心肌损伤与心肌保护

心肌损伤与心肌保护中南大学湘雅医学院病理生理学系肖献忠MyocardialInjuryandMyocardialProtection一、心肌损伤（myocardialinjury)MaincousesofmyocardialinjuryIschemiaincoronaryheartdiseaseIschemia-reperfusioninjuryMyocardialtoxicosisCardiacoverloadNutritionalfactors(VitB1deficiency)InfectionMechanismsofmyocardialinjury1.Acutemyocardialinjury(example:ischemia-reperfusioninjury)(1)ATPdeficiency(2)Calciumoverload-inducedhypercontraction(3)Osmoticgradientandcellswelling(4)Rapidgenerationofreactiveoxygenspecies(5)Inflammation(6)Openingofthemitochondrialpermeabilitytransitionpore(mPTP)JohansenJV,etal.BasicResCardiol,100:295–310(2005)缺血和再灌注导致心肌细胞不可逆损伤的主要机制(FerdinandyPetal,2007)2.Chronicmyocardialinjury(myocardialremodeling)心肌重塑：指在心肌损伤过程中，由于持续负荷过重及神经、体液过度激活，心肌组织在结构、功能、数量及基因表达等方面所发生的适应性变化。心肌缺血、心肌损伤、心肌重塑、心力衰竭之间形成恶性循环。心肌重塑的机制负荷过度神经体液过度激活蛋白激酶受体或力学感受器转录因子基因转录核心肌重塑原癌基因生长因子胶原与胶原酶胎儿型蛋白表达增加心肌损伤NecrosisandapoptosismyocardialremodelingHeartfailureIschemia慢性心肌损伤恶性循环的形成二、心肌保护实验研究主要进展1).心脏停搏液(cardioplegicsolutions)1950，Bigelow;1955,Melrose1).Coolcrystalloidcardioplegia2).Coolbloodcardioplegia3).Coolhyperpolarizationcardioplegia4).WarmbloodcardioplegiaSchipkeJD.EurJCardiothoracSurg.2006;29(4):479-85.LeosCLCardiolRev.2005;13(5):266-70.YangQ.AnnThoracSurg.2005;80(2):757-67.1.外源性心肌保护（exogenousmyocardialprotection)50年代采用枸櫞酸钾停搏，对心肌损伤较严重。70年代中期开发含氯化钾的高钾停搏液(如St.Thomas液、UW液）使心脏外科发生革命性变化，使用10-30mM氯化钾，使心肌细胞静息膜电位从约-85mV降至-65～-40mV,从而使快Na+通道失活，阻断动作电位的传导，引起“去极化停搏”。心脏停搏液存在的问题1）低温可通过影响酶的功能、细胞膜的稳定性、糖的利用、ATP的生成和利用、以及pH值和渗透压的平衡等因素造成心肌损伤；2）复杂心脏手术或心脏移植时由于长时间缺血及随后的再灌注导致心肌严重损伤，高K+低温停搏仍不能有效保护；3）超极化心脏停搏液中含有diazoxide（二氮嗪）或minoxidil（米诺地尔）或nicorandil（尼可地尔）等扩血管药物，可能会导致明显血管舒张，出现严重低血压。自由基清除剂（Cu-Zn-SOD，过氧化氢酶，VitC，E，A,别嘌呤醇等）促红细胞生成素(EPO)HDL甘氨酸，牛磺酸雌激素β-Rblockers，ACEINOdonor(L-arginine)Insulin……2).药理学保护（Pharmacologicprotection）3).离子通道的激活剂和拮抗剂KATPopener:nicorandil,diazoxideCa2+antagonist（L-type,T-type)NHE-1antagonist:HOE-642NargeotJ.Circ.Res.2000;86;613-615GoldbergSP.AnnThoracSurg.2002,73(2):569-574.mKATP开放导致下述结果：抑制Ca2+在线粒体堆积；抑制mPTP开放；抑制氧自由基产生4).线粒体保护线粒体是细胞的产能和活性氧产生中心，也是介导细胞死亡（坏死和凋亡）的关键部位。心肌缺血-再灌注损伤时线粒体通透性转换孔（mPTP)开放而导致心肌细胞死亡。mPTP抑制剂环孢菌素A(cyclosporinA)可明显减轻心肌缺血-再灌注损伤。WeissJN.Circ.Res.,2003,93:292-301JuhaszovaM.CardiovascRes.,2005,66:233–244各种心肌保护性物质通过抑制糖原合成酶激酶-3β（GSK-3β）抑制mPTP的开放，从而发挥心肌保护作用。2.内源性心肌保护（endogenousmyocardialprotection)心肌内源性保护概念的提出：1986，Murry发现缺血预适应（ischemicpreconditioning）；1988，Currie发现经热休克预处理后，大鼠心肌缺血-再灌注损伤减轻。1）缺血预适应(ischemicpreconditioning)指经过一次或多次短暂缺血及再灌注后，心肌对随后更长时间的缺血损伤及再灌注损伤产生耐受的现象。Murryetal.Circulation1986:74:1124Fourcyclesof5minofischemiawithintermittentreperfusionwereshowntolimitinfarctsizeby75%OverviewofProposedSignallingPathways(-)mPTP(1).ClassicIPC(2).RemoteIPCPrzyklenkK,BasicResCardiol98:149–157(2003)Inter-organprotectionagainstischaemia-reperfusioninjury.Briefischaemiaandreperfusionoforgansdistantorremotefromthehearthadtheabilitytomediateasubsequentreductioninmyocardialinfarctsize(seedashedblackarrows);Ageneralformofinter-organprotectionagainstischaemia-reperfusioninjury(solidblackarrows).(HausenloyDJetal,CardiovascRes,2008)(3).Ischemicpost-conditioningZhaoZQ.AmJPhysiol;285:579–88.2003ZhaoZQ.CardiovascularResearch70:200–211,2006SunHY.AmJPhysiol288:H1900–1908.2005RISK:reperfusioninjurysalvagekinase再灌注损伤挽救激酶Hausenloy.CardiovascularResearch63:305–312,2004MatsuiT,Circulation，104(3):330–5，2001YangXM,JMolCellCardiol，36(3):411–21.2004RavingerováT.MolecularandCellularBiochemistry，247:127–138,2003.缺血后适应的主要信号通路(FerdinandyPetal,2007)PreconditioningversusPost-conditioning(4)PharmacologicPCAdenosine,Sevoflurane,IsofluraneRossA.JAmCollCardiol,2002，39(2)：338-340.WillemsL.CardiovascularResearch,2005,66:245–255缺血性心脏疾病危险因子对心肌缺血-再灌注损伤及心肌保护的影响(FerdinandyPetal,2007)2）.热休克蛋白（HSPs）的心肌保护作用。热休克反应与热休克蛋白生物细胞在高温环境下所表现的以基因表达变化为特征的反应称热休克反应（heatshockresponse,HSR），所产生的一组蛋白质叫热休克蛋白（heatshockproteins,HSP）。除了热休克外，许多其它理化及生物刺激都可诱导HSP的产生，故HSP又称为应激蛋白（stressproteins,SP）。ClassificationandexpressionregulationofheatshockproteinsKregelKC.JApplPhysiol92:2177–2186,2002;BenjaminIJ.CirRes,83;117-132;19981、广泛存在2、结构保守3、在细胞正常生命活动中发挥重要作用4、应激状态下表达增多，发挥细胞保护作用HSP的特点HSP的功能—分子伴侣（molecularchaperone）1、帮助新合成蛋白质的折叠，防止其互相聚集2、帮助蛋白质的细胞内移位3、帮助变性蛋白质的复性4、通过泛素-蛋白酶体通路（ubiquitin-proteasomepathway）清除严重受损的蛋白质热休克蛋白的分子伴侣功能改变HSP70水平的方法心肌损伤模型保护作用参考文献热休克大鼠离体心I/R超微结构,心功能,酶释放CurrieRW,1988心肌缺血,热休克大鼠在体心I/R心肌力学,梗塞面积DonnellyTJ,1992基因转染小鼠心肌细胞,缺氧细胞膜损伤,酶释放WilliamsRS,1993基因转染H9C2细胞,缺氧细胞存活率,LDH释放MestrilR,1994转基因小鼠离体心I/R心肌力学,PlumierJC,1995能量代谢RadfordNB,1996梗塞面积HatterJJ,1996基因转染(HSC70)H9C2,氧化应激膜脂质过氧化,酶释放ChongKY,1998腺病毒心肌内注射家兔在体心I/R梗塞面积OkuboS,2001病毒脂质体,冠脉内大鼠离体心I/R心肌力学,酶释放JayakumarJ,2000凋亡SuzukiK,2000HSP70的心肌保护作用研究McMillanDR,XiaoX,JBiolChem.1998,273(13):7523-8XiaoX.EMBOJ.1999,18(21):5943-52YanLJ,XiaoX,EMBOJ.2002,21(19):5164-72,HSP70iHSC70HS27HSF1genotypeHS(430C,1h)+/++/--/-18SAuthorsHSPs/HSF1PublishedFanGCHSP20Circulation.2005,12;111(14):1792-9.HollanderJMHSP27Circulation.2004,7;110(23):3544-52.RadfordNBHSP70ProcNatlAcadSciUSA.1996,19;93(6):2339-42.TrostSUiHSP70JClinInvest.1998,15;101(4):855-62.LauSSHSP70AmJPhysiolHeartCircPhysiol.2000,278(5):H1439-45.KimYKHSP70k