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心衰及冠脉疾病中的心脏重塑

2015-10-28  gjxcwf

德国杜伊斯堡-埃森大学著名心脏病学家 Heusch 教授等联合撰写了心脏重塑综述,覆盖了现阶段该领域各个方向的机制、成果、应用前景及待解决问题。


背景介绍


早在 1673 年,学者 William Harvey 即提出了心脏重塑理论的雏形,而 1806 年法国医生 Corvisart 在其经典著作中进一步阐述了「重塑」的分型,即「心脏有两种扩张形式,一种是主动的、心肌壁增厚且收缩力增强,另一种是被动的、心肌壁变薄且收缩力降低」。


事实上,经典准确的「心脏重塑」定义真正意义上问世于 1984 年,另一项理论突破是人们认识到梗死区域心脏组织不成比例的变薄、扩张,而在未梗死区域心脏组织发生重塑。截止到 2000 年,心脏重塑领域研究成绩斐然,因此国际心脏重塑论坛发表了研究共识方面的综述。


心脏重塑出现后,患者往往会有心功能进行性恶化,而延缓心脏重塑进程甚至逆转该过程就成了心衰治疗领域的新目标。


「重塑」的最初定义是远离梗死区域的心肌组织的变化以及由急性心梗转为慢性心衰的进展过程。同时,「重塑」也用于定义动脉粥样硬化血管病变后的病理过程。作者向我们阐述了一个更为「广义」的心脏重塑概念,不仅包含了心肌细胞、内皮细胞及平滑肌细胞,也涉及到间质细胞与基质。


内皮细胞重构


由于所处的位置特殊,内皮细胞随时都在感知来自周围环境或血管功能因子的信号刺激,从而保持稳态,防御微生物侵害。诸如高血压或动脉粥样硬化等血管疾病都会造成血管内皮细胞重塑,其原因多为血管内皮细胞生物信号失调。


内皮细胞重构的环境因素分为两种,血流动力学因素及循环中化学信号带来的生物反应。


内皮细胞重塑相关因素:


1. 特殊解剖位置,虽然动脉粥样硬化病变往往呈阶段式分布,且多在动脉分支处。层流剪切力可以促内皮细胞产生一定的保护反应,抑制重塑。已探明的机制有抑制血管收缩因素、拮抗炎症及阻碍凝血基因表达等。但是血管分支特殊的解剖结构减弱了这些血管保护因素,机制包括通过激活核转录因子κB 募集炎症细胞,损伤血管扩张功能等。


2. 随之而来的是淋巴细胞聚集,以及由于 LDL 过度聚集而形成泡沫细胞。泡沫细胞可促炎症反应,加快动脉粥样硬化进程,而且由此引发的连锁反应最终导致动脉弹性降低。在较大动脉,血管可以拮抗斑块形成,但是出现中膜肥厚、内膜增生等「重塑」。


3. 基质金属蛋白酶类可以促动脉重塑。在重塑过程中,平滑肌细胞分泌较多的蛋白聚糖。基质中的蛋白聚糖可以结合脂质分子,延长 LDL 停留时间。另一方面,其分泌的胶原促基质降解蛋白酶合成,如基质金属蛋白酶类。


4. 斑块内巨噬细胞在炎症刺激后分泌更多的基质降解蛋白酶,这些酶攻击斑块纤维帽,使斑块更易破裂。但是与斑块破裂相比,富含巨噬细胞及蛋白酶的斑块数量更多,而人们对斑块破裂形成血栓的机理不甚了解。


5. 内皮细胞重塑造成了动脉结构重塑,虽然研究尚待深入,但降压、控脂在延缓血管重塑方面是切实有效的。


缺血再灌注后的冠脉微血管重塑


心外膜冠状动脉重塑是临床治疗的难题之一,收缩性重塑往往导致慢性心肌缺血,而扩张性重塑意味着斑块更易破裂形成急性血栓。再灌注及冠脉血运重建解决了其中的一部分问题,但是我们不能忽视冠脉微循环在缺血再灌注中的作用。


促冠脉微血管扩张的机制包括血管自身调节降低灌注压、释放腺苷和一氧化氮以及缺氧刺激等。促冠脉血管收缩因素机制尚待研究。


缺血再灌注过程中冠脉微血管重塑的一些要点:


1. 试验证明心肌缺血后提高舒张储备可以改善血流情况,提高心肌功能。冬眠心肌可引起冠脉微血管结构重塑。


2. 再灌注带来的压力冲击会引起心外膜冠状动脉完全开放后依然无血流灌注,再灌注后来源于梗死灶的颗粒碎片混合血小板及一些促凝因子往往导致冠脉微血管阻塞。


3. 缺血再灌注过程中可生成冠脉微血栓。冠脉微血栓可促使机体提高血管保护,或可减缓冠脉微血管重塑进程。


4. 梗死灶产生的可溶性颗粒因子以及缺血再灌注引起的冠脉微血管自身的改变,都可以带来微血管损伤,引起 PCI 术后微血管阻塞及无灌注现象。


缺血再灌注后的心脏重塑


急性心梗患者预后往往与其起始梗死灶大小密切相关。因此,严重缺血再灌注后最大限度优化患者心脏重塑可以改善预后。


以下是缺血再灌注后心脏重塑需要注意的一些问题:


1. 急性心梗早期 PCI 或溶栓等再灌注措施可以减少缺血损伤,控制缺血心肌面积。但是再灌注会带来另一种心肌损伤,其机制有待研究。研究指出高达 50% 的梗死面积是由致死性灌注损伤造成。


2. 心肌有缺血再灌注损伤自我防御机制,可以在损伤之前或之后激活。而且心脏之外的器官也能通过血液循环运送相关因子达到心脏保护作用。


3. 再灌注损伤抢救激酶(RISK)通路是减缓再灌注损伤的重要机制之一,而且 RISK 通路在代谢综合征及糖尿病患者中效果减弱;CABG 术后患者骨骼肌的检测结果也是如此。这或可为临床减缓再灌注损伤提供一个新思路。


4. 研究报道了众多缺血再灌注保护方式:如环孢素、PCI 前缺血预适应、远端器官缺血预适应、激活 STAT3 和 STAT5(RISK 通路)、艾塞那肽及美托洛尔。给予急性冠脉综合征患者早期葡萄糖胰岛素钾极化液(GIK)治疗也有一定的限制再灌注损伤的效果。


心衰中的心脏重塑


压力负荷条件、神经激素激活、遗传背景、并发症情况等诸多因素都可以影响心脏重塑的最终情况。我们已经可以很好的判断患者心脏重塑表型,但是诸如信号传导在内的机制尚需通过动物实验完善。


心衰中的心脏重塑按心室腔内径及心室壁厚度分为两种:向心性重塑,其射血分数正常,心室容积正常或减少,左室质量体积比增加,临床上称射血分数保留型心衰;离心性重塑,其射血分数下降,舒张末容积与心室壁厚度的比值增大。


上述的两种重塑过程都涉及到心肌细胞、间质细胞及血管的再分布,从而导致心脏僵硬度增加,收缩力下降。


心衰重塑要点:


1. 心衰过程中的心肌细胞往往有很高的凋亡比例,心脏重塑及缺血再灌注都会导致数量较小的细胞死亡。自噬在心脏重塑过程起到重要作用——减弱自噬会加剧心脏重塑,有研究指出加强自噬可以改善心梗后重塑。


2. 左室压力负荷激活肾素 - 血管紧张素系统导致心肌肥大,醛固酮及血管紧张素Ⅱ进一步的促进了间质重塑。α- 肾上腺素刺激促心肌肥大,β- 肾上腺素刺激促心肌凋亡。


3. 在心衰过程中,兴奋 - 收缩耦联受损,心肌钙通道的钙腺苷三磷酸酶 SERCA2α 数量减少,导致胞浆内钙离子浓度升高,而肌浆网钙离子浓度下降。Ryanodine 受体进一步加剧了这种钙泄露。


4. 在基质重构方面,成纤维细胞改变细胞外基质,影响左室大小、结构及僵硬度。转化生长因子 β1 参与了失代偿心脏重塑,胰岛素生长因子 1 导致了代偿性心脏重塑。基质金属蛋白酶可以促心脏重塑。


线粒体氧化代谢受损

及心衰中心脏不良心脏能量代谢重构


除结构重塑之外,心脏能量代谢重构也造成了心衰恶性进展。能量代谢重构中出现的能量产物降低及能量利用底物类型转变都加剧了心衰病情。


在心衰过程中,ATP 及磷酸肌酸等能量产物的浓度降低,其原因很可能是线粒体氧化代谢受损。这种功能损害往往意味着线粒体利用糖和脂的情况紊乱,而心肌细胞会代偿性提高糖摄取,加强糖酵解。


能量代谢重构要点:


1. 不良心脏能量代谢重构导致心脏转变为胎儿代谢表型——心衰过程中代谢酶转变与胎儿酶谱类似,PPARα 及 PPARγ 协因子 α 等相关代谢蛋白水平下降。


2. 现阶段我们虽认识到心衰中代谢由脂转变为糖,但不清楚其具体情况。


3. 心衰能量重构导致糖氧化降低,而糖酵解水平上升,这种糖代谢的内部变化降低了心肌能量利用率。这也为我们临床调整心衰能量代谢水平提供了治疗靶点。


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