辅酶Q10对供心冷保存和再灌注过程中ATP的影响
作者：巫国勇 钟佛添 王治平 孙培吾 张 希
单位：中山医科大学附属第一医院心胸外科(510080)
关键词：泛醌；器官保存；低温保藏；心脏；保存，生物学；腺苷三磷酸
实用医学杂志990337 摘 要 目的：探讨辅酶Q10(Co-Q10)对供心冷保存和再灌注过程中ATP的影响，以了解Co-Q10对供心冷保存和再灌注过程中的保护作用，以达到延长供心保存时间，增加临床供心来源的目的。方法：新西兰大白兔16只随机分成两组，1组为对照组，2组为实验组。取心前，取心肌测ATP。1组用4℃UW液灌洗，2组用4℃UW+Co-Q10液灌洗，常规取心后，1组在4℃UW液中，2组在4℃UW+Co-Q10液中保存6小时。取心肌测ATP。然后在Langendorff模型上，1组用KHB液，2组用KHB+Co-Q10液再灌注30分钟。再取心肌测ATP。结果：2组冷保存和再灌注后ATP含量均高于1组。结论：在灌洗液、保存液及再灌液中加入Co-Q10能使供心冷保存和再灌注后，ATP维持较高水平，对供心有良好保护作用，值得临床使用。
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已有研究报道辅酶Q10(Co-Q10)能增加心肌能量储备，改善缺血时线粒体功能，使心肌能量物质维持在较高水平[1]。目前Co-Q10与供心保存的关系报道较少。本实验在灌洗液、保存液及再灌液中加入Co-Q10，以探讨Co-Q10对供心冷保存和再灌注过程中ATP的影响，了解其对供心冷保存和再灌注过程中的保护作用，为今后临床应用，延长供心保存时间，增加临床供心来源提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 实验动物与分组 健康新西兰大白兔16只，雌雄不拘，体重2.59±0.18 kg。随机分成两组，每组8只，1组为对照组，2组为实验组。
1.2 方法 用氯胺酮(5～7 mg/kg)静脉麻醉，气管切开插管接呼吸机辅助呼吸，股动脉和颈外静脉分别穿刺插管测动脉压(BP)和中心静脉压(CVP)。正中劈胸骨切口，测心包腔温度。全身肝素化(3 mg/kg)后分别于主动脉和上、下腔静脉根部过带，主动脉根部插灌注针，用活检针取左室心肌测ATP。阻断上、下腔静脉和主动脉，停止呼吸，同时剪开左、右房。1组用UW液(美国Wisconsin大学提供)，2组用UW+Co-Q10(浓度为2 mmol/L)液分别行冠状动脉灌洗(温度：4℃，量：10 ml/kg，压力：8 kPa)，然后立即常规取下心脏。1组于0～4℃ UW液，2组于0～4℃ UW+Co-Q10液中在4℃冰箱内保存6小时。取左室心肌测ATP。然后于恒温37℃的Langendorff模型中用KHB液恒压灌注30分钟(压力：8 kPa)。其中2组KHB液中加入Co-Q10(浓度：2 mmol/L)(Co-Q10浓度根据文献推荐)。再取左室心肌测ATP。
, 百拇医药
1.3 ATP测定 采用反相高效液相色谱法测定。色谱条件：采用反相Sherisorb C18色谱柱，紫外线检测波长为254 nm，流动相为0.05 M磷酸铵缓冲液(pH=6.0)，流量为0.8 ml/min。
1.4 统计学处理 所有数据均用
±s统计。各指标用两组间t检验，P<0.05差异有显著性意义。
2 结果
2.1 取心前一般情况，见表1。两组比较无差异。
表1 取心前一般情况
n
体重(kg)
心率(次/分)
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平均压(kPa)
中心静脉压(kPa)
心包腔温度(℃)
1组
8
2.65±0.21
132±7.56
12.15±0.80
0.42±0.12
36.5±0.38
2组
8
, 百拇医药
2.53±0.16
140±9.89
11.82±0.56
0.48±0.15
36.8±0.52
P值
>0.05
>0.05
>0.05
>0.05
>0.05
2.2 两组各时点心肌ATP含量测定结果，见表2。结果表明：取心前，两组间ATP含量无显著性差异。而冷保存后和再灌末，2组ATP含量均高于1组，两组间有显著性差异。提示Co-Q10能增加供心冷保存时的能量储备，减少ATP消耗；增加再灌后ATP的产生。表2 两组各时点心肌ATP含量(μmol/g)
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n
取心前
冷保存后
再灌末
1组
8
6.06±0.80
3.54±0.86
2.81±0.58
2组
8
6.32±0.95
4.68±0.97
, 百拇医药
4.10±0.78
P值
>0.05
<0.05
<0.05
3 讨论
心脏移植已成为晚期或进展期心脏病人有效的治疗方法，但由于供心的缺乏，使许多病人在等待供心过程中死亡。延长供心保存时限是目前供心保存的研究热点，也是增加供心来源的主要途径。延长供心保存时限有赖于供心缺血期良好的心肌保护。许多学者认为：心肌保护与ATP密切相关，心肌ATP含量是衡量细胞完整性及恢复可能性的最好指标[2]。本实验以心肌ATP含量作为检测指标，观察供心冷保存和再灌注过程中，Co-Q10对心肌ATP含量的影响，从而了解Co-Q10对供心保存和再灌注损伤的保护作用。结果显示：Co-Q10能明显提高供心冷保存和再灌注过程中的ATP含量，提示其对供心保存和再灌注损伤具有良好的保护作用。
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3.1 供心功能恢复与心肌ATP含量的关系 供心功能恢复与供心能量代谢：ATP储备、合成和消耗密切相关。ATP减少，需能活动受损，Na+进入细胞内，细胞肿胀，细胞器(线粒体、内质网等)也发生肿胀；而ATP的缺乏又使离子转运发生障碍，从而加重了机体代谢的障碍，使供心功能难于恢复，甚至由于溶酶体膜的通透性增加，溶酶释放，致细胞破坏、死亡。冷保存期间，虽然ATP消耗减少，但由于养分和氧的供应障碍，有氧代谢停止，线粒体产能障碍，线粒体只能通过无氧代谢产生能量，必然导致ATP储备下降。许多学者认为：当ATP含量下降到缺血前的50%时，心肌将产生不可逆的病理变化，使再灌后收缩功能难于恢复[3]。因此，ATP已成为评价供心质量的最佳指标之一。
3.2 辅酶Q10与心肌ATP代谢的关系 Crestanello等[1]实验证明：Co-Q10能增加ATP储备，增强心肌在无氧状态下的能量形成，改善缺血时线粒体功能。Barbiroli和Kim等也证实Co-Q10在心肌缺血时，能提高线粒体呼吸功能，使无氧代谢增强，产生较多ATP维持细胞功能[4～6]。本实验结果表明：无论是再灌注前还是再灌注后，实验组ATP含量均明显高于对照组。说明Co-Q10能增强心肌在无氧条件下的能量合成。使细胞内维持较高的ATP水平，不仅有利于维持细胞膜内外的离子梯度，减轻钙超载，减少细胞水肿；而且能够维持线粒体膜内外的离子梯度，从而减少线粒体的肿胀、破裂，一旦恢复血氧的供应，能迅速恢复氧化磷酸化功能，因而再灌30分钟后心肌ATP的水平显著高于对照组，最终可以减少细胞的破坏、死亡，达到保护心肌的目的。
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作者认为：在灌洗液、保存液及再灌液中加入Co-Q10能使供心冷保存和再灌注后，ATP维持较高水平，对供心有良好保护作用，值得临床使用。
4 参考文献
1 Crestanello JA,Kamelgard J,Lingle DM,et al. Elucidation of a tripartite mechanism underlying the improvement in cardiac toleranc to ischemia by Coenzyme Q10 pretreatment. J Thorac Cardiovasc Surg,1996,111(2):443～450.
2 Takami H,Matsuda H,Kaneko M,et al. Myocardial energy
, 百拇医药
metabolism in preserved heart:comparison of simple storage and hypothermic perfusion.J Heart Transplant,1988,7:205～212.
3 Ishikawa H,Hirose H,Sasaki E,et al. Detection of myocardial ischemic injury during simple cold storage by measurement of myocardial electrisal impedance. J Cardiovasc Sury Torino,1996,37(3):261～267.
4 Barbiroli B,Frassineti C,Martinalli P. et al. Coenzyme Q10 improves mitochondrial respiration in patients with mitochondrial cytopathies. An in vivo study on brain and skeletal muscle by phosphorous magnetic resonance spectroscopy. Cell Mol Biol Noisy Le Grand. 1997,43(5):741～749.
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5 Kim Y,Sawada Y,Fujiwara G,et al. Therapeatic effect of coenzyme Q10 on idiopathic dilated cardiomypathy:assessment by iodine-123 labelled 15-(piosophenyl)-3(R,S)-methylpentasecanoic acid myocarsial single-phaton emission tomography. Eur J Nucl Med,1997,24(6):629～634.
6 Whitman GJ,Niibori K,Yokoyama H,et al. The mechanisms of
conezyme Q10 as therapy for myocardial ischemia reperfusion injury. Mol Aspects Med,1997,18 Suppls:195～203., 百拇医药
单位：中山医科大学附属第一医院心胸外科(510080)
关键词：泛醌；器官保存；低温保藏；心脏；保存，生物学；腺苷三磷酸
实用医学杂志990337 摘 要 目的：探讨辅酶Q10(Co-Q10)对供心冷保存和再灌注过程中ATP的影响，以了解Co-Q10对供心冷保存和再灌注过程中的保护作用，以达到延长供心保存时间，增加临床供心来源的目的。方法：新西兰大白兔16只随机分成两组，1组为对照组，2组为实验组。取心前，取心肌测ATP。1组用4℃UW液灌洗，2组用4℃UW+Co-Q10液灌洗，常规取心后，1组在4℃UW液中，2组在4℃UW+Co-Q10液中保存6小时。取心肌测ATP。然后在Langendorff模型上，1组用KHB液，2组用KHB+Co-Q10液再灌注30分钟。再取心肌测ATP。结果：2组冷保存和再灌注后ATP含量均高于1组。结论：在灌洗液、保存液及再灌液中加入Co-Q10能使供心冷保存和再灌注后，ATP维持较高水平，对供心有良好保护作用，值得临床使用。
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已有研究报道辅酶Q10(Co-Q10)能增加心肌能量储备，改善缺血时线粒体功能，使心肌能量物质维持在较高水平[1]。目前Co-Q10与供心保存的关系报道较少。本实验在灌洗液、保存液及再灌液中加入Co-Q10，以探讨Co-Q10对供心冷保存和再灌注过程中ATP的影响，了解其对供心冷保存和再灌注过程中的保护作用，为今后临床应用，延长供心保存时间，增加临床供心来源提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 实验动物与分组 健康新西兰大白兔16只，雌雄不拘，体重2.59±0.18 kg。随机分成两组，每组8只，1组为对照组，2组为实验组。
1.2 方法 用氯胺酮(5～7 mg/kg)静脉麻醉，气管切开插管接呼吸机辅助呼吸，股动脉和颈外静脉分别穿刺插管测动脉压(BP)和中心静脉压(CVP)。正中劈胸骨切口，测心包腔温度。全身肝素化(3 mg/kg)后分别于主动脉和上、下腔静脉根部过带，主动脉根部插灌注针，用活检针取左室心肌测ATP。阻断上、下腔静脉和主动脉，停止呼吸，同时剪开左、右房。1组用UW液(美国Wisconsin大学提供)，2组用UW+Co-Q10(浓度为2 mmol/L)液分别行冠状动脉灌洗(温度：4℃，量：10 ml/kg，压力：8 kPa)，然后立即常规取下心脏。1组于0～4℃ UW液，2组于0～4℃ UW+Co-Q10液中在4℃冰箱内保存6小时。取左室心肌测ATP。然后于恒温37℃的Langendorff模型中用KHB液恒压灌注30分钟(压力：8 kPa)。其中2组KHB液中加入Co-Q10(浓度：2 mmol/L)(Co-Q10浓度根据文献推荐)。再取左室心肌测ATP。
, 百拇医药
1.3 ATP测定 采用反相高效液相色谱法测定。色谱条件：采用反相Sherisorb C18色谱柱，紫外线检测波长为254 nm，流动相为0.05 M磷酸铵缓冲液(pH=6.0)，流量为0.8 ml/min。
1.4 统计学处理 所有数据均用
±s统计。各指标用两组间t检验，P<0.05差异有显著性意义。2 结果
2.1 取心前一般情况，见表1。两组比较无差异。
表1 取心前一般情况
n
体重(kg)
心率(次/分)
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平均压(kPa)
中心静脉压(kPa)
心包腔温度(℃)
1组
8
2.65±0.21
132±7.56
12.15±0.80
0.42±0.12
36.5±0.38
2组
8
, 百拇医药
2.53±0.16
140±9.89
11.82±0.56
0.48±0.15
36.8±0.52
P值
>0.05
>0.05
>0.05
>0.05
>0.05
2.2 两组各时点心肌ATP含量测定结果，见表2。结果表明：取心前，两组间ATP含量无显著性差异。而冷保存后和再灌末，2组ATP含量均高于1组，两组间有显著性差异。提示Co-Q10能增加供心冷保存时的能量储备，减少ATP消耗；增加再灌后ATP的产生。表2 两组各时点心肌ATP含量(μmol/g)
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n
取心前
冷保存后
再灌末
1组
8
6.06±0.80
3.54±0.86
2.81±0.58
2组
8
6.32±0.95
4.68±0.97
, 百拇医药
4.10±0.78
P值
>0.05
<0.05
<0.05
3 讨论
心脏移植已成为晚期或进展期心脏病人有效的治疗方法，但由于供心的缺乏，使许多病人在等待供心过程中死亡。延长供心保存时限是目前供心保存的研究热点，也是增加供心来源的主要途径。延长供心保存时限有赖于供心缺血期良好的心肌保护。许多学者认为：心肌保护与ATP密切相关，心肌ATP含量是衡量细胞完整性及恢复可能性的最好指标[2]。本实验以心肌ATP含量作为检测指标，观察供心冷保存和再灌注过程中，Co-Q10对心肌ATP含量的影响，从而了解Co-Q10对供心保存和再灌注损伤的保护作用。结果显示：Co-Q10能明显提高供心冷保存和再灌注过程中的ATP含量，提示其对供心保存和再灌注损伤具有良好的保护作用。
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3.1 供心功能恢复与心肌ATP含量的关系 供心功能恢复与供心能量代谢：ATP储备、合成和消耗密切相关。ATP减少，需能活动受损，Na+进入细胞内，细胞肿胀，细胞器(线粒体、内质网等)也发生肿胀；而ATP的缺乏又使离子转运发生障碍，从而加重了机体代谢的障碍，使供心功能难于恢复，甚至由于溶酶体膜的通透性增加，溶酶释放，致细胞破坏、死亡。冷保存期间，虽然ATP消耗减少，但由于养分和氧的供应障碍，有氧代谢停止，线粒体产能障碍，线粒体只能通过无氧代谢产生能量，必然导致ATP储备下降。许多学者认为：当ATP含量下降到缺血前的50%时，心肌将产生不可逆的病理变化，使再灌后收缩功能难于恢复[3]。因此，ATP已成为评价供心质量的最佳指标之一。
3.2 辅酶Q10与心肌ATP代谢的关系 Crestanello等[1]实验证明：Co-Q10能增加ATP储备，增强心肌在无氧状态下的能量形成，改善缺血时线粒体功能。Barbiroli和Kim等也证实Co-Q10在心肌缺血时，能提高线粒体呼吸功能，使无氧代谢增强，产生较多ATP维持细胞功能[4～6]。本实验结果表明：无论是再灌注前还是再灌注后，实验组ATP含量均明显高于对照组。说明Co-Q10能增强心肌在无氧条件下的能量合成。使细胞内维持较高的ATP水平，不仅有利于维持细胞膜内外的离子梯度，减轻钙超载，减少细胞水肿；而且能够维持线粒体膜内外的离子梯度，从而减少线粒体的肿胀、破裂，一旦恢复血氧的供应，能迅速恢复氧化磷酸化功能，因而再灌30分钟后心肌ATP的水平显著高于对照组，最终可以减少细胞的破坏、死亡，达到保护心肌的目的。
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作者认为：在灌洗液、保存液及再灌液中加入Co-Q10能使供心冷保存和再灌注后，ATP维持较高水平，对供心有良好保护作用，值得临床使用。
4 参考文献
1 Crestanello JA,Kamelgard J,Lingle DM,et al. Elucidation of a tripartite mechanism underlying the improvement in cardiac toleranc to ischemia by Coenzyme Q10 pretreatment. J Thorac Cardiovasc Surg,1996,111(2):443～450.
2 Takami H,Matsuda H,Kaneko M,et al. Myocardial energy
, 百拇医药
metabolism in preserved heart:comparison of simple storage and hypothermic perfusion.J Heart Transplant,1988,7:205～212.
3 Ishikawa H,Hirose H,Sasaki E,et al. Detection of myocardial ischemic injury during simple cold storage by measurement of myocardial electrisal impedance. J Cardiovasc Sury Torino,1996,37(3):261～267.
4 Barbiroli B,Frassineti C,Martinalli P. et al. Coenzyme Q10 improves mitochondrial respiration in patients with mitochondrial cytopathies. An in vivo study on brain and skeletal muscle by phosphorous magnetic resonance spectroscopy. Cell Mol Biol Noisy Le Grand. 1997,43(5):741～749.
, http://www.100md.com
5 Kim Y,Sawada Y,Fujiwara G,et al. Therapeatic effect of coenzyme Q10 on idiopathic dilated cardiomypathy:assessment by iodine-123 labelled 15-(piosophenyl)-3(R,S)-methylpentasecanoic acid myocarsial single-phaton emission tomography. Eur J Nucl Med,1997,24(6):629～634.
6 Whitman GJ,Niibori K,Yokoyama H,et al. The mechanisms of
conezyme Q10 as therapy for myocardial ischemia reperfusion injury. Mol Aspects Med,1997,18 Suppls:195～203., 百拇医药