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后处理??对抗心肌再灌注损伤的新希望

时间:2017-09-16 06:00:19 来源: 代写硕士论文

                       作者:毕生辉,金振晓,周京军

【关键词】  缺血-再灌注损伤;后处理

  心肌缺血性损伤常发生于冠状动脉部分或完全闭塞及需要心脏停搏的心脏外科手术情况下,减轻心肌缺血性损伤最有效的措施就是尽快恢复冠状动脉有效的血流供应,即再灌注。然而缺血后的再灌注本身就可以引起心肌损伤,即再灌注损伤[1]。由于缺血是引起心肌损伤的最直接原因,因此,多年来人们一直把研究重点放在缺血性损伤的预防及减轻上。Murry等发现在心肌长时间持续缺血前给予短暂的缺血处理,可以有效缩小心肌梗死面积,并由此引入了缺血预处理的概念[2],然而预处理的实施需先于心肌缺血的发生,而后者常常是难以预先判断的,这在很大程度上限制了预处理的临床应用。1999年高峰等发现缺氧后处理可以减轻心肌复氧损伤,明显提高心肌细胞存活率,并首次提出缺血-后处理这一概念[3]。四年后,赵志清等报道了后处理与预处理在减小心肌梗死面积和保护内皮细胞功能方面具有相似的效果[4]。

  1  后处理及其心肌保护作用
   
  后处理就是于心肌缺血后、再灌注开始前给予数个循环的短暂灌注-缺血交替处理,其与预处理最主要的差异在于处理实施时机的不同,预处理发生在缺血前,主要是使心肌能适应并耐受随后的缺血与再灌注损伤;后处理的对象则是已缺血的心肌,是从建立一种更有效的再灌注角度出发,重在处理和挽救已缺血的心肌细胞,旨在最大限度地减轻再灌注损伤。再灌注的最初几分钟对心肌损伤起着重要作用,后处理必须在再灌注开始同时实施才能发挥最佳的心肌保护作用,再灌注开始1 min后,再给予相同程序的后处理基本无任何心肌保护作用[5]。后处理过程中所施加的灌注-再缺血循环次数似乎对心肌保护作用影响不大,在兔心脏在体模型中,4次循环与6次循环的保护作用相似[6]。然而,每次循环所持续的时间可能影响着后处理的心肌保护作用,且循环的有效时间长短与实验动物的体型大小成正相关,其原因可能是不同动物心脏代谢率存在差异,而后者是心肌梗死面积的一个决定性因素,同时也决定着再灌注过程中自身活性物质、细胞活素、氧化物质等产生的量[7]。
   
  后处理最明显的心肌保护作用就是能够有效地减小缺血心肌的梗死面积,这一作用并不是简单地推迟损伤的发生,而是一种持续的保护作用;后处理还具有强力的抗持续性再灌注心律失常作用[8]。在细胞层次,后处理能够减少冠状动脉内皮细胞表面P-选择素的表达及多形核中性粒细胞的黏附,具有有效的内皮保护功能[4];此外,后处理还可以抑制心肌细胞坏死、凋亡及自噬性死亡[9];关于后处理是否和预处理一样也具有延迟性保护作用,目前尚未见相关报道。

  2  后处理的作用机制
   
  后处理作用机制涉及活性氧 (reactive oxygen species, ROS)、内源性自身激活物、线粒体ATP敏感性钾通道 (adenosine triphosphate-sensitive potassium channel,KATP)、一氧化氮、再灌注损伤补救激酶 (reperfusion injury salvage kinases, RISK)途径、线粒体通透性转换孔 (mitochondrial permeability transition pore,mPTP)等多方面作用。

  2.1  ROS  缺血心肌的再灌注损伤过程中,ROS主要由激活的中性粒细胞、血管内皮细胞、心肌细胞等产生。ROS能够氧化蛋白质和细胞膜脂质,激活氧化还原-敏感性信号级联通路,使已缺血的心肌细胞再灌注时发生致死性损伤,是导致再灌注损伤发生的一个重要损伤因子。同时ROS还具有心肌保护作用,Penna等以离体灌流的大鼠心脏为研究模型,发现于再灌注开始的同时给予ROS的清除剂N-乙酰半胱氨酸可以拮抗后处理的心肌保护作用,而于后处理后再给予N-乙酰半胱氨酸则不会影响后处理的心肌保护作用[10],这表明后处理的心肌保护作用需要适当浓度活性氧的存在。但是活性氧的这一作用仍然需要通过体内实验进一步确认,因为体内实验与体外实验在活性氧的来源及产生量方面存在很大差异。

  2.2  内源性自身激活物  内源性自身激活物包括腺苷、缓激肽、阿片样物质等,目前的研究主要集中于腺苷。腺苷是一种内源性嘌呤核苷酸,腺苷与其受体结合,可对心脏产生负性变时、变传导、变力效应,并能扩张冠状动脉,改善心肌供血。后处理时内源性腺苷释放到灌流液的过程被延迟,再灌注前5min静脉内注射腺苷受体阻断剂8-SPT(8-sulfophenyl theophylline)可阻断后处理的心肌保护作用[11],由此推测后处理通过延缓内源性腺苷的洗脱,使大量的腺苷得以与其受体充分作用,从而发挥其心肌保护作用。后处理中参与作用的腺苷受体有A2A和A3受体,不包括A1受体[11]。缺血后的心肌于再灌注最初阶段,组织内积聚的高浓度具有心肌保护作用的腺苷可被血流完全洗脱出来,这可能就是再灌注开始一段时间后再给予后处理将不再有心肌保护作用的原因。

  2.3  一氧化氮  一氧化氮是迄今发现的体内最小、最简单的信号传递分子,正常的血管内皮细胞可产生一定量的一氧化氮,但在缺血-再灌注的情况下,冠状动脉内皮细胞的这一功能受到破坏[12]。在未给予后处理的心肌缺血-再灌注模型中,用L-NAME阻断一氧化氮合酶的作用对心肌梗死面积没有明显影响,但在缺血-后处理的模型中,L-NAME则可以完全阻断后处理对缺血心肌的保护作用[6],表明一氧化氮参与了后处理的心肌保护作用机制,其最直接的证据是:再灌注开始数分钟后,后处理组的磷酸化内皮型一氧化氮合酶较对照组明显增多[13]。

  2.4  线粒体KATP通道  线粒体KATP通道的激活可以减轻钙超载,并通过一系列复杂过程作用到电子传递体系,增加ATP的合成,减少ATP的消耗,以保护缺血的心肌。Yang等发现使用非选择性KATP通道阻断剂-格列本脲及选择性线粒体KATP通道阻断剂--5-HD (5-hydroxydecanoate)均能够阻断后处理的心肌保护作用[6],这表明缺血-后处理的作用机制中有线粒体KATP通道的参与;而另一种KATP通道--细胞膜KATP通道是否也参与后处理的心肌保护作用还需要通过进一步实验证实。

  2.5  RISK途径  磷脂酰肌醇(-3)激酶(phosphatidylinositol-3-kinase, PI3K)和细胞外信号调节激酶 (extracellular signal-regulated kinase, ERK1/2)是RISK途径的两个重要组成部分。于再灌注开始15 min内用PI3K阻断剂LY294002或Wortmannin可以阻断后处理减少心肌梗死面积的作用,Western blot进一步分析得知:后处理可以显著增加缺血区心肌细胞磷酸化Akt、磷酸化内皮型一氧化氮合酶及磷酸化p70核糖体蛋白S6激酶 (p70 ribosomal protein S6 kinase, p70S6K)的含量[13],这表明PI3K-Akt途径参与了后处理的心肌保护作用,而内皮型一氧化氮合酶及p70S6K则可能是PI3K-Akt途径下游效应分子;但是,Darling等却报道了完全相反的结果:LY294002并不影响后处理的心肌保护作用,而ERK1/2的拮抗剂PD98059则可以阻断后处理的心肌保护作用,进一步免疫印迹分析同样支持这一结果[14],表明ERK1/2而并非PI3K-Akt参与了后处理的心肌保护作用。猪在体心脏模型研究表明:30s循环 (即30 s灌注+30 s再缺血)的后处理虽然可以增加Akt、ERK、p70S6K的磷酸化水平,但是却没有心肌保护作用[15]。因此,关于RISK途径参与缺血-后处理的具体机制尚需进一步研究。

  2.6  mPTP  正常生理条件下,线粒体内膜对几乎所有的代谢产物和离子都保持不通透,此时mPTP处于关闭状态;于再灌注最初几分钟内mPTP开放[16],而mPTP的开放则可引起细胞坏死或凋亡,因此,有效阻断mPTP的开放可能起到心肌保护作用。Hausenloy等发现再灌注时阻断mPTP的开放可有效地对抗缺血-再灌注损伤[17]。Davidson等在研究胰岛素的心肌保护作用时,发现RISK途径的激活可阻断mPTP的开放[16],而如前所述,RISK途径是后处理作用机制的一个组成部分,这表明缺血-后处理也可通过阻断mPTP的开放实现其心肌保护功能,这已得到了Argaud等[18]的证实。
   
  上述后处理的几种作用机制并不是相互独立的,可能是后处理作用机制的不同环节,阻断其中任何一部分都可引起缺血-后处理心肌保护作用的完全丧失。陆续有研究发现:PI3K和线粒体KATP通道都参与mPTP的调控[19-20],表明PI3K和线粒体KATP通道是整个作用机制中的介导因子,mPTP可能是终末效应因子,而内源性自身激活物与ROS则扮演着启动因子的角色;新近的研究发现抗凋亡蛋白Bcl-2的选择性抑制剂HA14-1能够抑制后处理的心肌保护作用,但不能抑制mPTP阻断剂环孢霉素A的心肌保护作用,表明Bcl-2也可能是介导因子,通过调控mPTP介导后处理的心肌保护作用[21]。
   
  尽管后处理与预处理在作用机制的组成上基本相同,但各部分的具体作用、方式及途径却不尽相同:腺苷虽然在后处理和预处理中都发挥重要作用,但是在后处理中参与作用的主要是A2A和A3受体,不包括A1受体[11],而在预处理中参与作用的主要是A1和A3受体[22-23];在后处理中一氧化氮通过激活鸟苷酸环化酶引起细胞内环磷酸鸟苷 (cyclic guanosine monophosphate, cGMP)增加,继而引发心肌保护效应,而预处理过程中产生的一氧化氮通过激活蛋白激酶C引发其心肌保护效应[24]。

  3  药物模拟后处理
   
  药物模拟后处理就是对已缺血的心肌于再灌注开始时给予适量药物,可产生类似于后处理的心肌保护作用。可用于模拟后处理的药物有腺苷[25]、阿片类物质[26]、挥发性麻醉药物[27-31]等。目前,关于挥发性麻醉药物模拟后处理的研究较为集中,Chiari等报道:于再灌注开始时给兔吸入1最小肺泡浓度(minimum alveolar concentration, MAC) 异氟烷,可产生与后处理相似的保护作用;将原本心肌保护效应不明显的10 s循环(3个循环的10 s灌注-10 s缺血交替处理)后处理及0.5MAC异氟烷模拟后处理联合应用,可明显地减小心肌梗死面积[27];如果将原本心肌保护作用显著的后处理及异氟烷模拟后处理联合运用,则可产生更为显著的心肌保护作用[28],这表明挥发性麻醉药物模拟后处理与缺血后处理之间有相互协同的心肌保护作用;挥发性麻醉药物模拟的预处理与后处理之间也存在一定程度的协同作用[29]。挥发性麻醉药物模拟后处理的作用机制与后处理相似,也依赖于一氧化氮的参与[28]、PI3K的激活[30]、线粒体KATP通道的激活[29]、mPTP开放抑制[31]等。药物模拟的后处理可以产生与常规意义上的缺血-后处理相似的心肌保护作用,但前者的可操作性明显强于后者,因此具有更为广泛的应用前景。

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