心肌缺血再灌注損傷和心肌缺血預(yù)處理

1、心肌缺血/再灌注損傷和心肌缺血預(yù)處理    一、心肌的代謝特點 心臟是一個機(jī)械作功的器官，這就決定了它具有高耗能、高耗氧、高代謝率的特點。心肌的氧攝取率高達(dá)70%，當(dāng)心肌耗氧增加時，再提高氧攝取率的潛力很小，需靠擴(kuò)張冠脈、增加血流量以增加氧的供應(yīng)。任何造成心臟耗氧增加和/或供氧減少的因素都影響心臟作功。心肌有氧氧化的能力強(qiáng)而耐缺氧能力差。正常情況下，心肌的代謝基本上全是需氧的。代謝物（底物）的氧化不斷地為心肌作功提供高能磷酸鍵；當(dāng)氧供應(yīng)受限時，則通過刺激無氧糖酵解產(chǎn)能。產(chǎn)能的場所主要在線粒體，耗能過程主要用于肌動蛋白和肌球蛋白的結(jié)合以及各種離子泵的活動。

2、 二、心肌缺血引起的代謝變化 （一）產(chǎn)能減少：心肌缺血使心肌組織氧供減少，線粒體氧化磷酸化減弱，ATP生成減少。盡管無氧糖酵解加強(qiáng)，但產(chǎn)能效率低。心肌的能量代謝狀態(tài)與心肌缺血損傷程度有直接關(guān)系，當(dāng)缺血心肌ATP含量在正常的35%以上時，缺血性損傷是可逆的；當(dāng)ATP含量降至正常的20%，則產(chǎn)生不可逆性缺血性損傷。 （二）細(xì)胞內(nèi)酸中毒：心肌缺血時糖酵解加強(qiáng)，乳酸生成增多；CO2的蓄積可轉(zhuǎn)化為H2CO3；ATP分解過程中產(chǎn)生H+；Ca2+與線粒體內(nèi)磷酸根結(jié)合釋放H+。這些變化均可使細(xì)胞內(nèi)H+濃度升高。 （三）細(xì)胞內(nèi)鈣超載：下列因素可造成細(xì)胞內(nèi)鈣超載。 1心肌缺血時氧供和氧化底物均減少，則ATP生成減

3、少，使各離子泵（包括鈣泵）的功能減弱，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度（Ca2+i）增加。 2細(xì)胞內(nèi)酸中毒啟動Na+-H+交換，以減輕酸中毒程度；但同時細(xì)胞內(nèi)Na+濃度的升高又激活Na+-Ca2+交換，導(dǎo)致Ca2+i升高。 3缺血時兒茶酚胺釋放增加，通過細(xì)胞膜上的a、b受體激活Ca2+通道，使Ca2+內(nèi)流增加；同時還刺激肌質(zhì)網(wǎng)釋放Ca2+。二者使Ca2+i升高。 （四）自由基生成：缺血、缺氧時ATP代謝產(chǎn)物（ AMP和次黃嘌呤）堆積；同時，細(xì)胞內(nèi)鈣超載，激活Ca2+依賴性蛋白水解酶，使黃嘌呤脫氫酶(XD)變構(gòu)成黃嘌呤氧化酶（XO）。在再灌注恢復(fù)血供時，XO就能催化次黃嘌呤產(chǎn)生大量超氧陰離子。在缺血引起心

4、肌損害的因素中，自由基不起主要作用。 （五）細(xì)胞膜通透性增加：心肌缺血時，脂肪酸氧化受阻，使游離脂肪酸、脂酰CoA及脂酰肉毒堿等堆積，它們均可使膜通透性異常增加，造成細(xì)胞內(nèi)酶和小分子物質(zhì)外漏，K+ 外流、Ca2+ 內(nèi)流，膜內(nèi)外原有的離子濃度差變小。 三、心肌缺血/再灌注損傷 （一）概念：缺血心肌在恢復(fù)血流后引起心肌超微結(jié)構(gòu)、功能、代謝及電生理方面的的進(jìn)一步損害叫做心肌缺血/再灌注損傷（Ischemia/reperfusion injury, IRI）。 （二）發(fā)生機(jī)制： 1能量代謝障礙：缺血造成的細(xì)胞膜通透性增加和離子泵的功能減退導(dǎo)致再灌注后細(xì)胞內(nèi)水腫和鈣超載加重。再灌注后使再合成ATP的物質(zhì)

5、基礎(chǔ)（如腺苷、肌苷、次黃嘌呤等）丟失，ATP合成在短時間內(nèi)不能恢復(fù)。 2自由基大量生成：（1）黃嘌呤氧化酶源性氧自由基的形成增多；（2）中性粒細(xì)胞源性氧自由基生成增加；（3）線粒體源性氧自由基生成增加；（4）兒茶酚胺分泌增多，兒茶酚胺氧化能產(chǎn)生具有細(xì)胞毒性的氧自由基；（5）體內(nèi)清除自由基能力下降：正常體內(nèi)存在抗氧化系統(tǒng)，主要有SOD、過氧化氫酶（CAT）、谷胱甘肽過氧化物酶（GSH-PX）。這些酶類將正常產(chǎn)生的自由基分解代謝掉。但在IRI時，體內(nèi)抗氧化酶類和抗氧化劑被大量消耗，使自由基清除不足，最終造成自由基增多。自由基的增多損傷生物膜，使酶活性降低，引起細(xì)胞內(nèi)Ca2+超載，誘導(dǎo)炎性介質(zhì)產(chǎn)生。

6、IRI時，自由基生成增多和細(xì)胞內(nèi)鈣超載兩者互為因果。 3鈣超載： （1）原因：生物膜受損，細(xì)胞膜通透性增加：缺血缺氧時細(xì)胞膜的損傷為再灌注時Ca2+的內(nèi)流創(chuàng)造了條件。缺血缺氧引起的細(xì)胞內(nèi)酸中毒，再灌注時通過H+-Na+交換和Na+-Ca2+交換而使Ca2+i 增加。線粒體功能障礙：IRI時產(chǎn)生的氧自由基可破壞線粒體結(jié)構(gòu)和功能，ATP生成減少，肌膜和肌漿網(wǎng)鈣泵功能障礙，造成Ca2+i 增加。 （2）鈣超載引起IRI的機(jī)制：線粒體ATP生成減少，造成細(xì)胞能量供應(yīng)嚴(yán)重不足；細(xì)胞內(nèi)游離鈣增加，使Ca2+與鈣調(diào)蛋白（CaM）結(jié)合增多，激活鈣依賴性蛋白水解酶如磷脂酶、蛋白酶、核酸內(nèi)切酶等，激活的磷脂酶水解

7、生物膜磷脂，導(dǎo)致細(xì)胞膜及細(xì)胞器膜受損；蛋白水解酶和核酸內(nèi)切酶的活化可引起細(xì)胞骨架和核酸的分解。因此，細(xì)胞內(nèi)游離鈣增加，可使肌纖維攣縮和斷裂，損傷（或破壞）生物膜和細(xì)胞骨架。鈣超載使鈣依賴性蛋白水解酶激活，促使XD轉(zhuǎn)變?yōu)閄O，使自由基生成增加，損害心肌。另外，鈣依賴性磷脂酶A2的激活，使花生四烯酸（AA）生成增加，后者通過環(huán)氧化酶和脂加氧酶作用產(chǎn)生大量H2O2和羥自由基。 四、心肌缺血預(yù)處理及其作用機(jī)制 （一）心肌缺血預(yù)處理的概念和特點 1986年Murry等人首先報道了心肌缺血預(yù)處理（ischemicpreconditioning，IPC）現(xiàn)象。他們在狗實驗中阻斷冠脈左旋支5min，再灌注5m

8、in，反復(fù)4次，然后再阻斷40min，再灌注3h，心肌壞死面積比對照組（阻斷40min后持續(xù)再灌注）明顯減少，心功能改善，心律失常發(fā)生率降低，自由基的形成減少，心肌超微結(jié)構(gòu)的損害減輕。 1IPC定義 反復(fù)多次的短暫心肌缺血對隨后更長時間的心肌缺血/再灌注損傷有保護(hù)作用，能提高心肌對缺血的耐受性。因此，預(yù)處理是指預(yù)先給予某種損傷性刺激，以提高心肌細(xì)胞自身抗損傷的耐受性或適應(yīng)性。 2IPC保護(hù)作用的特點 （1）普遍性：預(yù)先給機(jī)體或器官、細(xì)胞某種損害性刺激，使受損傷的器官（如心臟）產(chǎn)生耐受性或適應(yīng)性。預(yù)處理效應(yīng)是生物界存在的一種普遍規(guī)律。 （2）非特異性：盡管預(yù)處理辦法各不相同，但其保護(hù)作用及其機(jī)制

9、是相似的。 （3）保護(hù)作用的時段性：早期IPC持續(xù)約13h（豬約1h，狗和兔約2h）；延遲階段的IPC作用在24h后出現(xiàn)，可持續(xù)數(shù)小時、數(shù)天或者更長；延遲階段多稱作延遲性預(yù)處理（delayed preconditioning），亦稱為“保護(hù)作用的第二窗口”。參與這二個階段的機(jī)制不同，但彼此間存在一定的聯(lián)系；沒有早期階段的保護(hù)作用，不可能發(fā)生隨后延遲階段的保護(hù)作用。早期IPC產(chǎn)生迅速而短暫，此期的機(jī)制可能是:腺苷受體通過蛋白激酶C（PKC）激活KATP通道；內(nèi)皮源性一氧化氮合酶（eNOS）表達(dá)增加而使cGMP水平上升，后者導(dǎo)致預(yù)處理器官反應(yīng)性充血而發(fā)揮其早期保護(hù)作用。延遲IPC起效緩慢而持久，此期特點在于有大量基因表達(dá)