作为第二信使分别激活a2+通道和PK，使效应蛋白磷酸化，介导了IP对心肌细胞的保护作用。现已

15、证明PK在IP的细胞内信息传递中起关键作用，它的激活是IP所共有的细胞内机制。应用PK冲动剂佛波醇酯(PA)在大鼠可模拟出IP效应，该效应可被PK拮抗剂螯丁二烯消除。PK在DAG和a2+的作用下，从胞浆移位到细胞膜和线粒体膜上，使KATP通道蛋白或其他效应蛋白质磷酸化，呈现出IP早期的保护作用；PK也可移位到细胞核中，使基因转录因子NF-kB磷酸化，加速基因的转录，诱导HSPs和SD的合成，这可能是IP延迟相保护心肌的物质基矗2酪氨酸蛋白激酶和丝裂原活化蛋白激酶:二者主要参与延迟性保护机制。触发因子可以通过G蛋白激活上述激酶，然后使NF-kB磷酸化，后者调节原癌基因和应急蛋白基因的表达。3.终

16、末效应物(1)KATP通道:KATP通道是PK介导IP的重要终末效应器之一。KATP通道不仅存在于细胞膜，也存在于线粒体膜，激活线粒体膜上的KATP通道，复极化时K+外流增加，导致动作电位时程和不应期缩短，平台期缩短，电压依赖性a2+通道活性下降，a2+内流减小，减轻钙超载引起的损伤；同时心肌收缩力减弱，减少ATP消耗，保护缺血心迹根据包括:腺苷及其选择性A1受体冲动剂诱导的IP可被KATP通道阻断剂阻断。由PK冲动剂所诱导的预处理作用能被KATP通道阻断剂取消。同时给予腺苷和PK冲动剂可引起通过KATP通道离子流量的增加。膜片钳技术说明,PK激活显著加强心肌细胞KATP通道活动。实验证明KA

17、TP通道开放剂二氮嗪模拟IP时能保存细胞内能量,保护收缩功能,进步细胞生存率。2热休克蛋白和抗氧化酶：延迟相IP期间HSPs和SD明显增加，推测HSPs和SD是IP延迟相保护作用的主要内源性物质。此外，还有谷胱甘肽过氧化酶、触酶等抗氧化酶的生成。活化的PK可以激活APKs，两者共同作用于细胞核内的NF-kB，促进保护性蛋白基因的转录，以合成具有保护作用的HSPs和SD等抗氧化酶，增加心肌对缺血、缺氧的耐受力。HSP保护缺血心肌的机制是：开放KATP通道。应用特异性KATP通道阻断剂格列本脲后，HSPs缩小心肌梗死范围的作用就消失；抗氧化作用。HSPs可引起细胞内诸多变化，使一些酶活性增强，调整a2+i浓度、pH值、ATP合成、SD产生以及使氧自由基被代谢等；HSPs磷酸化发生快速反响，有立即保护细胞的作用。SD的增加可以去除缺血再灌注时产生的自由基，拮抗其对膜脂质的过氧化反响，保持细胞的构造完好性和膜外表蛋白质的功能，发挥其保护作用。五、缺血预处理的临床应用前景在研究IP对人类心肌作用的过程中,发现IP可对随后模拟的缺血/再灌注及缺氧/复氧损伤产生显