心肌的能量代谢

心肌的能量主要由什么物质提供？

正常情况下，心肌的代谢过程中，其能量的来源由什么物质提供？ 正常心肌能量代谢的特点 1.1 能量代谢的过程：心脏的收缩及舒张需要能量，为获取必需的能量来执行其功能，心脏将储存在脂肪酸和葡萄糖中的化学能转化为肌原纤维中肌动蛋白-肌球蛋白相互作用的机械能。这个过程有三个部分组成：①底物的利用:底物主要包括食物中的脂肪酸和糖类，还包括体内代谢产物如乳酸、丙酮酸及酮体。一般情况下，心肌活动所需能量的60％～90％来自游离脂肪酸［2］。长链脂肪酸是游离脂肪酸的主要组成部分，它被细胞摄取后借助内毒碱脂酞转移酶I(CPT—1)和酶Ⅱ转运人线粒体内。经过 β氧化产生乙酰辅酶A (CoA)进入三羧酸循环；另外10％～40％的能量由碳水化合物(葡萄糖、乳酸、酮体)代谢提供［2］。心肌细胞摄取葡萄糖后通过糖酵解生成丙酮酸，摄取的乳酸在乳酸脱氢酶的作用下生成丙酮酸。最后在丙酮酸脱氢酶(PDH)的作用下生成乙酰CoA进入三羧酸循环。②线粒体的呼吸链产生能量：第一个过程产生的电子在此过程通过呼吸链复合物转移到氧，由此产生跨线粒体内膜的质子电化学梯度，驱动F1F0ATP合成酶，使ADP磷酸化生成ATP。③ATP的转运和利用：即将ATP中的高能磷酸键转运至肌酸中，形成磷酸肌酸和ADP。磷酸肌酸是比ATP小的分子，很快由线粒体弥散入肌原纤维，在此通过肌酸激酶催化重新生成ATP。其中磷酸肌酸由肝脏和肾脏产生，被转运至心脏，在心脏中被特殊的浆膜肌酸转运体摄取。这一过程需要逆50倍的浓度梯度。肌酸激酶催化心脏总肌酸池中约2/3的肌酸磷酸化，产生磷酸肌酸，其余1/3仍为游离肌酸。当能量需求超过能量供应时，磷酸肌酸水平下降，使ATP保持在正常水平。此过程被称为肌酸激酶能量穿梭。 1．2 能量代谢间的关系：脂肪酸氧化代谢和葡萄糖氧化代谢之间存在相互反馈调节关系。脂肪酸氧化代谢增强可以抑制葡萄糖氧化。这是由于：①脂肪酸代谢增强使心肌细胞柠檬酸含量增加，后者可以抑制磷酸果糖激酶(PFK)活性；②脂肪酸代谢可以增加线粒体水平乙酰辅酶A和还原型辅酶I(NADH)水平，抑制丙酮酸脱氢酶(PDH)活性；进而抑制葡萄糖酵解反应。反之，血浆中葡萄糖或乳酸浓度增加，或者血胰岛素水平增加能够促进乙酰辅酶A的合成，进一步刺激丙二酰辅酶 A的生成，抑制脂肪酸氧化代谢。实验证实，单一脂肪酸灌注的心脏生成相同量的ATP比单一葡萄糖灌注的心脏耗氧量大l7％。这是因为脂肪酸氧化每一次循环产生等量的FADH2和NADH2, FADH2 进人呼吸链的位置晚于NADH2进人的位置，相应生成ATP较少。通过直接或间接抑制CPT-I酶、抑制脂肪酸β氧化、直接或间接激活PDH可以增强葡萄糖代谢和丙酮酸代谢，降低缺血心肌对氧的需求，减轻缺血损伤，改善再灌注心肌功能恢复。因此，代谢干预治疗是治疗缺血性心脏病的一种有效途径［3］。 2 心肌缺血时能量代谢改变 2．1 缺血程度：心肌组织根据缺血程度不同，发生相应的能量代谢变化：轻度缺血时，心肌细胞能量代谢无明显变化；中度缺血时，心肌细胞糖酵解加速，脂肪酸氧化代谢增强，葡萄糖的氧化磷酸化受到抑制；心肌组织严重缺血或无血流供应时，糖酵解产生的三磷酸腺苷(ATP)成为维持心肌细胞存活唯一的能量来源。可见中重度心肌缺血时，糖的氧化磷酸化和无氧酵解不匹配，脂肪酸氧化增强，导致游离脂肪酸堆积、细胞内酸中毒等代谢紊乱，引起心肌细胞损伤或死亡。 2．2 缺血时间：心肌组织根据持续时间以及有无残存血流发生不同的能量代谢变化：心肌缺血发生的早期(数秒)由于线粒体水平缺氧,导致细胞内酸中毒。随后高能磷酸化合物降解(其中磷酸肌酸水平降低发生早于ATP降低)，使细胞内无机磷酸增加。这两种生化变化可以减弱线粒体氧化磷酸化，使缺血区域心肌收缩力降低，但同时也减少了心肌对氧的需求，有一定的保护作用。在缺血发生数分钟后，细胞内pH和无机磷酸盐含量就已达到相对稳定的状态，增加缓慢试验表明离体灌流心脏发生心肌缺血时，细胞内pH在6.7～6．9的范围时对心肌有保护作用，低于这个范围，则有害。早期缺血时心肌有氧代谢减弱，葡萄糖无氧酵解增强，乳酸生成增加，使心肌可以在缺氧的情况下仍能生成部分ATP。心肌缺血早期发生的代谢改变使心肌收缩力降低、减少ATP生成的同时，也降低了心肌对氧的需求，有助于保持缺血条件下心肌细胞的完整性。缺血后期，严重的细胞内酸中毒将会抑制催化糖酵解反应的酶的活性，所以这一反应只在缺血早期发生。长时间的心肌缺血使细胞内pH值进一步下降，降低心肌细胞顺应性。由于细胞内酸中毒加剧，葡萄糖无氧酵解途径受到抑制，心肌细胞内乳酸、ATP和磷酸肌酸含量减少。细胞内外离子浓度稳态被破坏，细胞内K 降低，Na 、Ca2 升高；细胞内Ca2 重分布，线粒体内Ca2 浓度增加，线粒体功能抑制；随后，心肌痉挛僵硬，收缩、舒张功能受损，最终导致心肌坏死。 3 心衰时的能量代谢 HF时的主要病理生理的改变是心室的重构和心肌纤维化，心肌重构在缺血性心脏病中是在心肌缺血的基础上，由一系列复杂的分子和细胞机制导致心脏结构、功能、表型的变化，临床表现为心肌重量、心室容量的增加和心室形态的改变［4］。心室重构使单位重量的心肌毛细血管数目减少，氧的弥散间距增大，故心肌缺氧。另外，有体外实验表明，衰竭心肌中ATP酶的活性约降低20％～30％。ATP酶活性的降低使心肌能量利用发生障碍，因而心肌收缩性减弱。心肌重构的另一个重要特征是心肌细胞死亡，包括坏死和凋亡。心肌细胞死亡能够导致纤维化，从而加重重构。因此，心肌能量代谢障碍不仅是HF早期收缩力降低的机制之一，也是以后心肌纤维化，心肌细胞数量减少的重要因素。可从三个方面理解心衰时的能量代谢。 3．1 底物利用方面：心衰时，由于底物摄取和/或氧化减少，底物的利用可能对心功能造成限制。这也可能是脂肪酸和葡萄糖对ATP合成的贡献发生了改变的结果。多数研究［5-7显示，脂肪酸利用在早期心衰时没有改变或轻度增加，但在严重心衰时显著减少。有关葡萄糖利用的改变研究结果也不一致，有研究显示［8-9］，葡萄糖在早期心衰时是增加的，严重心衰时，心肌产生胰岛素抵抗，多数研究显示葡萄糖的利用减少［10-12］。因此目前在底物利用方面尚需进一步的研究。 3．2 氧化磷酸化：心衰时线粒体存在结构异常，数量很可能增加［13］。电子转运链复合物的活性和ATP合成量均下降［14-16］。受磷酸基团受体ADP、AMP和肌酸调节的氧化磷酸化受损，这些改变在心衰心肌中导致氧耗量和能量的产生明显减少。 3．3 高能磷酸盐代谢：有研究表明［17-19］，在发生严重心衰前，心肌ATP水平保持正常（约10mmol/l），严重心衰时下降不超过30%～40%。心衰时的平均ATP水平，远高于消耗ATP的反应，而且不会限制收缩功能。同时相关研究［20-21］表明：磷酸肌酸和总肌酸水平在较早期阶段就下降，而且幅度较大（30%～70%）。心衰竭时肌酸转运体功能下调，导致总肌酸和磷酸肌酸水平下降［22-23］。高能磷酸化合物减少和肌酸激酶系统活性下降，导致转运至肌原纤维的能量减少。这种能量代谢异常，导致收缩功能储备减少，而这是心衰时心肌代谢的特征。 4 关于能量代谢的药物 心肌缺血是一种与代谢有关的疾病，由于能量代谢的异常可促进心衰的发生，心脏能量代谢药物可作为心衰的辅助治疗。与传统治疗不同，心肌能量代谢治疗对血流动力学影响不大，其能量增加不是通过降低心肌耗能和改善血流增加氧供而获得。目前已有几种营养补充药物被提议用于心衰的临床治疗。心衰代谢药物选择如下：①曲美他嗪(TMZ)：用于缺血性心肌病引起的心衰 ，作用机制为间接增加葡萄糖氧化，降低脂肪酸引起的氧耗。TMZ可阻断脂肪酸氧化，进而活化丙酮酸脱氢酶(PDH)，增加葡萄糖氧化使ATP合成效率提高，最终增加心肌底物利用，改善心脏机械功能。②L一卡尼丁 ：主要用于扩张型心肌病心衰，L一卡尼丁是脂肪酸代谢的必需辅助因子，作用机制为将堆积的 CoA转入线粒体，促使心肌由无氧酵解为主重新回到以脂肪酸氧化为主 ，使细胞内能量代谢恢复正常，同时，L一卡尼丁可减少游离脂肪酸 、长链脂酰 L一卡尼丁等有害物质在心肌细胞内堆积，预防和减轻心肌损伤。③辅酶 Q1O：作为电子传递的载体在氧化磷酸化中发挥作用 ，参与 ATP的合成。辅酶 Q1O治疗可增加ATP合成，改善心肌收缩功能。④其他药物：磷酸肌酸，是心肌代谢中的主要功能物质，可在心脏各个位点上提供能量，在量的运输 、储存和分配中起重要作用。　 总之，心肌能量代谢合理化是一种治疗缺血性心脏病的新方法，尤其是与改善冠脉血流药物联合应用。影响代谢的药物将对心血管病治疗提供新途径，并对现有治疗予以补充和改善。 心肌缺血，是指心脏的血液灌注减少，导致心脏的供氧减少，心肌能量代谢不正常，不能支持心脏正常工作的一种病理状态。心脏的供血不是一成不变的，而是始终存在着波动，但这种波动经过机体自身调节，促使血液供需相对恒定，保证心脏正常工作。如果任何一种原因引起心肌缺血，经机体调节不能满足心脏工作需要，这就构成了真正意义上的心肌缺血。 心脏为什么会缺血呢？血压降低、主动脉供血减少、冠状动脉阻塞，可直接导致心脏供血减少；心瓣膜病、血粘度变化、心肌本身病变也会使心脏供血减少。还有一种情况，心脏供血没有减少，但心脏氧需求量增加了，这是一种相对心肌缺血。给心脏供血的血管叫冠状动脉，开口在升主动脉内。 临床显示：引起心肌缺血最主要、最常见的病因，是冠状动脉狭窄。而冠状动脉狭窄的主要原因是动脉粥样硬化。因冠状动脉粥样硬化引起的心脏病就是大家常说的冠心病。所以，冠心病是心肌缺血的“罪魁祸首”。

心肌缺血对心脏和全身都可能带来许多不利影响。氧是心肌细胞活动必不可少的物质，而氧是通过血液输送给细胞的。心脏没有“氧仓库”，完全依赖心肌血供，所以一旦缺血，立刻会引起缺氧。缺氧的直接后果是心肌细胞有氧代谢减弱，产能减小，使心脏活动时必需的能量供应不足，引起心绞痛、心律失常、心功能下降。同时，代谢的废物也不能被有效及时地清除，易产生不利影响。缺血、缺氧、缺能量，最终会影响心脏的收缩功能。若有20％～25％的心肌停止收缩，通常会出现左室功能衰竭；若有40％以上的心肌不能收缩，就会有重度心泵功能衰竭。如果这种情况突然发生，就会出现非常危险的心源性休克。急性心肌梗死就常与这种情况相关 心肌缺血还会损害舒张功能。收缩不良和舒张不良结合起来，易导致心室充盈压升高，引起肺充血，还可引起复杂的物质代谢紊乱和心肌电活动失常。因此，一旦出现心肌缺血，应找准病因对症治疗，才可避免潜在的严重后果。

心机缺血 是冠心病的一种，治疗方案为选择硝酸脂类药物（如单硝酸异山梨脂或其缓释剂型），作用为扩张心脏冠状动脉，增加心肌供血；还应该服用他汀类药物（如阿伐他汀、辛伐他汀）一方面降低血浆中的胆固醇，一方面稳定动脉斑块，防止斑块脱落形成血栓，造成中风等。 所谓无症状心肌缺血是指冠心病诊断已确定的颊呙挥辛俅残慕释粗⒆矗?B style='color:black;background-color:#ffff66'>心肌缺血的客观指标，如心电图典型缺血性ST段变化等，它是冠心病的一种特殊类型。但由于无症状往往被人们所忽视。 无症状心肌缺血正日益受到重视，主要是由于近年来大量的研究发现，大约25%～50%的急性猝死者中，生前无心绞痛发作史；但近90%的尸检中，发现这些人均有严重的冠状动脉粥样硬化病变。美国约2%～4%貌似健康的无症状的中年人，检查发现有明显的冠脉病变和无症状心肌缺血发作。猝死的原因通常是致命性心律失常，而在致命性快速室性心律失常发作前，心电图可检出无症状心肌缺血与猝死之间可能有因果关系。此外，有人报道，美国每年有45万人猝死，其中20%～50%死于缓慢性心律失常，在此之前或同时，常伴有无症状心肌缺血。亦有人对5209例冠心病病人进行30年随访观察中发现，25%的心肌梗死是无症状的，其10年内死亡率为84%。结果表明，无症状心肌梗死的猝死率和病死率与有症状的心肌梗死的猝死率和病死率相似。即使在已发生急性心肌梗死的病人中，也仍有30%的病人没有症状，这表明梗死周围心肌有残余缺血，这种残余缺血往往导致再次心肌梗死和猝死。目前医学上将无症状心肌缺血分为以下三种类型： Ⅰ型、安全无症状性心肌缺血：此型无症状，是偶然被发现有心肌缺血，有人估计在完全无冠心病症状的中年男性中(一般人群)占2%～5%。其预后与心绞痛患者相似。 Ⅱ型、心肌梗死后的无症状心肌缺血：心肌梗死后虽无心绞痛但确有心肌缺血存在者较为多见。此型患者预后较Ⅰ型更为不良，尤其当左心室功能异常时，其死亡率为5%～6%。 Ⅲ型、心绞痛伴有无症状心肌缺血：研究表明心绞痛患者中70%～80%同时存在无症状心肌缺血，并且可发生在不同类型的心绞痛中。必须指出，不稳定型心绞痛患者伴有无症状心肌缺血常能引起致命性的心律失常，经治疗后症状消失但仍有心肌缺血存在，这是预后不良的重要指标。 因此，无症状性心肌缺血应引起人们的足够重视。它可影响各型冠心病的预后，所以应积极诊断与治疗。 心肌缺血者要注意饮食，六个字，低脂肪高纤维。情绪上要注意不要大喜大悲，保持充足睡眠。养成良好生活习惯，定时排便，不能过度劳累。 治疗心肌缺血的中成药 家庭常用治疗心肌缺血的中成药有以下几种 : 丹参片 :具有扩张冠状动脉、增加冠脉流量、降低血黏度和血凝等作用。适用于血瘀症的胸痹病人。 复方丹参片 :由丹参、三七、冰片等组成。有扩张冠状动脉、增加冠脉流量、抑制血小板聚集、保护缺血心肌和改善微循环等作用。有片剂和滴丸两种。适用于心绞痛急性发作 ,也用于预防心绞痛发作。 麝香保心丸 :由麝香、苏合香酯、牛黄、肉桂、蟾酥、冰片、人参提取物等组成。具有抑制血清总胆固醇和低密度脂蛋白胆固醇水平的上升 ,减轻血管内皮细胞损害 ,抑制动脉内膜增生 ,改善心肌缺血等作用 ,起效迅速 ,适用于心绞痛急性发作 ,或用于预防或减轻心绞痛发作。 地奥心血康 :由特有的药用植物中提取的甾体总皂甙精制而成。具有增加冠脉流量和心肌营养血流量、降低血脂、血黏度和血小板聚集率等作用。尤适用于胸闷为主的病人或气滞血瘀型胸痹患者。心动过缓者慎用。 心可舒 :由丹参、葛根、三七、木香、山楂等组成。有改善心肌缺血和微循环、增强心肌收缩、改善心室舒张功能等作用。适用于气滞血瘀型胸痹病人。 冠脉宁 :由丹参、当归、红花、血竭、鸡血藤、延胡索、桃仁、何首乌、黄精等组成。有增加冠脉流量 ,改善心肌缺血、抑制血小板聚集 ,降低血黏度等作用。适用于气滞血瘀型胸痹患者。孕妇忌用。 通心络 :由人参、水蛭、全蝎、土鳖虫、蜈蚣、蝉蜕、赤芍、冰片等组成。有增加冠脉流量 ,改善心肌缺血 ,调节血脂 ,降低血黏度 ,抑制血小板聚集 ,并有改善血管内皮细胞功能等作用。 适用于不稳定型心绞痛病人。 诺迪康 :为藏药 (圣地红景天 )。有改善心肌缺血 ,调节血脂、降低血黏度、抑制血小板聚集等作用。适用于气滞血瘀型胸痹患者。 银杏叶制剂 :(百路达、斯泰隆、脑恩、天保宁、杏灵颗粒 )为银杏叶中提取的天然活性物质 ,能改善心肌缺血 ,降低血黏度和保护血管内皮细胞功能等。适用于气滞血瘀型胸痹病人。以上药物具体服用方法见说明书。