心肌缺血再灌损伤和心肌缺血预处理-于金贵.ppt
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参见附件(136KB)。
心肌缺血/再灌注损伤和
心肌缺血预处理
山东大学齐鲁医院
于金贵
? 机械作功器官：高耗能、高耗氧、高代谢率。
? 高氧摄取率：再提高氧摄取率的潜力很小。
? 心肌有氧氧化的能力强而耐缺氧能力差。
? 产能场所：线粒体；耗能过程：肌动蛋白和肌球
蛋白的结合以及各种离子泵的活动。
? 产能减少
- 氧供?→线粒体氧化磷酸化? → ATP生成?。
- 无氧糖酵解?，但产能效率低。
- 心肌能量代谢状态与缺血损伤程度有直接关系。
? 细胞内酸中毒
- 心肌缺血时糖酵解加强，乳酸生成增多；
- CO2的蓄积可转化为H2CO3；
- ATP分解过程中产生H+；
- Ca2+与线粒体内磷酸根结合释放H+。
? 细胞内钙超载
- 心肌缺血→氧供和氧化底物均? → ATP生成? →各
离子泵(包括钙泵)功能? → [Ca2+]i ? 。
- 细胞内酸中毒→Na+-H+交换→减轻酸中毒程度；但
[Na+]i ? →Na+-Ca2+交换→ [Ca2+]i ? 。
- 缺血时儿茶酚胺释放? →激活Ca2+通道→ Ca2+内流? ；
肌质网释放Ca2+ → [Ca2+]i ?
? 自由基生成
- 缺血、缺氧→ ATP代谢产物( AMP和次黄嘌
呤)堆积
- 细胞内钙超载→激活Ca2+依赖性蛋白水解酶→黄
嘌呤脱氢酶(XD) →黄嘌呤氧化酶(XO)。
- 再灌注恢复血供时，XO →催化次黄嘌呤→大量
超氧阴离子。
- 在缺血引起心肌损害的因素中，自由基不起主要
作用。
? 细胞膜通透性增加
- 心肌缺血→脂肪酸氧化受阻→游离脂肪酸、脂酰
CoA及脂酰肉毒碱等堆积→使膜通透性异常增加
→细胞内酶和小分子物质外漏、K+ 外流、Ca2+
内流，膜内外原有的离子浓度差变小。
? 概念
- 缺血心肌在恢复血流后引起心肌超微结构、功能、代谢及电生理方面的的进一步损害叫
做心肌缺血/再灌注损伤。
(ischemia/reperfusion injury，IRI)
? 发生机制
- 能量代谢障碍
- 缺血造成的细胞膜通透性增加和离子泵的功能
减退导致再灌注后细胞内水肿和钙超载加重。
- 再灌注后使再合成ATP的物质基础(如腺苷、肌苷、次黄嘌呤等)丢失，ATP合成在短时间
内不能恢复。
? 发生机制
- 自由基大量生成
- 黄嘌呤氧化酶源性氧自由基的形成增多;
- 中性粒细胞源性氧自由基生成增加；
- 线粒体源性氧自由基生成增加；
- 儿茶酚胺分泌增多，儿茶酚胺氧化产生
具有细胞毒性的氧自由基。
? 发生机制
- 自由基大量生成
- 正常体内存在抗氧化系统，主要有SOD、CAT、 GSH-
PX 。这些酶类将正常产生的自由基分解代谢掉。
- 再灌注时，体内抗氧化酶类和抗氧化剂被大量消耗，使
自由基清除不足，最终造成自由基增多。
- 自由基的增多损伤生物膜，使酶活性降低，引起细胞内
Ca2+超载，诱导炎性介质产生。
-IRI时自由基生成增多和细胞内钙超载两者互为因果。
? 发生机制
- 钙超载：原因
- 生物膜受损，细胞膜通透性增加为再灌注时Ca2+的
内流创造了条件。
- 缺血缺氧引起的细胞内酸中毒，再灌注时通过H+-
Na+交换和Na+-Ca2+交换而使[Ca2+]i ? 。
- 线粒体功能障碍：再灌注时产生的氧自由基可破坏
线粒体结构和功能→ ATP生成? →肌膜和肌浆网钙
泵功能障碍→[Ca2+]i ?。
? 发生机制
- 钙超载：引起再灌注损伤的机制
- 细胞内游离钙? → Ca2+与CaM结合? →激活钙依赖
性蛋白水解酶如磷脂酶、蛋白酶、核酸内切酶等→
细胞膜及细胞器膜受损、细胞骨架和核酸分解→肌
纤维挛缩和断裂。
- 钙超载→激活钙依赖性蛋白水解酶→促使XD转变为
XO →自由基生成?→心肌损害。
- 钙依赖性磷脂酶A2激活→ AA生成? →环氧化酶和脂
加氧酶? → H2O2和羟自由基? ? 。
? 概念
- 1986年Murry 等人首先报道了心肌缺血预处理(适
应)现象(ischemic preconditioning，IPC)。
- 定义：反复多次的短暂心肌缺血对随后更长时间的
心肌缺血/再灌注损伤有保护作用，能提高心肌对缺
血的耐受性。因此，预处理是指预先给予某种损伤
性刺激，以提高心肌细胞自身抗损伤的耐受性或适
应性。
? IPC的特点
- 普遍性：预先给机体或器官、细胞某种损害性
刺激，使受损伤的器官(如心脏)产生耐受性
或适应性。预处理效应是生物界存在的一种普
遍规律。
- 非特异性：尽管预处理办法各不相同，但其保
护作用及其机制是相似的。
? IPC的特点
- 保护作用的时段性
- 早期IPC：持续约1~3h(迅速而短暂)。
腺苷?→ 受体→ PKC→ KATP通道；
eNOS表达?→ → cGMP?→预处理器官反应性
充血→保护作用。
? IPC的特点
- 有限的记忆性：如果预处理与随后的长时间缺
血的间隔时间由10min增加至1～2h，心肌将不
再"记忆"它曾被预处理过，于是保护作用随之
丧失。
? IPC的机制
- IPC是涉及多种因素参与的复杂过程, 释放的内源性
物质通过细胞内信号传导系统调节心肌功能。
- 三部分：内源性触发物的激活→信号传递通路的活
化→终末效应物形成。
- 内源性触发物质：腺苷、缓激肽、CGRP等；
- 信号传递通路：PKC、酪氨酸激酶和MAPKs等,-终末效应物：KATP通道、HSPs、SOD等。
? IPC的机制
- 内源性触发物质：腺苷
- 内源性腺苷释放增加是启动和介导IPC的重要环节。
*在预处理低氧灌流阶段,细胞内腺苷释放骤增；
*外源性腺苷预处理心肌可模拟IPC的保护作用；
*在IPC 前给予腺苷受体阻断药则可以阻断IPC 对心肌的保护作用；
*腺苷转运抑制剂(如潘生丁、曲氟嗪)能提高血液中的腺苷浓度，有
抗心肌缺血的作用；
*PTCA前冠脉内加入潘生丁预处理，病人耐受球囊扩张时间延长。
*CABG前滴注腺苷能增加心肌耐受缺血能力，加快术后心功能恢复。
? IPC的机制
- 内源性触发物质：缓激肽
- 心肌缺血→冠脉内皮释放缓激肽→缓激肽B2受体→激活
PKC→触发NO和PGI2释放；
-NO → cGMP ?→抑制L-钙通道→心肌收缩?、能量消耗? ；
-NO →扩张冠脉和抑制血小板黏附。
*外源性缓激肽可模拟IPC样心肌保护作用；
*应用NO合酶抑制剂和环氧化酶抑制剂可以阻断缓激肽对缺血
心肌的保护作用。
? IPC的机制
- 内源性触发物质：降钙素基因相关肽(CGRP)
- CGRP是心血管肽能神经纤维释放的一种递质，广泛分布于
血管壁上，短暂缺血引起CGRP的释放，产生心脏保护作用。
*CGRP灌注离体心脏或用促CGRP释放剂(辣椒素)均可模拟IPC效应；
*二者对心肌的保护效应可被其受体拮抗剂CGRP8-37逆转；
*缺血预处理第一次和第三次缺血末血浆CGRP浓度较对照组显著增
高，并明显降低室性心律失常发生率和心肌梗死面积。
? IPC的机制
- 内源性触发物质：阿片肽
- IPC →阿片肽释放→激活Gi/o蛋白→激活PKC →
KATP通道开放。
*IPC作用(缓解心绞痛、减小梗塞面积)在给予阿片类药物
后即刻出现，并且在24h后再现。
*其缓解心绞痛作用不依赖于其镇痛效应。
*非特异性拮抗剂纳洛酮以及?受体拮抗剂抑制IPC。
? IPC的机制
- 内源性触发物质：一氧化氮( NO)
- IPC的延迟效应与NO水平中度升高有关。
- NO →激活GC→cGMP ? →激活PDE → cAMP ? →
一系列效应。
*单磷脂A诱发的延迟性IPC依赖于iNOS，给予拮抗剂可取消
MIA的作用；
*在iNOS基因敲除的动物，MLA不能发挥心肌保护作用；
*NO产生过多→氧自由基大量产生→细胞损伤作用。
? IPC的机制
- 内源性触发物质：肾上腺素(AD)
- IPC → AD释放→A2和A3受体与抑制性Gi/o蛋白偶联
→腺苷酸环化酶(AC) →心肌保护作用(A1和A3在心
室肌和血管平滑肌呈优势分布)。
- AD激动剂诱导IPC的研究已经兴起，但还处于初期
阶段。
? IPC的机制
- 信号传递通路：蛋白激酶C(PKC)
- IPC →内源性物质(如腺苷、缓激肽、NO等)释放→ 受体偶
联抑制性G蛋白→ 激活PLC →水解磷脂酰二磷酸肌醇(PIP2)
→三磷酸肌醇(IP3)和二酰甘油(DAG) →分别激活Ca2+ 通道
和PKC →使效应蛋白磷酸化→介导IPC。
*应用PKC激动剂佛波醇酯(PMA)在大鼠可模拟出IPC效应，该效应
可被PKC拮抗剂螯丁二烯消除。
? IPC的机制
- 信号传递通路：酪氨酸蛋白激酶和丝裂原活
化蛋白激酶
¨C二者主要参与延迟性保护机制。触发因子可以通
过G蛋白激活上述激酶，然后使NF-kB磷酸化，后
者调节原癌基因和应急蛋白基因的表达。
? IPC的机制
- 终末效应物：KATP通道
¨C激活线粒体膜上的KATP通道→复极化时K+ 外流?
→动作电位时程和不应期缩短、平台期缩短→ 电压
依赖性Ca2+通道活性? → Ca2+内流? →钙超载引起
的损伤? ；同时心肌收缩力? →ATP消耗? →保护缺
血心肌。
? IPC的机制
- 终末效应物：热休克蛋白和抗氧化酶等
¨C延迟相IPC期间HSPs和SOD明显增加，推测HSPs和SOD
是IPC延迟相保护作用的主要内源性物质。
¨CHSP保护缺血心肌的机制是：①开放KATP通道；②抗氧
化作用；③HSPs磷酸化发生快速反应，有立即保护细胞
的作用。
¨CSOD清除缺血/再灌注时产生的自由基，拮抗其对膜脂
质的过氧化反应，保持细胞的结构完整性和膜表面蛋白
质的功能，发挥其保护作用。
? 临床应用前景
-IPC研究结果为其临床应用展示了诱人前景。
- 应用于心脏外科手术,可提高心肌保护水平，扩大某些
心脏手术的适应症，降低心脏手术死亡率，减少术后并
发症，改善术后心脏功能恢复，提高疗效。
- 在心脏移植手术中延长供心保存时间，提高供心质量及
移植成功率。
- 麻醉药的IPC 效应。
- 对心肌缺血后处理和远程器官预缺血的心肌保护作用的
研究。......（后略) ......
心肌缺血/再灌注损伤和
心肌缺血预处理
山东大学齐鲁医院
于金贵
? 机械作功器官：高耗能、高耗氧、高代谢率。
? 高氧摄取率：再提高氧摄取率的潜力很小。
? 心肌有氧氧化的能力强而耐缺氧能力差。
? 产能场所：线粒体；耗能过程：肌动蛋白和肌球
蛋白的结合以及各种离子泵的活动。
? 产能减少
- 氧供?→线粒体氧化磷酸化? → ATP生成?。
- 无氧糖酵解?，但产能效率低。
- 心肌能量代谢状态与缺血损伤程度有直接关系。
? 细胞内酸中毒
- 心肌缺血时糖酵解加强，乳酸生成增多；
- CO2的蓄积可转化为H2CO3；
- ATP分解过程中产生H+；
- Ca2+与线粒体内磷酸根结合释放H+。
? 细胞内钙超载
- 心肌缺血→氧供和氧化底物均? → ATP生成? →各
离子泵(包括钙泵)功能? → [Ca2+]i ? 。
- 细胞内酸中毒→Na+-H+交换→减轻酸中毒程度；但
[Na+]i ? →Na+-Ca2+交换→ [Ca2+]i ? 。
- 缺血时儿茶酚胺释放? →激活Ca2+通道→ Ca2+内流? ；
肌质网释放Ca2+ → [Ca2+]i ?
? 自由基生成
- 缺血、缺氧→ ATP代谢产物( AMP和次黄嘌
呤)堆积
- 细胞内钙超载→激活Ca2+依赖性蛋白水解酶→黄
嘌呤脱氢酶(XD) →黄嘌呤氧化酶(XO)。
- 再灌注恢复血供时，XO →催化次黄嘌呤→大量
超氧阴离子。
- 在缺血引起心肌损害的因素中，自由基不起主要
作用。
? 细胞膜通透性增加
- 心肌缺血→脂肪酸氧化受阻→游离脂肪酸、脂酰
CoA及脂酰肉毒碱等堆积→使膜通透性异常增加
→细胞内酶和小分子物质外漏、K+ 外流、Ca2+
内流，膜内外原有的离子浓度差变小。
? 概念
- 缺血心肌在恢复血流后引起心肌超微结构、功能、代谢及电生理方面的的进一步损害叫
做心肌缺血/再灌注损伤。
(ischemia/reperfusion injury，IRI)
? 发生机制
- 能量代谢障碍
- 缺血造成的细胞膜通透性增加和离子泵的功能
减退导致再灌注后细胞内水肿和钙超载加重。
- 再灌注后使再合成ATP的物质基础(如腺苷、肌苷、次黄嘌呤等)丢失，ATP合成在短时间
内不能恢复。
? 发生机制
- 自由基大量生成
- 黄嘌呤氧化酶源性氧自由基的形成增多;
- 中性粒细胞源性氧自由基生成增加；
- 线粒体源性氧自由基生成增加；
- 儿茶酚胺分泌增多，儿茶酚胺氧化产生
具有细胞毒性的氧自由基。
? 发生机制
- 自由基大量生成
- 正常体内存在抗氧化系统，主要有SOD、CAT、 GSH-
PX 。这些酶类将正常产生的自由基分解代谢掉。
- 再灌注时，体内抗氧化酶类和抗氧化剂被大量消耗，使
自由基清除不足，最终造成自由基增多。
- 自由基的增多损伤生物膜，使酶活性降低，引起细胞内
Ca2+超载，诱导炎性介质产生。
-IRI时自由基生成增多和细胞内钙超载两者互为因果。
? 发生机制
- 钙超载：原因
- 生物膜受损，细胞膜通透性增加为再灌注时Ca2+的
内流创造了条件。
- 缺血缺氧引起的细胞内酸中毒，再灌注时通过H+-
Na+交换和Na+-Ca2+交换而使[Ca2+]i ? 。
- 线粒体功能障碍：再灌注时产生的氧自由基可破坏
线粒体结构和功能→ ATP生成? →肌膜和肌浆网钙
泵功能障碍→[Ca2+]i ?。
? 发生机制
- 钙超载：引起再灌注损伤的机制
- 细胞内游离钙? → Ca2+与CaM结合? →激活钙依赖
性蛋白水解酶如磷脂酶、蛋白酶、核酸内切酶等→
细胞膜及细胞器膜受损、细胞骨架和核酸分解→肌
纤维挛缩和断裂。
- 钙超载→激活钙依赖性蛋白水解酶→促使XD转变为
XO →自由基生成?→心肌损害。
- 钙依赖性磷脂酶A2激活→ AA生成? →环氧化酶和脂
加氧酶? → H2O2和羟自由基? ? 。
? 概念
- 1986年Murry 等人首先报道了心肌缺血预处理(适
应)现象(ischemic preconditioning，IPC)。
- 定义：反复多次的短暂心肌缺血对随后更长时间的
心肌缺血/再灌注损伤有保护作用，能提高心肌对缺
血的耐受性。因此，预处理是指预先给予某种损伤
性刺激，以提高心肌细胞自身抗损伤的耐受性或适
应性。
? IPC的特点
- 普遍性：预先给机体或器官、细胞某种损害性
刺激，使受损伤的器官(如心脏)产生耐受性
或适应性。预处理效应是生物界存在的一种普
遍规律。
- 非特异性：尽管预处理办法各不相同，但其保
护作用及其机制是相似的。
? IPC的特点
- 保护作用的时段性
- 早期IPC：持续约1~3h(迅速而短暂)。
腺苷?→ 受体→ PKC→ KATP通道；
eNOS表达?→ → cGMP?→预处理器官反应性
充血→保护作用。
? IPC的特点
- 有限的记忆性：如果预处理与随后的长时间缺
血的间隔时间由10min增加至1～2h，心肌将不
再"记忆"它曾被预处理过，于是保护作用随之
丧失。
? IPC的机制
- IPC是涉及多种因素参与的复杂过程, 释放的内源性
物质通过细胞内信号传导系统调节心肌功能。
- 三部分：内源性触发物的激活→信号传递通路的活
化→终末效应物形成。
- 内源性触发物质：腺苷、缓激肽、CGRP等；
- 信号传递通路：PKC、酪氨酸激酶和MAPKs等,-终末效应物：KATP通道、HSPs、SOD等。
? IPC的机制
- 内源性触发物质：腺苷
- 内源性腺苷释放增加是启动和介导IPC的重要环节。
*在预处理低氧灌流阶段,细胞内腺苷释放骤增；
*外源性腺苷预处理心肌可模拟IPC的保护作用；
*在IPC 前给予腺苷受体阻断药则可以阻断IPC 对心肌的保护作用；
*腺苷转运抑制剂(如潘生丁、曲氟嗪)能提高血液中的腺苷浓度，有
抗心肌缺血的作用；
*PTCA前冠脉内加入潘生丁预处理，病人耐受球囊扩张时间延长。
*CABG前滴注腺苷能增加心肌耐受缺血能力，加快术后心功能恢复。
? IPC的机制
- 内源性触发物质：缓激肽
- 心肌缺血→冠脉内皮释放缓激肽→缓激肽B2受体→激活
PKC→触发NO和PGI2释放；
-NO → cGMP ?→抑制L-钙通道→心肌收缩?、能量消耗? ；
-NO →扩张冠脉和抑制血小板黏附。
*外源性缓激肽可模拟IPC样心肌保护作用；
*应用NO合酶抑制剂和环氧化酶抑制剂可以阻断缓激肽对缺血
心肌的保护作用。
? IPC的机制
- 内源性触发物质：降钙素基因相关肽(CGRP)
- CGRP是心血管肽能神经纤维释放的一种递质，广泛分布于
血管壁上，短暂缺血引起CGRP的释放，产生心脏保护作用。
*CGRP灌注离体心脏或用促CGRP释放剂(辣椒素)均可模拟IPC效应；
*二者对心肌的保护效应可被其受体拮抗剂CGRP8-37逆转；
*缺血预处理第一次和第三次缺血末血浆CGRP浓度较对照组显著增
高，并明显降低室性心律失常发生率和心肌梗死面积。
? IPC的机制
- 内源性触发物质：阿片肽
- IPC →阿片肽释放→激活Gi/o蛋白→激活PKC →
KATP通道开放。
*IPC作用(缓解心绞痛、减小梗塞面积)在给予阿片类药物
后即刻出现，并且在24h后再现。
*其缓解心绞痛作用不依赖于其镇痛效应。
*非特异性拮抗剂纳洛酮以及?受体拮抗剂抑制IPC。
? IPC的机制
- 内源性触发物质：一氧化氮( NO)
- IPC的延迟效应与NO水平中度升高有关。
- NO →激活GC→cGMP ? →激活PDE → cAMP ? →
一系列效应。
*单磷脂A诱发的延迟性IPC依赖于iNOS，给予拮抗剂可取消
MIA的作用；
*在iNOS基因敲除的动物，MLA不能发挥心肌保护作用；
*NO产生过多→氧自由基大量产生→细胞损伤作用。
? IPC的机制
- 内源性触发物质：肾上腺素(AD)
- IPC → AD释放→A2和A3受体与抑制性Gi/o蛋白偶联
→腺苷酸环化酶(AC) →心肌保护作用(A1和A3在心
室肌和血管平滑肌呈优势分布)。
- AD激动剂诱导IPC的研究已经兴起，但还处于初期
阶段。
? IPC的机制
- 信号传递通路：蛋白激酶C(PKC)
- IPC →内源性物质(如腺苷、缓激肽、NO等)释放→ 受体偶
联抑制性G蛋白→ 激活PLC →水解磷脂酰二磷酸肌醇(PIP2)
→三磷酸肌醇(IP3)和二酰甘油(DAG) →分别激活Ca2+ 通道
和PKC →使效应蛋白磷酸化→介导IPC。
*应用PKC激动剂佛波醇酯(PMA)在大鼠可模拟出IPC效应，该效应
可被PKC拮抗剂螯丁二烯消除。
? IPC的机制
- 信号传递通路：酪氨酸蛋白激酶和丝裂原活
化蛋白激酶
¨C二者主要参与延迟性保护机制。触发因子可以通
过G蛋白激活上述激酶，然后使NF-kB磷酸化，后
者调节原癌基因和应急蛋白基因的表达。
? IPC的机制
- 终末效应物：KATP通道
¨C激活线粒体膜上的KATP通道→复极化时K+ 外流?
→动作电位时程和不应期缩短、平台期缩短→ 电压
依赖性Ca2+通道活性? → Ca2+内流? →钙超载引起
的损伤? ；同时心肌收缩力? →ATP消耗? →保护缺
血心肌。
? IPC的机制
- 终末效应物：热休克蛋白和抗氧化酶等
¨C延迟相IPC期间HSPs和SOD明显增加，推测HSPs和SOD
是IPC延迟相保护作用的主要内源性物质。
¨CHSP保护缺血心肌的机制是：①开放KATP通道；②抗氧
化作用；③HSPs磷酸化发生快速反应，有立即保护细胞
的作用。
¨CSOD清除缺血/再灌注时产生的自由基，拮抗其对膜脂
质的过氧化反应，保持细胞的结构完整性和膜表面蛋白
质的功能，发挥其保护作用。
? 临床应用前景
-IPC研究结果为其临床应用展示了诱人前景。
- 应用于心脏外科手术,可提高心肌保护水平，扩大某些
心脏手术的适应症，降低心脏手术死亡率，减少术后并
发症，改善术后心脏功能恢复，提高疗效。
- 在心脏移植手术中延长供心保存时间，提高供心质量及
移植成功率。
- 麻醉药的IPC 效应。
- 对心肌缺血后处理和远程器官预缺血的心肌保护作用的
研究。......（后略) ......