心肌缺血再灌注損傷和心肌缺血預處理

1、心肌缺血/再灌注損傷和心肌缺血預處理    一、心肌的代謝特點 心臟是一個機械作功的器官，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70%，當心肌耗氧增加時，再提高氧攝取率的潛力很小，需靠擴張冠脈、增加血流量以增加氧的供應。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；當氧供應受限時，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，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系，當缺血心肌ATP含量在正常的35%以上時，缺血性損傷是可逆的；當ATP含量降至正常的20%，則產(chǎn)生不可逆性缺血性損傷。 （二）細胞內(nèi)酸中毒：心肌缺血時糖酵解加強，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)磷酸根結合釋放H+。這些變化均可使細胞內(nèi)H+濃度升高。 （三）細胞內(nèi)鈣超載：下列因素可造成細胞內(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，導致細胞內(nèi)Ca2+濃度（Ca2+i）增加。 2細胞內(nèi)酸中毒啟動Na+-H+交換，以減輕酸中毒程度；但同時細胞內(nèi)Na+濃度的升高又激活Na+-Ca2+交換，導致Ca2+i升高。 3缺血時兒茶酚胺釋放增加，通過細胞膜上的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)變構成黃嘌呤氧化酶（XO）。在再灌注恢復血供時，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：缺血心肌在恢復血流后引起心肌超微結構、功能、代謝及電生理方面的的進一步損害叫做心肌缺血/再灌注損傷（Ischemia/reperfusion injury, IRI）。 （二）發(fā)生機制： 1能量代謝障礙：缺血造成的細胞膜通透性增加和離子泵的功能減退導致再灌注后細胞內(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（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。 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，引起細胞內(nèi)Ca2+超載，誘導炎性介質(zhì)產(chǎn)生。

6、IRI時，自由基生成增多和細胞內(nèi)鈣超載兩者互為因果。 3鈣超載： （1）原因：生物膜受損，細胞膜通透性增加：缺血缺氧時細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構和功能，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的機制：線粒體ATP生成減少，造成細胞能量供應嚴重不足；細胞內(nèi)游離鈣增加，使Ca2+與鈣調(diào)蛋白（CaM）結合增多，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，導致細胞膜及細胞器膜受損；蛋白水解酶和核酸內(nèi)切酶的活化可引起細胞骨架和核酸的分解。因此，細胞內(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、心肌缺血預處理及其作用機制 （一）心肌缺血預處理的概念和特點 1986年Murry等人首先報道了心肌缺血預處理（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，心肌超微結構的損害減輕。 1IPC定義 反復多次的短暫心肌缺血對隨后更長時間的心肌缺血/再灌注損傷有保護作用，能提高心肌對缺血的耐受性。因此，預處理是指預先給予某種損傷性刺激，以提高心肌細胞自身抗損傷的耐受性或適應性。 2IPC保護作用的特點 （1）普遍性：預先給機體或器官、細胞某種損害性刺激，使受損傷的器官（如心臟）產(chǎn)生耐受性或適應性。預處理效應是生物界存在的一種普遍規(guī)律。 （2）非特異性：盡管預處理辦法各不相同，但其保護作用及其機制

9、是相似的。 （3）保護作用的時段性：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處理（delayed preconditioning），亦稱為“保護作用的第二窗口”。參與這二個階段的機制不同，但彼此間存在一定的聯(lián)系；沒有早期階段的保護作用，不可能發(fā)生隨后延遲階段的保護作用。早期IPC產(chǎn)生迅速而短暫，此期的機制可能是: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）表達增加而使cGMP水平上升，后者導致預處理器官反應性充血而發(fā)揮其早期保護作用。延遲IPC起效緩慢而持久，此期特點在于有大量基因表達