扩张型心肌病与红细胞钠钾钙镁离子及ATP酶关系的研究
作者：冯华松 南柏松 赵连友 高双斌
单位：第四军医大学唐都医院心脏内科*
关键词：心肌疾病；离子；腺苷三磷酸酶类
中华医学杂志920912.htm
摘要 观察了30例扩张型心肌病(DCM)患者红细胞内Na+、K+、Ca2+、Mg2+含量和红细胞膜Na·K-ATP酶(Na泵)、Ca-ATP酶(Ca泵)活性的变化及治疗对上述指标的影响。结果表明患者红细胞内Na+、Ca2+含量升高，K+、Mg2+、Na泵和Ca泵浓度明显降低，上述异常改变随病性好转而逐渐恢复正常。提示细胞内离子异常变化及其转运障碍，在DCM的发病中可能具有重要作用。
, http://www.100md.com
近年来从细胞分子水平探讨扩张型心肌病(DCM)的发病机理日益引起人们的关注。资料表
明[1]，心肌细胞与红细胞离子含量、酶学变化基本上是一致的，因此红细胞可以反映心肌细胞离子代谢变化。本研究以红细胞为材料，观察了DCM患者红细胞内Na+、K+、Ca2+、Mg2+及ATP酶活性变化情况及其与病情之间的关系，对离子转运异常在DCM发病中的意义作了初步讨论。
对象和方法
1.对象：根据1980年WHO分类标准[2]，选择30例DCM患者，男17例，女13例(平均年龄42±11岁)。每例患者均经详细询问病史、体检、心电图、X线、超声心动图检查，并排除其它心脏病及其它病因引起的特异性心肌病。心功能按纽约心脏协会(NYHA)标准分级，II级10例，III级8例，IV级12例。30名健康人作为正常对照，男17名、女13名(平均年龄43±15岁)。
, 百拇医药
2.方法：所有病例均在一周以上未用洋地黄及利尿剂。两组受检者均于早晨空腹静脉采血，其中16例患者按常规剂量给予开搏通及血管扩张剂治疗7~30天后心功能明显改善时再次采血。
红细胞内Na+、K+、Ca2+、Mg2+含量测定：参照沈咱一等[3]的方法稍加修改。取肝素抗终静脉血2ml，红细胞用等渗氯化锂洗涤3次，用无离子水溶解红细胞，按Bradford法[4]测定溶血液的蛋白含量(以牛血清白蛋白作标准)，用原子吸收分光光度仪(日本产180/80型)检测红细胞内Na+、K+、Ca2+、Mg2+各离子含量(单位μmol/g)。所有样品均用同一系列标准液作质控，各离子平均回收率均>90%；每一样品测定两次，变异系数(CV)>50%者剔除不用。
, 百拇医药 红细胞膜ATP酶活性测定：按董伟等[5]方法制备红细胞膜并测定其ATP酶活性。反应总体积为200μl，加入80μl红细胞膜悬液(含膜蛋白60μg左右)。Mg-ATP酶反应液(mmol/L)；含50Tris-HCI(pH7.4)、5MgCl2、0.5ATP、0.1哇巴因、0.1EGTA；Na·K·Mg-ATP酶反应液(mmol/L)：含50Tris-HCI(pH7.4)、5MgCl2、150NaCl、20KCl、0.5ATP、0.1EGTA；Ca-ATP酶反应液(mmol/L)：含50Tris-HCI(pH7.4)、5MgCl2、0.1CaCl2、150NaCl、0.5ATP加ATP开始，37℃水浴保温10分钟后立即置入冰浴中并用三氯醋酸终止反应。用Muszbek法测磷，Bradford法[4]测膜蛋白。酶活性单位用μmolpi·mg-1/h表示。Na·K-ATP酶活性=Na·K·Mg-ATP酶活性-Mg-ATP酶活性。
, 百拇医药
3.统计学处理：所有数据以
±s表示，组间均数差异和治疗前后比较分别用t检验和配对t检验，部分数据用直线回归进行相关分析。
结 果
1.红细胞Na+、K+、Ca2+、Mg2+及ATP酶的变化：DCM患者红细胞Na+、Ca2+含量升高，K+、Mg2+、Na·K-ATP酶和Ca-ATP酶活性明显降低，与正常人比较，两组差异有显著意义(表1)
表1 红细胞电解质及ATP酶的变化(±s)
, 百拇医药
组别
Na+
(μmol/g)
K+
(μmol/g)
Ca2+
(μmol/g)
Mg2+
(μmol/g)
Ca-ATP酶
, 百拇医药 (μmolpi·mg-1/h)
Na·K-ATP酶
(μmolpi·mg-1/h)
对照组
39.9±13.2
279.8±35.8
4.68±2.35
9.19±1.54
0.43±.018
0.18±0.08
DCM组
, 百拇医药
55.7±21.6
252.2±52.2
6.76±3.93
8.42±1.04
0.26±0.11
0.07±0.04
P值
<0.01
<0.05
<0.05
<0.05
<0.001
, 百拇医药
<0.001
表2 心功能与红细胞电解质及ATP酶的关系(±s)
心功能
例数
Na+
(μmol/g)
K+
(μmol/g)
Ca2+
(μmol/g)
, 百拇医药
Mg2+
(μmol/g)
Ca-ATP酶
(μmolpi·mg-1/h)
Na·K-ATP酶
(μmolpi·mg-1/h)
II级
10
50.3±20.8
274.6±48.9
, 百拇医药
5.11±2.71
8.77±1.25
0.32±0.09
0.09±0.05
III级
8
56.7±28.1
257.3±37.7
7.47±4.19
8.35±0.86
0.28±0.11
0.06±0.04
, 百拇医药
IV级
12
59.5±18.2
230.1±57.5*
7.68±4.45*
8.03±0.93*
0.18±0.06*
0.05±0.03*
注：II级与IV级比较，*P<0.05表3 治疗前后对红细胞电解质及ATP酶的影响(±s)
组别
, 百拇医药
Na+
(μmol/g)
K+
(μmol/g)
Ca2+
(μmol/g)
Mg2+
(μmol/g)
Ca-ATP酶
(μmolpi·mg-1/h)
, 百拇医药
Na·K-ATP酶
(μmolpi·mg-1/h)
治疗前
58.9±20.0
251.0±40.4
7.49±4.53
8.62±0.95
0.28±0.11
0.06±0.03
治疗后
40.1±3.9
, 百拇医药
278.0±28.2
4.84±2.69
9.42±0.98
0.40±0.17
0.10±0.04
P值
<0.05
<0.05
<0.05
<0.05
<0.05
<0.05
, http://www.100md.com
2.心衰程度与红细胞Na+、K+、Ca2+、Mg2+及ATP酶的关系：红细胞Na+、Ca2+含量升高，K+、Mg2+含量和Na·K-ATP酶、Ca-ATP酶活性下降均随心力衰竭程度加重而越发明显，其中心功能II级与IV级相比，除Na+外，上述指标差异均有显著意义(表2)。
3.治疗前后对红细胞Na+、K+、Ca2+、Mg2+及ATP酶的影响：对16例DCM患者进行了治疗前后的观察，经治疗病例情稳定后红细胞Na+、Ca2+含量比治疗前降低，而K+、Mg2+、Na·K-ATP酶和Ca-ATP酶活性性则比治疗前升高，治疗前后比较差异有显著意义(表3)
, 百拇医药
4.各指标间的相互关系：分析DCM患者红细胞各离子含量与ATP酶活性的关系，发现：(1)K+与Mg2+呈正相关(γ=0.35，P<0.05)；(2)Na泵与Ca泵亦呈正相关(γ=0.33，P<0.05)；(3)Na+、K+、Ca2+、Mg2+与Na及Ca泵相关不显著(P>0.05)。
讨 论
自1957年发现Na·K-ATP酶以来，人们试图从细胞分子水平来探讨某些疾病的发病机理。Na·K-ATP酶广泛存在于细胞质膜上，其基本功能是主动将细胞内的Na+运送到细胞外，将细胞外的K+送入细胞内。Norgaard等[6]证明DCM患者心肌细胞膜Na·K-ATP酶活性降低，上述结果亦为本研究所证实。同时还观察到DCM患者红细胞内Na+浓度升高，K+下降，这可以用Na泵活性下降造成的Na+、K+转动障碍来解释。
, 百拇医药
Ca-ATP酶是细胞膜上另一个重要的酶，其基本功能是将细胞膜内的Ca2+主动转动到细胞外。本研究结果表明，DCM患者Ca-ATP酶活性降低，细胞内Ca2+浓度升高。认为细胞内Ca2+超负荷与细胞膜Ca泵活性下降导致Ca2+转动异常有关。结合前述的结果，细胞内Na+增高使细胞内外Na+浓度梯度降低，因此细胞内Ca2+通过Na+-Ca2+交换排出减少，使细胞内Ca2+浓度升高。Ca2+在细胞功能的调节中起第二信使的作用。细胞的许多功能都依赖于细胞内外极高的离子浓度差存在，一旦这种浓度差减低，细胞就要受到功能性损伤，甚至引起死亡[7]。
近年来Mg2+与心脏疾患之间的关系日益受到重视[8]。本研究观察到DCM患者红细胞内Mg2+含量明显低于正常人。细胞内Mg2+降低的原因尚不清楚。由于Mg2+是Na泵和Ca泵的激动剂，因而，低Mg2+可使Na泵和Ca泵功能受到抑制。同时低Mg2+使K+不能进入除极化的细胞，导致心肌细胞K+的丢失[8]；低Mg2+还可使细胞内Ca2+的蓄积[8]。本研究结果表明，红细胞内Na+、Ca+浓度随心衰程度的加重而进一步升高，K+、Mg2+浓度和Na泵、Ca泵活性进一步下降。提示心衰及其程度与红细胞电解质及ATP酶的关系极为密切。其原因可能为心衰时心输出量下降。细胞缺血缺氧，引起有氧氧化过程受阻，ATP耗竭；Na泵和Ca泵转运离子过程需不断消耗能量，由于ATP被耗竭，其转运能力大大降低，结果出现细胞内K+的降低，Na+和Ca+的超负荷，最终导致心衰的进一步加重。此外，本组16例患者经有效的药物治疗后，心功能明显改善及病情稳定时上述细胞内离子浓度和ATP酶活性可逐渐恢复正常。提示测定细胞内电解质和ATP酶对判断病情程度和估价治疗效果均有一定的临床意义。
, 百拇医药
本研究结果还表明，DCM患者红细胞K+与Mg2+浓度降低，Na泵与Ca泵活性减低具有一致性。这就不难理解临床上心衰病人单纯补K+而不补Mg2+难以纠正心衰，同时补K+和Mg2+后则往往可以奏效。Na泵和Ca泵活性同时降低在DCM发病中的意义，作者推测DCM患者可能存在细胞膜的完整性和离子通道受损，Na泵和Ca泵活性受到抑制，从而扰乱离子经细胞膜的运输，引起细胞内K+和Mg2+的降低，Ca2+和Na+的过度负荷，促使或加重心功能不全的发生发展。Na泵可能主要与心肌能量代谢有关[5]，而Ca泵则可能与心肌的收缩和舒张功能有关[8]。尽管影响Na泵和Ca泵活性的因素较多，作者认为Na泵和Ca泵活性降低，进而引起心肌舒缩功能和能量代谢紊乱，可能是DCM发病机理的主要环节之一。
参 考 文 献
1.马爱群等.人心耳细胞与淋巴细胞、红细胞K+、Na+、Ca+、Mg2+含量的相关研究.中国循环杂志.1989; 2 : 166.
, 百拇医药
2.Report of the WHO/ISFO task force on the definition and classification of cardiomyopathies. Br Heart J 1980; 44 : 672.
3.沈路一等.淋巴细胞内钙,镁,铜,锌含量测定的研究及临床应用.上海医学.1987; 10 : 641.
4.Bradford MM. A rapide and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding.Anal Biochem 1976; 72 : 248.
5.董伟等.长寿老人红细胞膜ATP酶及唾液酸的研究.生物化学和生物物理进展.1986; 3 : 49.
6.Norgaard A, et al. Relation of left ventricular function and Na, K-pump cardiomyopathy. Am J Cardiol 1988; 61 : 1312.
7.薛沿宁等.Ca2+与细胞功能的调节.生理科学进展.1988; 4 : 328.
8.朱文清等.低镁血症与心脏疾患之间的关系.心血管病学进展.1991; 3 : 150.
(1991年9月16日收稿 1992年5月16日修回), 百拇医药
单位：第四军医大学唐都医院心脏内科*
关键词：心肌疾病；离子；腺苷三磷酸酶类
中华医学杂志920912.htm
摘要 观察了30例扩张型心肌病(DCM)患者红细胞内Na+、K+、Ca2+、Mg2+含量和红细胞膜Na·K-ATP酶(Na泵)、Ca-ATP酶(Ca泵)活性的变化及治疗对上述指标的影响。结果表明患者红细胞内Na+、Ca2+含量升高，K+、Mg2+、Na泵和Ca泵浓度明显降低，上述异常改变随病性好转而逐渐恢复正常。提示细胞内离子异常变化及其转运障碍，在DCM的发病中可能具有重要作用。
, http://www.100md.com
近年来从细胞分子水平探讨扩张型心肌病(DCM)的发病机理日益引起人们的关注。资料表
明[1]，心肌细胞与红细胞离子含量、酶学变化基本上是一致的，因此红细胞可以反映心肌细胞离子代谢变化。本研究以红细胞为材料，观察了DCM患者红细胞内Na+、K+、Ca2+、Mg2+及ATP酶活性变化情况及其与病情之间的关系，对离子转运异常在DCM发病中的意义作了初步讨论。
对象和方法
1.对象：根据1980年WHO分类标准[2]，选择30例DCM患者，男17例，女13例(平均年龄42±11岁)。每例患者均经详细询问病史、体检、心电图、X线、超声心动图检查，并排除其它心脏病及其它病因引起的特异性心肌病。心功能按纽约心脏协会(NYHA)标准分级，II级10例，III级8例，IV级12例。30名健康人作为正常对照，男17名、女13名(平均年龄43±15岁)。
, 百拇医药
2.方法：所有病例均在一周以上未用洋地黄及利尿剂。两组受检者均于早晨空腹静脉采血，其中16例患者按常规剂量给予开搏通及血管扩张剂治疗7~30天后心功能明显改善时再次采血。
红细胞内Na+、K+、Ca2+、Mg2+含量测定：参照沈咱一等[3]的方法稍加修改。取肝素抗终静脉血2ml，红细胞用等渗氯化锂洗涤3次，用无离子水溶解红细胞，按Bradford法[4]测定溶血液的蛋白含量(以牛血清白蛋白作标准)，用原子吸收分光光度仪(日本产180/80型)检测红细胞内Na+、K+、Ca2+、Mg2+各离子含量(单位μmol/g)。所有样品均用同一系列标准液作质控，各离子平均回收率均>90%；每一样品测定两次，变异系数(CV)>50%者剔除不用。
, 百拇医药 红细胞膜ATP酶活性测定：按董伟等[5]方法制备红细胞膜并测定其ATP酶活性。反应总体积为200μl，加入80μl红细胞膜悬液(含膜蛋白60μg左右)。Mg-ATP酶反应液(mmol/L)；含50Tris-HCI(pH7.4)、5MgCl2、0.5ATP、0.1哇巴因、0.1EGTA；Na·K·Mg-ATP酶反应液(mmol/L)：含50Tris-HCI(pH7.4)、5MgCl2、150NaCl、20KCl、0.5ATP、0.1EGTA；Ca-ATP酶反应液(mmol/L)：含50Tris-HCI(pH7.4)、5MgCl2、0.1CaCl2、150NaCl、0.5ATP加ATP开始，37℃水浴保温10分钟后立即置入冰浴中并用三氯醋酸终止反应。用Muszbek法测磷，Bradford法[4]测膜蛋白。酶活性单位用μmolpi·mg-1/h表示。Na·K-ATP酶活性=Na·K·Mg-ATP酶活性-Mg-ATP酶活性。
, 百拇医药
3.统计学处理：所有数据以
±s表示，组间均数差异和治疗前后比较分别用t检验和配对t检验，部分数据用直线回归进行相关分析。结 果
1.红细胞Na+、K+、Ca2+、Mg2+及ATP酶的变化：DCM患者红细胞Na+、Ca2+含量升高，K+、Mg2+、Na·K-ATP酶和Ca-ATP酶活性明显降低，与正常人比较，两组差异有显著意义(表1)
表1 红细胞电解质及ATP酶的变化(
±s), 百拇医药
组别
Na+
(μmol/g)
K+
(μmol/g)
Ca2+
(μmol/g)
Mg2+
(μmol/g)
Ca-ATP酶
, 百拇医药 (μmolpi·mg-1/h)
Na·K-ATP酶
(μmolpi·mg-1/h)
对照组
39.9±13.2
279.8±35.8
4.68±2.35
9.19±1.54
0.43±.018
0.18±0.08
DCM组
, 百拇医药
55.7±21.6
252.2±52.2
6.76±3.93
8.42±1.04
0.26±0.11
0.07±0.04
P值
<0.01
<0.05
<0.05
<0.05
<0.001
, 百拇医药
<0.001
表2 心功能与红细胞电解质及ATP酶的关系(
±s)心功能
例数
Na+
(μmol/g)
K+
(μmol/g)
Ca2+
(μmol/g)
, 百拇医药
Mg2+
(μmol/g)
Ca-ATP酶
(μmolpi·mg-1/h)
Na·K-ATP酶
(μmolpi·mg-1/h)
II级
10
50.3±20.8
274.6±48.9
, 百拇医药
5.11±2.71
8.77±1.25
0.32±0.09
0.09±0.05
III级
8
56.7±28.1
257.3±37.7
7.47±4.19
8.35±0.86
0.28±0.11
0.06±0.04
, 百拇医药
IV级
12
59.5±18.2
230.1±57.5*
7.68±4.45*
8.03±0.93*
0.18±0.06*
0.05±0.03*
注：II级与IV级比较，*P<0.05表3 治疗前后对红细胞电解质及ATP酶的影响(
±s)组别
, 百拇医药
Na+
(μmol/g)
K+
(μmol/g)
Ca2+
(μmol/g)
Mg2+
(μmol/g)
Ca-ATP酶
(μmolpi·mg-1/h)
, 百拇医药
Na·K-ATP酶
(μmolpi·mg-1/h)
治疗前
58.9±20.0
251.0±40.4
7.49±4.53
8.62±0.95
0.28±0.11
0.06±0.03
治疗后
40.1±3.9
, 百拇医药
278.0±28.2
4.84±2.69
9.42±0.98
0.40±0.17
0.10±0.04
P值
<0.05
<0.05
<0.05
<0.05
<0.05
<0.05
, http://www.100md.com
2.心衰程度与红细胞Na+、K+、Ca2+、Mg2+及ATP酶的关系：红细胞Na+、Ca2+含量升高，K+、Mg2+含量和Na·K-ATP酶、Ca-ATP酶活性下降均随心力衰竭程度加重而越发明显，其中心功能II级与IV级相比，除Na+外，上述指标差异均有显著意义(表2)。
3.治疗前后对红细胞Na+、K+、Ca2+、Mg2+及ATP酶的影响：对16例DCM患者进行了治疗前后的观察，经治疗病例情稳定后红细胞Na+、Ca2+含量比治疗前降低，而K+、Mg2+、Na·K-ATP酶和Ca-ATP酶活性性则比治疗前升高，治疗前后比较差异有显著意义(表3)
, 百拇医药
4.各指标间的相互关系：分析DCM患者红细胞各离子含量与ATP酶活性的关系，发现：(1)K+与Mg2+呈正相关(γ=0.35，P<0.05)；(2)Na泵与Ca泵亦呈正相关(γ=0.33，P<0.05)；(3)Na+、K+、Ca2+、Mg2+与Na及Ca泵相关不显著(P>0.05)。
讨 论
自1957年发现Na·K-ATP酶以来，人们试图从细胞分子水平来探讨某些疾病的发病机理。Na·K-ATP酶广泛存在于细胞质膜上，其基本功能是主动将细胞内的Na+运送到细胞外，将细胞外的K+送入细胞内。Norgaard等[6]证明DCM患者心肌细胞膜Na·K-ATP酶活性降低，上述结果亦为本研究所证实。同时还观察到DCM患者红细胞内Na+浓度升高，K+下降，这可以用Na泵活性下降造成的Na+、K+转动障碍来解释。
, 百拇医药
Ca-ATP酶是细胞膜上另一个重要的酶，其基本功能是将细胞膜内的Ca2+主动转动到细胞外。本研究结果表明，DCM患者Ca-ATP酶活性降低，细胞内Ca2+浓度升高。认为细胞内Ca2+超负荷与细胞膜Ca泵活性下降导致Ca2+转动异常有关。结合前述的结果，细胞内Na+增高使细胞内外Na+浓度梯度降低，因此细胞内Ca2+通过Na+-Ca2+交换排出减少，使细胞内Ca2+浓度升高。Ca2+在细胞功能的调节中起第二信使的作用。细胞的许多功能都依赖于细胞内外极高的离子浓度差存在，一旦这种浓度差减低，细胞就要受到功能性损伤，甚至引起死亡[7]。
近年来Mg2+与心脏疾患之间的关系日益受到重视[8]。本研究观察到DCM患者红细胞内Mg2+含量明显低于正常人。细胞内Mg2+降低的原因尚不清楚。由于Mg2+是Na泵和Ca泵的激动剂，因而，低Mg2+可使Na泵和Ca泵功能受到抑制。同时低Mg2+使K+不能进入除极化的细胞，导致心肌细胞K+的丢失[8]；低Mg2+还可使细胞内Ca2+的蓄积[8]。本研究结果表明，红细胞内Na+、Ca+浓度随心衰程度的加重而进一步升高，K+、Mg2+浓度和Na泵、Ca泵活性进一步下降。提示心衰及其程度与红细胞电解质及ATP酶的关系极为密切。其原因可能为心衰时心输出量下降。细胞缺血缺氧，引起有氧氧化过程受阻，ATP耗竭；Na泵和Ca泵转运离子过程需不断消耗能量，由于ATP被耗竭，其转运能力大大降低，结果出现细胞内K+的降低，Na+和Ca+的超负荷，最终导致心衰的进一步加重。此外，本组16例患者经有效的药物治疗后，心功能明显改善及病情稳定时上述细胞内离子浓度和ATP酶活性可逐渐恢复正常。提示测定细胞内电解质和ATP酶对判断病情程度和估价治疗效果均有一定的临床意义。
, 百拇医药
本研究结果还表明，DCM患者红细胞K+与Mg2+浓度降低，Na泵与Ca泵活性减低具有一致性。这就不难理解临床上心衰病人单纯补K+而不补Mg2+难以纠正心衰，同时补K+和Mg2+后则往往可以奏效。Na泵和Ca泵活性同时降低在DCM发病中的意义，作者推测DCM患者可能存在细胞膜的完整性和离子通道受损，Na泵和Ca泵活性受到抑制，从而扰乱离子经细胞膜的运输，引起细胞内K+和Mg2+的降低，Ca2+和Na+的过度负荷，促使或加重心功能不全的发生发展。Na泵可能主要与心肌能量代谢有关[5]，而Ca泵则可能与心肌的收缩和舒张功能有关[8]。尽管影响Na泵和Ca泵活性的因素较多，作者认为Na泵和Ca泵活性降低，进而引起心肌舒缩功能和能量代谢紊乱，可能是DCM发病机理的主要环节之一。
参 考 文 献
1.马爱群等.人心耳细胞与淋巴细胞、红细胞K+、Na+、Ca+、Mg2+含量的相关研究.中国循环杂志.1989; 2 : 166.
, 百拇医药
2.Report of the WHO/ISFO task force on the definition and classification of cardiomyopathies. Br Heart J 1980; 44 : 672.
3.沈路一等.淋巴细胞内钙,镁,铜,锌含量测定的研究及临床应用.上海医学.1987; 10 : 641.
4.Bradford MM. A rapide and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding.Anal Biochem 1976; 72 : 248.
5.董伟等.长寿老人红细胞膜ATP酶及唾液酸的研究.生物化学和生物物理进展.1986; 3 : 49.
6.Norgaard A, et al. Relation of left ventricular function and Na, K-pump cardiomyopathy. Am J Cardiol 1988; 61 : 1312.
7.薛沿宁等.Ca2+与细胞功能的调节.生理科学进展.1988; 4 : 328.
8.朱文清等.低镁血症与心脏疾患之间的关系.心血管病学进展.1991; 3 : 150.
(1991年9月16日收稿 1992年5月16日修回), 百拇医药