心肌缺血后处理的研究进展
发表时间：2011-08-08 浏览次数：478次
作者：张海军综述,田晶校审 作者单位：吉林医药学院:1.2004级临床医学本科班
【摘要】缺血后处理是近年来提出的一种新的心肌保护方法，指在缺血发生后、长时间的再灌注前，对心脏进行数次短暂的再灌注/缺血循环的处理方法。缺血后处理和缺血预处理有相似的心肌保护作用，而后处理在缺血发生后再灌注时实施，可用于突发的不可预见的心肌缺血的治疗，故具有极大的研究意义和临床应用前景。
【关键词】 缺血后处理,再灌注损伤,心肌保护
多年以来，心血管疾病一直是威胁人类生命的重要原因之一，其中缺血性心肌病导致的死亡率近50%。因此，如何挽救濒死心肌、促进心肌功能恢复，进而提高缺血性心脏病患者的生存率成为许多学者关注的焦点。1986年Murry等人[1]首次提出缺血预处理(ischemic preconditioning，IP)有保护缺血心肌的作用，但在临床实践中心肌缺血的发生往往无法预知，所以其应用受到限制。2000年,国内学者高峰等[2]利用家兔在体急性心肌缺血再灌注模型证实，缺血后处理能明显缩小心肌梗死面积，改善心脏收缩功能，降低再灌注性心律失常发生率，其保护程度与缺血预处理相当，从而提出了缺血后处理(ischemic postconditioning，IPC)的概念。与IP比较,IPC方式最大的优点在于保护性的多次短暂复灌/缺血是施加于缺血发生之后，在缺血心脏治疗中实施简单，可操作性大，故在理论上具有更大的临床应用前景。
1 IPC的实施模式
目前IPC对心肌保护作用的基础实验研究主要围绕动物的缺血心肌开展，实施模式如下：
1.1 在体模型
高峰等[2]提出IPC的概念后，Zhao等[3]、 Kin等[4]、Iliodromitis等[5]分别在犬、大鼠、猪在体模型上证实了IPC的心肌保护作用。目前，大多数的实验研究都采用在体动物模型，这样可以更好地模拟临床急性心肌缺血事件，为今后实际应用提供实验依据。
1.2 离体模型
运用离体灌注模型，在心肌缺血后长时间再灌注前，反复短暂复灌/停灌。Kin等[6]在离体大鼠心脏进行20 min的全心缺血和30 min的再灌注，在再灌注前给予10 s的短暂复灌/停灌3～6个循环的后处理，结果缩小了心肌梗死面积。运用离体模型研究缺血后处理将为器官移植的供体保护提供新的思路。
1.3 体外细胞培养
应用细胞培养技术，在缺氧细胞长时间复氧之前，给予数次短暂复氧/缺氧处理。高峰等[7]报道，在成年SD大鼠心室肌细胞缺氧/复氧模型中，再灌前先经反复3次短暂5 min复氧/5 min缺氧处理，再复氧90 min，能有效减少心肌细胞凋亡，减轻心肌复氧损伤。此模型操作简单，便于进行生化实验，寻找细胞内机制。
随着研究的深入，许多学者提出了新的IPC形式，包括逐渐再灌注、药物后处理、远距后处理以及IPC和IP联合应用，通过动物实验证实均具有一定程度的心肌保护作用。
2 IPC的特征
研究发现，IPC必须在有效时间窗内施行才能起到心肌保护作用。所谓有效时间窗是指冠脉闭塞多久后施行IPC有效，以及再灌注开始后多久内施行IPC才具有保护作用两个方面。
Manintveld等[8]应用戊巴比妥钠麻醉的Wistar大鼠进行研究发现，再灌注即刻实施3次后处理使冠脉闭塞45 min组及60 min组的心肌梗死面积减少,而使冠脉闭塞15 min组及30 min组梗死面积增加。该实验提示,缺血后处理的保护时间应为冠脉闭塞超过30 min。Tsang等[9]却得出与此不同的实验结果,该实验以清醒的鼠代替麻醉后的鼠作为实验对象,分为3组,分别给予30、45、60 min冠脉闭塞，后给予24 h再灌注。结果发现，IPC只对冠脉闭塞小于45 min组有保护作用。以上试验结果的不同是由于实验对象的不同、还是由于实验方法的差异，或是与其他原因有关，有待于进一步的实验研究。
Kin等[4]在大鼠在体缺血/再灌(缺血30 min，复灌3 h)模型上发现，3～6个循环(总时程为1～2 min)明显降低了心肌梗死面积。当IPC被延迟了1 min后，3个循环的IPC保护作用消失。Yang等[10]在家兔在体心模型中观察到，再灌注即刻给予后处理对心肌具有保护作用，而再灌注后10 min施行后处理，心肌保护作用不再出现。这表明在家兔心脏再灌注后10 min内是IPC发挥作用的有效时间窗。到目前为止，很多实验都强调了在再灌注即刻反复进行缺血干预对IPC发挥保护作用非常关键，但尚不能证实冠脉闭塞多久后施行IPC有效，以及施行IPC最小的有效循环次数和每次开通/再关闭的最佳持续时间。
吉林医药学院学报 2008年 10 月 第 29 卷 IPC心肌保护的可能作用机制
3.1 减轻机械性损伤
再灌注时血管内突然增加的灌注压可引起垂直应力和切应力增加，通过物理过度牵张血管内皮而增加液体外渗，导致组织损伤和水肿。IPC可能改变再灌注时机械活动，在再灌注早期调节血流动力学因素，从而减轻了组织水肿与血管内皮损伤。
3.2 抑制再灌注时氧自由基堆积
再灌注开始时活性氧族(ROS)的爆发是再灌注时造成心肌组织进一步损伤的重要原因。Zhao[3]、Kin[4]等研究发现，IPC不仅抑制氧自由基堆积，还减轻了氧自由基对组织的损伤作用。缺血后处理通过反复阻断减少局部血流，限制再灌注区氧自由基生成底物的供给，同时清除氧自由基的酶不被大量冲走，使氧自由基的产生/清除趋于平衡。研究表明，ROS爆发出现在再灌注后的1 min内，并在4～7 min内达峰值[11]，同时研究发现仅在再灌注开始即刻短时间内实施IPC有效。由此推断，IPC可能为抑制ROS产生最有效的手段，能在第一位置就阻止ROS形成。
3.3 抑制中性粒细胞活化
中性粒细胞的激活、黏附、脱颗粒作用是心肌缺血再灌注损伤的重要环节之一。缺血心肌再灌注后，活化的中性粒细胞与血管内皮细胞上的黏附分子(如P选择素)相互黏附，之后中性粒细胞通过释放颗粒内的物质致血管功能障碍和组织损伤，进一步加重心肌再灌注损伤[12]。研究表明，IPC能降低缺血区心肌过氧化物酶(MPO)活性，抑制中性粒细胞活化[34];抑制冠脉内皮细胞表达血小板选择蛋白，减少中性粒细胞在缺血区的黏附与聚集，保护血管内皮细胞功能，强化冠脉系统对血管扩张剂的反应，提高缺血区心外膜下血流，减轻组织水肿[3]，发挥心肌保护作用。
3.4 抑制细胞内钙超载
细胞内钙超载与脂质过氧化反应有关，而细胞内钙离子浓度升高又可以激活磷脂酶，从而生成氧自由基。因此，细胞内钙超载既参与并增强氧自由基对心肌的损伤，又是再灌注损伤的结果。此外，目前认为细胞内钙超载与缺血缺氧造成细胞内酸中毒，从而促进了Na+H+和Na+Ca2+交换，使细胞外钙离子大量内流有关。IPC可能通过抑制氧自由基的爆发和降低细胞内外pH梯度而抑制细胞内钙超载。
3.5 抑制心肌细胞的凋亡
正常细胞内存在的一些激酶信号系统，如PI3KAKT,ERKI/2,等，当细胞发生缺血再灌注时，这些激酶被激活而抑制细胞的凋亡，称为再灌注损伤拯救激酶(RISK)。Yang等[10]在离体和在体家兔心脏上分别应用特异性的PI3KAKT抑制剂，则缺血后处理心肌保护作用消失。Weihrauch等[13]在家兔在体模型中发现，异氟烷和/或吗啡后处理能激活PI3K、阿片受体而保护心肌，减少心肌细胞凋亡。由此推测，激活RISK途径可能是IPC抑制心肌细胞凋亡的机制之一。
3.6 抑制再灌注性心律失常
再灌注性心律失常是缺血/再灌注死亡重要原因之一，发生率较高，以室性心律失常最多见。对再灌注心律失常机制研究不清，目前有3个重要的假说：1)细胞内Ca2+超载;2)细胞膜磷酸酯丢失;3)氧自由基产生。大量研究结果表明，缺血后处理有抑制再灌注期间持续性快速型心律失常作用。后处理能使离体心肌从心室颤动转变为正常心律[14]。
3.7 其他可能的机制
Zhao等[3]研究发现IPC可能通过保护缺血后冠脉内皮功能而保护心肌。Darling等[15]在离体兔心上发现，再灌注开始后5 min用线粒体KATP通道阻滞剂5HD，可消除IPC引起的心肌梗死面积减少，提示缺血后处理可能通过开放线粒体KATP通道介导心肌保护作用。Kin[4]、Yang[10]等研究发现缺血后处理还可能通过延迟血管内腺苷洗脱、增加再灌注早期内源性腺苷受体(AR)激活，介导心肌保护作用。第 5 期 张海军，等.心肌缺血后处理的研究进展
4 缺血后处理的临床实践及展望
2005年在Laskey[16]的一项临床研究中,17例因急性心肌梗死行经皮冠状动脉介入治疗(PCI)术的患者随机分配到标准再灌注治疗组和后处理组。后处理组进行2次90 s的球囊再扩张,在2次再扩张中间有3～5 min的再灌注。结果后处理组与对照组相比ST段抬高的程度明显降低，ST段回落的速度更快并且冠状动脉血流速度储备显著改善。同年，法国学者Staat等[17]以行PTCA术的30名患者为研究对象，直接的支架再灌注后,对照组不再给予其他干预,研究组给予4次1 min再灌注和1 min再缺血的球囊充放气的后处理。结果发现，与对照组相比，后处理组心肌酶峰值明显降低，ST段回落幅度增大，反常性运动区域减少。2006年，Ma等[1819]报道，94例初次急性心肌梗死在发病12 h内行直接PCI的患者随机分为单纯PCI组和后处理组。结果发现后处理组与单纯PCI组相比，PCI术后冠状动脉血流速度CTFC评分更高，8周后的室壁运动改善更明显，心肌酶峰降低，丙二醛等氧化应激产物明显降低，内皮依赖性血管舒张功能改善。
上述临床研究均证实，IPC的提出无疑开辟了一种新的心肌保护方法，对于临床产生缺血再灌注损伤的血管再通术、体外循环、器官移植、溶栓、冠脉成形术等，具有很理想的心肌保护作用，且临床操作简便易行，可控性强，因此具有更大的临床应用价值。
目前，虽然很多学者已通过临床实践证实了IPC对人类心脏亦有保护作用，但由于其作用机制尚未完全清楚，而且IPC应用于人类心脏的长期预后还需要大量的样本观察和研究，故其临床应用仍有一定限制。另外，现有的大量基础实验研究都采用健康动物模型，而临床患者往往合并高血压、高脂血症、糖尿病等并发症，致使心肌对再灌注损伤的耐受性减弱。因此，IPC对病变心脏及老年心脏是否存在保护作用是其临床应用必须解决的问题。研究表明，IPC可改善自发性高血压大鼠离体心脏缺血再灌注后心肌舒缩功能，减轻脂质过氧化损伤[19];但在高脂血症兔[5]和小型猪[20]心脏缺血再灌注模型上IPC并未显示缩小心肌梗死范围的保护作用。此外，药物后处理有望成为临床缺血性心脏病的重要辅助治疗手段，但药物种类、给药时间、剂量、方式、作用机制等都有待于深入研究。进一步阐明IPC的作用机制，探索适合人类的IPC方案，使其尽快用于临床，将是今后研究的方向。
【参考文献】
[1] Murry C E,Jennings R B,Reimer K A.Preconditioning with ischemia:a delay of lethal cell injury in ischemic myocardium[J].Circulation，1986，74(5):11241136.
[2] 陶凌,李源,高峰,等.缺血后处理对急性心肌缺血再灌注兔心脏的保护作用[J].第四军医大学学报,2000,21(6):116118.
[3] Zhao Z Q,Corvera J S,Halkos M E,et al.Inhibition of myocardial injury by ischemic postconditioning during reperfusion:comparison with ischemic preconditioning[J].Am J Physiol Heart Circ Physiol，2003，285(2):H579 H588.
[4] Kin H,Zhao Z Q,Sun H Y,et al.Postconditioning attenuates myocardial ischemiareperfusion injury by inhibiting events in the early minutes of reperfusion[J].Cardiovasc Res,2004,62(1):7485.
[5] Iliodromitis E K,Zoga A,Vrettou A,et al.The effectiveness of postconditioning and preconditioning on infarct size in hypercholesterolemic and normal anesthetized rabbits[J].Atherosclerosis 2006,188(2):356362.
[6] Kin H,Zatta A J,Lofye M T,et al.Postconditioning reduces infarct size via adenosine receptor activation by endogenous adenosine[J].Cardiovasc Res，2005，67(1):124133.
[7] 高峰,Yan W L,Geng Y J,等.缺氧后处理对大鼠缺氧复氧心室肌细胞的保护作用[J].心功能杂志,1999,11(4):241242.
[8] Manintveld O C,Te Lintel Hekkert M,van den Bos E J,et al.Cardiac effects of postconditioning depend critically on the duration of index ischemia[J].Am J Physiol Heart Circ Physiol，2007，292(3):H1551H1560.
[9] Tsang A,Hausenloy D J,Mocanu M M,et al.Postconditioning:a form of “modified reperfusion”protects the myocardium by activating the phosphatidylinositol 3kinaseAkt pathway[J].Circ Res,2004,95(3):230 232.
[10] Yang X M,Proctor J B,Cui L,et al.Multiple,brief coronary occlusions during early reperfusion protect rabbit hearts by targeting cell signaling pathways[J].J Am Coll Cardiol,2004,44(5):11031110.
[11] Bolli R,Patel B S,Jeroudi M O,et al.Demonstration of free radical generation in “stunned”myocardium of intact dogs with the use of the spin trap alphaphenyl Ntertbutyl nitrone[J].J Clin Invest 1988,82(2):476 485.
[12] Nagashima M,Shin'oka T,Nollert G,et al.Effects of a monoclonal antibody to Pselectin on recovery of neonatal lamb hearts after cold cardioplegic ischemia[J].Circulation,1998，98(19 suppl):H391H397.
[13] Weihrauch D,Krolikowski J G,Bienengraeber M,et al.Morphine enhances isofluraneinduced postconditioning against myocardial infarction:the role of phosphatidylinositol3kinase and opioid receptors in rabbits[J].Anesth Analg,2005,101(4):942949.
[14] Tosaki A,Das D K.Reperfusion induced arrhythmias are caused by generation of free radicals[J].Cardiovasc Res,1994,28(3):422,424432.
[15] Darling C E,Jiang R,Maynard M,et al.Postconditioning via stuttering reperfusion limits myocardial infarct size in rabbit hearts:role of ERK1/2[J].Am J Physiol Heart Cric Physiol,2005,289(4):H16181626.
[16] Laskey W K.Brief repetitive balloon occlusions enhance reperfusion during percutaneous coronary intervention for acute myocardial infarction:a pilot study[J].Catheter Cardiovase Interv,2005,65(3):361367.
[17] Staat P,Rioufol G,Piot C,et al.Postconditioning the human heart[J].Circulation,2005,112(14):21432148.
[18] Ma X,Zhang X,Li C,et al.Effect of postconditioning on coronary blood flow velocity and endothelial function and LV recovery after myocardial infarction[J].J Interv Cardiol,2006,19(5):367375.
[19] Fantinelli J C,Mosca S M.Comparative effects of ischemic pre and postconditioning on ischemiareperfusion injury in spontaneously hypertensive rats (SHR)[J].Mol Cell Biochem,2007,296(12):4551.
[20] Zhao J L,Yang Y J,You S J,et al.Different effects of postconditioning on myocardial noreflow in the normal and hypercholesterolemic miniswines[J].Microvasc Res 2007,73(2):137142.
