|
（本文作者：天津中医药大学附属北辰中医医院 吴克俭）
1986 年Murry 等提出心肌缺血预适应(ischemic precon－ditioning , IP) 概念,观察到预先一次或反复短时间缺血,可以使心肌在其后长时间缺血中得到保护,主要是心肌对其有较好的耐受能力,延缓心肌细胞死亡。其机制与缩小缺血后坏死面积、减轻心功能障碍和降低心律失常发生率相关。IP 之后1 h～3 h内出现的保护作用为“第一窗口预适应”或称“早期保护”。实验早期保护指给予缺血1 次～4 次,每次2 min～10 min 刺激,数分钟内产生的保护效应,可持续1 h～3 h。早期IP 消失后24 h～72 h 再度出现的为“第二窗口预适应”或称“延迟保护”,可持续3 d～4 d。除缺血外,化学损伤等也可引起机体普遍适应现象。一些药物也可以引发预适应。国内外多数研究认为,该机制打破了人们对心肌缺血损伤的传统认识,从对细胞直接保护的研究转向对内源性保护机制的重视。心肌缺血再灌注后氧自由基生成增多,细胞内钙超载,消耗能量,去甲肾上腺素分泌增多,并且出现细胞凋亡等。这些因素都会直接或间接造成心肌细胞损害。IP 可以通过对上述因素的拮抗作用达到保护心肌细胞的作用。
1 缺血预适应的机制研究
1. 1 内源性保护的作用机制 反复短暂的缺血(预处理) 将引起某些内源性介质的释放(腺苷、去甲肾上腺素、缓激肽、前列环素等) 通过G蛋白与细胞膜受体或膜通道相偶联,经蛋白激酶C(PKC) 等细胞内信号传递系统的传导,引起某些蛋白或酶的表达与激活,产生细胞保护作用。这就是所谓的触发物质－中介物质－效应物质途径。IP 保护作用的诱因包括缺血、缺氧、起搏、热预适应及外源性药物等,而内源性保护物质主要分为前述的触发物质、中介物质和效应物质3 个部分。触发物质、中介物质包括腺苷、缓激肽、去甲肾上腺素、降钙素基因相关肽(CGRP) 、血管紧张素Ⅱ、内啡肽、内皮素( ET) 等多种内源性物质,其释放后分别作用于心肌中与G蛋白耦联的相应受体,进而激活PKC ,启动细胞保护作用机制;效应物质涉及三磷腺苷(ATP) 敏感的钾通道,金属硫蛋白(MT) 、热休克蛋白( HSP) 、丝裂素活化蛋白激酶(MAPK) 、一氧化氮(NO) 等,并涉及细胞凋亡、心肌细胞内钙超载、自由基生成和细胞原癌基因的表达等,其中最关键的环节是诱导了内源性保护蛋白的产生和细胞信号转导通路活化所致的基因和蛋白表达的变化。目前认为重要的内源性保护物质有以下几种。
1. 1. 1 诱导型一氧化氮合酶(iNOS) 短暂缺血后,iNOS 激活生成NO ,NO 与再灌注产生的活性氧成分(ROS) 生成氧化亚硝酸盐,然后经一系列变化最后引起iNOS 基因转录。
1. 1. 2 MT MT 是富含重金属离子和巯基的非酶类应激蛋白,有很强的抗应激、稳定细胞膜、维护细胞钙稳态、清除氧自由基等功能,且具有可诱导性。外源性给予MT 或诱导内源性MT 产生可减轻多种心血管损伤。MT 的心肌保护机制主要有: ①MT 具有持续的抗氧化作用,抑制脂质过氧化;参与心肌细胞的修复,显著减轻心肌缺血后再灌注造成的心肌损伤。②抑制细胞脂膜Na + 、Ca2 + 交换及细胞内钙超载。③膜稳定作用。MT 与其他内源性保护蛋白的综合作用是预适应的重要机制。
1. 1. 3 HSP 应激因素可使HSP 基因激活,表达增加,以提高组织对随后刺激的耐受性。其表达增加与心肌IP 所致的延迟保护作用密切相关。心肌HSP 的含量与持续缺血再灌注后的心肌梗死面积缩小密切相关。
1. 1. 4 超氧化物歧化酶(SOD) SOD 是一种有较强清除氧自由基能力的金属酶,位于线粒体的SOD 在IP 延迟期保护中有重要作用,细胞因子白介素21 ( IL21) 以及热应激所诱导的延迟保护也与SOD 有关。
1. 1. 5 MAPK MAPK 属于酪氨酸激酶系统。近年来发现MAPK系统是细胞外信号(缺血、缺氧、细胞因子等) 引起基因转录表达的核反应的共同通路, 并发现缺血预适应可诱导MAPK激活。MAPK可能是在缺血预适应早、晚期发挥重要作用的内源性保护蛋白。
1. 2 缺血预适应的基因研究 王建设等通过对大鼠心肌缺血预适应相关基因5 (MIP5) 的克隆与特性分析,认定心肌缺血预适应相关基因5 为一与大鼠心肌缺血预适应相关的新基因。采用生物信息学分析表达序列标签AW918640 (基因银行登录号) 以获得其所代表基因的全长序列,并对该基因进行初步特性分析。利用基因银行数据库,通过BLAST 比对等生物信息学方法进行电子克隆,采用反转录聚合酶链反应和基因测序技术鉴定,用Mapviewer 软件进行染色体定位, ExPASy 和SMART软件对获得的全长基因进行翻译和蛋白质功能结构分析。结果AW918640 为一个在大鼠心肌缺血预适应后3 h 表达升高的表达序列标签序列,通过电子克隆得到其所代表基因的全长,且为一新基因,经反转录聚合酶链反应和基因测序证实后,将其命名为心肌缺血预适应相关基因5 ,并在基因银行数据库上登录,登录号为A Y553870 。心肌缺血预适应相关基因5 最大开放读码框为909bp ,编码302 个氨基酸,含有6 个kelch 重复基序。
1. 3 离子通道与缺血预适应 多种机制可以通过影响离子通道产生缺血预适应。已证实川芎嗪具有阻滞心肌细胞钙内流的作用,可以减轻心肌钙超载,扩张冠状动脉。孔旭黎等观察川芎嗪对豚鼠心室乳头肌慢内向电流具有双重作用,即低浓度抑制,高浓度增强。对成年大鼠心室肌L－型钙通道电流也具有明显的抑制作用,且呈浓度依赖性和电压依赖性,其机制可能为川芎嗪以高亲和力与失活状态的钙通道结合而发挥效应。
1. 4 药理性预适应 药理性预适应(pharmacological ischemicpreconditioning ,PIP) 即用药物替代缺血刺激产生缺血预适应样保护。PIP 最初是应用某些活性物质代替缺血刺激。已经发现多种药物可通过促进内源性活性物质释放或直接触发组织细胞内源性抗损伤机制而产生预适应样心肌保护作用。但是已经发现的这类药物往往具有各种难以克服的缺点,为此国内学者探索了中药的药理性预适应研究。已经发现多种活血化瘀药物具有这种作用。
1. 5 缺血预适应与侧支循环相关 缺血预适应可能与慢性侧支循环形成有关。长期而缓慢的心肌缺血过程可以促使心肌逐渐形成侧支循环,从而当再次遇到冠状动脉堵塞时,可以通过已经形成的侧支循环系统达到缩小心肌梗死面积的结果。人类心肌侧支循环形成时间往往需要1 周～4 周。
2 心肌梗死与缺血预适应
2. 1 心肌梗死溶栓后缺血预适应的观察 肖帅真等将57例急性心肌梗死患者分为缺血预适应组(24 h 内无心绞痛发作) 和对照组进行溶栓治疗后观察,发现两组再灌注心律失常发生率、住院期间严重心律失常发生率、梗死后心绞痛发生率及射血分数均具有统计学意义( P<0. 05) 。两组肌酸激酶同工酶(CK－MB) 峰值、心力衰竭发生率及心源性休克发生率均无统计学意义( P > 0. 05) 。提示缺血预适应可以保护心脏,减少心律失常,改善心力衰竭,但是观察发现对心肌梗死面积没有显著影响。所以,认为心肌梗死后及时进行溶栓等血管再通治疗远远优于缺血预适应。王清国等的观察发现与上述观察不同点在于,梗死前有心绞痛的患者CK－MB 峰值明显低于对照组,表明在心肌梗死出现前心绞痛能减轻心肌损害的程度,缩小梗死面积。
2. 2 急性非ST 段抬高性心肌梗死 急性非ST 段抬高性心肌梗死患者的多支冠状动脉及冠状动脉严重狭窄病变多,发作前多已有缺血预适应和侧支循环开放,这是心肌梗死形成非ST段抬高的主要原因,也决定了非ST 段抬高性心肌梗死患者的临床特征。柏太柱等分析了选择冠状动脉造影资料与临床资料完整的急性非ST 段抬高性心肌梗死83 例,以及同期急性ST 段抬高性心肌梗死109 例。结果显示急性非ST 段抬高性心肌梗死患者单支病变较ST段抬高性心肌梗死患者少( P <0. 05) 。
2. 3 缺血预适应对ST 段抬高性心肌梗死介入治疗后的影响 曹凤兰等对98 例ST 段抬高性心肌梗死患者按照发病前是否存在心绞痛发作分为缺血预适应组和无缺血预适应对照组。对所有患者行经皮冠状动脉介入治疗( PCI) ,术后观察发现缺血预适应组的无再流现象、CK2MB 峰值和肌钙蛋白含量均少于无缺血预适应组。说明梗死前心绞痛产生缺血预适应,能延迟心肌细胞坏死,缩小心肌梗死范围,保护心功能,减轻左心室重构。
3 药理性缺血预适应
3. 1 阿片类物质与缺血预适应 1995 年, Schultz 等首次报道了阿片类物质参与心肌IP。后续实验证实阿片类物质,尤其δ阿片受体激动剂能模拟IP ,缓解心肌梗死疼痛,缩小梗死范围,降低心律失常发生率,发挥心肌保护作用。Sigg 等发现,非选择性δ受体激动剂D－pen－2 ,5－脑啡肽或选择性δ－ 受体激动剂δ啡肽－D 均能缩小实验猪心肌梗死范围。Fryer 等在1999 年首次证实, IP 的延迟相心脏保护作用同样有阿片类物质的参与。他们在给在体大鼠注射TAN－67 在24 h 和48 h后观察到,经TAN－67 预处理组大鼠心肌梗死范围显著缩小,并发现72苯亚甲基纳曲酮能阻断TAN－67 预处理的心肌保护作用,提示阿片类物质同样参与了IP 诱导的延迟相心肌保护过程。
3. 2 格列本脲和格列美脲对IP 的影响 格列美脲明显抑制了IP 减少心肌梗死面积的作用,其结果近似于单纯缺血组,这一结论与格列美脲对IP 有不利影响的普遍观点相符,也已在很多动物中得到验证。KATP通道开放能导致细胞膜超极化和动作电位时间缩短。上述作用与钙内流降低有关,使心肌发生节能效益,并能保护心肌免于缺血时钙超载所致的不可逆损害。格列本脲属于KATP通道抑制剂,能完全取消IP 的心肌保护作用(心肌IP 由KATP介导) 。
Yellon 等在实验中发现单用格列本脲和单纯缺血组相比并不增加梗死面积,但在IP 过程中用格列本脲灌流会消除IP 的保护作用( P < 0. 05) 。说明格列本脲的心血管副反应主要是通过对IP 的抑制导致的。在正常大鼠, 间隔4 min 静脉2 次给药, 剂量均为2 0mg/ kg ,格列本脲明显引起大鼠心肌缺血导致的心电图改变,而格列美脲却无此表现;在糖尿病大鼠,心电图出现明显改变后格列本脲导致了致死性心源性休克,而格列美脲仅在20 %的动物中有此表现。在人冠脉球囊扩张术中,格列美脲不影响心肌IP 的保护作用,而格列本脲却有影响。格列美脲对IP 的保护作用无明显影响( P > 0. 05)。这些证据都表明,格列美脲对心血管的影响弱于格列本脲。
3. 3 麻醉药缺血预处理与IP 的关联 麻醉药可模拟IP。通过延缓、减小心肌梗死面积和提高心肌收缩功能的恢复,起到保护心脏免受缺血和再灌注损伤的作用,称之麻醉药预处理(anes－thetic－induced preconditioning ,APC) 。APC 的心肌保护作用可持续到麻醉药撤药之后,其机制主要包括触发物质－中介物质激应因子两大环节,每个环节涉及多种物质和信号传导并相互影响。
多项研究表明氟烷、安氟醚、异氟醚、七氟醚在多种种属动物实验中可增强缺血后心肌功能,增加冠脉流量及减少心肌梗死面积。Li 等在离体大鼠心肌缺血再灌注损伤模型上比较七氟醚与异氟醚的心肌保护作用时,发现异氟醚与七氟醚预处理组分别使左室收缩力恢复到基础值的42. 3 %、23. 3 %。彭章龙等对新西兰兔模型研究,分别吸入1. 5 MAC 异氟醚、地氟醚和七氟醚20 min 继之10 min 药物排出。然后阻断实验兔左冠状动脉前降支缺血50 min ,开放再灌注120 min ,结果显示异氟醚、地氟醚、七氟醚和G+ 地氟醚(地氟醚预处理前10 min 静脉注射非选择性KATP通道阻断剂Glibenclamide) 各组,分别缩小心肌梗死范围的31. 7 %、41. 3 %、47. 2 %和17. 8 %。G+ 地氟醚组心肌梗死范围高于地氟醚组,提示KATP通道部分介导了心肌保护。Zaugg 等发现异氟醚和七氟醚等可以增强选择性线粒体KATP通道激动剂52Hydroxydecanote (52HD) 的开放能力。
国内研究提示吸入麻醉药心肌保护信号传导机制与IP 相似。吸入药既可直接激活腺苷A1 受体,亦可间接提高A1 受体对内源性腺苷浓度降低的反应性。PKC 是催化细胞内丝氨酸/ 苏氨酸残基磷酸化的蛋白激酶,在信号传导中起到核心作用。抑制PKC 的药物如多黏菌素可阻断IP ,而激活PKC 的药物佛波脂对心肌产生保护作用。KATP通道被认为是IP 中重要的调节因子。KATP 通道有两种,分别位于肌纤维膜sarcKATP 通道(sarcolemmal KATP ) 和线粒体膜上mito KATP通道(mitochondrialKATP ) 。
麻醉药缺血预处理(APC) 的心肌保护作用有其局限性,只能延迟而不能阻止缺血再灌注后不可逆损伤的发生。
3. 4 硝酸甘油与克罗卡林对IP 的影响 张士林等观察了硝酸甘油与克罗卡林联合应用对大鼠心肌缺血药理性预适应的早期保护作用。硝酸甘油可诱导心肌内源性NO 释放,克罗卡林是促发心肌缺血预适应保护作用的重要物质。NO 和KATP通道是缺血预适应发生机制中的触发物质和效应物质,是缺血预适应机制中的两个重要环节。通过上述药物联合应用对60 只大鼠的实验研究发现,可以明显降低血清肌酸激酶,抑制心肌组织中丙二醛(MDA) 释放,提高心肌组织中SOD 活性,显著降低心肌细胞内ATP 消耗速度,具有良好心肌保护作用。联合用药效果优于单独用药,各项指标分别达到、接近或超过缺血预适应水平。
4 中医中药活血化瘀治则在缺血预适应方面的研究 已证实川芎嗪、丹参注射液等均可诱导机体对心肌或脑缺血损伤的保护作用。由于中药具有副反应小、作用靶点较多等优势。通过内源性保护研究的思路和方法,在中医扶正、调节、活血化瘀等方面进行与缺血预适应密切相关的研究是今后研究的方向。“适应原样”药物药理效应与适应性反应所产生的药理效应有一定的一致性,即都是通过机体的自主性调节或通过激发机体自身调节机制而产生适应性作用。目前,运用“适应原样”中药进行预适应防治冠心病的研究开展较多,人参、红景天、党参、黄芪、灵芝、大蒜素、川芎嗪等中药均有“适应原样”药物的特点。
栾杰男等采用血府逐瘀汤口服观察了IP 对缺血心肌的保护作用。发现IP 组家兔心肌梗死范围显著低于单纯IR 组,并且这种作用在其他动物模型上也同样可以观察到。临床也观察到梗死前有心绞痛者比梗死前无心绞痛者的心肌梗死面积小的现象。巩琪等采用邻苯三酚自氧化法检测梗死大鼠血清SOD、过氧化脂质,运用流式细胞术检测梗死大鼠心肌组织中性粒细胞活性氧。结果显示活血化瘀中药组、IP 组与IR 组有统计学意义,活血化瘀中药和IP 通过抗氧化机制保护缺血心肌,且功效具有相近性。其保护作用可能为通过IP 保护机制而实现。梁国庆等采用整体麻醉SD 大鼠心脏冠状动脉左前降支结扎/ 松开作为心肌缺血/ 再灌注动物模型,研究丹参在加强IP 的心肌保护作用,发现丹参可以对抗自由基和钙超载造成的心肌损害。
王蓉等对丹参酮ⅡA 磺酸钠的家兔缺血预适应心肌保护作用进行了观察。发现丹参酮ⅡA 磺酸钠同时予以缺血预适应组在缺血5 min 时未发现心肌复极50 %时程(MAPD50 ) 迅速缩短,缺血20 min 及再灌注30 min 后MAPD50 及缺血2再灌注中室性心律失常发生率与IP 组无统计学意义。病理检测显示IP 组心肌梗死面积及组织损伤程度均明显小于心肌缺血组。联合用药组心肌梗死面积及组织损伤程度均小于IP 组。丹参酮ⅡA 磺酸钠抵消了缺血早期IP 显著缩短MAPD50 的效应,但对IP 对抗缺血2再灌注心律失常的作用无明显影响。丹参酮ⅡA 磺酸钠能增强IP 缩小心肌梗死面积和减轻组织损伤的作用。同时提示在冠脉溶栓或经皮冠脉成形术( PTCA) 等心外科手术中,联合使用丹参酮ⅡA 磺酸钠可以加强IP 的心肌保护作用,减轻IP 短暂缺血对心肌的损伤,有利于患者术后康复。其机制主要是提高心肌细胞和内皮细胞的NO 含量打开线粒体膜上的KATP通道,而且其钙拮抗作用可以减少缺血中平台期钙内流,强化了IP 减轻细胞内钙超载作用。
李春杰等探讨了中药温心汤对心肌缺血再灌注损伤的保护作用。发现温心汤预处理组、缺血预适应组心肌酶、SOD、MDA、ET 水平与缺血再灌注组、复方丹参组相比有统计学意义( P < 0. 01) 。温心汤预处理途径对心肌缺血再灌注损伤具有保护作用。
诸多研究表明,益母草具有保护抗氧化酶系统,减轻脂质过氧化反应,减轻氧自由基对心肌细胞膜的损害;保护心肌细胞的ATP 酶,减低钙超载;改善微循环及血液流变性,从而改善心肌缺氧,减轻缺血及再灌注引起的损伤。
谭元生等认为心肌缺血再灌注损伤的病位在心,其病机以心气亏虚为本,痰瘀阻络为标。为了使动物模型更突出缺血性心脏病时气虚血瘀、痰浊阻络的病理特点,把心肌缺血再灌注模型建立在冠状动脉粥样硬化基础上。选择具有补气化瘀、豁痰通络功能的中药复方心痛灵滴丸(由红参、川芎、白芥子、公丁香、九香虫、熊胆等组成) ,从中药药理性预适应的角度探讨其对心肌缺血再灌注损伤的保护作用。研究发现心痛灵滴丸药理性预适应能改善动脉粥样硬化兔心肌缺血再灌注左心室功能,减少乳酸脱氢酶(LDH) 、CK－MB 的漏出,改善心肌细胞ATP 代谢,提高血清SOD 活性,降低MDA 含量。表明心痛灵滴丸药理性预适应能有效地减轻心肌缺血再灌注损伤,其保护效应强度与缺血预适应相比无明显差异。
阿魏酸钠(Sodiumferulate ,SF) 是当归、川芎等的主要有效成分阿魏酸的钠盐,主要用于治疗缺血性心脑血管疾病。SF 具有抗炎、抑制血小板聚集等作用。SF 对线粒体膜蛋白有保护作用,有益于维持线粒体膜结构的完整性和能量合成代谢功能。
国内多项药理研究证实川芎嗪对缺血心肌有良好的保护作用。比较肯定的川芎嗪抗心肌缺血机制有扩张冠状动脉、保护冠状动脉内皮、改善微循环、增加心肌营养血流量、抗血小板聚集和血栓形成、降低血液黏度、降低心肌耗氧、抑制氧自由基、抗脂质过氧化、改善心肌细胞的代谢抑制状态、阻止心肌细胞钙内流、调节钾外流等方面。
许得盛等的研究表明,桃红四物汤使血瘀证患者循环免疫复合物(CIC) 水平降低( P < 0. 01) 的同时,提高了自然杀伤(N K) 细胞活性( P < 0. 05) 。
至今为止,有关缺血预适应的研究方兴未艾。在充分注意将基础研究、临床研究、药物研究与中西医结合研究紧密结合的前提下,不断将研究结果实施于临床领域,一定会使缺血性心脏病的预后大为改善。
|
