影响心肌缺血再灌注损伤及其干预措施保护

本文原载于《国际麻醉学与复苏杂志》年第7期

目前有关各种干预措施对心肌缺血／再灌注损伤(ischemia／reperfusioninjury，I／RI)保护作用的基础实验研究绝大多数是在严格对照条件下无冠状动脉疾病的正常健康动物中完成的，然而临床实际情况却并非如此，即缺血性心脏病患者常常伴有一个或多个相关的危险因素，如高血压、高胆固醇血症、动脉粥样硬化、肥胖、糖尿病和老龄等。实验和临床研究证实，这些因素不仅可明显增加急性缺血性心脏病患者发生不良临床后果的危险，而且亦可明显减弱甚至消除各种干预措施对心肌I／RI的保护作用。这不仅是心肌I／RI基础实验研究中必须注意的重要问题，而且亦是现有动物实验结果与临床试验结果明显不一致的主要原因之一。因此，评价缺血性心脏病相关危险因素对心肌I／RI及其干预措施心肌保护效应的影响应该是目前倡导的转化医学研究的核心和关键内容。本文评述糖尿病、高胆固醇血症、高血压及左心室肥厚和老龄等因素对心肌I／RI及其干预措施心肌保护效应的影响和可能的机制。

1．1糖尿病与心肌I／RI

糖尿病为心肌I／RI的独立危险因素，可改变中性粒细胞的黏附性，引起内皮细胞和单核细胞功能障碍，加重氧化应激和影响心肌的能量代谢，这些病理生理学改变均可加重心肌缺血后的再灌注损伤。大量临床数据显示，与普通人比较，糖尿病患者的心肌对I／RI更为敏感。与正常血糖患者比较，糖尿病患者在发生心肌缺血事件并接受再灌注治疗后，心肌梗死面积更大，并且更易发生充血性心功能衰竭。从而，糖尿病患者急性心肌梗死的近期和远期预后较差。

1．2糖尿病对干预措施心肌保护效应的影响

通常认为缺血预处理是对心肌I／RI最有效的保护性干预措施，而且是目前衡量新型心肌保护干预措施有效性的“金标准”。Gurel等嵋1采用经典I型糖尿病大鼠模型进行离体Langendorff心脏灌注实验，缺血预处理方案为5个循环的缺血5min和再灌注5min，心肌I／RI方案为缺血35min和再灌注30min，结果显示缺血预处理改善正常大鼠心功能的作用在糖尿病大鼠消失。Sasaki等以30周龄的自发性11型糖尿病OtsukaLongEvansTokushimafatty(OLETF)大鼠为研究对象，发现缺血预处理在正常大鼠降低再灌注期间室性心律失常发生率的作用在糖尿病大鼠消失。delValle等M。发现，缺血预处理的心肌保护作用在糖尿病羊模型中明显减弱，并提出胰岛素缺乏所诱发的线粒体ATP敏感性钾通道(mitochondrialATP-sensitivepotassiumchannel，mitoKATp)功能障碍可能是影响缺血预处理心肌保护效应的原因之一。该论点亦得到了临床研究的验证，Ghosh等以糖尿病和非糖尿病患者的右心耳为研究对象，在离体实验中分别通过检测肌酸激酶漏出量和溴化噻唑蓝四氮唑[(3．(4，5-dimethyl-2一thiazolyl)-2，5-diphenyltetrazoliumbromide，MTF)]比色法实验评价细胞损伤情况和细胞活力，结果发现缺血预处理可减轻非糖尿病患者的心肌细胞损伤，但对糖尿病患者的心肌细胞损伤则无保护作用，然而mitoKAw开放剂二氮嗪则具有与缺血预处理相同的作用。此外，研究发现糖尿病可通过失活内皮型一氧化氮合酶(endothelialnitricoxidesynthase，eNOS)，一方面减少一氧化氮(nitricoxide，NO)的生成及其生物利用度，另一方面可刺激过氧化物生成，引起血管内皮细胞功能障碍，抑制内皮细胞依赖的血管反应旧1。由于缺血预处理和缺血后处理的主要心肌保护作用机制包括eNOS激活，因而糖尿病引发的eNOS失活可能是其影响缺血预处理和缺血后处理心肌保护作用的重要原因之一。

氧化应激可导致线粒体功能障碍，是I／RI过程中心肌细胞受损伤的主要机制之一，高血糖状态可促进氧化应激和加重心肌I／RI。四氢生物蝶呤(tetrahydrobiopterin，BH4)是一氧化氮合酶(nitricoxidesynthase，NOS)的关键辅助因子，BH4充足时NOS能催化一精氨酸生成NO，NO具有扩张血管和预防血小板聚集的作用；而当BH4缺乏时，反应产物则为超氧化物。应用BH4进行药物预处理，可通过抑制氧化应激显著减轻正常大鼠的心肌I／RI。Okazaki等发现，BH4药物预处理对糖尿病心肌I／RI大鼠模型仍然有效，通过腹腔注射链脲霉素诱导形成慢性高血糖大鼠模型，并进行离体心脏I／RI实验，与对照组比较，BH4预处理组在心肌I／RI后的超氧化物含量和心肌梗死面积明显减少，左心室功能增强。

高胆固醇血症是高脂血症的一种，在缺血性心脏病患者中十分常见，被认为是引发心血管系统疾病的独立危险因素。流行病学研究显示，血浆胆固醇浓度过高与心肌梗死发生率和病死率增高显著相关。

2．1高胆固醇血症与心肌I／RI

研究显示以胆固醇含量2％的饲料喂养大鼠8周形成高胆固醇血症，可导致I／RI后的心肌梗死面积增大等发现，高胆固醇饮食喂养6周的高胆固醇血症大鼠，其心脏在经历缺血25min和再灌注2h后，心肌梗死面积和心肌细胞凋亡比例明显高于正常大鼠，但是再灌注前应用Na+／Ca2+交换体阻滞剂KB-R则可减轻高胆固醇血症大鼠心肌I／RI。与此不同，其他研究则显示高胆固醇血症并不影响心肌I／RI的结果，甚至可改善心肌对I／RI的耐受力。LeGrand等¨叫在离体心脏灌注实验中发现，高胆固醇饮食(胆固醇含量2％)喂养6周的家兔，缺血前可见其心脏收缩功能与胆固醇正常组相比减弱，但缺血30min和再灌注60min后，两组之间的心功能参数差异无统计学意义。

2．2高胆固醇血症对干预措施心肌保护效应的影响

高胆固醇血症对缺血预处理和缺血后处理心肌保护效应的影响目前尚存在争议。Landim等应用胆固醇含量2％的饮食喂养大鼠8周之后进行在体实验，心肌缺血和再灌注时间分别为30min和2h，缺血预处理为3个循环的缺血3rain和再灌注3min，结果显示缺血预处理可明显减少正常大鼠心肌梗死面积，而对高胆固醇大鼠则无心肌保护作用。一项临床研究对接受冠状动脉成形术的患者进行了观察，手术过程包括冠状动脉内球囊3个循环的扩张和收缩，每次扩张和收缩的时间分别为3min和5min，结果显示血浆胆固醇正常患者在球囊第3次扩张时，心电图ST段抬高程度较前两次明显减弱，即前两次循环作为缺血预处理产生了心肌保护效应，而在高胆固醇血症患者组则未观察到该现象。然而也有研究获得了不同的结论，Donato等采用高胆固醇饮食喂养家兔4周形成高胆固醇血症动物模型，建立Langendorff离体心脏灌注模型，缺血和再灌注时间均为30min，缺血预处理方案为5min缺血和5min再灌注，缺血后处理方案为2个循环的缺血30S和再灌注30S，结果显示，缺血预处理和缺血后处理可使正常组和高胆固醇血症组的心肌梗死面积均明显缩小，并且缺血后处理的心肌保护效应可被腺苷A1受体拮抗剂8．环戊烷基一1，3．二丙基黄嘌呤和mitOKATp拮抗剂格列本脲消除，提示缺血后处理的心肌保护作用可能是通过A1受体和ATP敏感性钾通道实现的。

目前尚不清楚上述实验结果不一致的确切原因，但可能与不同实验在选用动物种类、高胆固醇血症持续时间和严重程度方面的差异有关，例如一些实验模型存在严重动脉粥样硬化和肝功能变化等，这些因素反过来可影响高胆固醇血症的复杂病理生理学以及心脏对I／RI的适应能力。

2．3高胆固醇血症影响干预措施心肌保护效应的可能机制

NO是调节血管内皮细胞功能的重要物质，高胆固醇血症时BH4缺乏以及eNOS表达下调等所引发的NO生成减少是缺血预处理和缺血后处理在高胆固醇血症动物模型丧失其保护作用的可能机制之一。缺血预处理可减少过氧化亚硝酸盐(peroxynitrite，ON00一)形成，而高胆固醇血症则可增加ON00一，提示高胆固醇血症时ON00一生成增多可能是其抑制缺血预处理心肌保护效应的机制。此外，研究显示高胆固醇血症可抑制mitoKA口开放，而mitOKATp开放是缺血预处理和缺血后处理产生心肌保护作用的重要机制之一。因此，高胆固醇对mitoKA口的抑制作用可能是其消除干预措施心肌保护效应的机制，但其具体的信号转导通路目前尚不清楚，需要进一步研究。

高血压是常见病，据估计全球大约十亿人罹患高血压，45岁及以上人群的患病率超过50％，并且每年大约造成万人死亡。左心室肥厚是高血压最具特征性的心脏改变之一，大量研究资料显示左室肥厚是一个独立的心血管疾病危险因子，一些主要心脏病的发病率和病死率均可因左室肥厚而增加，它也是心血管疾病患者病死率和病残率增加的独立预测因子。同时，高血压与动脉粥样硬化、心功能衰竭、心肌梗死等密切相关。

3．1高血压和左心室肥厚与心肌I／RI

高血压可加速冠状动脉粥样硬化的病程，而左心室肥厚与心肌血管重塑相关联，并可影响冠状动脉的舒张能力，从而减少心肌毛细血管血流量和冠状动脉血流储备。此外，冠状动脉狭窄、血管内皮细胞功能障碍、能量代谢改变等也减弱心脏对缺血的耐受力。全心缺血时，伴有左心室肥厚的高血压大鼠的心脏出现僵直性收缩的时间更早，并且程度更严重。全心I／RI期间，左心室肥厚心脏的收缩功能恢复更慢，并可释放更多的乳酸脱氢酶和肌酸激酶，提示心脏对I／RI的易感性增高。

3．2高血压和左心室肥厚对予预措施心肌保护效应的影响

Boutros和Wang以高血压大鼠(实验开始时平均血压mmHg)(1mmHg=0．kPa)作为研究对象，以正常SD大鼠(实验开始时平均血压mmHg)作为对照，采用Langendorff离体心脏灌流系统进行实验，离体过程中灌注压均为80mmHg，缺血预处理为2个循环的缺血5min和再灌注10rain，缺血再灌注过程为缺血25min和再灌注30min。结果显示，缺血预处理对高血压大鼠仍具有心肌保护作用，可有效改善心肌I／RI过程中左心室舒张末压和冠状动脉血流。Speeehly-Dick等采用经典内分泌型高血压大鼠模型进行在体实验，结果发现，与正常对照组比较，缺血预处理在高血压大鼠亦可显著减少心肌梗死面积和室性心律失常发生率。近年来，Rajesh等通过在伴有左心室肥厚的腹主动脉缩窄型高血压大鼠进行在体心肌I／RI研究发现，缺血预处理减少心肌梗死面积的作用与对照组相同。在应用mitoKⅣ肿抑制剂格列本脲或5一羟基癸酸盐后，缺血预处理对左室肥厚心肌的保护作用消除，提示mitOKATp可能参与了缺血预处理对肥厚心肌I／RI的保护作用。

研究证实，对于尚处于代偿期的压力负荷性左心室肥厚，缺血预处理仍具有完整的心肌保护效应。但是如果高血压状态持续时间过久，在失代偿期之前即可影响缺血预处理对心肌I／RI的保护作用。Ebrahim等在Langendorff离体灌注实验中发现，缺血预处理可减少3月。4月龄高血压大鼠I／RI后的心肌梗死面积，而且此心肌保护作用与血压正常相同月龄的大鼠比较，差异无统计学意义；在7月～8月龄的高血压大鼠也有相同的心肌保护作用；但是在11月～13月龄高血压大鼠上该心肌保护作用则消失。但Dai等以24月龄Wistar-Kyoto大鼠和18月龄的自发性高血压大鼠作为研究对象进行在体心肌I／RI实验，结果显示缺血预处理对血压正常大鼠和高血压大鼠均具有明显的心肌保护作用。以上两项研究结果的不一致可能是由于缺血预处理强度差异所致，前一项研究以2个循环缺血和再灌注(各5rain)作为缺血预处理方案，后一项研究则实施了3个循环的缺血和再灌注。高血压对缺血后处理心肌保护作用的影响可能较大。Wagner等采用10周～12周正常血压的WKY大鼠和高血压大鼠作为研究对象，通过在体心肌I／RI实验发现，缺血后处理可减少正常血压大鼠的心肌梗死面积，并增加心肌组织非活性磷酸化糖原合成激酶-3B(glycogensynthasekinase-3p，GSK-3p)表达，然而缺血后处理的这两个有益作用在高血压大鼠中则消失。

3．3高血压和左心室肥厚影响干预措施心肌保护效应的可能机制

磷酸肌醇3激酶／蛋白激酶B(phosphotylinosital3kinase／proteinkinaseB，P13I(／Akt)构成的促生存蛋白激酶级联反应是再灌注损伤救援激酶途径的重要组成部分，这一信号转导通路是抑制各种应激反应的生存因子，能够保护心肌免受致命性I／RI。已经证实，P13K／Akt信号转导通路激活可通过抑制促凋亡蛋白表达和抑制线粒体膜通透性转换孔(mitochondrialpermeablitytransitionpore，mPTP)开放等多种机制而获得心肌保护作用。第10号染色体同源缺失性磷酸酶一张力蛋白基因(geneofphosphateandtensionhomologydeletedonchromsometen，PTEN)是一种具有双特异磷酸酶活性的抑癌基因，PTEN基因编码的蛋白具有脂质磷酸酶的活性，可通过使3，4，5一三磷酸磷脂酰肌醇去磷酸化而阻断P13K／Akt信号转导通路。在压力超负荷的心肌肥厚动物模型和血管紧张素Ⅱ诱导的新生大鼠心肌细胞肥大模型，均发现肥厚心肌中存在PTEN基因表达上调。GSK-是Akt的下游激酶，P13K／Akt信号转导通路活化可抑制下游的GSK．3B。P13K／Akt信号转导通路激活后，Akt通过磷酸化GSK．3B第9位的丝氨酸而使其转化为非活性形式，抑制GSK一3p功能。在一些动物实验中，为了排除神经体液调节对研究结果的影响，研究者采用Langendorff离体心脏灌流系统，以9周～11周龄的SD大鼠为研究对象，发现与正常组(灌注压80cmH：O)(1cmH：O=0．kPa)比较，压力负荷增高(灌注压cmH20)，可增加I／RI后的心肌梗死面积，同时可观察到非活性磷酸化GSK3[3表达水平降低、氧化应激加重、钙离子超载等以及由此所引发的mitOKATv开放。

4．1老龄与心肌I／RI

老龄的特征性表现为心脏收缩和舒张功能减退，氧化应激是导致这些问题的主要原因。老龄个体心脏氧化应激加重的原因包括：①血管紧张素型受体表达上调，以及由此所引发的还原型辅酶Ⅱ氧化酶的激活；②心肌单胺氧化酶A活性增高；③线粒体氧自由基形成增多，抗氧化能力降低。

氧化应激水平增高可导致蛋白质、脂质和DNA氧化，在一定程度上可引起心肌收缩功能障碍。线粒体氧化性损伤和线粒体Ca2+超载可增加线粒体通透性，导致细胞色素C释放，而线粒体释放细胞色素C则是细胞程序性死亡的关键步骤。研究发现，随年龄增加左心室凋亡心肌细胞的比例明显升高，纤维化范围明显扩大。此外，老龄个体心肌细胞线粒体膜电位降低，可导致ATP生成减少。这些因素均造成老龄个体心肌对I／RI的耐受性降低。

4．2老龄对干预措施心肌保护措施效应的影响

缺血预处理对老龄个体的心肌保护作用目前尚存在争议。在体实验显示，缺血预处理的心肌保护效应在12月一18月龄老年大鼠模型上消失。Lee等在临床研究中将实施经皮冠状动脉血管成形术的患者分为低龄组(平均年龄45岁)和老龄组(平均年龄71岁)，发现术前闭塞冠状动脉S作为缺血预处理可减少低龄组患者在随后缺血期的心电图ST段抬高、胸痛评分指数和心肌乳酸水平升高，但该效应在老龄组患者中则未出现；然而当冠状动脉闭塞时间延长至S时，老龄组亦可观察到一定程度的心肌保护效应；提示缺血预处理诱导的心肌保护效应在老龄心脏上的消失可能是由信号级联反应减弱所致，而增强预处理刺激强度则可改善这一状况。适当的锻炼，尤其是耐力锻炼，可提高低龄和老龄动物心脏对I／RI的耐受力，可能的相关机制包括心肌热休克蛋白的诱发生成、心肌抗氧化能力的提高和其他心脏保护蛋白增多等。

Kwak等在大鼠研究中发现，12周锻炼可减少老龄所致的左心室心肌细胞凋亡比例增加，并能维持凋亡与抗凋亡蛋白(Bax／Bcl-2)比率的平衡。Abete等发现，缺血预处理可改善6个月低龄大鼠I／RI时的左心室收缩功能障碍，该保护效应在无活动的24月老龄大鼠消失，但是在有锻炼(游泳)的老龄大鼠则仍然存在。临床研究也有类似发现，心绞痛对随后心肌梗死的保护作用在无活动的老龄患者中消失，而在平时经常活动的老龄患者则存在。

Boengler等在缺血后处理的相关研究中发现，在心肌缺血30min后实施3个循环的缺血10S和再灌注10s的缺血后处理，可减少小于3月低龄小鼠的心肌梗死面积，但是对大于13个月的老龄小鼠则无此保护效应，然而增强缺血后处理刺激至5个循环后，其心肌保护效应在老龄小鼠中部分恢复。总体上讲，老龄所引发的相关改变可导致干预措施的心肌保护作用减弱或消失。增强干预措施的刺激强度在一定程度上可改善这一状况。锻炼可缓解老龄对干预措施心肌保护效应的影响。

4．3老龄影响干预措施心肌保护效应的可能机制

在老龄动物的实验研究发现，无论是否伴有高胆固醇血症和糖尿病，缺血预处理的心肌保护作用均明显减弱，但是同时应用保护线粒体功能的干预措施则可恢复缺血预处理的心肌保护作用，并且应用eNOS关键辅助因子BH4或亚硝酸盐能够恢复血管反应，提示线粒体功能和eNOS活性降低是老龄导致缺血预处理心肌保护作用减弱的重要环节。Huhn等睇列在22周～24周龄老年大鼠的研究中发现，氙预处理对心肌I／RI保护作用的消失主要是蛋白激酶调节作用的改变。Przyklenk等在22周．24周龄老年大鼠的研究中发现，由于促丝分裂原激活的蛋白激酶磷酸酶1活性的年龄相关性降低及其所致的细胞外信号调节激酶磷酸化缺失，缺血后处理对心肌I／RI的保护作用明显减弱。

综上所述，心肌I／RI及其干预措施的保护作用在不同程度上均受到诸如糖尿病、高胆固醇血症、高血压、左心室肥厚和老龄等缺血性心肌病常见相关危险因素的影响，通过进一步深入研究，揭示其内在的相关机制，将有利于心肌保护药物的研发，并对临床治疗心肌I／RI产生指导作用。

参考文献（略）

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