异氟醚心肌保护作用机制与临床应用

【摘要】 　　越来越多的基础与临床研究证明异氟醚能明显减轻心肌缺血/再灌注损伤，这种保护作用主要以异氟醚缺血再灌注后预处理和后处理的方式实现。其作用机制目前有多种学说，其中包括:触发体内多种介质相互作用，激活多条信号传导系统如蛋白激酶 (PKC) 通路、酪氮酸蛋白激酶(PTK) 通路和有丝分裂原激活蛋白激酶(MAPKs) 通路等，使细胞产生多种保护性效应子如激活腺苷受体、开放线粒体膜表面ATP敏感钾通道、降低细胞内Ca2+超载、增强心肌ATP合成能力与储存、抑制氧自由基堆积、增加BCL2表达、抑制炎性因子的释放等。研究还表明异氟醚吸入后的心肌保护作用具有一定的临床应用前景。

【关键词】 异氟醚 缺血预处理 缺血后处理 心肌保护

　　异氟醚是临床麻醉中常用的一种吸入性（挥发性）全身麻醉药，但大量研究证据表明心肌缺血再灌注前及后即刻吸入该药能明显减轻心肌缺血再灌注损伤，其作用机制复杂，尚未阐明。此外，虽具有较好临床应用前景，但临床应用研究较少。本文结合文献报道综述如下。

　　1 异氟醚预处理（IPC）的心肌保护作用与机制

　　大量研究表明异氟醚缺血预处理具有明显的心肌保护作用，但其机制尚未阐明，而研究显示可能与以下机制有关。

　　1.1 抑制缺血/再灌注后的炎性反应

　　一般认为，炎性反应在心肌缺血/再灌注损伤的发生、发展过程中具有重要作用。实验及临床研究均表明异氟醚可通过多种途径减轻缺血再灌注后的炎性反应，从而减轻心肌缺血再灌注损伤。

　　1.1.1 抑制TNFα生成

　　TNFα作为主要的促炎性细胞因子，快速产生并可增加其它细胞因子的表达，引起细胞因子的级联反应，导致促炎症反应［1］。研究显示异氟醚延迟相预处理可明显抑制缺血/再灌注（I/R）期间心肌TNFα的表达，减少中性粒细胞(PMN)活化，减少细胞间黏附分子1(ICAM1)和血管黏附分子1(VCAM1)在缺血区的表达，抑制中性粒细胞聚集和释放蛋白水解酶，减少细胞膜损伤和细胞自溶［2］。

　　1.1.2 抑制IL6生成

　　IL6通过趋化、激活中性粒细胞、促进中性粒细胞和内皮细胞的粘附和聚集，参与缺血/再灌注后心肌损伤的病理过程。张明香等观察了异氟醚在非体外循环冠状动脉搭桥术（OPCABG）中的心肌保护作用并发现术中及术后3h，异氟醚组的血浆 IL6水平与麻醉前比较无明显上升，而芬太尼对照组IL6水平显著升高，提示异氟醚在OPCABG手术麻醉过程中，可抑制由心肌损伤所致炎症反应［3］。

　　1.1.3 上调IL10的生成

　　IL10是经典的抗炎性细胞因子，可抑制许多促炎性因子(如TNF a、IL 1、IL6等)的合成，并上调其它抗炎性因子的生成。异氟醚延迟相预处理后心肌IL10的表达显著上调， PMN浸润减轻，ICAM1和TNF10的聚集和表达减弱，心肌梗死面积减少［2］。

　　1.2 抑制中性粒细胞

　　内皮细胞相互作用 心肌再灌注损伤可激活粘附分子P选择素和细胞间粘附分子1，使中性粒细胞粘附至血管内皮细胞，激活中性粒细胞释放氧自由基和蛋白溶解酶，导致血管内皮细胞损伤，从而增加血管通透性，加剧中性粒细胞粘附并向组织浸润。实验证明中性粒细胞粘附、积聚与心肌梗死面积具有良好相关性。用1.0MAC异氟醚预处理后，超氧阴离子的产生明显受抑制，中性粒细胞与内皮细胞的粘附大大减少。另外还可缓解微血管收缩或改善中性粒细胞黏附、聚集所致的血流分布不均［4］。

　　1.3 降钙素基因相关肽（CGRP）

　　降钙素基因相关肽（CGRP）是一种内源性的心肌保护性细胞因子，CGRP可对抗内皮素（ET）引起的损伤。异氟醚预处理可刺激心血管系统含CGRP的神经纤维释放大量CGRP并与受体结合，可强烈扩张冠状动脉，促进冠脉侧支循环开放，减轻氧自由基对内皮细胞和肺的损伤，并使ET产生减少、摄取增加［5］。

　　1.4 一氧化氮合成酶(inducible nitric oxide synthase)（INOS）

　　Wang Y等［6］研究发现IPC可促进心肌细胞INOS的表达。而Guo Y等［7］则发现IPC对iNOS基因撬除大鼠没有心肌保护作用。李进等［8］用异氟醚延迟相预处理后INOS在基因水平和蛋白表达水平均明显增加，提示INOS的表达与心肌保护作用相关密切，其机制可能是作为启动剂与体内多种介质相互作用，激活多条信号传导系统，如蛋白激酶C(PKC) 通路、酪氮酸蛋白激酶(PTK)通路和有丝分裂原激活蛋白激酶(MAPKS)通路等，最终使细胞产生多种保护性效应子，如KATP通道激活、热休克蛋白家族表达增加等，INOS可能处于信号传递的下游，是进一步产生保护性效应子的关键酶之一。INOS不仅能缩小心肌梗死面积，而且能减轻心肌顿抑。

　　1.5 Bcl2/Bax的表达

　　异氟醚提高Bcl2的表达，降低Bax的表达，减少心肌细胞的凋亡。定位于核膜、内质网膜及线粒体膜上的Bcl2蛋白对许多因素引发的细胞凋亡有抑制或延缓作用，被认为是心肌缺血再灌注损伤的自救基因。Bcl2表达产物可阻断Bax 等基因产物激活细胞凋亡信号传递系统的最后通路，从而增加成活细胞。Bax是与Bcl2结构相似的一种蛋白，但它的作用与Bcl2蛋白完全相反，有促进细胞凋亡的作用。Bax蛋白通过与线粒体上Bcl2蛋白形成二聚体发挥作用，当Bax较高表达时，形成同源二聚体Bax／Bax促进凋亡；而当Bcl2较高表达时，则形成异源二聚体Bcl2／Bax抑制凋亡发生，Bcl2和Bax相对比例决定细胞是生存还是凋亡。谭兴琴［9］等研究发现经静脉注入8％乳化异氟醚作预处理可以提高 Bcl2的表达，降低Bax的表达，Bcl2／Bax的比值的显著提高使心肌细胞的凋亡减少。

　　1.6 对ATP敏感性K+通道的作用

　　线粒体KATP通道最初由Inoue等在大鼠肝线粒体的内膜发现，其激活可使线粒体内膜去极化导致钾离子内流和基质肿胀，产生调节细胞代谢和细胞信息的作用。动物实验证实缺血预处理的保护效应有ATP依赖性钾通道开放的参与。在心肌缺血再灌注过程中，ATP水平的降低将导致这些通道的开放，使钾离子外流，缩短了心肌的动作电位，心肌动作电位的降低将会降低钙离子内流，降低了细胞内钙超载，从而使细胞内ATP得以储存。在心肌缺血前使用异氟醚具有明显的心肌保护作用，即异氟醚能诱导心肌产生药物性预适应，而KATP通道阻断剂可特异性的取消异氟醚的药物预适应作用［10］。研究发现，KATP通道阻滞剂优降糖可消除异氟醚等吸入麻醉药预处理对狗及兔的心肌保护作用，而K+通道开放剂Pinacidil可模拟IPC的保护作用［11］。进一步的研究表明异氟醚等吸入麻醉药预处理的心肌保护作用主要与心肌细胞线粒体KATP通道激活有关［12］。

　　1.7 对Ca2+超载的作用

　　研究证实过量钙离子进入线粒体，干扰线粒体氧化磷酸化过程，致心肌细胞能量代谢障碍。钙离子激活磷脂酶，促进膜结构磷脂水解，造成细胞膜及细胞器损伤。异氟醚可减少钙离子内流及心肌顿抑时细胞内钙离子浓度。异氟醚不仅抑制钠／钙交换；还与 L型钙通道结合，减少钙内流，储存在肌浆网中的钙离子通过开放阿诺碱(Ryanokine) 受体钙释放通道复合体，使钙离子流向细胞外，而使细胞内钙减少。

　　2 异氟醚后处理的心肌保护作用

　　近年的研究发现异氟醚缺血后处理具有与异氟醚缺血预处理相似的心肌保护作用，但它们的机制有异有同。研究表明异氟醚缺血后处理的机制与以下途径有关。

　　2.1 激活多条信号传导系统

　　正常细胞内存在激酶信号系统如磷酸肌醇3激酶( PI3K)蛋白激酶B(AKT)途径、细胞外信号调节激酶(ERK)、P38及JNK等。缺血再灌注损伤（I/R）使这些激酶被激活而抑制细胞的凋亡，称为再灌注损伤补救激酶(the reperfusion injury salvage kinase，RISK)。在心肌再灌注损伤中起着极为重要的保护作用。

　　在兔I／R模型中［14］证实了异氟醚缺血后处理及缺血后处理挽救再灌注后损伤心肌的作用机制均为激活磷脂酰肌醇3激酶(PI3K) 途径，且异氟醚后处理与缺血后处理（Ipost C）具有正协同效应。异氟醚还可通过增加AKT保护心肌。Feng等［15］也发现 I／R早期异氟醚后处理缩小心肌梗死面积的机制可能与抑制糖原合成激酶3 (glycogen syntheses kinase 3，GSK3) 的激活以及激活 PKB／AKt 信号途径， 阻止线粒体通透性转换孔道 ( MPTP) 开放有关 。此外，磷脂酰肌醇3激酶Akt ( PIKAkt ) 或细胞外信号调节激酶(ERK)等是再灌注损伤补救激酶 ( RISK)途径的关键酶，异氟醚缺血后处理可能激活其上游的G蛋白耦联受体如腺苷受体，及其下游的鸟苷酸环化酶、一氧化氮合酶( eNOS )、蛋白激酶c ( PKC)。

　　2.2 对ATP敏感性K通道和A1受体的作用

　　异氟醚缺血后处理能激活KATP通道，促进K外向电流，可缩短心肌动作电位，降低钙离子内流，降低细胞内钙超载，使细胞内ATP储存增加。异氟醚不但降低 KATP通道对ATP的敏感性，增加此通道的开放频率，且能提高A1受体的敏感性。异氟醚减小活体或离体心脏急性缺血后的梗死范围， 与缺血预处理的保护效应相似，且A1 拮抗剂与特异性蛋白激酶抑制剂可阻断此效应。提示其心肌保护作用与激活A1受体和KATP通道耦联有关。 Krolikowski JG等［16］用异氟醚对离体大鼠心脏缺血后处理发现，其心肌保护作用与抑制线粒体通透性转换孔（mitochondrial permeability transition pore (mPTP)），激活ATP敏感性K通道有关。

　　2.3 抑制再灌注时氧自由基的堆积并激发活性氧族

　　Zhao等［17］研究表明缺血后处理不仅抑制了氧自由基的大量堆积，抑制氧自由基的爆发、减少大量超氧化阴离子的产生，从而减少生物膜的脂质过氧化反应；同时减轻了氧自由基对组织的损伤。这与缺血后处理通过反复阻断减少局部血流，限制再灌注区氧自由基的生成底物的供给，减少氧自由基生成，同时清除氧自由基的酶不被大量冲走，使氧自由基的产生／清除趋于平衡密切相关。异氟醚减少自由基对膜性结构的破坏，防止细胞膜钙和Na+K+ ATP酶的离子转运机制的改变，防止钠/钙交换改变，从而减轻细胞内钙离子超载；还可抑制自由基直接降低肌丝对钙的敏感性，减少其对收缩蛋白的破环， 从而抑制心肌顿抑，减轻自由基对心肌的损害。并减少中性粒细胞生成过氧化物。

　　3 临床研究及应用前景

　　异氟醚心肌保护作用的研究成果主要通过动物实验获得，近年来虽然在异氟醚缺血预处理的临床应用研究方面也取得一定进展，但关于异氟醚缺血后处理临床应用的文献报道很少。顾春虎等［5］的临床研究发现异氟醚预处理通过影响血清降钙素基因相关肽(CGRP)、内皮素(ET)、心房钠尿肽(ANP)，减少小儿先心病手术的心肌缺血／再灌注损伤，促进体外循环后心功能恢复。刘学胜等［18］用异氟醚预处理60例拟行房间隔修补术、室间隔修补术或法乐氏四联症矫正术的先天性心脏病小儿后发现，小儿心肌缺血再灌注后血浆肌酸激酶同工酶（CKMB）及心肌肌钙蛋白I（cTnl）水平降低，心脏自动复跳率升高，证实经过异氟醚预处理后心肌缺血再灌注损伤较对照组明显减轻，对小儿缺血再灌注心肌具有一定的保护作用。。Przykenk［19］也发现主动脉阻断前吸入异氟醚与静脉麻醉组相比，血液动力学改变明显减轻，表现为较高的心脏指数和较小的ST段变化幅度。张明香等［3］的研究表明异氟醚预处理可降低非体外循环冠脉搭桥术中肌钙蛋白I（cTn I）的血浓度，说明心肌损伤减轻。Hemmerling T等［20］观察40例采用术后高胸段硬膜外镇痛和立即拔管的体外循环心脏搭桥手术患者发现，使用1MAC异氟醚和七氟醚处理对缺血再灌注心肌具有保护作用，且两者在心脏收缩和血流动力学方面没有差异。胡明伦等［21］的观察结果显示在异氟醚预处理能显著降低心脏瓣膜置换术病人血清cTnI浓度和CKMB活性，且线粒体肿胀、空泡化、脊断裂、肌丝排列紊乱均较对照组减轻。Lee MC等［22］对40例冠状动脉搭桥术患者随机分为对照组或异氟醚组，观察血流动力学数据，肌钙蛋白I释放和肌力支持，结果显示异氟醚预处理患者冠状动脉搭桥手术临床可行，并提供最佳的心肌保护作用。

　　异氟醚缺血预处理已证实是一种行之有效的心肌保护措施，在需要麻醉的病人中应用具有使用方便、不良影响小、可控性好的优势。虽然异氟醚缺血预处理与后处理都具有显著的心肌保护作用，但临床应用上两者最大不同点在于，前者因不能预测是否缺血以及缺血开始的时间，应用受到限制。而后者更具有可预测性及临床可行性，所以具有更广泛的临床应用前景和实用价值。

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