心肌缺血再灌注损伤的发生机制和防治分析进展

【关键词】 心肌缺血再灌注 氧自由基 钙超载

　　1960年Jennings等［1］第一次提出心肌缺血再灌注损伤的概念，证实再灌注会引起心肌超微结构不可逆坏死，并逐渐引起医学界的高度重视。缺血心肌恢复再灌注后，病情反而恶化，引起超微结构、功能、代谢及电生理方面发生进一步的损伤，是由于在缺血损伤的基础上再次引起的损伤，因此称为缺血再灌注损伤(ischemiareperfusion injury，IRI)［2］。临床上表现为闭塞的冠状动脉再通、梗死区血液灌流重建后一段时间内，有的病例发生血压骤降、心功能不全、心律失常甚至猝死等一系列病情反而恶化的现象。因此，IRI的发生机制与防治越来越引起人们的关注，并一直试图寻找能对IRI产生确切保护作用的药物。现就IRI的发生机制和防治的研究进展作一综述。
　　1 心肌缺血再灌注损伤的发生机制
　　目前， 缺血再灌注损伤发生的机制尚未完全阐明， 研究表明自由基、钙超载、心肌纤维能量代谢障碍、中性粒细胞、血管内皮细胞、细胞黏附分子与细胞凋亡等均可能参与缺血再灌注损伤。
　　1.1 氧自由基（FR）生成 正常细胞内有自由基清除剂超氧化物歧化酶（SOD），使氧自由基转变为过氧化氢，后者又通过触酶及谷胱甘肽过氧化物酶的作用还原为水和分子氧，故小量氧自由基不造成损伤。再灌注时产生的大量氧自由基不能被清除，其中包括非脂质氧自由基和脂质氧自由基， 如超氧阴离子、羟自由基、过氧化氢等。缺血再灌注后，它可与各种细胞成分， 如膜磷脂、蛋白质、核酸等发生反应， 造成细胞结构损伤和功能代谢障碍。Castedo等［3］在动物实验中发现， 再灌注后细胞内膜脂质过氧化增强， 形成多种生物活性物质， 如血栓素、前列腺素等， 促进再灌注损伤。
　　1986年Murry等［4］首次在犬缺血／再灌注模型实验中发现反复短暂缺血发作可使心肌在随后持续性缺血中得到保护，从而提出了缺血预适应（IPC)心脏保护的概念，为缺血心肌的保护及其机制探讨开辟了崭新的领域。自由基可能参与了预适应保护的触发机制。Zhong等［5］证明预适应过程中产生的低浓度自由基对延迟心肌缺血再灌注损伤有保护作用。冉擘力等［6］从细胞水平证明早期产生的氧自由基能诱导延迟保护作用产生，其机制可能是通过早期氧化反应一方面改变SOD形态结构而提高酶的活性，诱导延迟相SOD合成增加，另一方面诱导热休克蛋白信使核糖核酸转录和持续合成，保护心肌细胞对抗细胞外氧自由基的损伤；一氧化氮合酶(NOS)产生的一氧化氮能有效对抗氧自由基的损害，延迟期心肌NOS活性增加。延迟保护作用增强，其机制可能是氧自由基诱导了后期NOS信使核糖核酸转录和合成增加，因为在缺血等应激状态下，一氧化氮能够调控心脏基因的表达。总之，热休克蛋白、抗氧化酶和NOS等不是孤立地对抗氧自由基损伤，而是有机地结合起来发挥作用。
　　1.2 钙超载 生理状态下，胞浆内钙浓度约为10-7mol/L，而细胞外及胞浆内的钙储存系统（如内质网和线粒体）中钙浓度为10-3mol/L。正常状态下，细胞通过一系列转运机制可以保持这种巨大的浓度梯度，以维持细胞内低钙状态。但是再灌注后， 钙离子向线粒体转移， 导致线粒体功能障碍; 钙离子浓度升高， 可激活多种酶（如激活膜磷脂酶A2） 同时促使心肌纤维过度收缩; 通过Na+ /Ca2 +交换形成一过性内向电流， 在心肌动作电位后形成延迟后除极， 这是引起心律失常的原因之一。另外，它还促进ATP分解，使能量急剧减少等。Gross等［7］研究发现，细胞内钙离子浓度的改变是造成再灌注损伤的重要原因之一。许多研究表明运用钠氢交换阻断剂和钠钙交换阻断剂进行药物预适应可以保护心肌缺血再灌注损伤。目前，缺血后适应也被认为是另一种内源性心肌保护措施，钠氢交换阻断剂和钠钙交换阻断剂作为药物后适应的心肌保护措施也正在被研究中。更进一步说明钙超载是引起缺血再灌注损伤的另一重要机制。
　　1.3 微血管损伤和白细胞激活 正常情况下，中性粒细胞与血管内皮细胞的相互作用受内皮细胞上的阴性糖苷及内皮细胞产生的众多抗炎因子的抑制，中性粒细胞处于静止状态。缺血时，激活的中性粒细胞与血管内皮细胞发生固定粘附， 导致微血管机械阻塞， 并可释放出大量的炎性介质， 不但可改变自身的结构和功能， 而且使周围组织细胞受到损伤，发生无复流现象，致使细胞发生不可逆性损伤和坏死，即再灌流性心肌损伤。Dreyer等［8］发现再灌注心肌的血清可刺激中性粒细胞迁移，黏附于血管内皮细胞，诱导CD11/CD18在中性粒细胞膜表达，并首先提出缺血/再灌注心肌组织可释放各种炎性因子，从而激活白细胞。Riley等［9］运用单克隆抗体拮抗C5a减小了心肌梗死面积。研究表明，缺血/再灌注心肌可释放出各种炎性因子如TNFα、IL1、IL6、IL8、中性粒细胞活化蛋白(NAP 1)、PAF、巨噬细胞炎症蛋白(MIP 2)、补体C5a等激活中性粒细胞。
　　1.4 其他 有研究表明肾素血管紧张素系统、血小板的聚集与释放、补体系统也可能是再灌注损伤的机制。
　　2 心肌缺血再灌注损伤的防治
　　心肌缺血再灌注损伤的防治包括: 清除自由基，“缺血后适应”处理， 抑制Na+/H+ 、Na+ /Ca2+离子间的交换， 应用腺苷受体激动剂、镁、他汀类、血管紧张素受体拮抗剂等药物。
　　2.1 抗氧化治疗 自由基在许多疾病的发生、发展过程中扮演着重要的角色，因此自由基清除剂对疾病的控制显得尤为重要。然而，尽管有大量关于抗氧化剂的动物实验研究，对于临床上缺血再灌注损伤性疾病却没有常规应用，这并不是因为缺乏临床研究。Canbaz等［10］研究发现，冠状动脉手术的患者应用维生素E，其肌钙蛋白I(cTnI)、心肌型肌酸激酶同工酶(CKMB)等产生较对照组显著降低，可以明显减轻再灌注损伤。但是，另有实验证明，冠心病患者或具有冠心病高危因素的人长期服用维生素E，效果不肯定［11］。临床实验研究发现抗氧化维生素即复合维生素(维生素E、维生素C和胡萝卜素)可显著增加血中维生素水平，安全性良好，但是不降低5年间任何血管疾病、肿瘤或其他主要终点的危险性，因此长期使用维生素作为补充治疗并无任何积极疗效［12］。离体鼠心脏缺血再灌注实验证明，同时应用超氧化物歧化酶、过氧化氢酶能明显减少心肌细胞凋亡［13］，尽管理论与科学实验证明自由基清除剂或抗氧化剂的联合应用有效，但迄今为止，这些药物的联合应用在临床上尚未广泛开展，有待进一步的研究和验证。
　　2.2 减轻钙超载 许多研究表明运用钠氢交换阻断剂和钠钙交换阻断剂进行药物预适应可以影响心肌缺血再灌注损伤的后果。GUARDIAN试验［14］对2 918例CABG患者研究发现， 应用Na+ /H+交换抑制剂可显著改善患者的预后。
　　2.3 缺血预处理（IPC）和药物预处理(PPC) 心肌预处理是一种普遍和有力的抗缺血再灌注损伤的内源性保护机制，适当的药物预处理可有效调动该保护机制。
　　近年来无数的动物模型均证实IPC能减小心肌梗死的范围，增加心肌收缩力及防止再灌注心律失常等。1993年的实验在缺血预适应研究史上是一个重大突破，发现IPC重要的内源性保护机制，由缺血刺激引发两个不同保护窗(病理生理学表现不同)，第一窗在IPC后1～2 h以内，第二窗于24 h以后延迟保护(72～96 h)。离体人类心肌实验表明，对于心肌具有保护机制的这两个保护窗有区别，其中第一窗的保护作用明显强于第二窗［15，16］(second window of protection，SWP)。IPC早期保护作用仅可抵抗心肌坏死，而延迟保护不仅可抗心肌坏死而且可抗心肌顿抑，因为该持续的保护作用，延迟保护较早期保护作用更有临床应用价值［17］。早期保护是对前存在蛋白(preexisting proteins)快速翻译后调节，而延迟保护则是心肌保护基因转录水平调节［18，19］。
　　药物预处理(PPC)是根据IPC机制，通过药物激发或模拟机体内源性物质而呈现减弱MIRI的方法。其研究方法也是通过模拟IPC建立起来的。Wang等发现二氮嗪(K+ATP通道开放剂)预处理转变血液中致炎因子和抗炎因子平衡倾向于抗炎因子，二氮嗪通过PI3激酶激活AKT信号途径介导延迟性保护作用。Dambrova等发现Mildronate在缺血期通过调整心肌能量代谢而改善心功能。许多研究发现腺苷药物预处理有重要意义。Olafsson等［20］首先报道， 冠脉内给予腺苷使再灌注24 h后心梗面积减少75%， 同时可保护内皮细胞形态学的完整性， 减少中性粒细胞浸润。另外，对镁、他汀类、血管紧张素受体拮抗剂等药物也有了进一步的研究，证实这些药对缺血再灌注的心肌均有保护作用。

3 前景展望
　　心肌缺血/再灌注( ischemia/reperfusion，I/R)可导致心肌细胞超微结构、功能、代谢及电生理方面发生进一步损伤，即缺血/再灌注损伤。目前临床对心肌I/R损伤的保护方法都是外源性的，如增加心肌氧和能量供应，减轻心脏负担和减少能量消耗，但每一种方法均有其不足和副作用。多年研究发现，IPC是重要的I/R损伤内源性保护机制，其实质是提高了心肌细胞对继发缺血损伤耐受性。但由于IPC操作复杂，不合伦理，临床应用受到限制，从而提出了药物预处理的概念，即用药物刺激或模仿机体内源性抗损伤能力，因其是保护细胞的行之有效的措施而日益受到重视。
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