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编号:10204113
钾离子通道开放剂对猪冠状动脉内皮源性超极化因子释放影响的实验研究
http://www.100md.com 体外循环杂志 2000年第5期第2卷
     李文涛;林道明;龙村

    关键词:冠状动脉;血管张力;高钾;常温;低温;Nicorandil

    摘要:

    目的

    目的:广泛应用于临床的心脏停跳液及移植器官保护液均为含高钾溶液。其在常温或低温条件下均损害冠状内皮源性超极化因子(EDHF)的释放。钾离子通道开放剂在常温条件下,抑制此种损害作用,在低温条件下是否存在这种抑制作用无实验证实。本实验旨在研究钾离子通道开放剂是否存在这种抑制作用。

    方法:将猪冠状动脉血管环悬挂于溶槽中测定其张力变化。用V46619(30mmol/L)预收缩血管,A23187舒张血管,将血管环分别在高钾溶液(20mmol/L)或添加Nicorandil(10mmol/L)的高钾溶液4℃的条件下保存4小时后,检验时EDHF的影响。
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    结果:在常温下,高钾溶液和添加Nicorandil的高钾溶液组无差异;同样溶液在常温和低温下则有显著差异。在低温下,A23187引起的内皮依赖性舒张的最大百分比在高钾组、Nicorandil 加高钾组分别为32.8%±9.1%,72.6±16.9%。

    结论:钾离子通道开放剂(Nicorandil)无论在常温或低温条件下均对猪冠状动脉EDHF的释放有保护作用。

    在心血管外科,通常使用以高钾离子为主的去极化停搏液保护心肌[1]。尽管其心肌保护效果较好,但仍存在一定的缺陷[2];通过细胞外液高钾而引起的细胞膜电位去极化可能会导致心肌细胞能量耗竭和钙超载,从而产生和加重心肌缺血再灌注损伤。实验证实钾离子通道开放剂(PCOS)可减轻缺血后的心肌顿抑、产生缺血预处理作用并因此而优于去极化停搏液,因此提出了“超极化停搏液”的概念[2]。在与此相对应的冠状动脉功能的研究中,有学者[3]发现去极化停搏液的高钾成份可损伤血管内膜。进一步的实验表明[4]高钾损伤冠状动脉内皮源性超极化因子(EDHF, endothelium dependent hyperpolar factor),EDHF介导的舒血管作用,而不损伤一氧化氮(NO)和前列环素(PGI2)途径。我们设计本实验,通过对血管张力的比较:(1)进一步证实高钾对冠状动脉EDHF介导的血管舒张作用的损伤及加入PCOS的保护作用;(2)检验在低温条件下,传统的高钾停跳液加入PCOS后是否存在对EDHF途径的保护作用。为今后的临床应用提供参考。
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    材料和方法

    实验模型的建立:冠状动脉取自当地屠宰场刚宰杀生猪的心脏。当生猪(雌雄不限)被宰杀后,立刻将心脏取出并立即放入盛有4℃ Kreb's液的容器中,然后置入冷藏箱迅速(约20分钟)带回实验室。在常温、持续充氧 Kreb's液中游离心表左冠状动脉前降支,取其中、下23段并截取几段长度为3mm的血管环。将血管环悬挂于一对不锈钢丝上置入充满37℃ Kreb's液(成分见表1)的器官小浴槽中固定。悬挂血管环上方的不锈钢丝与肌张力换能器相连接。肌张力换能器为Powerlab,主机(Powerlab/8s, ADInstruments. ADInstruments Pty Ltd, Australia) 及八通道Powerlab 前置(ADInstruments OCTAL Bridge)附带配置,血管张力的变化通过计算机显示屏显示并由Powerlab 计算机软件(Chart v3.4.3 for Windows)记录保存。浴槽的温度通过管道由超极恒温器调节。八个小浴槽同时运行。
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    表1 krebs-Henseleit成分

    成分

    浓度(mmol/L)

    NaCl

    118.5

    NaHCO3

    25

    KH2PO4

    1.2

    KCL

    4.8

    MgSO4·7H2O
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    1.2

    CaCl2·2H2O

    1.8

    GLUCOSE

    11

    pH

    7.4±0.5

    以上操作(游离、悬挂、固定剪开血管环等)均需小心谨慎,避免损伤血管内膜;为检验内皮依赖性舒张,在实验结束后,用一只小棉签浸沾Kreb's液并将其插入血管环轻轻旋转擦去血管内膜(此法经验证能消除内皮依赖性舒张)。再去内皮的血管环,加入硝酸甘油(Nitroglycerin, -4.5logmol/L)检验是否存在非内皮依赖性舒张;在开始测定血管张力时,按照它们自己的长度一张力曲线,预先以一个与它们在生理条件下相应透壁压的拉力牵拉血管环并以此拉力为标准使血管环达到正常化。这个正常化过程由计算机软件自动实现;在实验过程中,Kreb's液需持续充入37℃、含有95%的氧和5%二氧化碳的混合气体,排除缺氧的影响。
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    实验分组:1常温条件下,(1)对照组(C组,n=8):将血管环悬挂并固定后,为消除差异,使实验前条件尽量保持一致,先以Kreb's液在37℃条件下平衡1小时左右。加入Indomethacin(7umol/L),LNNA(300umol/L),30分钟以后,加入U46619(30nmol/L)直至达到稳定的收缩平台期(通常为10分钟左右)再以-10-6 log mol/L的浓度梯度依次加入A23187。将血管环反复Krebs液冲洗以备后用。(2)常温高钾组(K37组,n=8):当血管环恢复张力后,将Krebs液换成高钾溶液(含20mmol/LK的Krebs'液),在高钾液中平衡6小时,其间持续记录血管环的张力。随后多次冲洗血管环30分钟使其张力恢复至基线,此后加入L-NNA与indomethacin留置30分钟。建立A23187的浓度-舒张曲线。(3)常温高钾加nicorandik组(K37+N组,n=8):在高钾加Nicorandik(10umol/L)组,处理与高钾组基本相同,只是在含高钾浴液中加入了钾通道开放剂Nicorandik。2.低温条件下,(4)低温高钾液组(K4组,n=8):将血管环在4℃、无氧的高钾液(20mmol/L)中浸泡并置于冰箱6小时后,悬挂在小浴槽中用Krebs液反复冲洗并持续用95%氧气与5%二氧化碳的混合气充气。平衡1小时后,重复前述操作。(5)低温高钾液加nicorandik组(K4+N组,n=8):除了在高钾液中加入Nicorandik(10umol/L)外,余者同上。
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    实验药物:A23187(非受体介导钙离子载体,介导内皮依赖性血管舒张),L-NNA(LNNA-N-硝基-L-精氨酸, 一氧化氮合成酶阻断剂)U46619(前列腺素F2α,预收缩血管)及Indomethacin(消炎痛,环加氧酶阻断剂)来源于Sigma,St.Louis,Mo;Nicorandik(尼可地尔,KATP通道开放剂)购于日本。L-NNA(溶于蒸馏水中),Indomethacin及Nicorandil(溶于无水乙醇中)在4℃保存。U46619冷冻保存直至使用。

    统计学处理:所有数据均以均数±标准差(x±s)表示,应用SPSS统计软件进行处理,相同血管环常温下前后比较时,使用配对t检验;组间比较,使用非配对t检验。以p<0.05具有统计学意义,p<0.001具有极显著差异。

     结 果

    高钾组和高钾加nicorandik组两组血管张力的比较:高钾组和高钾加nicorandik组中的血管张力在10分钟内达到高峰,分别增长了4.0±0.9g和2.9±1.2g。两组间没有显著差异(p=0.05,非配对t检验)。低温时,冠状动脉在冰箱内保存处于静息状态,无法测得其张力。
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    U46619预收缩的幅度:血管环在常温下浸泡于高钾溶液后,U46619预收缩的幅度为3.1±0.9g,对照组3.8±1.3g,高钾加nicorandik组4.2±1.8g。三组间没有显著性差异(每组n=8,p>0.05,非配对t检验)。

    与之相应的低温条件下,低温高钾组和低温高钾加nicorandik组的U46619(30nmol/L)预收缩的幅度没有差异。(每组n=8,均为1.6±0.9g)。

    值得注意的是,同一种类型的溶液在常温和低温下的差别有显著性(在高钾溶液组,p<0.05,非配对t检验;在高钾液加nicorandik组,p<0.05,非配对t检验)。高钾溶液和高钾加nicorandik液对A23187的舒张作用的影响:常温条件下,高钾溶液可以使A23187引起的舒张从对照组的84.7%±11.3%降至34.2%±10.9%(n=8.p<0.001,配对t检验)。而高钾液加nicorandik组中为66.9%±18.3%,与高钾溶液比较(n=8,p<0.001,配对t检验)有极显著差异;同对照组比较(p=0.04<0.05,配对t检验)有统计学意义。低温条件下,低温高钾组和低温高钾加Nicorandik组,A23187引起的舒张分别为32.8%±9.1%和72.6%±16.9%,(每组n=8,p<0.001,非配对t检验)有极显著差异。
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    无论是常温还是低温下,对照组、高钾液加nicorandik组、高钾溶液组三组间无显著差异(p>0.05,组间比较)。

    讨 论

    本研究首次证实(1)在冷高钾溶液(20mmol/L)中加入PCOS(nicorandik),对EDHF介导的舒张有保护作用;(2)在上述条件不变情况下,PCOS(nicorandik)对U46619引起的冠状动脉收缩没有影响。而冠脉平滑肌的收缩性因低温而受到保护。本实验的一些研究,结合我们以往的一些成果(尚未发表),可以初步揭示使用高钾溶液(20mmol/L)后内皮系统功能紊乱的机制,而对临床心脏手术和器官移植有所提示。冠脉的内皮功能:内皮细胞产生多种具有舒张或收缩活性的物质[5]。内皮源性的舒张是由多种内皮释放的因子共同作用的结果,其中包括了一氧化氮(EDNO),前列环素(PGI2)和EDHF。与EDNO和PGI2不同,EDHF的性质尚不清楚,近来认为,EDHF是花生四烯酸经过细胞色素P450单氧化酶代谢产生,EDHF可以通过使平滑肌细胞超极化而使之舒张,其中可能涉及钾离子通道,尤其是钙依赖性钾通道的开放。与之不同,EDNO是通过提高环磷酸鸟苷水平来舒张血管。然而,所有这些内皮源性舒张因子(EDHFs)都是因内皮细胞胞内钙离子浓度升高而释放的。
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    尽管EDHF在调节血管张力和血管疾患中的作用并不明确,但已有证据表明EDHF和EDNO是内皮依赖性舒张机制中两个重要方面[6]。在本实验中,EDHF刺激A23187引起84.7%的舒张。它至少可以说明当PGI2和EDNO-机制受阻时,EDHF处于激活状态。研究还表明EDHF可以支持或增益EDNO的舒张作用,特别是EDNO介导的舒张功能受损时,例如在部分高胆固醇患者,高血压患者,糖尿病患者中[6]。在冠脉循环缺血再灌注期,当时EDNO机制受损,EDHF在调节冠脉循环和引发血管疾患中可能起着重要作用[7]。

    高钾加Nicorandik液和高钾溶液下冠脉的张力变化:K+是去极化剂和强烈的血管收缩剂[5]。我们很关注高钾液引起的血管收缩。本次研究也提供了这方面的一些证据,它们表明在冠状动脉的浸泡时,高钾溶液与高钾加nicorandil液对冠状动脉的收缩影响没有明显的差别。

    高钾溶液或高钾加nicorandik液对EDHF相关性舒张的影响:无论是在常温还是低温,使用高钾溶液6小时后会使A23187引发的舒张减弱,这可视为高钾溶液对EDHF介导的内皮功能的影响。在常温实验中,A23187引发的舒张分别降至34.2%(p<0.001,高钾溶液组),66.9%(p=0.04〈0.05),高钾加nicorandil液组)。而低温对EDHF相关性舒张有何影响呢?临床上,高钾溶液是作为器官的冷保护液使用。已经有人证实用UW保护大鼠心脏时,低温是一个重要的因素[8]。有关EDHF介导的舒张是否会在低温缺氧保存时出现,以及同样情况下,冷藏后加入PCOs有无保护作用等研究并非令人满意,本实验主要针对这个问题而设计。为了和临床移植类似,我们将冠状动脉在低温(4℃)高钾液中保存6个小时。同时,我们也研究了除加入nicorandik的其它办法。我们的研究结果明确显示,无论是低温高钾溶液保存后,还是常温下高钾溶液6小时,EDHF介导的舒张都会受到损伤,而加入nicorandik可有保护作用。因此,我们认为在临床用高钾停跳液或用冷UW保存供体心脏时,确实存在对EDHF介导的舒张的影响。
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    对舒张损伤及KCOs保护机制的探讨:对于高钾液对EDHF介导的舒张损伤方面,一些研究发现有两个机制。一是与平滑肌细胞膜超极化延迟有关,其二与受高钾液影响的K+通道,特别是钙激活的K+通道有关。

    临床意义:本研究证实冠状动脉在心脏灌注停跳液期间,由于高钾的影响而使冠状动脉处于收缩状态,因此可以直接导致停跳液在心脏的分布不均,从而影响心脏的停搏。另外,冠状动脉经过低温、高钾贮存后,其舒张功能受到损伤,从而间接影响心脏术后的心肌灌注功能。再者,完整的血管内皮在抗血小板聚集、防止动脉粥样硬化等方面扮演着重要的角色[9],本实验所观察的内皮功能的损

    害可能会对心脏和其他器官的移植产生长远的影响。本实验证明在高钾溶液中加入钾离子通道开放剂后,可以降低前两者的负面作用,但是否可以降低血小板聚集、防止动脉粥样硬化有待于进一步的研究。

    总之,本实验显示,无论在常温还是在低温条件下,高钾均对冠状动脉内皮功能有损伤作用,钾离子通道开放剂可以抑制此种损伤作用。但其具体的机制有待于进一步的深入研究。
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    参考文献

    Hearse DJ, Braimbredge MV, Jynge P. Protection of the ischemic myocardium: cardioplegia. New York: Raven, 1981. Cohen NM, Wise RM, Wechsler AS, et al. Elective cardiac arrest with a hyperpolarizing abenosine trphosphate- sensitive potassium channel opener. A novel from of myocardial protection? J Thorac Cardiovasc Surg, 1993, 106:317-28. Saldanha C, Hearse DJ. Coronary vascular responsiveness to 5-Hydroxytryptamine before and after infusion of hyperkakemic crystalloid cardioplegic solution in the rat heart. Possible evidence of endothelial damage. J Thorac Cardiovasc Surg, 1989, 98:783-7. He GW. Potassium- channel opener in cardioplegia may restore coronary endothelial function. Ann Thorac Surg, 1998,66:1318-22. 陈修等主编,心血管药理学。第二版,北京:人民卫生出版社,1996。 cohen RA, Vanhoutte PM. Endothelium- dependent hyperpolarization: Beyond nitric oxide and cyclic GMP. Circulation, 1995,92:3337-49. Pear JM, et al. Loss of endothelium- dependent vasodilatation and nitric oxide release after myocardial protection with university of Wisconsin solution. J Thorac Cardiovasc Surg, 1994,107:257-64. Mankad PS. et al. Endothelial dysfunction caused by University of Wisconsin preservation solution in the rat heart: the importance of temperature. J Thorac Cardiovasc Surg, 1992,104:1618-24., 百拇医药