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编号:10255699
地氟醚、七氟醚和异氟醚预处理增加缺氧复氧心肌细胞ATP的贮存
http://www.100md.com 2003年8月25日 《中国临床药理学与治疗学》 2000年第4期
     作者:叶敏 彭章龙

    单位:叶敏(安徽医科大学附设护士学校,合肥230032);彭章龙(安徽医科大学第一附属医院)

    关键词:挥发性麻醉药缺氧;复氧心肌保护三磷酸腺苷(ATP)

    中国临床药理学与治疗学000406

    目的研究地氟醚、七氟醚和异氟醚预处理对缺氧/复氧心肌细胞ATP含量影响及其与细胞损害的关系。方法原代培养乳鼠心肌细胞随机分为对照、单纯缺氧/复氧及1.5肺泡气最低有效浓度(MAC)地氟醚、七氟醚和异氟醚预处理5组。实验结束测定心肌细胞内ATP、心肌酶LDH和CK、细胞存活率。结果1.5MAC地氟醚、七氟醚和异氟醚预处理显著减轻缺氧/复氧引起的ATP含量和细胞存活率下降,以及LDH和CK的升高;ATP含量变化与LDH和CK呈负相关(r分别为-0.87和-0.82,P<0.01),与细胞存活率呈正相关(r为0.83,P<0.01)。结论地氟醚、七氟醚和异氟醚预处理可增加缺氧/复氧心肌细胞内ATP,是其心肌保护机制之一。
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    中图分类号R971,2

    Preconditioning with desflurane, sevoflurane and isoflurane increase the preservation of adenosine triphosphate in anoxia_reoxygenation myocardial cells

    YE Min PENG Zhang_Long

    Aim To study the effects of preconditioning with desflurane, sevoflurane and isoflurane on adenosine triphosphate (ATP) in anoxia_reoxygenation myocardial cells. Methods Rat ventricular myocytes, cultured for 4~ 5 days, were randomly allocated to five groups: Control group, anoxia_reoxygenation group and groups preconditioned with 1.5 MAC desflurane, sevoflurane or isoflurane following anoxia_reoxygenation. The content of intracellular ATP ,the activities of lactic dehydrogenase(LDH) and creatine kinase(CK), and the cell viability were measured at the end of experiment.Results Preconditioning with 1.5 MAC desfllurane, sevoflurane or isoflurane significantly attenuated the great reduction in ATP and cell viability and the increase of LDH and CK caused by anoxia_reoxygenation. There was a positive correlationship between ATP and cell viability,and a negatiue correlationship between LDH and CK (r was 0.83, - 0.87 and - 0.82 respectively, P<0.01). Conclusions Preconditioning with desflurane, sevoflurane or isoflurane increases the preservation of ATP in anoxia_reoxygenation myocardial cells, which may be one of the mechanisms for myocardial protection.
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    Key words volatile anesthetics; anoxia_reoxygenation; myocardial protection;adenosine triphosphate

    ATP是心肌细胞收缩、舒张及其它活动所必需的物质。研究表明心肌缺血再灌注(或缺氧/复氧)期间ATP的消耗减少或合成增加,可显著减轻再灌注心肌损害[1,2]。吸入麻醉药预处理对心肌缺血再灌注损害有显著保护作用[3~5]。为此,我们在培养心肌细胞缺氧/复氧模型,研究新型吸入麻醉药地氟醚、七氟醚和异氟醚预处理对心肌细胞内ATP含量影响及其与细胞损害的关系,以探讨其保护机制。

    1 材料和方法

    1.1心肌细胞培养在无菌条件下取2~3d龄的SD大鼠左心室,剪碎后,经0.125%胰蛋白酶消化分离成单个细胞。用100ml培养瓶含15%小牛血清1640培养基,在95%空气、5%CO2、37℃条件下,先培养90min以纯化心肌细胞,之后按1×106细胞/孔接种于6孔培养板,在上述条件下培养,隔天换培养液,培养4~5d细胞用于实验,实验前24h换无血清培养液。
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    1.2分组及药物预处理细胞按培养板随机分为5组。A组:细胞不经任何处理为对照;B组:细胞缺氧2h后复氧1h;C、D和E组:细胞分别经1.5肺泡气最低有效浓度(minimumalveolarconcentration,MAC)的地氟醚、七氟醚和异氟醚(浓度分别

    为9%、2.5%和1.5%)预处理20min及10min药物清除后,与B组一同进行缺氧/复氧。吸入麻醉药预处理方法:培养板细胞,置入小无菌密闭容器,容器连接在麻醉机呼吸环路内,以5L·min-1氧流量流经地氟醚、七氟醚或异氟醚蒸发罐(分别是DragerDevaperTec_6、19.3和19.6),蒸发罐开启浓度为9%、2.5%和1.5%,气体监护仪监测出气口麻醉药浓度分别达到上述浓度后维持20min,进行预处理。

    1.3心肌细胞缺氧/复氧模型建立预处理后心肌细胞置于上述同样容器,放在恒温水浴箱内保持37℃,进气口通入95%N2+5%CO2混合气体,经出气口流出使容器内保持无氧状态,2h后,将细胞放回95%空气+5%CO237℃培养箱内继续培养1h。
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    1.4观察指标

    1.4.1心肌细胞内ATP含量测定标本收集后于-20℃保存,3wk内化学发光法进行测定[6]。1.4.2心肌酶实验结束取培养液,经全自动生化分析仪比色法测定乳酸脱氢酶(LDH)和肌酸激酶(CK)活性。

    1.4.3心肌细胞存活率实验结束,胰酶消化后,以4%胎盼蓝染色,死细胞染成蓝色,光镜下数200个细胞,计算细胞死亡率。1.5统计方法所有数据采用±s表示,组间比较及ATP含量与心肌细胞损害关系,分别采用SAS统计软件ANOVA和直线相关分析,P<0.05

    为有统计学意义。

    2 结果
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    与对照组比,单纯缺氧/复氧使心肌细胞内ATP含量显著下降(P<0.01),1.5MAC地氟醚、七氟醚和异氟醚预处理分别使ATP含量较单纯缺氧/复氧增加232.5%、274.3%和205.5%,地氟醚和异氟醚组仍明显低于对照组,而七氟醚组已接近对照组水平。单纯缺氧/复氧使LDH和CK显著升高、细胞存活率显著下降;地氟醚、七氟醚和异氟醚预处理均明显减轻LDH、CK升高和细胞存活率下降(P<0.01),见表1。

    ATP含量变化与LDH和CK呈负相关(r=-0.87和-0.82、P<0.01,见图1,2),与细胞存活率呈正相关(r=0.83,P<0.01,见图3)。

    图1心肌细胞ATP与LDH的相关分析

, http://www.100md.com     图2心肌细胞ATP与CK的相关分析

    图3心肌细胞ATP与细胞存活率的相关分析

    表1 吸入麻醉药预处理对心肌细胞ATP,心肌酶和细胞存活率的影响(±s) 组别

    ATP (n=6)

    LDN(n=12)/μ.L-1

    CK(n=12)μ.L-1

    细胞存活率(n=12)/%

    对照
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    10.15±0.17

    31.8±10.6

    1.8±1.2

    90.8±1.6

    单纯缺氧/复氧

    3.4±0.3

    358.2±87.9

    98.8±22.1

    57.6±6.6

    预处理

    地氟醚

    8.0±0.5
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    80.8±38.9

    20.5±12.8

    71.3±2.1

    七氟醚

    9.4±1.0

    34.8±24.3

    5.3±2.6

    76.9±4.5

    异氟醚

    7.0±1.2

    88.0±75.4

    15.3±14.2
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    72.0±5.6

    3 讨论

    在体或离体动物心脏研究表明,吸入卤化类麻醉药对缺血再灌注心肌具有类似缺血预处理的心肌保护作用[3~5]。我们在原代培养乳鼠心肌细胞的缺氧/复氧模型中研究显示,地氟醚、七氟醚和异氟醚预处理,可显著降低缺氧复氧引起的心肌酶升高和细胞存活率的下降,表明这三种新型吸入麻醉药对缺氧/复氧心肌损害有明显保护作用。其机制尚不清楚,心肌细胞的能量代谢状态可能具有重要作用。

    缺氧期间心肌细胞首先利用贮备的氧和ATP,随其耗竭,则通过无氧代谢补偿,但合成的ATP不能满足细胞膜维持各种离子泵功能的需要,使细胞内离子稳态失衡,Ca2+超载;另外,无氧代谢使细胞酸化进一步加重细胞损害。研究表明葡萄糖分解产生的ATP主要用于维持细胞膜(包括肌浆网、线粒体等细胞器膜)的功能,如各种离子泵的功能[7,8]。缺氧期间细胞内pH下降,使H+_Na+交换增加,升高细胞内Na+,通过Na+_Ca2+交换可进一步加重细胞内Ca2+超载。复氧后葡萄糖产生ATP迅速增加,通过ATP依赖性离子泵Na+_K+_ATP酶,降低细胞浆Na+,减少Na+_Ca2+交换。此外通过主要位于肌浆网的Ca2+泵,从胞浆摄取Ca2+,从而减轻或避免复氧期间显著和长时间的细胞内Ca2+超载,促进细胞内离子稳态的恢复[9]。因此,缺氧期间氧贮备增加、消耗减少和ATP分解减慢,降低无氧代谢的时间和程度;复氧期间ATP(尤其葡萄糖来源)合成及利用增加,是保护心肌缺氧/复氧损害的重要环节之一。
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    Boutors等在离体兔Langdorff心脏灌注模型,分别经2.2%氟烷和1.5%异氟醚预处理40min后,心脏缺血25min后再灌注30min,心肌细胞ATP含量较对照组显著增加[10]。其它研究表明:吸入麻醉药安氟醚、异氟醚和七氟醚等既阻止缺血期间ATP的耗竭,又促进再灌注后ATP的恢复。本研究显示1.5MAC地氟醚、七氟醚和异氟醚预处理20min,心肌细胞内ATP含量较单纯缺氧/复氧组显著增加,其中七氟醚预处理后,ATP的含量已达到正常水平。推测ATP增加的机制为:地氟醚、七氟醚和异氟醚预处理后,降低了缺氧期间心肌细胞的氧耗,ATP下降减慢,无氧酵解推迟发生,减少ATP耗竭;另一方面预处理减轻了细胞的损害,从而有利于复氧期间ATP合成能力的迅速恢复。ATP贮存增加是心肌保护的机制还是结果尚不清楚,ATP增加有利于心肌保护,心肌保护增加ATP的贮存,两者互为因果。Boutors等研究发现氟烷和异氟醚预处理增加缺血再灌注后心肌细胞ATP含量,但并不进一步增加心肌保护[10]。而本研究显示ATP含量变化与LDH、CK呈负相关,与细胞存活率呈正相关,即ATP增加,细胞损害减轻,表明ATP贮存增加是地氟醚、七氟醚和异氟醚预处理保护培养心肌细胞缺氧/复氧损害的机制之一。这种不同的实验结果可能与ATP的来源(即是否含有足够葡萄糖分解产生的ATP)及动物种类和实验方法不同有关。
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    彭章龙,男,医学博士。

    参 考 文 献

    1,Vuorinen K,Ylitalo K,peuhkurineen K, et al. Mechanism of ischemic preconditioning in rat my_ ocardium.Roles of adenosine,cellular energe state, and mitochondrial FiFo_ATPase.Circulation,1995;91:2810

    2,Vanovershelde JL, Janier MF, Bergmann SR. The relative importance of myocardial energy metabolism compared with ischemic contracture in the determina_ tion of ischemic injury in isolated perfused rabbit hearts. Circ Res, 1994;74:817
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    3,Cope DK, Impastato WK, Cohen MV,et al. Volatile anesthetics protect the ischemic rabbit myocardium from infarction.Anesthesiology,1997; 86:699

    4,Schlack W, Preckel B, Stunneck D, et al. Effects of halothane, enflurane, isoflurane, sevoflurane and desflurane on myocardial reperfusion injury in the isolated rat heart. Br J Anesth, 1998;81:913

    5,Ismaeil MS, Tkachenko I, Gamperl AK,et al. Mechanism of isoflurane_induced myocardial precon_ ditioning in rabbits. Anesthesiology, 1999;90: 812
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    6,戴定威,吴圣楣,李敏,等.生化发光法测定体外培养小肠上皮细胞内微量ATP.临床检验杂志,1997;5:279

    7,Paul RJ, Hardin CD, Raeymaekers L,et al. Prefer_ ential support of Ca2+ uptake in smooth muscle plas_ ma membrane vesicles by an endogenous glycolytic cascade. FASEB J,1989;3:2298

    8,Weiss JN, Lump ST. Cardiac ATP_Sensitive K+ channels, evidence for preferential regulation of gly_ colysis.J Cen Physiol, 1989; 94:911

    9,Murphy JG, Smith TW, Marsh JD. Mechanisms of reoxygenation_induced calcium overload in cultured chick embryo heart cells. Am J Physiol,1988;253:H 133

    10,Boutros A,Wang J,Capuano C.Isoflurane and holothane increase adenosine triphosphate preserva_ tion, but do not provide additive recovery of function after ischemia,in preconditioned rat hearts.Anes_thesiology,1997;86:109

    2000-10-09 收稿, 百拇医药