缺血预处理对心脏瓣膜置换病人的心肌保护作用
作者：李国虎 陈胜喜 鲁尔雄
单位：附属湘雅医院胸心外科 长沙 410008
关键词：心肌缺血；预处理*；体外循环；心脏外科学；降钙素基因相关肽；心肌保护*
中国图书分类号 R654中国图书分类号 R654.2 R654.1
自Murry 1986年首次报道心肌缺血预处理以来[1]，许多学者发现对心脏手术患者行心脏缺血预处理有心肌保护作用[2，3]；动物实验证实降钙素基因相关肽(calcitionin gene-related peptide; CGRP)预处理能减轻离体鼠心缺血再灌注损伤[4]。人类心肌缺血预处理后是否亦增加了CGRP的产生，目前尚未见报道。本文对心脏瓣膜置换手术患者采用心脏缺血预处理，旨在观察其心肌保护作用，并探讨其保护机制。
, 百拇医药
1 资料与方法
1.1 一般资料
选择1997年6～11月在我院行心脏瓣膜置换手术的病人20例，随机分为2组，其一般资料见表1。
表1 病人一般资料
组别
例数
男/女
年龄(岁)
MVR
DVR
主动脉阻断
时间(min)
, 百拇医药
预处理组
10
5/5
32.6±9.2
6
4
66.5±16.7
对照组
10
6/4
34.8±10.8
7
3
, 百拇医药
64.2±15.4
MVR=二尖瓣置换，DVR=主动脉瓣十二尖瓣置换
1.2 方法
1.2.1 心肌缺血预处理 2组病人均在复合麻醉、气管插管后，经颈内静脉置肺动脉漂浮导管。机器预充液与心停搏液2组无差别。预处理组在开胸、游离血管过阻断带后开始体外循环。先采用心肌缺血预处理；即阻断上、下腔静脉，然后阻断主动脉3min，开放2min，再阻断主动脉3min，再开放2min，即3-2-3-2预处理方案。然后重新阻断主动脉，在主动脉根部灌注冷晶血心停搏液后进行心脏瓣膜置换手术。预处理过程中，维持鼻咽温在36℃左右，平均动脉压维持在10.6kPa左右。缺血时心电图示ST段明显上抬>0.05mV[3]。对照组在阻断主动脉冷灌前仅行体外循环10min，不作预处理，余同预处理组。
1.2.2 检测指标 2组病人分别在术前取左桡动脉血，阻断主动脉切开右房时取冠状静脉窦血，松开主动脉阻断钳心脏复跳后取冠状静脉窦血。再灌注后30min，3h及24h取左桡动脉血，分别检测心肌肌酸激酶心脏同功酶(CK-MB；药盒由北京中生公司提供)、CGRP(药盒由北京东亚免疫技术研究所提供)、超氧化物歧化酶及丙二醛(SOD/MDA；药盒由南京建成生物工程研究所提供)。所有病人分别于开胸前及心脏复跳再灌注后30min(已停体外循环，暂未用任何血管活性药物)，经肺动脉漂浮导管用热稀释法测定血流动力学指标(SPace Lab.record, USA)。两组各5例病人分别在缺血前及再灌注后30min取右心房心肌标本，用原子吸收光谱仪(AA-40，澳大利亚)测定心肌钙离子含量及作电镜标本观察心肌超微结构(日立-600，日本)。在再灌注后，观察病人心脏自动复跳情况，室性心律失常发生率及多巴胺使用情况。
, 百拇医药
1.3 统计学处理 计数资料用x±s表示，2组比较用t检验，率的比较用卡方检验。
2 结 果
2.1 2组病人不同时期血中CK-MB，SOD，MDA及心肌钙离子含量的变化
表2示预处理组在再灌注后3h及24h，血中CK-MB的含量较对照组明显减低；预处理组在再灌后3h，血中SOD含量较对照组明显增加，而MDA含量较对照组明显减少；预处理组在再灌注后30min心肌钙含量亦较对照组明显减少。
表2 两组病人不同时期血中CK-MB，SOD，MDA及心肌钙含量的变化(n=10)
组别
缺血前
再灌注后
, 百拇医药
30min
3h
24h
对照组
CK-MB
21.2±3.9
82.5±11.3
129.5±19.6
106.5±14.5
预处理组
(U.L-1)
22.3±3.8
, 百拇医药
73.6±11.6
88.4±17.2①
81.2±16.4①
对照组
SOD
105.1±12.6
118.2±21.6
126.5±21.7
预处理组
(nU.ml-1)
103.6±11.8
, 百拇医药
146.5±20.4
195.3±20.4①
对照组
MDA
4.2±0.4
5.8±0.6
6.9±1.4
预处理组
(mmol.ml-1)
4.1±0.6
4.3±0.8①
, http://www.100md.com
4.6±1.2①
对照组
心肌钙
0.90±0.15
1.68±0.25
预处理组
(mg.g-1干重)
0.93±0.32
1.04±0.28①al
①与同期对照组比较P<0.05
2.2 体外循环围术期CGRP的变化
, 百拇医药
表3示，在预处理后及心脏再灌注后立即采血，预处理组血中CGRP较对照组明显增加。
表3 两组病人不同时期血中CGRP的变化(x±s;n=10;ng.ml-1)
组别
缺血前
体外循环10min
或预处理后
再灌注后
立即
30min
3h
24h
, http://www.100md.com
对照组
30.60±15.41
52.28±10.51
61.21±16.97
68.42±13.27
39.96±16.45
36.51±18.07
预处理组
32.71±18.00
91.06±14.01①
95.39±13.86①
, 百拇医药
75.87±18.42
55.22±12.27
46.75±12.14
①与同期对照组比较P<0.05
2.3 两组病人缺血前及再灌注后30min血流动力学的变化
表4示，在再灌注后30min预处理组的心输出量、心脏指数及每搏量较对照组明显增加。
表4 两组病人缺血前及再灌注后30min血流动力学的变化(x±s;n=10)
HR(bpm)
MAP(kPa)
CO(L.min-1)
, http://www.100md.com
CI(L.min-1.m-2)
SV(ml)
SVI(ml.m-2)
PCWP(kPa)
缺血前
对照组
预处理组
87.5±6.6
89.2±8.2
11.6±0.9
10.7±1.1
, 百拇医药
3.2±0.3
3.1±0.2
2.1±0.2
2.1±0.2
36.1±8.5
37.2±7.5
25.1±3.3
24.5±4.1
1.1±0.1
1.1±0.1
再灌后
对照组
, 百拇医药
预处理组
86.6±7.8
85.6±7.6
11.2±0.8
11.8±1.0
3.1±0.4
3.8±0.5①
2.2±0.3
3.2±0.5①
37.1±9.0
45.0±7.6①
, 百拇医药
28.5±6.1
31.6±0.3
1.2±0.1
1.3±0.2
①与同期对照组比较P<0.05 HR=心率；MAP=平均动脉压；CO=心输出量；CI=心脏指数；SV=每搏量；SVI=每搏指数；PCWP=肺毛细血管嵌压
2.4 围术期临床观察
心脏自动复跳率对照组为60%，预处理组为80%；术后室性心律失常发生率，对照组为60%，预处理组为10%；术后多巴胺的使用，对照组60%，其使用时间为30.8±10.5h，而预处理组为20%，其使用时间为16.2±8.2h。其中室性心律失常、多巴胺的使用率和使用时间，二组比较差异有显著性(P<0.05)。
, 百拇医药
2.5 心肌超微结构观察
电子显微镜下，对照组再灌注后30min，大部分线粒体肿胀，部分嵴溶解、空泡变；而预处理组的线粒体嵴排列均匀，仅少部分线粒体嵴溶解、空泡化。
3 讨 论
心肌缺血预处理是通过调动机体内源性保护机制对缺血再灌注后心肌产生保护作用[2，3]，本文通过对20例心脏瓣膜置换病人采用3-2-3-2预处理方案，观察其对病人的心肌保护作用，结果发现预处理组再灌注后，血中CK-MB含量较对照组低，心功能恢复较对照组好。心肌超微结构损伤较对照组轻，术后室性心律失常及多巴胺使用与使用时间均较对照组少，说明心肌缺血预处理结合低温心停搏液明显减轻了心肌缺血再灌注损伤，有利于换瓣手术后病人心功能的恢复。
心肌缺血预处理后，将刺激心脏及机体产生一些内源性心肌保护物质，如腺苷、前列腺素、一氧化氮及热休克蛋白等[6，7]。近年来动物实验发现CGRP预处理后，能产生与缺血预处理同样的心肌保护作用[4]，如结合使用冷心停搏液能改善大鼠心肌的保护；内源性心肌保护物质是通过蛋白激酶C的激活而产生心肌保护作用[8，9]，亦发现哺乳动物心室肌细胞中，CGRP增加了蛋白激酶C的激活[10]。本组资料发现，预处理组在缺血预处理后及再灌注开始时，心脏冠状静脉窦血中CGRP含量较对照组明显增高，血中MDA含量及心肌钙离子含量较对照组明显减低，而血中SOD较对照组明显增高，可能是心肌缺血预处理后刺激心脏增加CGRP的释放，并通过蛋白激酶C激活，保护心肌细胞膜，引起一些蛋白质磷酸化，从而介导其保护作用。另外，缺血预处理减少了氧自由基的产生，使MDA生成减少，而清除氧自由基的酶SOD消耗亦减少，并使钙内流减少，从而减轻心肌缺血再灌注损伤。实验发现体外循环开始后至术后24h，2组病人的血中CGRP均增高，说明手术及体外循环过程亦刺激机体产生CGRP；但预处理组较对照组增加更明显，说明对人类行心肌缺血预处理后，能使心脏产生CGRP明显增加。
, http://www.100md.com
另外，电子显微镜下，预处理组线粒体破坏较对照组明显减少，且心肌钙离子含量较对照组为低，可能是缺血预处理后，ATP敏感性K+通道开放，缩短了心肌动作电位时程，使心肌细胞膜超极化，有利于细胞内离子稳态的维持，减少ATP的消耗，减轻钙超载及细胞水肿[11]，对缺血心肌产生强有力的保护作用。其确切机制尚待进一步研究。
参考文献
1 Murry CE, Jennings RB, Reimer RA. Preconditioning with lschemia: A delay of lethal cell injury in ischemic myocardium. Circulation, 1986,74:1124～1136
2 Yellon DM, Akhulai AM, Prosley WB. Preconditioning the human myocardium. Lancet, 1993,342(8866):276～277
, 百拇医药
3 Lu EX, Chen SX, Yuan MD, et al. Preconditioning improves myocardial preservation in patients who underwent open heart surgery. Ann Thorac Surg, 1997,64(5):1320～1322
4 Li YJ, Xiao ZS, Peng CF, et al. Calcitonin gene-related peptide induced preconditioning protects against ischemia reperfusion injury in isolated rat hearts. Euro J Pharmacol, 1996,31:163～167
5 Lu EX, Peng CF, Li YJ, et al. Calcitonin gene-related peptide induced preconditioning improves preservation with cardioplegia. Ann Thorac Surg, 1996,62:1748～1751
, 百拇医药
6 Ishida T, Yarimizu K, Gute D, et al. Mechanisms of ischemic preconditioning. Shock, 1997,82(2):86～94
7 Millar CG, Baxter GF, Thiemermann C. Protection of the myocardium by ischemic preconditioning: Mechanisms and therapeutic implications. Pharmacol Ther, 1996,69(2):143～151
8 Downey JM, Cohen MV, Ytrehus K, et al. Cellular mechanisms in ischemic preconditioning: The role of adenosine and protein kinase C. Ann NY Acad Sci, 1994,732:83～98
, 百拇医药
9 Parratt JR. Protection of the heart by ischemic preconditioning mechanism and possibilities for pharmacological exploitation. Trends Pharmacol Sci, 1994,15:19～24
10 Bell D, Chluter KD, Zhou XJ, et al. Hypertropic effects of calcitonin gene-related peptide and amylin on adult mammalian ventricular cardiomyocytes. J Mol Cell Cardiol, 1995,27:2433～2435
11 Parratt JR, Kane KA. K-ATP channels in ischemic preconditioning. Cardiovasc Res, 1994,28:783～785, http://www.100md.com
单位：附属湘雅医院胸心外科 长沙 410008
关键词：心肌缺血；预处理*；体外循环；心脏外科学；降钙素基因相关肽；心肌保护*
中国图书分类号 R654中国图书分类号 R654.2 R654.1
自Murry 1986年首次报道心肌缺血预处理以来[1]，许多学者发现对心脏手术患者行心脏缺血预处理有心肌保护作用[2，3]；动物实验证实降钙素基因相关肽(calcitionin gene-related peptide; CGRP)预处理能减轻离体鼠心缺血再灌注损伤[4]。人类心肌缺血预处理后是否亦增加了CGRP的产生，目前尚未见报道。本文对心脏瓣膜置换手术患者采用心脏缺血预处理，旨在观察其心肌保护作用，并探讨其保护机制。
, 百拇医药
1 资料与方法
1.1 一般资料
选择1997年6～11月在我院行心脏瓣膜置换手术的病人20例，随机分为2组，其一般资料见表1。
表1 病人一般资料
组别
例数
男/女
年龄(岁)
MVR
DVR
主动脉阻断
时间(min)
, 百拇医药
预处理组
10
5/5
32.6±9.2
6
4
66.5±16.7
对照组
10
6/4
34.8±10.8
7
3
, 百拇医药
64.2±15.4
MVR=二尖瓣置换，DVR=主动脉瓣十二尖瓣置换
1.2 方法
1.2.1 心肌缺血预处理 2组病人均在复合麻醉、气管插管后，经颈内静脉置肺动脉漂浮导管。机器预充液与心停搏液2组无差别。预处理组在开胸、游离血管过阻断带后开始体外循环。先采用心肌缺血预处理；即阻断上、下腔静脉，然后阻断主动脉3min，开放2min，再阻断主动脉3min，再开放2min，即3-2-3-2预处理方案。然后重新阻断主动脉，在主动脉根部灌注冷晶血心停搏液后进行心脏瓣膜置换手术。预处理过程中，维持鼻咽温在36℃左右，平均动脉压维持在10.6kPa左右。缺血时心电图示ST段明显上抬>0.05mV[3]。对照组在阻断主动脉冷灌前仅行体外循环10min，不作预处理，余同预处理组。
1.2.2 检测指标 2组病人分别在术前取左桡动脉血，阻断主动脉切开右房时取冠状静脉窦血，松开主动脉阻断钳心脏复跳后取冠状静脉窦血。再灌注后30min，3h及24h取左桡动脉血，分别检测心肌肌酸激酶心脏同功酶(CK-MB；药盒由北京中生公司提供)、CGRP(药盒由北京东亚免疫技术研究所提供)、超氧化物歧化酶及丙二醛(SOD/MDA；药盒由南京建成生物工程研究所提供)。所有病人分别于开胸前及心脏复跳再灌注后30min(已停体外循环，暂未用任何血管活性药物)，经肺动脉漂浮导管用热稀释法测定血流动力学指标(SPace Lab.record, USA)。两组各5例病人分别在缺血前及再灌注后30min取右心房心肌标本，用原子吸收光谱仪(AA-40，澳大利亚)测定心肌钙离子含量及作电镜标本观察心肌超微结构(日立-600，日本)。在再灌注后，观察病人心脏自动复跳情况，室性心律失常发生率及多巴胺使用情况。
, 百拇医药
1.3 统计学处理 计数资料用x±s表示，2组比较用t检验，率的比较用卡方检验。
2 结 果
2.1 2组病人不同时期血中CK-MB，SOD，MDA及心肌钙离子含量的变化
表2示预处理组在再灌注后3h及24h，血中CK-MB的含量较对照组明显减低；预处理组在再灌后3h，血中SOD含量较对照组明显增加，而MDA含量较对照组明显减少；预处理组在再灌注后30min心肌钙含量亦较对照组明显减少。
表2 两组病人不同时期血中CK-MB，SOD，MDA及心肌钙含量的变化(n=10)
组别
缺血前
再灌注后
, 百拇医药
30min
3h
24h
对照组
CK-MB
21.2±3.9
82.5±11.3
129.5±19.6
106.5±14.5
预处理组
(U.L-1)
22.3±3.8
, 百拇医药
73.6±11.6
88.4±17.2①
81.2±16.4①
对照组
SOD
105.1±12.6
118.2±21.6
126.5±21.7
预处理组
(nU.ml-1)
103.6±11.8
, 百拇医药
146.5±20.4
195.3±20.4①
对照组
MDA
4.2±0.4
5.8±0.6
6.9±1.4
预处理组
(mmol.ml-1)
4.1±0.6
4.3±0.8①
, http://www.100md.com
4.6±1.2①
对照组
心肌钙
0.90±0.15
1.68±0.25
预处理组
(mg.g-1干重)
0.93±0.32
1.04±0.28①al
①与同期对照组比较P<0.05
2.2 体外循环围术期CGRP的变化
, 百拇医药
表3示，在预处理后及心脏再灌注后立即采血，预处理组血中CGRP较对照组明显增加。
表3 两组病人不同时期血中CGRP的变化(x±s;n=10;ng.ml-1)
组别
缺血前
体外循环10min
或预处理后
再灌注后
立即
30min
3h
24h
, http://www.100md.com
对照组
30.60±15.41
52.28±10.51
61.21±16.97
68.42±13.27
39.96±16.45
36.51±18.07
预处理组
32.71±18.00
91.06±14.01①
95.39±13.86①
, 百拇医药
75.87±18.42
55.22±12.27
46.75±12.14
①与同期对照组比较P<0.05
2.3 两组病人缺血前及再灌注后30min血流动力学的变化
表4示，在再灌注后30min预处理组的心输出量、心脏指数及每搏量较对照组明显增加。
表4 两组病人缺血前及再灌注后30min血流动力学的变化(x±s;n=10)
HR(bpm)
MAP(kPa)
CO(L.min-1)
, http://www.100md.com
CI(L.min-1.m-2)
SV(ml)
SVI(ml.m-2)
PCWP(kPa)
缺血前
对照组
预处理组
87.5±6.6
89.2±8.2
11.6±0.9
10.7±1.1
, 百拇医药
3.2±0.3
3.1±0.2
2.1±0.2
2.1±0.2
36.1±8.5
37.2±7.5
25.1±3.3
24.5±4.1
1.1±0.1
1.1±0.1
再灌后
对照组
, 百拇医药
预处理组
86.6±7.8
85.6±7.6
11.2±0.8
11.8±1.0
3.1±0.4
3.8±0.5①
2.2±0.3
3.2±0.5①
37.1±9.0
45.0±7.6①
, 百拇医药
28.5±6.1
31.6±0.3
1.2±0.1
1.3±0.2
①与同期对照组比较P<0.05 HR=心率；MAP=平均动脉压；CO=心输出量；CI=心脏指数；SV=每搏量；SVI=每搏指数；PCWP=肺毛细血管嵌压
2.4 围术期临床观察
心脏自动复跳率对照组为60%，预处理组为80%；术后室性心律失常发生率，对照组为60%，预处理组为10%；术后多巴胺的使用，对照组60%，其使用时间为30.8±10.5h，而预处理组为20%，其使用时间为16.2±8.2h。其中室性心律失常、多巴胺的使用率和使用时间，二组比较差异有显著性(P<0.05)。
, 百拇医药
2.5 心肌超微结构观察
电子显微镜下，对照组再灌注后30min，大部分线粒体肿胀，部分嵴溶解、空泡变；而预处理组的线粒体嵴排列均匀，仅少部分线粒体嵴溶解、空泡化。
3 讨 论
心肌缺血预处理是通过调动机体内源性保护机制对缺血再灌注后心肌产生保护作用[2，3]，本文通过对20例心脏瓣膜置换病人采用3-2-3-2预处理方案，观察其对病人的心肌保护作用，结果发现预处理组再灌注后，血中CK-MB含量较对照组低，心功能恢复较对照组好。心肌超微结构损伤较对照组轻，术后室性心律失常及多巴胺使用与使用时间均较对照组少，说明心肌缺血预处理结合低温心停搏液明显减轻了心肌缺血再灌注损伤，有利于换瓣手术后病人心功能的恢复。
心肌缺血预处理后，将刺激心脏及机体产生一些内源性心肌保护物质，如腺苷、前列腺素、一氧化氮及热休克蛋白等[6，7]。近年来动物实验发现CGRP预处理后，能产生与缺血预处理同样的心肌保护作用[4]，如结合使用冷心停搏液能改善大鼠心肌的保护；内源性心肌保护物质是通过蛋白激酶C的激活而产生心肌保护作用[8，9]，亦发现哺乳动物心室肌细胞中，CGRP增加了蛋白激酶C的激活[10]。本组资料发现，预处理组在缺血预处理后及再灌注开始时，心脏冠状静脉窦血中CGRP含量较对照组明显增高，血中MDA含量及心肌钙离子含量较对照组明显减低，而血中SOD较对照组明显增高，可能是心肌缺血预处理后刺激心脏增加CGRP的释放，并通过蛋白激酶C激活，保护心肌细胞膜，引起一些蛋白质磷酸化，从而介导其保护作用。另外，缺血预处理减少了氧自由基的产生，使MDA生成减少，而清除氧自由基的酶SOD消耗亦减少，并使钙内流减少，从而减轻心肌缺血再灌注损伤。实验发现体外循环开始后至术后24h，2组病人的血中CGRP均增高，说明手术及体外循环过程亦刺激机体产生CGRP；但预处理组较对照组增加更明显，说明对人类行心肌缺血预处理后，能使心脏产生CGRP明显增加。
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另外，电子显微镜下，预处理组线粒体破坏较对照组明显减少，且心肌钙离子含量较对照组为低，可能是缺血预处理后，ATP敏感性K+通道开放，缩短了心肌动作电位时程，使心肌细胞膜超极化，有利于细胞内离子稳态的维持，减少ATP的消耗，减轻钙超载及细胞水肿[11]，对缺血心肌产生强有力的保护作用。其确切机制尚待进一步研究。
参考文献
1 Murry CE, Jennings RB, Reimer RA. Preconditioning with lschemia: A delay of lethal cell injury in ischemic myocardium. Circulation, 1986,74:1124～1136
2 Yellon DM, Akhulai AM, Prosley WB. Preconditioning the human myocardium. Lancet, 1993,342(8866):276～277
, 百拇医药
3 Lu EX, Chen SX, Yuan MD, et al. Preconditioning improves myocardial preservation in patients who underwent open heart surgery. Ann Thorac Surg, 1997,64(5):1320～1322
4 Li YJ, Xiao ZS, Peng CF, et al. Calcitonin gene-related peptide induced preconditioning protects against ischemia reperfusion injury in isolated rat hearts. Euro J Pharmacol, 1996,31:163～167
5 Lu EX, Peng CF, Li YJ, et al. Calcitonin gene-related peptide induced preconditioning improves preservation with cardioplegia. Ann Thorac Surg, 1996,62:1748～1751
, 百拇医药
6 Ishida T, Yarimizu K, Gute D, et al. Mechanisms of ischemic preconditioning. Shock, 1997,82(2):86～94
7 Millar CG, Baxter GF, Thiemermann C. Protection of the myocardium by ischemic preconditioning: Mechanisms and therapeutic implications. Pharmacol Ther, 1996,69(2):143～151
8 Downey JM, Cohen MV, Ytrehus K, et al. Cellular mechanisms in ischemic preconditioning: The role of adenosine and protein kinase C. Ann NY Acad Sci, 1994,732:83～98
, 百拇医药
9 Parratt JR. Protection of the heart by ischemic preconditioning mechanism and possibilities for pharmacological exploitation. Trends Pharmacol Sci, 1994,15:19～24
10 Bell D, Chluter KD, Zhou XJ, et al. Hypertropic effects of calcitonin gene-related peptide and amylin on adult mammalian ventricular cardiomyocytes. J Mol Cell Cardiol, 1995,27:2433～2435
11 Parratt JR, Kane KA. K-ATP channels in ischemic preconditioning. Cardiovasc Res, 1994,28:783～785, http://www.100md.com