心肌缺血再灌注損傷研究進展

王紫監　張立民　趙自剛　牛春雨

(河北北方學院微循環研究所，河北　張家口　075000)

心肌缺血本質是心肌的氧供需求平衡失調，缺血心肌可呈現功能、形態及代謝等方面的損傷〔1，2〕，減少心肌缺血后損傷的最有效辦法就是恢復組織灌注。但是，目前遇到的問題是缺血心肌在恢復血液再灌注后，出現了心律失常、心肌能量代謝障礙、心肌細胞超微結構的變化及微血管內皮細胞(VEC)損傷和功能障礙等一系列的功能、結構、代謝及心肌細胞電生理特性等各個方面的損傷進一步加重的現象，即心肌缺血/再灌注損傷，是目前治療缺血性心肌病的一大障礙，臨床應盡量避免以上情況的發生或者減少此情況發生所帶來的損傷。本文將重點對心肌缺血再灌注的臨床表現、發病機制及防治途徑等進行綜述。

1　臨床表現

1.1再灌注性心律失常再灌注性心律失常一般發生在心肌缺血再灌注開始時，出現竇性心動過緩、室性早搏、室性心動過速、室顫等現象，但多為一過性的。臨床病人冠脈溶栓治療后出現嚴重的心律失常較少，可能因冠脈血管再通和血流再灌注是逐漸恢復的。

1.2心肌頓抑表現為心肌由缺血損傷導致恢復灌注后處于可恢復的心肌收縮功能失調，可持續數小時、數天甚至數周才能恢復，又稱為缺血后心肌功能障礙，其本質是缺血再灌注后可復性心肌損傷的緩慢恢復過程。臨床上心梗后溶栓治療、冠脈成形術后、冠脈旁路移植和心臟移植術后等心臟手術時需短暫中斷血流、冠心病患者做平板運動實驗出現心肌缺血后、不穩定型心絞痛及心肌梗死后梗死周圍的心肌均可發生心肌頓抑。

1.3血液無復流是指消除血管阻塞后仍不能實現組織血液灌注的現象。該現象首次被Krug等〔3〕提出，是心源性猝死和心臟事件的獨立預測因子，較血流恢復者更易發生左室重構〔4〕。VEC的缺血、缺氧引起內皮細胞水腫、血管管腔變小。再灌注后中性粒細胞黏附于毛細血管和小靜脈血管內皮，與活化的血小板、VEC互相作用，形成微血栓，造成毛細血管阻塞，引起無復流現象；同時心肌細胞的缺血性痙攣，造成了冠狀動脈擠壓、管腔變窄，從而阻斷了正常的血流。

1.4微循環障礙缺血再灌注會進一步損害VEC結構從而引發內皮細胞功能失調進而阻礙了微血管內血液循環。同時，缺血再灌注極易引起微動脈血管內壁粥樣斑塊破裂、脫落，形成微血栓，阻塞心肌微血管，從而降低心肌組織的血液灌注量，加重心肌缺血。

2　發病機制

2.1氧自由基(OFR)產生過多OFR主要包括超氧陰離子(O2·)、過氧化氫(H2O2)、羥基(OH·)和單線態氧(O2)等具有高度活性的氧分子或原子團，是機體內氧分子還原的中間產物。生理狀態下，OFR可被超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽(GSH)、GSH過氧化物酶(GSH-Px)、過氧化氫酶(CAT)及維生素C、E等清除，從而維持OFR生成與清除平衡，使細胞免受OFR損傷。心肌缺血再灌注時，氧化能力極強的OFR通過攻擊膜成分中的未飽和脂肪酸，生成脂質過氧化物，也被稱為脂性自由基。生物膜脂質過氧化后，膜脂質微環境發生了改變，同時引起了細胞膜功能單位結構和功能的障礙、膜磷脂的組成成分發生變化、膜流動性降低、通透性增加，最終造成細胞結構與功能的損傷。OFR損傷細胞的表現包括細胞膜、線粒體膜、溶酶體膜完整性的破壞及膜的流動性、通透性增高，使細胞水腫、細胞質疏松，細胞順應性降低。一旦造成了VEC損傷，還可刺激大量黏附分子表達、產生、釋放，進一步引起細胞黏附、炎癥反應。OFR生成增多與心肌細胞的壞死及功能障礙有關。

2.2細胞內鈣超載1972年，Shen等〔5〕在實驗中首次發現夾閉犬心臟冠狀動脈一定時間后，再次實現血液灌注后，加快了鈣離子在細胞內的聚積，從而首次提出了心肌缺血再灌注損傷的鈣超載學說，并進一步發現鈣超載在心肌缺血再灌注損傷的發生過程中發揮主導作用。大量實驗研究發現，在心肌缺血缺氧過程中，糖酵解逐漸增強，從而引起了乳酸在細胞內積聚，最終導致細胞內酸中毒〔6〕；在恢復心肌血液灌注后，通過滲透作用，細胞內的代謝產物被血液帶走，細胞外pH值升高，形成跨膜梯度，增加了細胞膜上 Na-H離子交換，增加了細胞內Na+濃度〔7〕，這又進一步激活 Na-Ca離子交換，使心肌細胞胞質中鈣離子超載，觸發線粒體攝取鈣離子，鈣離子聚集在線粒體內，抑制三磷酸腺苷(ATP)合成；鈣超載活化了磷脂酶A2和蛋白激酶C，形成花生四烯酸，引起細胞膜結構的損傷；花生四烯酸進一步活化，產生前列腺素(PG)和血栓素(TX)A2，而PG增多引起了大量OFR生成。此外，磷脂酶C催化磷酸肌醇水解產生三磷酸肌醇，可動員細胞內Ca2+，而水解產生的二酰甘油可活化蛋白激酶C，使無害的黃嘌呤脫氫酶轉化為黃嘌呤氧化酶，參與OFR合成。可見，在心肌缺血后的再灌注期，OFR過度生成與鈣超載兩者互相影響、互相促進，進而形成惡性循環，使心肌細胞損傷逐漸嚴重，進一步引起心肌細胞膜電位異常，出現心肌收縮功能障礙，導致心律失常等。

2.3中性粒細胞浸潤中性粒細胞的黏附與浸潤是心肌缺血再灌注后冠狀動脈血管的主要病理改變。一般來說，缺血再灌損傷的過程類似于機體炎性反應的發生過程。再灌注后，細胞膜上的花生四烯酸代謝增加，生成大量白三烯、PG和TXA2等，增加了VEC或白細胞表面特殊黏附分子的表達，促進了中性粒細胞的趨化、黏附和聚集，增加微血管的血流阻力，甚至引起無復流現象，加重心肌缺血性損害。中性粒細胞與VEC一旦接觸后即可被活化，釋放大量損壞血管內皮屏障的OFR及蛋白酶，從而增加了微血管壁的通透性；增加活性氧的釋放，損傷VEC及其他實質細胞，反射性加強中性粒細胞黏附能力。此外，心肌缺血可造成組織缺氧，而缺氧本身也可損傷內皮細胞的功能，增加內皮細胞的黏附性，同時缺氧能夠導致細胞膜上ATP依賴的膜泵能力下降從而引起細胞的水腫，內皮細胞破損，并且加重了微血管的痙攣和通透性增加，進一步引起中性粒細胞的黏附與浸潤。

2.4細胞凋亡生理情況下，細胞啟動凋亡程序后生成凋亡小體，最后被巨噬細胞吞噬，不會引起炎癥反應。在缺血缺氧刺激下，可引起細胞核內凋亡基因Bcl-2/bax、抑癌基因P53、Bcl-xL、Fas/Fas-L、腫瘤壞死因子高表達，啟動凋亡程序，加重細胞凋亡的發生。缺血的心肌再灌注后，雖然血液供應實現了恢復，但缺血期間細胞內氧自由基的生成增多和鈣離子的超載將會啟動心肌細胞的凋亡程序。研究表明，在心肌缺血再灌注損傷的發生過程中，細胞凋亡對心肌細胞的結構與功能損害起著非常重要的作用，也成為一些藥物干預心肌缺血再灌注損傷的靶點。劉艷霞等〔8〕通過結扎冠狀動脈前降支，建立了心肌缺血再灌注大鼠模型，應用缺口末端標記法檢測心肌細胞凋亡情況，應用免疫組化法觀察了與凋亡相關的蛋白Bcl-2、Bax表達情況，結果顯示，缺血再灌注組的細胞凋亡率顯著升高，同時凋亡調控基因Bcl-2、Bax蛋白表達量顯著升高，這表明細胞凋亡在心肌缺血再灌注損傷的過程中起到了關鍵作用。研究顯示，抑制心肌細胞凋亡的干預因素，能夠減輕心肌缺血再灌注損傷〔9〕。從目前的發展來看，引起心肌缺血再灌注損傷過程中細胞凋亡的確切機制還需要進一步研究。

2.5能量代謝障礙生理狀態下，心臟本身氧儲備非常低，而心臟本身耗氧量很大。一旦發生缺血缺氧，心肌細胞的能量代謝迅速從有氧代謝轉為無氧代謝，引起ATP生成急劇減少，出現能量代謝障礙。這樣，心肌細胞膜表面依賴ATP的離子泵功能降低；同時，再灌注后OFR引起的細胞膜損傷，也導致細胞膜表面及內質網鈣泵功能下降，甚至部分失活，引起鈣離子濃度依賴性的內流增多，導致心肌細胞內鈣超載。依賴ATP的細胞膜泵活性降低，導致膜電位改變，引發惡性心律失常的發生；鈣超載及細胞內酸中毒直接損害細胞的超微結構，導致缺血性肌痙攣。能量代謝障礙造成心肌細胞超微結構的異常，進而影響了基因結構，出現基因表達的異常，引發細胞凋亡。

3　心肌缺血再灌注損傷的防治

3.1缺血預適應或藥物預處理缺血預適應具有內源性保護作用，可以有效減少損傷。Nakamura等〔10〕提出，缺血預適應通過抑制中性白細胞積聚和下調Bax表達而減少心肌缺血再灌注損傷后的細胞凋亡。藥物預處理是通過激發或模擬內源性物質的心臟保護作用，從而實現對心肌細胞結構與功能的保護。研究表明，腺苷預處理可通過激活腺苷受體模擬預處理效應，明顯減輕犬缺血再灌注后心肌的壞死程度，改善心功能，其研究方法也是在模擬心肌缺血預處理的基礎上發展起來的〔11〕。去甲腎上腺素(NE)預處理的研究表明，NE注射后可增強心臟的收縮和舒張功能，增加生成熱休克蛋白(HSP)70產生延遲保護作用〔12〕；NE預處理還能改善心功能、減少膜破壞、減少心肌梗死面積，抑制心肌細胞凋亡。

3.2抗OFR藥物該類藥物包括SOD、CAT等OFR清除酶、黃嘌呤氧化酶抑制劑和低分子化合物維生素C、維生素E、輔酶Q等。研究〔13〕結果顯示，該類藥物可改善再灌注心律失常和暫時性心肌頓抑。

3.3抑制鈣超載類藥這類藥通過抑制鈣內流、阻止鈉鈣交換及氫離子外流減輕心肌損傷。

3.4VEC保護劑血管內皮功能失調后出現微血管阻塞，影響心肌組織的血液灌注量，是發生心肌缺血再灌注損傷的重要機制之一。

3.5細胞因子或黏附分子相關藥物研究〔14〕表明，炎癥因子如腫瘤壞死因子-α和白細胞介素-6，具有增強白細胞與血管內皮黏附的能力及促凝血活性等多種生物學作用，通過抑制其炎癥因子的活性可以減輕心肌缺血再灌注損傷程度。

3.6神經生長因子神經生長因子表達水平與心肌損傷有關，研究表明神經生長因子對心肌組織血管新生和心臟交感神經再生具有一定的影響〔15〕。同時，無論在大鼠還是人的缺血性心臟中，均觀察到了神經生長因子的過度表達和其高親和力的受體酪氨酸激酶〔16〕。此外，Caporali等〔17〕研究表明神經生長因子從缺氧/再復氧誘導的凋亡途徑對心肌提供了保護作用。Wei等〔18〕通過復制心肌缺血再灌注模型，發現神經生長因子預處理可顯著改善心臟缺血后血流動力學的恢復，同時在神經生長因子實驗組發現心肌肌酸激酶含量、乳酸脫氫酶的含量和心肌肌鈣蛋白及心肌細胞的凋亡比例都顯著下降；通過運用活化磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)-絲氨酸/蘇氨酸激酶(Akt)途徑工具藥發現，神經生長因子通過活化PI3K/Akt途徑降低內質網應激誘導的凋亡實現了對缺血再灌注心臟的保護作用。因此，蛋白激酶Akt的活化通過缺血預適應保護了心臟，同時轉基因Akt的過度表達對缺血后的心臟表現出了保護作用。而Moreira等〔19〕在大鼠的心肌缺血再灌注的研究中發現，運用合成的Akt激動劑，選擇性激活Akt后并沒有為心肌提供保護，因此可能還與其他信號通路有關。

3.7抗氧化劑研究表明，冠狀動脈梗死開始20 min后便可發生不可逆性的心肌損傷，心肌細胞可出現壞死和死亡〔20〕。Dianat等〔21〕研究發現，心肌缺血再灌注后心肌細胞損傷的表現在細胞內鈣離子和活性氧顯著增多，然后細胞膜脂質過氧化導致了細胞完整性和鈣離子入胞的缺失；而使用沒食子酸這個抗氧化劑可對抗細胞活性氧的損傷；同時，心肌細胞缺血缺氧后心肌細胞發生了去極化，而復合使用線粒體膜轉化孔抑制劑環孢霉素A可顯著改善心肌細胞結構的形態學損傷，同時使用沒食子酸可顯著減少雄性大鼠梗死心肌的組織學壞死程度。

3.8硫化氫(H2S)H2S產生于許多哺乳動物的組織中，如腦、血管平滑肌和心肌〔22〕；在組織當中促進H2S產生的酶具有特異性，在心臟和心血管中的酶為胱硫醚γ合酶(CSE)。研究表明，介導的血管平滑肌的舒張主要與ATP敏感性鉀通道有關〔23〕；H2S誘導的Akt、細胞外調節蛋白激酶(ERK)1/2、應激活化蛋白激酶(JNK)、P38絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)蛋白激酶的磷酸化及HSP72的表達在心肌缺血預處理的保護當中起非常重要作用。而Bliks?en等〔24〕實驗中通過制備離體心臟缺血預處理然后再灌注的模型，結果發現H2S是細胞防御的一個內源性機制，H2S對離體心臟缺血預處理的保護作用與其誘導產生的HSP72有關。

3.9傳統中醫藥中醫藥具有效果明顯、毒副作用小等優點，對于防治缺血再灌注損傷具有良好的臨床應用前景。傳統中藥中活血化瘀這一類的中藥其有效成分很多都對預防缺血再灌注損傷能起到很大作用。例如，茶多酚可通過清除OFR進而減輕心肌缺血再灌注的損傷；人參皂營、銀杏葉提取物及東莨菪堿等均可通過調節一氧化氮、內皮素的釋放，從而實現對心肌的保護作用〔25〕。

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