失血性休克后心肌損傷的表現及其發病機制

趙軼峰 趙自剛 牛春雨

(河北北方學院微循環研究所，河北 張家口 075000)

由于失血性休克患者全身有效循環血量減少，引起微循環障礙，導致重要生命器官缺血、缺氧。休克早期，在機體有效的代償作用下，心肌一般不易出現缺血、缺氧；隨著休克的進展，由于組織灌注不足，心臟灌流系統出現灌流不足，則會引起出現心肌缺血缺氧、細胞和組織損傷，成為受累器官之一，并出現明顯的收縮功能下降，進而加重其他臟器灌注不足，這也是休克后導致其他器官損傷的重要原因之一。因此，減輕低灌注狀態下的心肌缺血性損傷對于維護心肌的收縮功能及重癥休克的防治具有重要意義。本文綜述失血性休克后心肌損傷的表現及其發病機制。

1 心肌損傷的表現

失血性休克后的缺血缺氧會引起心肌細胞超微結構會發生一定的變化，進而引起不同程度的損傷。冀春萱等〔1〕發現，失血性休克家兔心肌發生變性與壞死性改變及心肌的區帶性病變；大多數心肌纖維的肌膜結構完整，但心肌纖維內肌原纖維數目減少，間距擴大，各區帶排列輕度錯亂；肌原纖維及肌微絲溶解消失，個別肌纖維內肌原纖維正常結構幾乎喪失殆盡，代之以疏松網狀肌微絲團；線粒體普遍腫脹，嵴分離、斷裂，甚至崩解成膜碎屑，嵴數目明顯減少。劉曉峰等〔2〕發現家兔失血后90 min后，心肌組織呈現不同程度的缺氧性損傷：心肌細胞部分區域肌絲斷裂溶解、肌絲消失、肌小節縮短、H帶消失；線粒體出現腫大、畸形、嵴排列紊亂、部分嵴模糊不清。休克兔心肌肌絲原明顯收縮、肌漿網擴張、部分肌絲斷裂、溶解、線粒體聚集，間質血管腔內炎性細胞浸潤等變化〔3〕。此外，還可見心肌細胞輕度萎縮的現象。

2 心肌損傷的發病機制

失血性休克心肌細胞組織損傷的機制與缺血、缺氧引起的能量代謝障礙、細胞因子介導的炎癥反應、鈣超載引起的細胞凋亡、自由基介導的膜損傷及內毒素直接或間接的損傷作用等多種因素及其之間的網絡效應有關。

2.1缺血、缺氧引起的心肌細胞能量代謝障礙 組織灌注不足，引起心肌缺血缺氧，缺氧發生機制主要與缺血有關，血流減少，使組織氧分壓降低，耗氧量減少，氧化代謝受到抑制，從而使細胞內能量儲備減少；由于心臟需氧量大、耗能多，一旦發生缺血缺氧，心肌細胞很快從有氧代謝轉為無氧糖酵解，產生ATP的能力極為低下(有氧代謝的1/18)，故缺氧可迅速引起心肌細胞能量代謝障礙。其后果一方面會導致心肌細胞功能障礙，引發一系列代謝紊亂，同時還可增加細胞對繼發性損傷的敏感性，使細胞在缺血后再灌注容易發生損傷；另一方面，無氧糖酵解導致的細胞內酸中毒又可直接損害心肌細胞的超微結構，能量代謝障礙還可造成心肌細胞某些基因、蛋白表達異常，同時缺氧也可使細胞內鈣水平增加，Ca2+可激活磷脂酶，使游離脂肪從細胞和亞細胞器膜釋放增多，進而激活花生四烯酸連鎖反應，直接損傷細胞，也可通過產生大量自由基損傷細胞，最終引起細胞腫脹、壞死、凋亡等一系列細胞死亡過程〔4〕。

2.2細胞因子介導的心肌細胞炎癥反應 研究表明，心臟也是一個生成炎性介質的潛在場所，炎癥細胞釋放的各種細胞因子通過不同的致炎途徑參與心力衰竭的發病過程〔5〕。研究顯示，在眾多炎性細胞因子中，腫瘤壞死因子(TNF)-α可能起核心作用〔6〕，它不僅介導內毒素的多種生物學作用，而且通過誘生其他介質協同作用，擴大其生物學效應，從不同環節參與體內炎癥反應和組織損傷。也有研究顯示，在機體大量釋放的炎癥介質中，TNF-α和白介素細胞(IL)-6是引起多種促炎細胞因子和炎癥介質失控性釋放的關鍵因素〔7〕。云偉等〔8〕研究發現炎癥前細胞因子會促進中性粒細胞在心肌內的黏附、聚集并釋放可溶性介質，導致心肌微血管的阻塞和心肌損傷加重；有研究提示持續高濃度的TNF-α可改變肌膜蛋白，破壞心肌細胞，損壞心肌，促進和維持大量單核巨噬細胞、自然殺傷細胞和殺傷性T淋巴細胞等向心肌浸潤，導致心肌灶性壞死和纖維化〔9〕。IL-6通過一系列反應也能促進中性粒細胞釋放超氧陰離子、穿孔素及抑制內皮細胞合成釋放一氧化氮(NO)等細胞毒物引起或加重心肌損傷〔10〕。心肌梗死發生后TNF-α釋放增加，而TNF-α又促進IL-6的釋放，兩者協同促進炎癥反應的發生發展，從而導致心肌損害。

2.3自由基介導的心肌細胞膜損傷 生理狀態下，氧自由基(OFR)在機體代謝過程中不斷產生，參與機體防御作用及某些生物活性物質的合成；另一方面機體又不斷清除體內過多的自由基，免于其對組織細胞的損害；OFR產生與消除處于動態平衡狀態。但當組織細胞缺血、缺氧時，對OFR的清除功能降低或喪失，而OFR生成增多，一旦組織恢復血供和氧供則使OFR大量產生和堆積，以多種方式造成細胞急、慢性損傷。可見，OFR的損傷作用是OFR產生和滅活失衡的結果〔11〕。研究表明〔12〕，OFR參與了細胞凋亡的發生，抗氧化劑可阻斷細胞凋亡，自由基可通過多種途徑引起細胞凋亡：激活p53基因，引起DNA損傷→活化多聚ADP核酸合成酶，引起煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD)快速耗竭，ATP大量消耗；攻擊細胞膜上的不飽和脂肪酸→脂質過氧化作用→細胞膜結構破壞→增加細胞膜的通透性使Ca2+內流增加→鈣超載；直接損害線粒體膜→通透性和膜電位改變；氧化應激→活化轉錄因子(NF)-κB、活化蛋白(AP)-1或其他酶→細胞凋亡相關基因表達增高〔13〕；同時，攻擊細胞膜上不飽和脂肪酸的氧化產物(過氧羥基24碳四烯酸)→細胞凋亡；OFR引起心肌細胞炎癥反應的級聯效應也是導致凋亡的重要因素〔14〕。此外，“氧化應激→激活Ca2+/Mg2+依賴的核酸內切酶→產生細胞膜發泡現象”、“心肌細胞溶酶體破壞釋放的大量的消化酶”等多種因素，均可導致心肌細胞壞死，成為心肌損傷的重要因素。

2.4鈣超載引起的心肌細胞凋亡 Ca2+是體內重要的第二信使，參與心肌細胞的興奮-收縮耦聯，心肌細胞膜內外Ca2+濃度的穩定是維持心肌細胞結構與功能的基礎。Shen等〔15〕發現犬心臟冠狀動脈短暫閉塞后復灌后可加速細胞內Ca2+的積聚，并首次提出鈣超載學說；研究〔16〕發現Ca2+通道阻滯劑可降低心臟缺血再灌注損傷，證明了鈣超載在缺血再灌注損傷中的作用。現已證實，休克晚期細胞內鈣超載是細胞損傷不可逆發展的共同通路。鈣超載是導致心肌細胞凋亡的重要因素〔17〕，主要發生機制包括：激活鈣依賴性核酸內切酶→降解DNA；Ca2+在ATP的配合下使DNA鏈舒展→暴露核小體之間的連接區內的酶切位點→DNA核酸內切酶切割DNA；激活谷氨酰胺轉移酶→催化細胞內肽鏈間的酰基轉移，在肽鍵間形成共價鍵，使細胞骨架蛋白分子間發生廣泛交聯→形成凋亡小體；激活NF-κB→加速細胞凋亡相關基因的轉錄與表達增加〔18〕；激活誘導型NO合酶(iNOS)→合成NO增多→DNA中嘌呤和嘧啶脫氨基→DNA突變和DNA鏈斷裂；此外，過高的NO可降低胞質的pH，并抑制蛋白質和核酸合成，增加p53表達及減少細胞ATP合成，NO的這些細胞毒性可導致細胞凋亡。

2.5內毒素直接或間接的損傷作用 失血性休克后出現的腸源性細菌/內毒素移位可直接或間接損傷心肌。研究表明〔19〕，膿毒癥患者中有40%～50%合并心功能不全。通過犬離體心臟實驗證實，內毒素能使冠脈血流減少，總冠狀血管阻力下降，其機制是由內毒素對心肌的直接損傷導致的；內源性或外源性細菌產生的大量內毒素可直接作用于心肌細胞，引起心肌細胞凋亡，其毒性與內毒素劑量呈正比；內毒素可損害心肌細胞的線粒體、肌漿網、肌膜等，導致生物膜受損、能量產生與利用障礙〔20〕。這些依據支持內毒素對心肌具有直接的損傷作用。

同時，內毒素還可造成心肌細胞內鈣調節系統紊亂、鈣依賴性蛋白激酶激活，早期使心肌細胞內鈣水平上升，增強心肌細胞收縮力；晚期出現的鈣超載引起心肌細胞凋亡，鈣敏感性下降導致心肌收縮減弱；內毒素引起心肌細胞黃嘌呤氧化酶、iNOS產生增多，促心肌細胞的OFR生成和NO釋放增多，形成氧化應激引起心肌細胞損傷〔21〕；內毒素直接引起血管內皮損傷，導致心肌微循環障礙、微血栓形成，使心肌持續處于低灌注狀態，氧攝取不足，導致線粒體呼吸功能障礙，當持續缺血時間>5～7 min時，呼吸鏈就會發生不可逆的改變〔22〕；內毒素激活Fas/Apo-1、TNF受體、轉化生長因子受體等，均可啟動心肌凋亡信號通路〔23，24〕；而內毒素引起心肌細胞炎癥反應的級聯反應，也是導致心肌細胞損傷的重要因素。

2.6休克腸淋巴液的毒性作用 近年來，國內外學者開始關注淋巴系統在重癥休克發病學中的作用機制，提出了腸淋巴液是誘導器官損傷及功能障礙的關鍵因素〔25〕。針對休克腸淋巴液回流在重癥休克心肌損傷中進行了系列研究，發現阻斷失血-脂多糖(LPS)二次打擊或失血性休克時的腸淋巴液回流，可降低炎癥反應、減輕自由基損傷、減少組織細胞凋亡、抑制中性粒細胞扣押及細胞膜泵功能障礙，從而減輕心肌損傷〔14，26，27〕；引流休克腸淋巴液可提高休克大鼠的平均動脈血壓，減輕心肌組織損傷，改善能量代謝與組織細胞膜泵活性〔28〕；將引流的休克腸淋巴液與原代培養的乳鼠心肌細胞共孵育，可損傷心肌細胞并上調NF-κB活性，啟動炎癥反應；其作用機制與休克腸淋巴液中過多的內毒素及炎癥因子有關〔29〕。這些結果提示，休克腸淋巴液的毒性作用是導致休克后心肌損傷的重要因素，阻斷休克腸淋巴液回流對休克后的心肌損傷具有良好的干預作用。因此，應進一步加強腸淋巴途徑在危重病發展進程中心肌損傷的研究〔30〕。

3 參考文獻

1冀春萱,楊龍泉.失血性休克狀態下的心肌超微結構〔J〕.臨床與實驗病理學雜志,1992；8(1)：49-51.

2劉曉峰,柴 偉,楊永慧,等.腺苷和芬太尼預處理減輕急性失血性休克兔心肌損傷〔J〕.實用醫學雜志,2007；23(14)：2132-4.

3丁紅香,秦基取,倪孔海.創傷性休克兔血清肌鈣蛋白Ⅰ的動態變化及其應用價值〔J〕.溫州醫學院學報,2007；37(2)：153-8.

4尚金星,張 梅,趙自剛.缺氧致細胞凋亡發生機制研究進展〔J〕.河北北方學院學報(醫學版),2008；25(6)：80-2.

5Dominguez Rodriguez A,Abreu Gonzalez P,Garcia Gonzalez MJ,etal.Association between serum interleukin 10 level and development of heart failure in acute myocardial infarction patients treated by primary angioplasty〔J〕.Rev Esp Cardiol,2005；58(6)：626-30.

6Jaimes EA,Del Castillo D,Rutherford MS,etal.Countervailing influence of tumor necrosis factor-alpha and nitric oxide in endotoxemia〔J〕.J Am Soc Nephrol,2001；12(6)：1204-10.

7趙自剛,張 靜,牛春雨.多器官功能障礙綜合征發病機制的某些研究進展〔J〕.微循環學雜志,2004；14(3)：80-3.

8云 偉,于艷秋,盧曉梅,等.小鼠心肌梗死后腫瘤壞死因子α、白細胞介素6和白細胞介素10表達變化及心肌病理改變〔J〕.中國動脈硬化雜志,2007；15(4)：245-7.

9Liu PP,Mason JW.Advances in the understanding of myocarditis〔J〕.Circulation,2001；104(9)：1076-82.

10Pudil R,Pidrman V,Krejsek J,etal.The effect of trimetazidine on C-reactive protein,cytokines and adhesion molecules in the course of acute myocardial infarction〔J〕.Acta Medica (Hradec Kralove),2001；44(4)：135-140.

11Zhao ZG,Niu CY,Zhang YP,etal.Pancreatic injury in rabbits with acute renal failure〔J〕.Ren Fail,2009；31(10)：977-81.

12劉 戎,宣昭林.活性氧、線粒體與細胞凋亡〔J〕.中國地方病防治雜志,2005；20(5)：285-8.

13梁幼雅,劉四軍,張熔文,等.不同中醫療法對缺氧/復氧大鼠心肌細胞凋亡的干預作用〔J〕.中國現代藥物應用,2007；1(6)：22-4.

14趙自剛,牛春雨,張玉平,等.腸淋巴途徑在失血-脂多糖二次打擊大鼠心肌損傷中的作用〔J〕.中國危重病急救醫學,2010；22(2)：97-100.

15Shen AC,Jennings RB.Kinetics of calcium accumulation in acute myocardial ischemic injury〔J〕.Am J Pathol,1972；67(3)：441-52.

16Saida K,Umeda M,Itakura A.Improvement of ischemic myocardial dysfunction by nisoldipine〔J〕.Cardiovasc Drugs Ther,1994；8(Suppl2)：365-70.

17劉勝中,楊雙強.細胞凋亡與心肌缺血/再灌注損傷〔J〕.心血管病學進展,2007；28(4)：613-7.

18沈建昕,張三明,牛春雨.NF-κB與心肌損傷的研究進展〔J〕.江蘇醫藥,2010；36(10)：2445-8.

19Angus DC,Linde-Zwirble WT,Lidicker J,etal.Epidemiology of severe sepsis in the United States：analysis of incidencem,outcome,and associated costs of care〔J〕.Crit Care Med,2001；29(7)：1303-10.

20Kuwana T,Newmeyer DD.Bcl-2 family proteins and the role of mitochondria in apoptosis〔J〕.Curr Opin Cell Biol,2003；15(6)：691-9.

21陳昌勤,張召才,嚴 靜.膿毒癥和心肌線粒體損傷〔J〕.中國危重病急救醫學,2007；10(19)：630-2.

22明自強,俞林明,呂銀祥,等.膿毒癥患者氧利用率的變化與預后關系〔J〕.中國中西醫結合急救雜志,2006；13(4)：247-9.

23Tirosh O,Aronis A,Melendez JA.Mitochondrial state 3 to 4 respiration transition during Fas-mediated apoptosis controls cellular redox balance and rate of cell death〔J〕.Biochem Pharmacol,2003；66(8)：1331-4.

24Garcia-Ruiz C,Colell A,Mari M,etal.Defective TNF-alpha mediated hepatocellular apoptosis and liver damage in acidic sphingomyelinase knockout mice〔J〕.J Clin Invest,2003；111(2)：197-208.

25Deitch EA.Gut lymph and lymphatics：a source of factors leading to organ injury and dysfunction〔J〕.Ann N Y Acad Sci,2010；1207(Suppl 1)：E103-11.

26Niu CY,Li JC,Zhao ZG,etal.Effect of intestinal lymphatic circulation blockage in two- hit rats〔J〕.World J Gastroenterol,2006；12(36)：5805-12.

27趙自剛,牛春雨,張 靜,等.腸淋巴途徑對休克大鼠心肌自由基、炎性介質的影響〔J〕.中國應用生理學雜志,2007；23(4)：385-9.

28牛春雨,趙自剛,張玉平,等.淋巴液引流對創傷失血性休克大鼠多器官損傷的影響〔J〕.中華創傷雜志,2010；26(12)：1144-8.

29牛春雨,侯亞利,趙自剛,等.腸淋巴途徑在休克大鼠腸源性細菌/內毒素移位發病學中的作用〔J〕.中國危重病急救醫學,2007；19(5)：266-9.

30張 靜.加強危重病發病學的淋巴微循環機制研究〔J〕.中國微循環，2009；13(1)：5-10.