心肌缺血再灌注损伤研究进展

王紫监　张立民　赵自刚　牛春雨

(河北北方学院微循环研究所，河北　张家口　075000)

心肌缺血本质是心肌的氧供需求平衡失调，缺血心肌可呈现功能、形态及代谢等方面的损伤〔1，2〕，减少心肌缺血后损伤的最有效办法就是恢复组织灌注。但是，目前遇到的问题是缺血心肌在恢复血液再灌注后，出现了心律失常、心肌能量代谢障碍、心肌细胞超微结构的变化及微血管内皮细胞(VEC)损伤和功能障碍等一系列的功能、结构、代谢及心肌细胞电生理特性等各个方面的损伤进一步加重的现象，即心肌缺血/再灌注损伤，是目前治疗缺血性心肌病的一大障碍，临床应尽量避免以上情况的发生或者减少此情况发生所带来的损伤。本文将重点对心肌缺血再灌注的临床表现、发病机制及防治途径等进行综述。

1　临床表现

1.1再灌注性心律失常再灌注性心律失常一般发生在心肌缺血再灌注开始时，出现窦性心动过缓、室性早搏、室性心动过速、室颤等现象，但多为一过性的。临床病人冠脉溶栓治疗后出现严重的心律失常较少，可能因冠脉血管再通和血流再灌注是逐渐恢复的。

1.2心肌顿抑表现为心肌由缺血损伤导致恢复灌注后处于可恢复的心肌收缩功能失调，可持续数小时、数天甚至数周才能恢复，又称为缺血后心肌功能障碍，其本质是缺血再灌注后可复性心肌损伤的缓慢恢复过程。临床上心梗后溶栓治疗、冠脉成形术后、冠脉旁路移植和心脏移植术后等心脏手术时需短暂中断血流、冠心病患者做平板运动实验出现心肌缺血后、不稳定型心绞痛及心肌梗死后梗死周围的心肌均可发生心肌顿抑。

1.3血液无复流是指消除血管阻塞后仍不能实现组织血液灌注的现象。该现象首次被Krug等〔3〕提出，是心源性猝死和心脏事件的独立预测因子，较血流恢复者更易发生左室重构〔4〕。VEC的缺血、缺氧引起内皮细胞水肿、血管管腔变小。再灌注后中性粒细胞黏附于毛细血管和小静脉血管内皮，与活化的血小板、VEC互相作用，形成微血栓，造成毛细血管阻塞，引起无复流现象；同时心肌细胞的缺血性痉挛，造成了冠状动脉挤压、管腔变窄，从而阻断了正常的血流。

1.4微循环障碍缺血再灌注会进一步损害VEC结构从而引发内皮细胞功能失调进而阻碍了微血管内血液循环。同时，缺血再灌注极易引起微动脉血管内壁粥样斑块破裂、脱落，形成微血栓，阻塞心肌微血管，从而降低心肌组织的血液灌注量，加重心肌缺血。

2　发病机制

2.1氧自由基(OFR)产生过多OFR主要包括超氧阴离子(O2·)、过氧化氢(H2O2)、羟基(OH·)和单线态氧(O2)等具有高度活性的氧分子或原子团，是机体内氧分子还原的中间产物。生理状态下，OFR可被超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽(GSH)、GSH过氧化物酶(GSH-Px)、过氧化氢酶(CAT)及维生素C、E等清除，从而维持OFR生成与清除平衡，使细胞免受OFR损伤。心肌缺血再灌注时，氧化能力极强的OFR通过攻击膜成分中的未饱和脂肪酸，生成脂质过氧化物，也被称为脂性自由基。生物膜脂质过氧化后，膜脂质微环境发生了改变，同时引起了细胞膜功能单位结构和功能的障碍、膜磷脂的组成成分发生变化、膜流动性降低、通透性增加，最终造成细胞结构与功能的损伤。OFR损伤细胞的表现包括细胞膜、线粒体膜、溶酶体膜完整性的破坏及膜的流动性、通透性增高，使细胞水肿、细胞质疏松，细胞顺应性降低。一旦造成了VEC损伤，还可刺激大量黏附分子表达、产生、释放，进一步引起细胞黏附、炎症反应。OFR生成增多与心肌细胞的坏死及功能障碍有关。

2.2细胞内钙超载1972年，Shen等〔5〕在实验中首次发现夹闭犬心脏冠状动脉一定时间后，再次实现血液灌注后，加快了钙离子在细胞内的聚积，从而首次提出了心肌缺血再灌注损伤的钙超载学说，并进一步发现钙超载在心肌缺血再灌注损伤的发生过程中发挥主导作用。大量实验研究发现，在心肌缺血缺氧过程中，糖酵解逐渐增强，从而引起了乳酸在细胞内积聚，最终导致细胞内酸中毒〔6〕；在恢复心肌血液灌注后，通过渗透作用，细胞内的代谢产物被血液带走，细胞外pH值升高，形成跨膜梯度，增加了细胞膜上 Na-H离子交换，增加了细胞内Na+浓度〔7〕，这又进一步激活 Na-Ca离子交换，使心肌细胞胞质中钙离子超载，触发线粒体摄取钙离子，钙离子聚集在线粒体内，抑制三磷酸腺苷(ATP)合成；钙超载活化了磷脂酶A2和蛋白激酶C，形成花生四烯酸，引起细胞膜结构的损伤；花生四烯酸进一步活化，产生前列腺素(PG)和血栓素(TX)A2，而PG增多引起了大量OFR生成。此外，磷脂酶C催化磷酸肌醇水解产生三磷酸肌醇，可动员细胞内Ca2+，而水解产生的二酰甘油可活化蛋白激酶C，使无害的黄嘌呤脱氢酶转化为黄嘌呤氧化酶，参与OFR合成。可见，在心肌缺血后的再灌注期，OFR过度生成与钙超载两者互相影响、互相促进，进而形成恶性循环，使心肌细胞损伤逐渐严重，进一步引起心肌细胞膜电位异常，出现心肌收缩功能障碍，导致心律失常等。

2.3中性粒细胞浸润中性粒细胞的黏附与浸润是心肌缺血再灌注后冠状动脉血管的主要病理改变。一般来说，缺血再灌损伤的过程类似于机体炎性反应的发生过程。再灌注后，细胞膜上的花生四烯酸代谢增加，生成大量白三烯、PG和TXA2等，增加了VEC或白细胞表面特殊黏附分子的表达，促进了中性粒细胞的趋化、黏附和聚集，增加微血管的血流阻力，甚至引起无复流现象，加重心肌缺血性损害。中性粒细胞与VEC一旦接触后即可被活化，释放大量损坏血管内皮屏障的OFR及蛋白酶，从而增加了微血管壁的通透性；增加活性氧的释放，损伤VEC及其他实质细胞，反射性加强中性粒细胞黏附能力。此外，心肌缺血可造成组织缺氧，而缺氧本身也可损伤内皮细胞的功能，增加内皮细胞的黏附性，同时缺氧能够导致细胞膜上ATP依赖的膜泵能力下降从而引起细胞的水肿，内皮细胞破损，并且加重了微血管的痉挛和通透性增加，进一步引起中性粒细胞的黏附与浸润。

2.4细胞凋亡生理情况下，细胞启动凋亡程序后生成凋亡小体，最后被巨噬细胞吞噬，不会引起炎症反应。在缺血缺氧刺激下，可引起细胞核内凋亡基因Bcl-2/bax、抑癌基因P53、Bcl-xL、Fas/Fas-L、肿瘤坏死因子高表达，启动凋亡程序，加重细胞凋亡的发生。缺血的心肌再灌注后，虽然血液供应实现了恢复，但缺血期间细胞内氧自由基的生成增多和钙离子的超载将会启动心肌细胞的凋亡程序。研究表明，在心肌缺血再灌注损伤的发生过程中，细胞凋亡对心肌细胞的结构与功能损害起着非常重要的作用，也成为一些药物干预心肌缺血再灌注损伤的靶点。刘艳霞等〔8〕通过结扎冠状动脉前降支，建立了心肌缺血再灌注大鼠模型，应用缺口末端标记法检测心肌细胞凋亡情况，应用免疫组化法观察了与凋亡相关的蛋白Bcl-2、Bax表达情况，结果显示，缺血再灌注组的细胞凋亡率显著升高，同时凋亡调控基因Bcl-2、Bax蛋白表达量显著升高，这表明细胞凋亡在心肌缺血再灌注损伤的过程中起到了关键作用。研究显示，抑制心肌细胞凋亡的干预因素，能够减轻心肌缺血再灌注损伤〔9〕。从目前的发展来看，引起心肌缺血再灌注损伤过程中细胞凋亡的确切机制还需要进一步研究。

2.5能量代谢障碍生理状态下，心脏本身氧储备非常低，而心脏本身耗氧量很大。一旦发生缺血缺氧，心肌细胞的能量代谢迅速从有氧代谢转为无氧代谢，引起ATP生成急剧减少，出现能量代谢障碍。这样，心肌细胞膜表面依赖ATP的离子泵功能降低；同时，再灌注后OFR引起的细胞膜损伤，也导致细胞膜表面及内质网钙泵功能下降，甚至部分失活，引起钙离子浓度依赖性的内流增多，导致心肌细胞内钙超载。依赖ATP的细胞膜泵活性降低，导致膜电位改变，引发恶性心律失常的发生；钙超载及细胞内酸中毒直接损害细胞的超微结构，导致缺血性肌痉挛。能量代谢障碍造成心肌细胞超微结构的异常，进而影响了基因结构，出现基因表达的异常，引发细胞凋亡。

3　心肌缺血再灌注损伤的防治

3.1缺血预适应或药物预处理缺血预适应具有内源性保护作用，可以有效减少损伤。Nakamura等〔10〕提出，缺血预适应通过抑制中性白细胞积聚和下调Bax表达而减少心肌缺血再灌注损伤后的细胞凋亡。药物预处理是通过激发或模拟内源性物质的心脏保护作用，从而实现对心肌细胞结构与功能的保护。研究表明，腺苷预处理可通过激活腺苷受体模拟预处理效应，明显减轻犬缺血再灌注后心肌的坏死程度，改善心功能，其研究方法也是在模拟心肌缺血预处理的基础上发展起来的〔11〕。去甲肾上腺素(NE)预处理的研究表明，NE注射后可增强心脏的收缩和舒张功能，增加生成热休克蛋白(HSP)70产生延迟保护作用〔12〕；NE预处理还能改善心功能、减少膜破坏、减少心肌梗死面积，抑制心肌细胞凋亡。

3.2抗OFR药物该类药物包括SOD、CAT等OFR清除酶、黄嘌呤氧化酶抑制剂和低分子化合物维生素C、维生素E、辅酶Q等。研究〔13〕结果显示，该类药物可改善再灌注心律失常和暂时性心肌顿抑。

3.3抑制钙超载类药这类药通过抑制钙内流、阻止钠钙交换及氢离子外流减轻心肌损伤。

3.4VEC保护剂血管内皮功能失调后出现微血管阻塞，影响心肌组织的血液灌注量，是发生心肌缺血再灌注损伤的重要机制之一。

3.5细胞因子或黏附分子相关药物研究〔14〕表明，炎症因子如肿瘤坏死因子-α和白细胞介素-6，具有增强白细胞与血管内皮黏附的能力及促凝血活性等多种生物学作用，通过抑制其炎症因子的活性可以减轻心肌缺血再灌注损伤程度。

3.6神经生长因子神经生长因子表达水平与心肌损伤有关，研究表明神经生长因子对心肌组织血管新生和心脏交感神经再生具有一定的影响〔15〕。同时，无论在大鼠还是人的缺血性心脏中，均观察到了神经生长因子的过度表达和其高亲和力的受体酪氨酸激酶〔16〕。此外，Caporali等〔17〕研究表明神经生长因子从缺氧/再复氧诱导的凋亡途径对心肌提供了保护作用。Wei等〔18〕通过复制心肌缺血再灌注模型，发现神经生长因子预处理可显著改善心脏缺血后血流动力学的恢复，同时在神经生长因子实验组发现心肌肌酸激酶含量、乳酸脱氢酶的含量和心肌肌钙蛋白及心肌细胞的凋亡比例都显著下降；通过运用活化磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)-丝氨酸/苏氨酸激酶(Akt)途径工具药发现，神经生长因子通过活化PI3K/Akt途径降低内质网应激诱导的凋亡实现了对缺血再灌注心脏的保护作用。因此，蛋白激酶Akt的活化通过缺血预适应保护了心脏，同时转基因Akt的过度表达对缺血后的心脏表现出了保护作用。而Moreira等〔19〕在大鼠的心肌缺血再灌注的研究中发现，运用合成的Akt激动剂，选择性激活Akt后并没有为心肌提供保护，因此可能还与其他信号通路有关。

3.7抗氧化剂研究表明，冠状动脉梗死开始20 min后便可发生不可逆性的心肌损伤，心肌细胞可出现坏死和死亡〔20〕。Dianat等〔21〕研究发现，心肌缺血再灌注后心肌细胞损伤的表现在细胞内钙离子和活性氧显著增多，然后细胞膜脂质过氧化导致了细胞完整性和钙离子入胞的缺失；而使用没食子酸这个抗氧化剂可对抗细胞活性氧的损伤；同时，心肌细胞缺血缺氧后心肌细胞发生了去极化，而复合使用线粒体膜转化孔抑制剂环孢霉素A可显著改善心肌细胞结构的形态学损伤，同时使用没食子酸可显著减少雄性大鼠梗死心肌的组织学坏死程度。

3.8硫化氢(H2S)H2S产生于许多哺乳动物的组织中，如脑、血管平滑肌和心肌〔22〕；在组织当中促进H2S产生的酶具有特异性，在心脏和心血管中的酶为胱硫醚γ合酶(CSE)。研究表明，介导的血管平滑肌的舒张主要与ATP敏感性钾通道有关〔23〕；H2S诱导的Akt、细胞外调节蛋白激酶(ERK)1/2、应激活化蛋白激酶(JNK)、P38丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)蛋白激酶的磷酸化及HSP72的表达在心肌缺血预处理的保护当中起非常重要作用。而Bliksøen等〔24〕实验中通过制备离体心脏缺血预处理然后再灌注的模型，结果发现H2S是细胞防御的一个内源性机制，H2S对离体心脏缺血预处理的保护作用与其诱导产生的HSP72有关。

3.9传统中医药中医药具有效果明显、毒副作用小等优点，对于防治缺血再灌注损伤具有良好的临床应用前景。传统中药中活血化瘀这一类的中药其有效成分很多都对预防缺血再灌注损伤能起到很大作用。例如，茶多酚可通过清除OFR进而减轻心肌缺血再灌注的损伤；人参皂营、银杏叶提取物及东莨菪碱等均可通过调节一氧化氮、内皮素的释放，从而实现对心肌的保护作用〔25〕。

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